I primi segni di cambiamento avvennero nella prima metà del XVI secolo, con la pubblicazione del “De RevolutionibusOrbiumCoelestium” (Sulle rivoluzioni delle sfere celesti) di un canonico polacco, Nicolò Copernico[En1][En2][F][F1][Es], avvenuta nel 1543. In questo trattato viene riproposto, per la prima volta dopo Tolomeo, il modello eliocentrico nel quale i pianeti ruotano con orbite circolari attorno al sole[F][Es].

Copernico era un pensatore chiaro, oltre che un abile matematico e al principio della sua carriera vide tanti punti deboli nel sistema tolemaico: vide che i movimenti del sole, della luna e dei pianeti non potevano essere spiegati col vecchio sistema, anche ammettendo tutti i cerchi e gli epicicli, e così ripudiò l'intera teoria. Pose il sole al centro del sistema, e ridusse la posizione della terra a quella di un comunissimo pianeta[It].

Usando le sue stesse parole: "Perché dovremmo esitare ad attribuire alla terra un moto naturale e corrispondente alla sua forma sferica? E perché non siamo disposti ad ammettere che l'apparenza di una rotazione giornaliera appartiene ai cieli, la sua realtà alla terra? Il rapporto è lo stesso di quello di cui parla l'Enea virgiliano: Noi salpiamo dal porto e la terra e le città si allontanano".

Copernico era saggio e prudente, sapeva con certezza che sarebbe stato accusato di eresia, e benché il suo libro sia stato completato verso il 1530 (impiegò 25 anni di attenti studi per verificare la correttezza delle sue teorie), si rifiutò di pubblicarlo fino al 1543, anno della sua morte. Come aveva previsto, la chiesa fu apertamente ostile. Gravi dispute si verificarono per tutto il mezzo secolo che seguì, ed un filosofo, Giordano Bruno,venne arso a Roma perché sosteneva che Copernico aveva ragione.

Collegamenti: Forkids: NicolausCopernicus[En]

TychoBrahe

TychoBrahe[F][F1][Es], nato in Danimarca solo alcuni mesi dopo la morte di Copernico, era completamente diverso dal gentile e colto matematico polacco. Tycho era un fervido credente nell'astrologia, ed un ugualmente fanatico oppositore del sistema copernicano. Per ironia della sorte il suo lavoro contribuì in modo fondamentale a provare la verità delle nuove idee. Egli costruì un osservatorio nell'isola di Hven, nello stretto tra la Danimarca e la Svezia, e tra il 1576 e il 1596 eseguì migliaia di osservazioni molto accurate sulla posizione delle stelle e dei pianeti, redigendo alla fine un catalogo che era migliore di quello di Tolomeo[It]. Naturalmente non era provvisto di telescopi, non erano ancora stati inventati; ma i suoi strumenti di misurazione erano i migliori della sua epoca, e Tycho personalmente era un ottimo osservatore.

Oggi nulla rimane del suo grande osservatorio di Uraniborg.

JohannesKepler e le 3 leggi sulle orbite celesti

Quando nel 1601, Tycho morì, egli lasciò i dati delle sue osservazioni al suo assistente, un giovane matematico tedesco che si chiamava JohannesKepler[F][F1][F2][Es1][Es2]. Dopo anni di attenti studi, Kepler si accorse che i movimenti dei pianeti non si potevano spiegare né col moto circolare attorno alla terra, né con quello attorno al sole; il che faceva pensare che ci fosse qualcosa di sbagliato sia nel sistema Copernicano che in quello di Tolomeo. Finalmente, trovò la risposta. I pianeti ruotavano sì attorno al sole, ma non con percorsi perfettamente circolari bensì con percorsi o "orbite" di forma ellittica[It]

I cinque pianeti conosciuti ai tempi di Kepler, risultarono avere delle orbite quasi circolari, ma ellittiche. La piccola differenza dal circolo perfetto era la causa di tutto e le ultime osservazioni di Tycho sopravvenivano proprio al punto giusto come i pezzi mancanti di un mosaico. Il risultato del suo lavoro fu riassunto nelle tre leggi sul moto planetario di Kepler, l'ultima delle quali fu pubblicata nel 1618. Queste leggi spianarono la  strada per le successive ricerche di Sir Isaac Newton.

Collegamenti didattici con la matematica: [It].

