- STORIA dell'ASTRONOMIA -

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ARCHEOASTRONOMIA

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Archeoastronomia Studio delle attività connesse alle osservazioni astronomiche effettuate dai popoli antichi, a partire dai tempi preistorici fino alle culture evolute del Medio Oriente e dell'America latina. Questo tipo di studi richiede conoscenze di astronomia, archeologia ed etnografia al fine di interpretare i resti architettonici e le cronache scritte che manifestino un qualche significato astronomico. I reperti di interesse astronomico spaziano dalle pitture rupestri alle grandi strutture megalitiche, come il celebre complesso di Stonehenge, fino ai sofisticati calendari sviluppati dagli egizi e dai maya.

Le testimonianze archeologiche raccolte in tutto il mondo dimostrano un diffuso interesse tra le culture antiche allo studio dei moti del Sole, della Luna e delle stelle, e di eventi inusuali quali l'apparizione in cielo di una nova o di una cometa. La regolarità degli eventi celesti forniva infatti un sicuro sistema di interpretazione degli eventi e di comprensione del mondo: permetteva di misurare lo scorrere del tempo, di prevedere gli eventi stagionali (essenziali per le attività agricole), di intraprendere la navigazione su lunghi percorsi e di sviluppare i calendari, necessari in qualunque società evoluta.

Le modalità delle osservazioni astronomiche erano diverse a seconda della cultura dei popoli e della posizione geografica. Nelle regioni tropicali, i popoli dell'Oceania indicavano le direzioni delle traversate via mare con un sistema di coordinate basato sulla linea dell'orizzonte, mentre le culture sviluppatesi nelle regioni temperate utilizzavano come riferimento l'eclittica. Il livello di complessità di questi antichi sistemi di orientamento e di osservazione astronomica comincia solo oggi a essere compreso a fondo.

STONEHENGE, Inghilterra

I primi studi scientifici sull'orientamento delle piramidi d'Egitto e di diversi templi ed edifici, in Medio Oriente e in Europa, risalgono al periodo compreso tra la fine del XVIII secolo e l'inizio del XIX. Le ricerche in materia si intensificarono notevolmente al volgere del XIX secolo, grazie al lavoro di numerosi astronomi, primo fra tutti il britannico Joseph Norman Lockyer.

Gli studi su Stonehenge e su analoghi siti megalitici indicano chiaramente che queste strutture venivano orientate in base a precisi piani dettati da cognizioni astronomiche, quale quella di solstizi e di equinozi. Nel Nuovo Mondo, le grandi strutture circolari di pietra dette "ruote di medicina" erano orientate in modo da rilevare il solstizio d'estate. I templi venivano talvolta utilizzati per segnare le fasi della Luna e il sorgere di alcune stelle brillanti, come Sirio. Alcune pitture rupestri sembrano registrare l'esplosione della supernova del 1054, lo spettacolare evento celeste di cui oggi rimane una suggestiva nebulosa nota come Nebulosa del Granchio.

Il celebre arazzo di Bayeux, ricamato dai popoli sassoni della Gran Bretagna dell'XI secolo, all'epoca della conquista normanna, testimonia l'avvistamento della cometa di Halley del 1066.

ASTRONOMIA ANTICA

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Astronomia Scienza che ha come oggetto lo studio di tutti i corpi celesti dell'Universo, tra cui i pianeti, i satelliti, le comete, gli asteroidi, le stelle, la materia interstellare, le galassie e gli ammassi di galassie. La moderna astronomia si divide in branche distinte: l'astrometria, che è lo studio e l'osservazione delle posizioni e dei moti degli astri; la meccanica celeste, cioè lo studio matematico dei moti degli astri sulla base della teoria della gravitazione; l'astrofisica, vale a dire lo studio della composizione chimica e dello stato fisico degli astri, condotto sulla base dell'analisi spettrale e delle leggi della fisica; e, infine, la cosmologia, che è lo studio dell'universo nel suo insieme. Da un altro punto di vista, l’astronomia si suddivide in branche distinte a seconda del tipo di radiazione elettromagnetica sfruttata per l’indagine celeste: si parla di astronomia nei raggi gamma per quel campo di indagine che studia i corpi celesti attraverso l’analisi della radiazione gamma da essi emessa, e analogamente si parla di astronomia nei raggi X, nell’infrarosso e di radioastronomia.

