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Galileo e la nuova astronomia

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1. astronomia e scienza nel cinquecento

Il cannocchiale era uno strumento nato nell'ambiente degli artigiani, sviluppato con l'uso pratico e utilizzato principalmente per scopi militari: per questo motivo veniva non solo ignorato ma anche disprezzato dagli ambienti accademici.


Galileo Galilei: Telescopio, Firenze, c. 1610
(Istituto e Museo di Storia della Scienza, Firenze)

A quel tempo infatti vigeva ancora la netta separazione posta nel mondo classico tra le arti meccaniche e le arti liberali. Le arti liberali erano le nobili attività degli "uomini liberi", tradizionalmente suddivise nel trivio (grammatica, logica e retorica) e nel quadrivio (aritmetica, geometria, musica e astronomia), ed erano contrapposte alle arti meccaniche, attività manuali proprie dei servi e delle persone di livello inferiore, tanto che nel Seicento era ancora in uso l'espressione "Vile meccanico!", un insulto per chi era considerato gentiluomo.

Nel Quattrocento insieme alla riscoperta degli antichi si era anche iniziata ad affermare una diversa considerazione del lavoro manuale, con la rivalutazione della vita attiva e la diffusione di personaggi che si dedicano sia alle arti meccaniche che alle arti liberali, come il "senza lettere" Leonardo da Vinci. Caratteristiche fondamentali delle arti meccaniche, che ritroveremo in seguito nella scienza moderna, erano il rispondere a bisogni concreti, il non dipendere esclusivamente dall'autorità o dalla tradizione, la progressività dei risultati e la necessità di collaborare e di condividere un sapere che per sua natura è collettivo.


a sinistra: una rappresentazione artistica delle sette arti liberali
a destra: illustrazione da Georgius Agricola (G. Bauer), De Re Metallica, 1556

E se nel tardo Cinquecento gi accademici diffidavano delle nuove idee perché ancora convinti che gli antichi avessero trattato esaurientemente tutto lo scibile umano, che andava conosciuto e approfondito esclusivamente nelle loro opere, si erano già diffuse nuove figure di filosofi naturali e liberi sperimentatori che abbandonando il sapere tradizionale si dedicavano agli esperimenti nei loro laboratori. La diffusione di un nuovo ritratto della natura fu favorita dalla stampa dei libri, invenzione tecnica che rivoluzionò la cultura del tempo. Il sapere scientifico nel Seicento subì una svolta tale nelle varie discipline che ritroveremo il termine novum/nova in diversi titoli di libri scientifici di questo secolo.

l'astronomia di Tolomeo e la cosmologia di Aristotele

L'astronomia nel cinquecento era ferma al sistema tolemaico, che considerava la Terra immobile al centro dell'Universo. Intorno al nostro pianeta ruotavano i sette pianeti (compresi la Luna e il Sole) su orbite rigorosamente circolari, mentre le stelle fisse erano disposte su una sfera esterna che ruotava in 24 ore. Il sistema geocentrico di Tolomeo (II secolo d.C.) e la filosofia naturale di Aristotele (384-322 a.C.), filosofo greco che fornì una spiegazione plausibile per tutti i fenomeni naturali osservati, corrispondevano alle osservazioni dei nostri sensi, il cosiddetto "senso comune", e furono un riferimento autorevole per oltre 1000 anni.


Tolomeo e Aristotele, al centro il Sistema tolemaico-aristotelico

In un primo tempo le opere di Aristotele furono proibite dalla Chiesa, ma grazie all'opera di Tommaso d'Aquino vennero accordate con le Sacre Scritture, portando la Chiesa a schierarsi decisamente a favore dell'astronomia tolemaica e della fisica e cosmologia aristotelica.


a sinistra Domenico da Michelino, Dante e Firenze (Firenze, Duomo)


I dogmi da abbattere per costruire la nuova astronomia
  • immobilità e centralità della Terra
    era stata stabilita da Tolomeo e Aristotele, accettata dalla maggioranza dagli studiosi (ad eccezione di casi isolati come i greci Filolao e Aristarco di Samo) e confermata dalla Chiesa, per cui sanciva la centralità dell'uomo nel progetto divino.

  • distinzione tra natura del cielo e natura della terra
    per Aristotele il mondo celeste incorruttibile e immutabile era costituito da un elemento ("quinta essenza") del tutto diverso dai quattro elementi corruttibili (terra, acqua, aria e fuoco) che costituivano il mondo sublunare.