Galileo Galilei e la nascita del telescopio

Nel 1608 un fabbricante di occhiali di Middleburg in Olanda , HansLippersheim, scoprì che sistemando due lenti in una certa maniera si potevano ottenere delle immagini ingrandite di oggetti distanti. Gli occhiali erano già usati da qualche tempo; secondo alcune fonti essi furono inventati da Ruggero Bacone; ma nessuno aveva scoperto il principio del telescopio prima che lo facesse, più o meno accidentalmente, Lippersheim. La notizia della scoperta si diffuse, e giunse alle orecchie di Galileo Galilei[F][Es], professore di matematica dell'Università di Pisa. Galileo comprese immediatamente che il principio poteva essere utilizzato per creare un nuovo strumento da utilizzare per le osservazioni astronomiche: il telescopio [F][It1].

Costruì da sé un prototipo dello strumento. Era un piccolo oggetto, pietosamente debole se paragonato ad un moderno cannocchiale tascabile, ma fu di aiuto per una completa rivoluzione del pensiero scientifico. Già dalle prime osservazioni fece scoperte sensazionali.Galileo aveva sempre creduto nel nuovo sistema dell'Universo, ed il suo lavoro al telescopio lo aveva reso più sicuro del suo credo. Inevitabilmente si trovò nei guai con la chiesa. Era duro per le autorità religiose il riconoscere che la terra non era il corpo più importante dell'Universo, e Galileo appariva ai loro occhi come un eretico pericoloso. Venne arrestato ed imprigionato, dopodiché fu processato e costretto a "maledire, abiurare ed odiare" la falsa teoria che la terra si muoveva attorno al sole. Pochi si lasciarono illudere, e prima della fine del secolo, la teoria tolemaica era abbandonata per sempre.

Collegamenti: Breve storia del telescopio [It].

Les lunettes de Galilée[F]

Le procès de Galilée[F]

Le osservazioni di Galileo

Galileo ottenne le prime immagini telescopiche dei cieli verso la fine del 1609[It]. Improvvisamente l'universo cominciò ad aprirsi davanti ai suoi occhi. La luna era coperta di pianure buie, alte montagne e giganteschi crateri; Venere, la stella della sera e del mattino degli antichi, presentava delle fasi sul tipo di quelle della luna, tanto da essere a volte nascente e talvolta quasi piena; talvolta mezza; Giove era servito da 4 lune tutte per sé e la Via Lattea risultò composta da innumerevoli deboli stelle: Saturno, poi presentava una strana forma, ma lo strumento in suo possesso non era sufficientemente potente per consentirgli di distinguere  gli anelli. Ci riuscirà ChristiaanHuygens nel 1655.

Galileo pubblicò i risultati delle sue rivoluzionarie osservazioni nel 1610 con il “SidereusNuncius”.

Collegamenti: LaboratoryExercise: Galileo’sTelescopicObservations[En]

Isaac Newton, la scoperta della gravitazione universale

Se è giusto dire che Keplero trovò "come" i pianeti su muovono, Newton ne scoprì il "perché". Il lavoro di Newton[F][F1][It] fu  pubblicato nel 1687 con il nome “Principia”. Newton costruì un telescopio di tipo assolutamente nuovo. Lo strumento di Galileo era un rifrattore, e si serviva di un obiettivo composto da lenti per raccogliere la sua luce. Newton arrivò alla conclusione che i rifrattori non sarebbero stati mai del tutto soddisfacenti, e si diede da fare per ovviare a questa difficoltà. Decise di utilizzare come obiettivo uno specchio di forma parabolica. Egli commise uno dei suoi rari errori nel ritenere che i telescopi rifrattori non potessero avere futuro, ma il "riflettore" da lui ideato divenne presto popolare, e tale è rimasto fino ai giorni nostri: gli specchi si costruiscono più facilmente delle lenti, ed a minor costo anche oggi.

Nel “Principia” Newton enuncia i famosi 3 principi della dinamica, che hanno rivoluzionato la fisica. Sempre nella medesima pubblicazione Newton parte dal lavoro svolto da Keplero: riesce a dare a questo un fondamento fisico: egli dimostra che la forza di gravità oltre che dalla distanza tra i corpi dipende in modo diretto anche dalle masse dei corpi stessi. Si arriva così alla notissima legge delle gravitazione universale, reperibile in qualsiasi testo di fisica:

Collegamenti: L’evoluzione del telescopio a riflessione[It]

L’histoire du concept de la gravitation[F]

PhilosophiaeNaturalis Principia Mathematica - Book Two - 3rd Edition (1726)[En].