Già in tempi remoti, l'alternarsi del giorno e della notte e le osservazioni delle posizioni del Sole, della Luna e delle stelle suscitarono l'interesse dell’uomo, che ben presto iniziò a sfruttare il moto regolare degli astri per misurare il tempo e per orientarsi sulla superficie terrestre. L'astronomia si sviluppò a partire dalla necessità di risolvere piccoli problemi quotidiani quali, ad esempio, quello di individuare la propria posizione durante i lunghi viaggi, oppure di stabilire il periodo adatto per la semina e la mietitura delle messi, o per le celebrazioni religiose. Vedi Archeoastronomia.

I popoli antichi notarono che l'aspetto del cielo mutava con regolarità. Il Sole, che divide il giorno dalla notte, sorge ogni mattina in una certa direzione, l'oriente, si muove nel cielo nel corso della giornata e tramonta nella direzione opposta, l'occidente. Di notte sono visibili migliaia di stelle che seguono un percorso simile, spostandosi attorno a un punto fisso, noto come polo celeste.

Anche la diversa durata del dì e della notte venne notata già nell'antichità. Nel corso delle giornate più lunghe il Sole, visto dall'emisfero boreale, sorge spostato verso nord rispetto all'est e raggiunge la sua massima altezza in cielo a mezzogiorno; nel periodo delle giornate corte, invece, sorge spostato verso sud e rimane più basso sull'orizzonte. Inoltre, come compreso per la prima volta dagli egizi, nel corso dell’anno cambia continuamente la sua posizione relativa rispetto alle stelle.

In seguito fu osservato che il Sole, la Luna e cinque pianeti brillanti si muovono all'interno di una stretta fascia di cielo detta zodiaco. La Luna percorre lo zodiaco velocemente, superando il Sole ogni 29,5 giorni circa, intervallo di tempo a cui venne dato il nome di mese sinodico. Osservando le stelle, gli antichi tentarono di organizzare una ripartizione del tempo in giorni, mesi e anni, stabilendo un calendario.

Il Sole e la Luna attraversano lo zodiaco da occidente verso oriente, mentre i cinque pianeti brillanti (Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno) si muovono verso occidente, eccetto in alcuni periodi in cui sono animati da un moto retrogrado. In queste fasi i pianeti sembrano muoversi in modo casuale verso oriente, compiendo dei cammini chiusi nel corso del loro spostamento. Fin dai tempi antichi, la gente ha immaginato che gli eventi del cielo, e in modo particolare il moto dei pianeti, potessero in qualche modo influire sulle vicende terrene e questa credenza, che oggi rappresenta la base dell'astrologia, ha incoraggiato lo studio dei moti planetari; così, si può dire che in passato, l’interesse astrologico abbia in parte contribuito al progresso dell'astronomia.

Interessanti mappe delle costellazioni e utili calendari vennero sviluppati da vari popoli antichi, in particolare dagli egizi, dai maya e dai cinesi; furono però i babilonesi a raggiungere i risultati più interessanti. Per perfezionare il loro calendario, essi studiarono i moti del Sole e della Luna; facevano corrispondere l'inizio di ogni mese con il primo giorno dopo la Luna nuova, quando la prima falce di Luna crescente appariva dopo il tramonto. Intorno al 400 a.C. essi notarono che il moto apparente del Sole e della Luna, da ovest verso est, non avveniva a velocità costante, ma variabile: i due corpi celesti sembravano accelerare nella prima metà del moto apparente di rivoluzione, fino al raggiungimento di un valore massimo, e decelerare nella metà rimanente, fino a riacquistare la velocità iniziale. Per spiegare questa osservazione essi formularono i primi modelli matematici sul moto degli astri, mediante i quali poterono prevedere i tempi della Luna nuova e quindi l'inizio esatto di ogni mese.

In modo simile i babilonesi calcolarono le posizioni e le velocità dei pianeti, sia nel moto generale verso est, sia nelle fasi di moto retrogrado. Gli archeologi hanno ritrovato centinaia di tavolette scritte con caratteri cuneiformi che mostrano tali calcoli.

SISTEMA TOLEMAICO

Gli antichi greci portarono importanti contributi teorici all'astronomia. L'Odissea di Omero contiene riferimenti ad alcune costellazioni (come il Grande Carro e Orione) e alle Pleiadi, e descrive come le stelle servissero per la navigazione. Nelle opere di Esiodo si trovano invece informazioni di carattere astronomico, utili per individuare il momento migliore per l'aratura, la semina e la mietitura.

