Galileo Galilei

Siamo nel 1597. Galileo insegna Matematica all'Università di Padova all'età di 33 anni. Spiega il sistema tolemaico agli studenti.

Secondo Aristotele, l'intero universo può essere suddiviso tra mondo celeste e sublunare. Il mondo sublunare è composto dalla mescolanza dei quattro elementi di base: terra, acqua, aria, fuoco ed ha centro la Terra. Ciascuno di questi elementi ha il suo proprio “luogo naturale” e quello dell’elemento terra è situato al centro dell’universo. Esso è circondato dal guscio sferico dell’elemento acqua e questo, a sua volta, dai gusci sferici dell’aria e del fuoco. Quest’ultimo si estende fin sotto la Luna. Se allontanati dal loro luogo naturale, gli elementi tendono a tornarvi, con un “moto naturale”, rettilineo. Esso è diretto dall’alto verso il basso, nel caso degli elementi “pesanti”, cioè la terra e l’acqua; dal basso verso l’alto nel caso degli elementi leggeri, cioè l’aria e il fuoco. I corpi celesti, come pure le sfere che li trascinano, sono formati solo di etere. Il loro moto naturale è circolare. Essendo fatti solo di etere e non trovando opposizioni sono immutabili.

Alla luce di questa fisica, la struttura dell'universo può essere descritta con la Terra al centro circondata da un complesso sistema di sfere reali sulle quali ruotano gli altri corpi celesti, compresi i pianeti. Le cosiddette stelle fisse ruotano con la sfera più esterna che trascina nel suo moto diurno da est a ovest intorno all’asse celeste anche i sottostanti pianeti e il sole.

Al contrario delle stelle, i pianeti mostrano un moto annuo assai irregolare, e ciò richiede l'introduzione di alcune correzioni. Si introdussero quindi gli epicicli. Più tardi, Tolomeo (circa 130 d.C.) pose la Terra non più al centro delle orbite planetarie, ma in una posizione leggermente eccentrica rispetto a esse. Tolomeo fu così in grado di preparare tavole contenenti la posizione dei pianeti nel corso del tempo. Tali tavole erano alla base della costruzione dei calendari.

(Animazione in geogebra che mostra quanto detto, (la velocità di rotazione del pianeta sull’epiciclo deve essere maggiore di quella del punto sul deferente, rapporto almeno 7:1) (tolomeo.ggb) (apribile solo con il software geogebra)

Keplero pubblica nel 1595 il Mysterium Cosmographicum, un’opera che si basa sull’accoglimento del sistema copernicano e un anno dopo le Epistolae astronomicae di Tycho Brahe. Le opere di Keplero, che qui non approfondiamo, rappresentano un notevole passo avanti rispetto alla teoria copernicana, in quanto eliminano tutti i cerchi necessari a descrivere le orbite dei pianeti attorno alla Terra (ricordiamo che i pianeti erano considerati ruotanti attorni a cerchi fisicamente esistenti. Tali cerchi furono eliminato per primo da Brahe), spiegano dal punto di vista cinematico la diversa velocità di rotazione dei pianeti nel loro percorso e introducono una relazione che consente di determinare una relazione tra le loro distanze dal Sole e il periodo di rivoluzione.

La terza legge di Keplero è effettivamente una legge fisica, valida per ogni sistema planetario (sarà applicabile anche ai satelliti di Giove scoperti da Galileo). Si può confrontare ad esempio la legge di Keplero (come legge fisica) con quella di Titius-Bode (legge puramente empirica) che fu comunque ampiamente utilizzata dagli astronomi.

Estratti dalla lettera a Keplero – agosto 1597

“È soltanto da poche ore che ho ricevuto il tuo libro, di cui ho letto solo la prefazione. Sono veramente felice di avere un compagno così illustre e così amante del vero nella ricerca della verità. È certo una cosa tristissima che gli uomini amanti della verità e che non perseguono un metodo perverso di filosofare siano così rari. Leggerò con cura e animo sereno il tuo libro, perché già da molti anni ho aderito alla teoria di Copernico e perché sono stato in grado di dimostrare le cause di molti fenomeni naturali che certamente nell’ipotesi corrente (il sistema tolemaico) restano inesplicabili. Ho già scritto molte ragioni e confutazioni degli argomenti contrari, ma finora non ho osato pubblicarle, spaventato dalla sorte toccata al nostro maestro Copernico. Troverei certo il coraggio di rendere pubbliche le mie considerazioni se vi fossero molti uomini simili a te;ma dal momento che non se ne trovano, soprassiederò al mio negozio”.