Galileo Galilei: intuizioni e scoperte

9 Aprile 2020 / Commenti disabilitati su Galileo Galilei: intuizioni e scoperte

Personaggi

L’occhiale di Galileo

Il cannocchiale (cannone-occhiale) è probabilmente lo strumento che più ha influenzato la storia della nostra cultura. Ancora oggi, appassionati e non, sono attratti da quell’“occhiale, per mezzo del quale gli oggetti visibili, pur distanti assai dall’occhio di chi guarda, si vedevan distintamente come fossero vicini”…

L’invenzione del cannocchiale ha rivoluzionato la conoscenza del mondo ma, come spesso accade, la sua nascita è dovuta ad una serie di studi e anche di casualità distribuite lungo molti secoli. Questo strumento riflette in qualche modo la complicata vicende galileiana e la situazione di tutto il ‘600.

Già nel X secolo alcuni studiosi arabi (in particolare Alhazen le cui opere saranno di ispirazione a moltissimi studiosi tra cui Keplero) studiavano gli effetti della rifrazione della luce e il meccanismo di formazione dell’immagine nel nostro occhio.

In Europa le prime lenti nascono nel XIII secolo ed erano perlopiù prodotte da maestri vetrai veneti e fiorentini (il primo documento scritto riguardante le lenti risale al 1284, il primo occhiale in assoluto della storia fu ideato e costruito molto probabilmente nel 1286 dal frate Alessandro Spina presso il convento domenicano di S. Caterina in Pisa). Già nel ‘500 l’idea di mettere insieme due lenti per vedere le cose lontane, aveva prodotto alcuni strumenti con un paio di ingrandimenti usati soprattutto in campo militare. La costruzione di questi occhiali non si basava però su alcuna teoria ed era affidata, anziché a “scienziati”, ad abili artigiani. La scienza ufficiale era concentrata sullo studio delle sfere e degli specchi sferici poiché solo la sfera era considerata una forma perfetta. L’origine modesta delle lenti è sottolineato dallo stesso nome: lente dal latino lenses e cioè lenticchia. Nel 1583 George Bartisch accusa gli occhiali di non avere capacità effettivamente correttive e invita i portatori di questi curiosi strumenti a far uso di “un buon purgante che pulisca il corpo dagli umori superflui che rischiara di più e contro i mali oculari dovuti a stregoneria portare al collo il cuore e gli occhi di civetta essiccati all’aria”…

Nonostante l’indifferenza ed a volte anche l’avversione contro le lenti (spesso considerate strumento “magici”, creatori di illusioni) è sempre nello stesso periodo che cominciano alcuni studi metodici della rifrazione. Vale la pena ricordare l’abate Francesco Maurolico (Messina, 1494-1575) che introdusse per primo il concetto di Raggio Luminoso e studia la formazione delle immagini virtuali. I suoi lavori passarono praticamente inosservati e furono rispolverati solo qualche decennio dopo da Keplero.

Maggiore considerazione ebbero i lavori di Giambattista (Giovanni Battista) della Porta (Napoli, 1535-1615). Di ricca famiglia, frequentò sempre ambienti “scientifici” e le ricchezze di famiglia erano sufficienti a permettergli di dedicarsi completamente ai suoi studi. Sin da giovane si occupa di tutti quei fenomeni insoliti e misteriosi che la scienza ufficiale trascura perché non hanno apparente spiegazione. Nel 1558 pubblica la prima edizione del “Magiæ Naturalis, sive de miraculis rerum naturalium” (in 4 tomi) ma è nella seconda edizione del 1589 (divenuta di 20 tomi) che il della Porta inizia a parlare di ottica. In quest’opera riferisce che nel 1580 si recò a Murano per “fare un istrumento per vedere lontano”. Nel 1593 pubblica il “De Refractione optices” in cui abbozza alcune teorie sulla rifrazione e in cui troviamo anche un primo “progetto” di cannocchiale. Della Porta formò una società, l’“Accademia secretorum naturæ”, dedicata alla discussione ed allo studio della natura, che si riuniva regolarmente a casa sua. Tale società fu chiusa dall’Inquisizione nel 1578.

Nel 1585 egli si unì all’Ordine dei Gesuiti, ma questo non impedì all’inquisizione dal mettere al bando il suo lavoro dal 1594 al 1598.
Nel 1610 viene ammesso all’Accademia dei Lincei mentre nel 1612 viene nominato Vice-Principe del Linceo di Napoli, la prima e unica sede distaccata dell’Accademia. Il della Porta, ancora oggi, è un personaggio di estrema modernità. Ricordiamo solo un paio di sue parole:

…’uomo non è influenzato dagli astri ma è, invece, modificato, nell’aspetto e nel carattere, dagli “humori naturali”…

…i misteri della natura e dell’uomo stesso non sempre si possono spiegare con la scienza ufficiale, ma non per questo sono sempre valide le scienze occulte…

All’inizio del ‘600 uno dei “filosofi” più importanti era però Keplero. La sua prima opera di ottica è del 1604 (Ad Vitellionem Paralipomena) in cui troviamo i primi fondamenti dell’ottica geometrica: “…un corpo luminoso é un aggregato di punti che fungono da vertici di coni di raggi, [radii], che entrano nella pupilla dell’occhio”.