Contributi scientifici significativi sono associati ai nomi dei filosofi Talete di Mileto e Pitagora di Samo, ma di essi non rimangono documenti scritti. La leggenda secondo la quale Talete predisse correttamente l'eclisse totale di Sole del 28 maggio 585 a.C. è probabilmente apocrifa. Intorno al 450 a.C. i greci iniziarono a studiare con successo il moto dei pianeti. Filolao (vissuto nel V secolo a.C.), sostenitore della teoria pitagorica, propose che la Terra, il Sole, la Luna e i pianeti si muovessero attorno a un fuoco centrale nascosto alla vista da una Antiterra interposta. Secondo la sua teoria, la rivoluzione della Terra attorno al fuoco ogni 24 ore spiegava il moto giornaliero del Sole e delle stelle. Intorno al 370 a.C. l'astronomo Eudosso di Cnido spiegò i moti osservati supponendo che le stelle si trovassero sulla superficie interna di un'enorme sfera che ruotava attorno alla Terra in 24 ore. Inoltre, per spiegare il moto del Sole, della Luna e dei pianeti, egli suppose che, all'interno della sfera delle stelle, vi fossero molte altre sfere trasparenti che ruotavano con direzioni e velocità diverse.

Il più acuto osservatore del cielo dell'antichità fu probabilmente l'astronomo greco Aristarco di Samo. Questi era convinto che i moti degli astri nel cielo fossero spiegabili con l'ipotesi che la Terra ruotasse attorno a un proprio asse una volta al giorno, orbitando come gli altri pianeti attorno al Sole. Questa spiegazione venne rifiutata dalla maggior parte dei filosofi greci i quali, sulla base di una teoria geocentrica rimasta praticamente inalterata per circa 2000 anni, ritenevano che la Terra fosse una sfera immobile attorno alla quale orbitavano i corpi celesti, leggeri e incorporei.

I greci avvalorarono le loro teorie con osservazioni dei corpi celesti accurate e organizzate. Tavole celesti in cui era riportata la posizione di oltre 1000 stelle brillanti vennero compilate da Ipparco di Nicea (II secolo a.C.) e da Tolomeo (II secolo d.C.). Abbandonando le sfere di Esiodo per un più pratico sistema di cerchi, i due astronomi rappresentarono il moto generale degli astri sulla fascia dello zodiaco per mezzo di una serie di cerchi con la Terra vicino al centro comune. Le periodiche variazioni di velocità del Sole e della Luna e il moto retrogrado dei pianeti potevano essere spiegati con una scelta appropriata dei diametri e delle velocità dei cerchi ascritti a ciascun corpo. La tradizione dell'astronomia greca fu mantenuta viva anche da Ipazia, una seguace di Platone vissuta ad Alessandria d'Egitto nei primi secoli dell'era cristiana, che scrisse dei commentari su argomenti di matematica e di astronomia e viene oggi considerata la prima importante scienziata e filosofa dell'Occidente.

L'astronomia greca venne trasmessa in Oriente, ai siriani, agli indiani e agli arabi. Nel IX e nel X secolo gli astronomi arabi compilarono nuovi cataloghi stellari e svilupparono precise tavole dei moti planetari, ma benché fossero eccellenti osservatori, portarono pochi contributi importanti alle teorie astronomiche. Le traduzioni dall'arabo dell'Almagesto di Tolomeo stimolarono l'interesse per l'astronomia anche in Europa, dove vennero compilate tavole del moto dei pianeti e si divulgarono le teorie del sistema tolemaico. Successivamente il filosofo e matematico tedesco Nicola Cusano e Leonardo da Vinci misero in dubbio l'assunzione fondamentale della centralità e immobilità della Terra.

ASTRONOMIA MEDIEVALE

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ARISTARCO DI SAMO

Aristarco di Samo (310 ca. - 250 ca. a.C.), filosofo, astronomo e matematico greco. Appare negli scritti di Archimede quale uno dei primi sostenitori di una teoria eliocentrica – in contrasto con le dottrine filosofiche e religiose del tempo – che poneva il Sole al centro dell'universo e la Terra in rotazione intorno a esso. Nell'unica sua opera giunta fino a noi, Sulle dimensioni e distanze del Sole e della Luna, l'astronomo definì un metodo per la misura delle distanze relative del Sole e della Luna dalla Terra, ma la mancanza di strumenti accurati lo condusse a risultati affetti da sensibili errori.

TOLOMEO

Tolomeo (100 - 178 ca. d.C.), astronomo, geografo e matematico greco. Da antiche fonti si sa che trascorse la maggior parte della sua vita presso il tempio serapeo di Canopo, vicino ad Alessandria d'Egitto, svolgendo le osservazioni che costituirono la base per lo sviluppo della sua teoria astronomica.