  • distinzione tra moti naturali e violenti
    nella fisica aristotelica i primi dipendevano dalla tendenza dei corpi a raggiungere il luogo naturale (il moto circolare per i pianeti, il moto rettilineo verso il centro per i gravi), i secondi erano provocati da una forza esterna e terminavano quando la causa cessava (OMNE QUOD MOVETUR AB ALIO MOVETUR, ovvero "tutto ciò che si muove è mosso da qualcos'altro").

  • i moti celesti sono necessariamente circolari
    era un dogma platonico che tutti avevano rispettato, anche se con le successive osservazioni il modello tolemaico aveva dovuto subire correzioni sempre più complicate, con l'aggiunta di ulteriori cerchi detti epiclicli per spiegare i moti irregolari e a volte retrogradi dei pianeti.

  • finitezza dell'universo
    per Aristotele l'infinito non esiste "in atto" ed è solo realizzabile in potenza all'interno di una forma. In pratica non viene mai raggiunto e l'universo aristotelico è formato da sfere concentriche al centro delle quali si trova la Terra, ovvero un cosmo ordinato, finito e limitato dal cielo più esterno delle stelle fisse.

  • separazione tra fisica e cosmologia aristotelica e astronomia tolemaica
    per Tolomeo l'universo era una costruzione geometrica, una pura ipotesi matematica senza realtà fisica; al contrario la cosmologia di Aristotele non era fondata sulla matematica, per lui le sfere celesti introdotte da Eudosso nel suo modello geometrico avevano una consistenza reale, erano solide e cristalline. 

   

da Copernico a Keplero

Dopo 1300 anni di correzioni al modello di Tolomeo, alcuni astronomi iniziarono a riconsiderare la sua teoria e nel modello di Niccolò Copernico (1473-1543) il Sole venne posto al centro dell'Universo, mentre la Terra e i pianeti orbitavano circolarmente attorno ad esso. Copernico era un ecclesiastico e non fu certo un rivoluzionario, tanto che non pubblicò mai la sua opera "De revolutionibus orbium coelestium", stampata solo alla sua morte con una prefazione che la definiva una mera ipotesi matematica. Matematicamente la teoria copernicana risultava più semplice di quella tolemaica, visto che tutto era spiegato con il movimento della Terra e dei pianeti, ma Copernico non aveva abbandonato le orbite circolari e per questo motivo le previsioni del suo modello non furono migliori delle previsioni del modello tolemaico.


ritratto di Copernico; a destra: Andreas Cellarius, Sistema cosmografico di Niccolò Copernico (Harmonia macrocosmica, 1661)

L'astronomo danese Tycho Brahe (1546-1601), il più grande osservatore ad occhio nudo della storia dell'astronomia, si accorse che i due modelli dell'Universo non si adattavano alle osservazioni, ed elaborò una teoria alternativa in cui il Sole e la Luna orbitavano intorno alla Terra, mentre tutti gli altri pianeti orbitavano intorno al Sole. Lo stesso Tycho osservò in Cassiopia la stella nova del 1572 e misurò accuratamente la posizione delle comete del 1572 e del 1577, rendendosi conto che dovevano essere oggetti più distanti della luna: queste novità contraddicevano decisamente l'affermazione di Aristotele che il mondo celeste fosse perfetto e immutabile!


ritratto anonimo di Keplero del 1627; a destra: illustrazione delle tre Leggi di Keplero

Sui dati raccolti pazientemente da Tycho lavorò Johannes Keplero (1571-1630). Dopo aver abbandonato il sistema tolemaico tentò nel "Mysterium Cosmographicum" (1596) di spiegare il moto dei pianeti ricercandone le ragioni fisiche e metafisiche, rappresentando le orbite dei pianeti come gusci sferici separati dai cinque poliedri regolari. Mentre cercava di accordare la teoria con i dati osservativi di Tycho sul pianeta Marte, Keplero abbandonò il dogma del moto circolare, scoprendo che le orbite dei pianeti sono ellittiche e che i pianeti aumentano la loro velocità quando sono più vicini al Sole (è la cosiddetta "legge delle aree"). Nel 1609 terminò di scrivere la "Nova Astronomia", ma le sue opere erano di difficile lettura e intrise di misticismo, e le sue intuizioni divennero leggi scientifiche solo dopo che vennero utilizzate da Newton.

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