Sistema tolemaico e sistema copernicano

Il sistema tolemaico è un modello geocentrico che collocava la Terra al centro del Sistema Solare, e che fu sostituito dal sistema copernicano, il primo vero modello eliocentrico che poneva il Sole al centro del nostro sistema.

 

Prima di entrare nel cuore della teoria di gravitazione universale vogliamo proporvi un excursus storico dell'evoluzione dello studio del cielo, dall'Antica Grecia fino ai giorni nostri. D'altronde, sapere come è avvenuta l'evoluzione delle teorie scientifiche sul Sistema Solare è fondamentale per comprendere e apprezzare i modelli validi ad oggi.

 

La nostra digressione consisterà di quattro tappe: il modello di Ipparco, il sistema tolemaico, il sistema copernicano e il modello di Brahe-Keplero-Newton. Prima di procedere vi raccomandiamo di tenere bene a mente la differenza concettuale tra moto di rotazione e moto di rivoluzione.

 
 
 

Dal modello di Ipparco al sistema tolemaico

 

Ci è voluto davvero molto tempo prima che si potesse arrivare, nel diciassettesimo secolo, alla comprensione dei moti dei pianeti e alla dinamica del Sistema solare. Prima di allora infatti era diffusa e accettata l'idea di epoca ellenistica secondo cui la Terra si trova al centro dell'Universo (modello geocentrico), con i pianeti e le stelle fisse che le ruotano attorno, ognuno su una propria orbita.

 

Questo modello, dovuto a Ipparco (II secolo a.C.), spiegava l'alternarsi del dì e della notte, il girovagare dei pianeti nei cieli notturni e l'inesorabile rotazione delle stelle, ma aveva un grosso difetto. Stando al modello di Ipparco ogni pianeta avrebbe dovuto ruotare attorno alla Terra descrivendo un'orbita circolare, muovendosi da est verso ovest ognuno con la propria velocità, ma c'erano dei momenti in cui i pianeti tornavano indietro nel loro moto, per poi ricominciare a procedere nel verso "giusto" alcuni giorni dopo. Questi strani movimenti venivano chiamati moti retrogradi e non erano giustificati nel modello di Ipparco.

 

Il sistema tolemaico

 

Fu Tolomeo a introdurre un nuovo modello geocentrico, chiamato appunto sistema tolemaico, per ovviare all'incongruenza del modello di Ipparco.

 

Tolomeo immaginò che ogni pianeta, oltre al proprio moto di rivoluzione su un'orbita circolare con centro nella Terra, ruotasse anche su un'orbita più piccola, detta epiciclo. Tolomeo suppose inoltre che il centro dell'epiciclo si muovesse su un'orbita circolare di rivoluzione attorno alla Terra, detta deferente.

 

Il sistema tolemaico può sembrare complicato se descritto a parole, ma la seguente immagine chiarirà ogni dubbio.

 

 

Sistema tolemaico

Il modello tolemaico: rivoluzione lungo l'epiciclo e
deferente attorno alla Terra.

 

 

In questo modo, mentre il centro dell'epiciclo si muove sul deferente, possono esserci momenti in cui il pianeta si sta muovendo nella direzione contraria lungo l'epiciclo, e così gli osservatori sulla Terra lo vedono "tornare indietro". L'incongruenza della teoria di Ipparco sembrava quindi trovare una spiegazione nella soluzione proposta dal sistema tolemaico.

 

Il sistema tolemaico era complesso, ma riusciva a spiegare le osservazioni che si potevano fare all'epoca a occhio nudo, tanto che rimase indiscusso fino al sedicesimo secolo. E pensare che nel 270 a.C. Aristarco da Samo aveva già proposto di collocare il Sole al centro del Sistema Solare, con la Terra in rivoluzione attorno a esso oltre che in rotazione attorno al proprio asse... :)

 

Il sistema copernicano

 

Nel 1543 venne introdotto il cosiddetto sistema copernicano e ci fu la svolta. Niccolò Copernico pubblicò il De revolutionibus orbium coelestium, in cui immaginava un sistema eliocentrico, con il Sole posto al centro del Sistema Solare e i pianeti in rotazione attorno a esso su orbite circolari.

 

Il sistema copernicano prevedeva che le stelle fossero fisse semplicemente perché venivano considerate almeno mille volte più lontane del Sole (in realtà sono ben più lontane!): l'idea di base del concetto di stelle fisse si basava sull'osservazione secondo cui più le cose sono lontane, meno si spostano alla nostra vista quando ci muoviamo. A titolo di esempio, se viaggiamo in auto, gli alberi al bordo della strada scorrono molto in fretta, il campanile della chiesa del paesino vicino si sposta più lentamente, le montagne sullo sfondo sono quasi ferme e il Sole non si sposta affatto.

 

I moti retrogradi dei pianeti, che tanto avevano dato da pensare a Tolomeo, venivano inoltre considerati da Copernico come semplici effetti dovuti alla prospettiva: in soldoni, l'idea di Copernico prevedeva che noi ci troviamo su un pianeta in movimento e guardiamo altri pianeti in movimento con velocità diverse, quindi di tanto in tanto siamo noi a superare gli altri pianeti e altre volte veniamo superati da essi. In questo modo sullo sfondo delle stelle fisse possiamo vedere i pianeti andare avanti, tornare un po' indietro e poi andare avanti di nuovo.

 

 

Sistema copernicano

Il modello copernicano.

 

 

Niente più epicicli e deferenti: il sistema copernicano risultava ben più semplice rispetto al sistema tolemaico nella descrizione di ciò che si osserva.

 

Dal sistema copernicano a Keplero e Newton

 

Il successivo passo in avanti venne compiuto da Keplero il quale, grazie alle accurate misurazioni raccolte dal suo maestro Tycho Brahe, formulò le celeberrime leggi di Keplero.

 

Le leggi di Keplero, formulate sulla base di osservazioni e non di presupposti concettuali, misero le cose a posto e condussero il mondo occidentale verso la visione del Sistema Solare tutt'oggi valida.

 

Quando poi Newton riuscì a spiegare le leggi di Keplero grazie alle leggi della dinamica e della gravitazione universale, fu un successo. La teoria di Newton segnò così il culmine della rivoluzione scientifica iniziata con Copernico, e rimpiazzò totalmente la visione greca antica con un modello matematico più semplice ed elegante.

 

 


 

L'excursus finisce qui: nella lezione successiva riprendiamo a dar fuoco alle polveri e introduciamo nel dettaglio le tre leggi di Keplero. :)

 

 

Buon proseguimento su YouMath,

Alessandro Catania (Alex)

 

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