TOLOMEO

La prima e più nota opera di Tolomeo, intitolata originariamente Megalé mathematiké sýntaxis (Grande sistema matematico), venne tradotta in arabo col titolo di Al-Majisti. Le traduzioni latine eseguite in Europa nel corso del Medioevo riportarono il titolo Almagesto, con il quale essa è giunta fino a noi.

Nell'Almagesto Tolomeo propose una teoria che, assumendo la Terra immobile e al centro dell'universo, descrive in termini geometrici e matematici i moti apparenti e le posizioni dei cinque pianeti allora conosciuti, del Sole e della Luna inglobati nella sfera delle stelle fisse.

Elaborato sulla base dei dati raccolti dai suoi predecessori, e in particolare da Ipparco, il sistema tolemaico prevede che i corpi celesti, quali la Luna, Mercurio, Venere, il Sole, Marte, Giove e Saturno, ruotino intorno alla Terra percorrendo orbite perfettamente circolari, dette deferenti. Per spiegare le irregolarità osservate nei moti dei pianeti e i cambiamenti di dimensione e di luminosità dei corpi celesti, Tolomeo sostenne che solo il Sole percorresse il proprio deferente con moto uniforme, e che la Luna, e in generale gli altri pianeti, si muovessero su dei cerchi, detti epicicli, i cui centri si muovevano a loro volta sui relativi deferenti.

Il sistema tolemaico con la complessa teoria degli epicicli poteva giustificare la maggior parte delle osservazioni astronomiche dell'epoca e rimase incontrastato fino al XVI secolo, quando l'astronomo polacco Niccolò Copernico rifiutò il sistema geocentrico, enunciando la rivoluzionaria teoria eliocentrica.

Benché il suo contributo fondamentale sia da cercare nell'ambito dell'astronomia, Tolomeo si interessò proficuamente anche di altre discipline, quali la geografia, la musica e l’ottica. Di notevole importanza storica è l'opera intitolata Geografia che, con il sistema di latitudine e longitudine introdotto, influenzò i cartografi per centinaia di anni, pur non contenendo dati affidabili; nell’opera, Tolomeo fornì istruzioni su come realizzare una mappa di tutto il mondo conosciuto all’epoca, trattando il problema matematico della proiezione del globo su una superficie piana; inoltre, compilò elenchi con nomi di località corredati delle relative coordinate, precisò confini e diede una classificazione dei climi.

Per quanto riguarda la musica, Tolomeo espose una teoria dei suoni tipici della musica greca in un trattato intitolato Armonici. Nell'Ottica analizzò le proprietà della luce, e in particolare i fenomeni della rifrazione e della riflessione. Importante è anche il Tetrabiblo, un trattato in cui tentò di dare fondazione scientifica all'astrologia. Infine, Tolomeo applicò le sue conoscenze di matematica e astronomia per la costruzione di astrolabi e meridiane.

RIVOLUZIONE COPERNICANA

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LA TEORIA DI COPERNICO

La storia dell'astronomia ebbe una svolta decisiva nel XVI secolo, con il lavoro dell'astronomo polacco Niccolò Copernico. Nella sua grande opera Sulla rivoluzione dei corpi celesti (1543) egli analizzò criticamente la teoria tolemaica, mostrando che i moti planetari potevano essere spiegati assumendo che il Sole, anziché la Terra, occupasse una posizione centrale.

Il sistema copernicano, o eliocentrico, ricevette scarsa attenzione nell'ambiente scientifico e filosofico del tempo fino a quando non venne confermato dalle osservazioni compiute dall'astronomo italiano Galileo Galilei. Audace sostenitore della teoria copernicana, Galileo costruì un piccolo telescopio rifrattore per mezzo del quale scoprì quattro lune di Giove e osservò le fasi di Venere, mostrando che quest'ultimo pianeta orbita attorno al Sole. Convinto che almeno alcuni corpi celesti non orbitassero attorno alla Terra, egli iniziò una lunga opera di diffusione della teoria copernicana (vedi Sistema copernicano), entrando in acceso contrasto con le autorità ecclesiastiche e con l'ambiente filosofico.

SISTEMA COPERNICANO

Dal punto di vista scientifico, il sistema copernicano era perlopiù una rielaborazione del sistema di orbite planetarie concepite da Tolomeo. Un passo decisivo fu compiuto intorno al 1610, quando l'astronomo Giovanni Keplero, rielaborando i dati raccolti dall'astronomo danese Tycho Brahe, pubblicò le tre leggi sperimentali sul moto dei pianeti, stabilendo che questi si muovono attorno al Sole percorrendo orbite ellittiche a velocità variabile.

