L'Occhio infinito di Galileo - I secoli bui ed il sistema “quasi” eliocentrico di Copernico

Il motivo per cui, dopo Tolomeo, per ben quattordici secoli la scienza astronomica non fece più progressi, si può individuare in varie cause. Prima fra tutte il decadimento dell’Impero romano e la netta scissione tra Europa occidentale e orientale che lo caratterizzò: ciò contribuì a far sì che in occidente si dimenticasse quasi completamente il bagaglio scientifico dei greci. Inoltre la diffusione del cristianesimo portò con sé una tendenza ad interpretare letteralmente la Bibbia. Nel libro della Genesi sono riportate ingenue nozioni astronomiche prese a prestito da altri popoli. Affermazioni di questo tipo non furono particolarmente dannose per il popolo ebreo che non aveva mai avuto un grande interesse per l’astronomia, ma determinarono un grave regresso e rallentamento dello sviluppo di questa scienza in occidente. Si ritornò perfino a deridere la sfericità della Terra, prima grande scoperta dei greci.

Bisogna aspettare il sedicesimo secolo perché si avvii una vera e propria rivoluzione astronomica. Anche se il merito di tale cambiamento epocale viene dato solitamente a Niccolò Copernico, va ricordato che egli fu in pratica solo l’iniziatore di un lungo e tormentato processo di rinnovamento culturale che portò alla visione newtoniana del mondo. Egli nacque a Torun (Polonia) nel 1473 e morì nel 1543.

In realtà l’idea che la rotazione degli astri potesse essere apparente e dovuta al moto della Terra, era già stata avanzata nell’antichità da vari filosofi quali Eraclide ed Aristarco. Ma Aristotele e Tolomeo, pur prendendola in considerazione, non la ritennero accettabile, sulla base di considerazioni che, per le conoscenze scientifiche del tempo, erano difficilmente confutabili. Inoltre il moto di rivoluzione della Terra intorno al Sole, avrebbe comportato una diversa posizione angolare delle stelle durante l’anno (la parallasse di Aristarco), che, tenendo conto delle dimensioni dell’universo allora accettate, doveva essere apprezzata anche a occhio nudo.

Il modello, detto eliocentrico, di Copernico in realtà non portava nessuna semplificazione nei calcoli per la previsione delle posizioni degli astri. Il grande polacco rimase sempre molto influenzato dal pensiero pitagorico e platonico e mantenne la circolarità dei moti. Uno dei motivi fondamentali che portarono Copernico ad abbandonare il sistema Tolemaico fu il desiderio di eliminare l’equante, cioè la presenza di un moto circolare la cui velocità era uniforme non rispetto al centro della circonferenza, ma ad un altro punto, in evidente contrasto con il dettato platonico.

Per poter spiegare tutti i fenomeni, senza ricorrere ad equanti, dovette comunque introdurre sfere eccentriche ed epicicli. Ne risultò alla fine un sistema la cui complessità era paragonabile, se non addirittura maggiore, di quella del sistema tolemaico.

Il sistema copernicano non rappresenta quindi il sistema eliocentrico oggi noto, proprio per il difetto di conservare una struttura ad epicicli (pur parzialmente semplificata rispetto a quella tolemaica). I moti ellittici dei pianeti erano ancora interpretati come composizione di moti circolari. Soltanto con le leggi empiriche di Keplero si riuscì a superare questo antico “pregiudizio”. Il vero aspetto rivoluzionario dell’opera di Copernico risiede nel fatto che, dopo di lui, molti scienziati cominciarono a credere nella realtà fisica del modello.

