La Cosmologia pre-Copernicana

Sono i Greci già dal VI secolo a.c. ad avere il merito di conferire alla Cosmologia una dignità indipendente da qualsiasi implicazione di tipo pratico o religioso, ponendo così il problema della conoscenza cosmologica in una prospettiva più moderna.

Il sistema tolemaico
Gli epicicli

Aristotele (384-322 a.c.) sosteneva che i pianeti devono muoversi con velocità costante lungo delle circonferenze (un fisico direbbe con moto circolare uniforme). I pianeti sono dei corpi perfetti e quindi sono sfere, e proprio perchè perfetti devono muoversi in modo perfetto, uniformemente su delle circonferenze. Il Sole sembra muoversi intorno alla Terra. Non c'è quindi da stupirsi se il primo modello cosmologico presupponeva che Sole, Luna e pianeti si debbano muovere intorno alla Terra, che si trova quindi al centro dell'universo. Questo modello non riusciva a predire il movimento dei pianeti, e di Venere in particolare, rispetto alle stelle fisse. Infatti, in un certo periodo Venere sembra muoversi velocemente nella stessa direzione in cui si muove il Sole, e in altri periodi sembra muoversi lentamente in direzione opposta. Questa osservazione era sicuramente in contrasto con il pregiudizio aristotelico dei moti circolari uniformi. Sulla base di questo pregiudizio, i greci complicarono il modello richiedendo che il moto di un pianeta debba essere una combinazione di più moti circolari. Per ogni pianeta si considerano allora due circonferenze: il deferente con centro sulla Terra e l'epiciclo con centro sul deferente. Ogni pianeta percorre con moto uniforme l'epiciclo, il cui centro si sposta uniformemente sul deferente. In questo modo la distanza di un pianeta dalla Terra poteva cambiare periodicamente, come richiesto dal fatto che la luminosità del pianeta varia periodicamente. Se questo schema non era ancora sufficiente per spiegare le osservazioni, si aggiungevano epicicli su epicicli. Il più influente di questi modelli fu sviluppato da Tolomeo (140 a.c.) e sopravvisse fino al XVI secolo. Tolomeo non dà una stima della distanza dei pianeti dalla Terra. Egli li ordina assumendo che quelli che impiegano più tempo a ruotare intorno alla Terra siano anche quelli più lontani. Questa è un'assunzione ragionevole, ma priva ai tempi di Tolomeo di una qualunque verifica sperimentale. La complicazione di epicicli e deferenti mostra un punto importante della metodologia scientifica. E' sempre possibile complicare progressivamente il modello di partenza e guadagnare sufficiente flessibilità per poter spiegare le osservazioni. Al tempo stesso si ha una vera comprensione dei fenomeni quando si elabora un modello scientifico che riesce a spiegare le osservazioni con il minor numero di ipotesi. Fu proprio questa complicazione degli epicicli a determinare la fine del sistema tolemaico, a favore di un modello più semplice, quello eliocentrico, suggerito prima da Copernico e perfezionato poi da Keplero.

La rivoluzione copernicana

 Dal modello tolemaico a quello copernicano

Da Tolomeo a Copernico

L'idea che la Terra fosse un corpo che gira attorno al Sole sembra fosse già affiorata in taluni filosofi dell'antica Grecia, ma non era mai diventata conoscenza accettata e diffusa, dispersa tra i molti modelli di universo prodotti dalle varie scuole di pensiero. Dopo la lunga crisi del Medio Evo europeo, al rinascere dell'interesse scientifico e della ricerca astronomica veniva generalmente accettato il modello di Aristotele perfezionato da Tolomeo. Si era ormai scoperta e accettata la sfericità della Terra, ma la si poneva al centro dell'Universo, circondata da sfere concentriche interne che, ruotando, trasportavano i sette pianeti e da una sfera esterna su cui erano appuntate le stelle fisse. Un complesso sistema di cerchi aggiuntivi (epicicli) cercava di mettere in accordo questo modello (il "modello tolemaico") con le osservazioni astronomiche.

Fu il polacco Niccolò Copernico (Nikolaj Koppernigk, 1473-1543) ad avanzare nel suo libro De Revolutionibus orbium caelestium l'idea che il Sole fosse invece il centro della rotazione dei pianeti (eliocentrismo), dando inizio a quella che viene sovente indicata come la "rivoluzione Copernicana". Il libro ha peraltro momenti di trattazione non proprio convincenti, e non segnò immediatamente una svolta nell'immagine accettata del sistema solare. Non accettò l'eliocentrismo il grande astronomo danese Tycho Brahe (1546 - 1601), che propugnava un sistema non molto dissimile da quello tolemaico, e che morì lasciando una serie di osservazioni del moto dei pianeti di eccezionale precisione.

Le leggi di Keplero

Queste osservazioni furono riprese ed elaborate da Keplero (Johannes Kepler 1571- 1630), uno studioso tedesco che dopo molte peripezie era diventato assistente di Brahe. Keplero tentò inizialmente di accordare quelle osservazioni con il modello di Tycho Brahe, ma finì col convincersi che era impossibile. Per raggiungere l'accordo tra modello ed osservazioni, Keplero infine non solo accettò l'eliocentrismo copernicano, ma lasciò anche cadere la assunzione generalmente accettata che le orbite dovessero essere circolari. Giunse così a scoprire le tre famose "Leggi di Keplero", che descrivono con buona precisione il moto dei pianeti attorno al Sole. L'opera di questi due precursori fu completata nella seconda metà del 1600 da Isaac Newton (1642 - 1727) che comprese come i corpi sia in cielo che in Terra ubbidissero tutti ad un'unica legge comune, la gravitazione universale, compiendo così una rivoluzione non meno importante di quella copernicana. Sulla base delle leggi della meccanica da lui scoperte, Newton mostrò che i pianeti dovevano seguire le leggi di Keplero, dando quindi una spiegazione fisica di ciè che Keplero aveva presentato come una pura descrizione del moto osservato dei pianeti.