L'interpretazione fisica delle leggi di Keplero venne fornita solo in un secondo tempo con la legge di gravitazione universale elaborata dal fisico britannico Isaac Newton.

SISTEMA COPERNICANO

Le premesse fondamentali della teoria copernicana consistono nell'ipotesi secondo cui la Terra ruota per la durata di una giornata sul proprio asse e, nell'arco dell'anno, attorno al Sole. Copernico dimostrò inoltre che i pianeti orbitano attorno al Sole e che la Terra, ruotando, effettua una precessione sul proprio asse (oscilla come una trottola). L'ipotesi copernicana manteneva numerose caratteristiche della cosmologia tradizionale, incluse le sfere che sostenevano i pianeti e le sfere finite più esterne che sostenevano le stelle fisse. La teoria eliocentrica sul moto dei pianeti aveva tuttavia i seguenti vantaggi: dava conto dell'apparente moto giornaliero e annuale del Sole e delle stelle; forniva una spiegazione chiara del moto retrogrado di Marte, Giove e Saturno, nonché il motivo per il quale Mercurio e Venere non superavano mai una determinata distanza dal Sole. La teoria copernicana affermava inoltre che la sfera delle stelle fisse era immobile.

Un'altra importante caratteristica della teoria copernicana è che essa consentiva una nuova disposizione dei pianeti in base ai loro periodi di rivoluzione. Nell'universo di Copernico – diversamente da quanto accadeva in quello di Tolomeo – maggiore è il raggio dell'orbita di un pianeta, maggiore è il tempo impiegato dal pianeta per compiere un giro intorno al Sole. L'idea che la Terra ruotasse intorno al Sole non era tuttavia accettabile per la maggior parte degli studiosi del XVI secolo; alcune parti della sua teoria furono adottate, mentre il fulcro fu ignorato o comunque rifiutato.

Tra il 1543 e il 1600 i copernicani costituivano una sparuta minoranza. La maggior parte di essi era estranea all'ambiente accademico e operava presso le corti di principi, nobili o sovrani; i più famosi, Galileo e l'astronomo tedesco Giovanni Keplero, riconducevano il loro favore al sistema copernicano a ragioni diverse. Nel 1588 una posizione intermedia fu sviluppata dall'astronomo danese Tycho Brahe.

Dopo la condanna della teoria copernicana, determinata dal primo processo intentato contro Galileo dalla Chiesa nel 1615-16, alcuni filosofi appartenenti all'ordine dei gesuiti rimasero segretamente fedeli alle tesi copernicane, mentre altri adottarono il sistema eliostatico di Brahe. Nel tardo XVII secolo, con l'avvento del sistema della meccanica celeste proposto da Isaac Newton, i maggiori pensatori inglesi, francesi, olandesi.

ASTRONOMIA CONTEMPORANEA

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Dopo l'epoca di Newton l'astronomia si ramificò in varie discipline. Con la legge della gravitazione, il vecchio problema dei moti planetari venne studiato alla luce della recente meccanica celeste; il miglioramento dei telescopi permise l'osservazione dettagliata delle superfici dei pianeti, la scoperta di molte stelle deboli e la misura delle distanze stellari. Nel XIX secolo anche i principi della spettroscopia furono applicati allo studio dei corpi celesti, consentendo la determinazione della loro composizione chimica e del loro stato di moto. Ne nacque una disciplina indipendente, comunemente chiamata astrofisica.

Nel corso del XX secolo sono stati costruiti telescopi riflettori via via più potenti, che hanno permesso di osservare la struttura di corpi celesti sempre più lontani, quali le galassie e gli ammassi di galassie. Nella seconda metà del secolo gli sviluppi della fisica hanno condotto alla realizzazione di nuove classi di strumenti astronomici, adatti per misure di tipo spettroscopico, alcuni dei quali installati a bordo di satelliti orbitanti o di sonde interplanetarie o addirittura extrasolari.

Attualmente il campo di studio dell’astronomia non conta più soltanto i corpi celesti propriamente detti, quali i pianeti, le stelle e le galassie, ma comprende altre strutture celesti prima sconosciute, quali l’atmosfera di plasma (gas caldo ionizzato) delle stelle doppie, le nebulose quali sede di formazione di nuove stelle, e gli addensamenti di polveri fredde, invisibili ai telescopi ottici. Oggi sono inoltre all’attenzione degli astronomi oggetti quali i nuclei galattici attivi, probabilmente occupati da giganteschi buchi neri, e la radiazione cosmica di fondo originatasi dal Big Bang, che fornisce informazioni sulla storia dell'universo primordiale.