Vediamo allora in maggiore dettaglio quali furono i punti fermi su cui si basò l’opera di Copernico:

  • Non vi è un unico centro per tutte le orbite celesti
  • Il centro della Terra non è il centro dell’universo, ma soltanto il centro di attrazione dei corpi pesanti e dell’orbita lunare
  • Tutte le orbite “circondano” il Sole, che si trova “nel mezzo”, poiché il centro del mondo è vicino al Sole
  • La distanza del Sole dalla Terra è piccolissima rispetto alla distanza delle stelle fisse
  • Ogni moto che paia appartenere alle stelle fisse non trae origine da esse ma dalla Terra. Perciò la Terra compie una completa rotazione attorno al suo asse, mentre il firmamento, o ultimo cielo, rimane immobile
  • I moti che ci sembrano propri del Sole sono dovuti alla Terra ed alla sua orbita sulla quale rivolge attorno al Sole, come ogni altro pianeta
  • I moti retrogradi e diretti dei pianeti, non sono causati da loro, ma dalla Terra. Il solo moto della Terra è sufficiente a spiegare un gran numero di irregolarità nei cieli

Da questi assiomi preliminari si vede subito che la rottura di Copernico con la vecchia cosmologia non è così netta come ci si sarebbe aspettato. Il centro del cosmo di Copernico non è nel centro del Sole ma vicino al centro del Sole. Precisamente esso è situato nel centro dell’orbita terrestre, la quale è eccentrica rispetto al Sole. Il centro della Terra continua poi a mantenere nel cosmo una funzione privilegiata essendo il punto verso cui convergono tutti i corpi pesanti ed il centro dell’orbita lunare. Nel quarto punto Copernico aderisce alla concezione che Aristarco di Samo aveva enunciato milleottocento anni prima. Nel quinto, accettando la immobilità delle stelle fisse, Copernico ammette implicitamente la realtà di una superficie sferica concava sulla quale esse sono incastonate. Ma le basi rivoluzionarie ci sono tutte, soprattutto nella frase: “la Terra rivolge attorno al Sole come ogni altro pianeta”. L’ultimo punto è poi una specie di accorato appello ai suoi contemporanei affinché lo seguano e lo aiutino a dimostrare tutti i moti apparenti degli astri attraverso il solo moto della Terra. Lui aveva fatto tanto, ma ancora tanto si poteva fare …

La figura che segue illustra in maniera estremamente elementare e schematica il sistema copernicano. Come si vede, i moti sono sempre circolari ed uniformi. Copernico ricorre sempre agli epicicli, tranne che per la Terra e per la Luna. La figura che segue rispetta grossolanamente la proporzione per le distanze dei pianeti dal Sole. La Terra è mostrata ruotare attorno al Sole, ma in realtà il centro della sua orbita è vicino alla stella, come si vedrà nella figura successiva. La distanza della sfera delle stelle fisse è invece fuori proporzione in quanto per Copernico doveva essere considerata a distanza grandissima.

Il sistema copernicano estremamente schematizzato. In realtà la Terra ha come centro della sua orbita un punto vicino al Sole, come vedremo nella prossima figura. La Luna le orbita attorno ed entrambe non hanno epicicli. Le stelle fisse dovrebbero essere inserite a ben più grande distanza.

La prossima figura mette in relazione il moto della Terra con quello di Marte. In essa si vede bene che la Terra circola sul cerchio interno, centrato in un punto che non coincide con il centro del Sole. Questo punto è Il centro effettivo del sistema e prende il nome di Sole medio. Il Sole è invece il centro del deferente di Marte. La figura mostra chiaramente l’ulteriore privilegio, già menzionato, che Copernico accorda alla Terra: essa, a differenza di quella degli altri pianeti, è priva di epiciclo. Nemmeno Copernico riesce a declassare la Terra al rango di comune pianeta.

Marte, Terra e Luna nel sistema copernicano. Terra e Luna non hanno epicicli. Come si vede la Terra ruota intorno a C’ (Sole medio), mentre il deferente di Marte ha centro in C (Sole).

In conclusione, si potrebbe dire che la teoria copernicana sia una sintesi tra una ardita innovazione ed un bagaglio tecnico-culturale del passato. L’aver posto il Sole “quasi” al centro del sistema ha comunque consentito notevoli facilitazioni nella spiegazione delle apparenti irregolarità dei moti planetari. Ma le affinità con Tolomeo rivelano un chiaro legame con le costruzioni aristoteliche. Non per niente Keplero ebbe a dire che Copernico avrebbe fatto meglio a interpretare la natura, anziché Tolomeo.