Un occhialaio di Middelburg, tale Hans Lipperhey, presentò nel 1608 agli Stati Generali d’Olanda una richiesta di brevetto per un nuovo strumento ottico. Una lente convessa (da presbite) e una lente concava (da miope), montate alle estremità di un tubo lungo poco più di un palmo, ingrandivano fino a tre volte gli oggetti lontani. Purtroppo per Lipperhey, in pochi giorni anche altri occhialai olandesi rivendicarono l’invenzione. Galileo, che certamente conosceva il della Porta ed anche Keplero (anche se non si sono mai incontrati i due avevano un interessante rapporto epistolare) probabilmente non lesse le opere dei due “colleghi” e viene a sapere del cannocchiale da alcuni suoi conoscenti.

Circa dieci mesi fa ci giunse notizia che era stato costruito da un certo Fiammingo un occhiale, per mezzo del quale gli oggetti visibili, pur distanti assai dall’occhio di chi guarda, si vedevan distintamente come fossero vicini; e correvan voci su alcune esperienze di questo mirabile effetto, alle quali chi prestava fede, chi no. Questa stessa cosa mi venne confermata pochi giorni dopo per lettera dal nobile francese Iacopo Badovere, da Parigi…

Galilei non fu certamente l’inventore del cannocchiale e d’altro canto non rivendica mai l’invenzione ma piuttosto il suo perfezionamento. Nel 1609 si procurò uno strumento olandese, lo esaminò e ne comprese il principio base (sostanzialmente meccanico e non ottico). Dapprima riprodusse lo strumento, quindi, associando a lenti frontali convesse (positive) poco potenti delle lenti posteriori concave (negative) sempre più potenti, ne accrebbe sensibilmente la capacità d’ingrandimento.

…questo fu causa che io mi volgessi tutto a cercar le ragioni e ad escogitare i mezzi per giungere all’invenzione di un simile strumento, che poco dopo conseguii, basandomi sulla dottrina delle rifrazioni. Preparai dapprima un tubo di piombo alle cui estremità applicai due lenti, entrambe piane da una parte, e dall’altra una convessa e una concava; posto l’occhio alla parte concava vidi gli oggetti abbastanza grandi e vicini, tre volte più vicini e nove volte più grandi di quanto non si vedano a occhio nudo. In seguito preparai uno strumento più esatto, che mostrava gli oggetti più di sessanta volte maggiori. E finalmente, non risparmiando fatiche e spese, venni a tanto da costruirmi uno strumento così eccellente, che gli oggetti visti per il suo mezzo appaiono ingranditi quasi mille volte e trenta volte più vicini che visti a occhio nudo.

Nonostante tutto il della Porta, sentitosi defraudato dell’invenzione, in una lettera a Federico Cesi, nel 1609 scrive:

…del segreto del cannocchiale l’ho visto et è un coglioneria, et è presa dal mio libro IX De Refractione…

Anche se quindi non fu Galileo ad inventare il cannocchiale è probabilmente il primo a studiarne metodicamente il funzionamento e certamente è il primo a comprendere le potenzialità.
Il 21 Agosto 1609 Galilei (professor Galilei dell’università di Padova) mostrò ad alcuni senatori della Repubblica di Venezia le meraviglie del suo strumento (il primo aveva 9 ingrandimenti). Lo stupore che suscitò questo fu enorme:

[dalla Cronaca di ANTONIO PRIULI]

21 Agosto. Andai io [Antonio q.m] … a veder le meraviglie et effetti singolari del cannon di detto Gallileo, che era di banda, fodrato al di fuori di rassa gottonada cremesina, di longhezza tre quarte 1/2 incirca et larghezza di uno scudo, con due veri, uno cavo, l’altro no, per parte; con il quale, posto a un ochio e serando l’altro, ciasched’uno di noi vide distintamente, oltre Liza Fusina e Marghera, anco Chioza, Treviso et sino Conegliano, et il campaniel et cubbe con la facciata della chiesa de Santa Giustina de Padoa: si discernivano quelli che entravano et uscivano di chiesa di San Giacomo di Muran; si vedevano le persone a montar et dismontar de gondola al traghetto alla Collona nel principio del Rio de’ Verieri, con molti altri particolari nella laguna et nella città veramente amirabili…

A tale meraviglia però non corrispose un altrettanto riconoscimento in denaro. Galileo infatti, qualche giorno dopo si vide respingere dalla serenissima l’acquisto del suo strumento (egli era solito vendere strumenti, soprattutto un compasso militare, di sua produzione per arrotondare il suo stipendio da lettore di matematica).

[da una lettera di Galileo al Doge di Venezia, 24 Agosto 1609].

Et pertanto, giudicandolo degno di essere dalla S.V. ricevuto et come utilissimo stimato, ha determinato di presentarglielo et sotto l’arbitrio suo rimettere il determinare circa questo ritrovamento, ordinando et provedendo che, secondo che parerà oportuno alla sua prudenza, ne siano o non siano fabricati.

Il doge di Venezia gli concesse solo un aumento di stipendio e la conferma alla cattedra di Padova. Negli stessi giorni, infatti, alcuni consiglieri raccontarono che simili strumenti se ne producevano già e a bassissimi costi.

[dalla Cronaca di ANTONIO PRIULI]

Havendo il Dr. Gallileo Gallilei Fiorentino, lettor delle Mattematiche nel Studio di Padoa, presentato in Signoria il giorno d’heri un instrumento, che è un cannon di grossezza d’un scudo d’argento poco più e longhezza di manco d’un braccio, con due veri, l’uno per capo, che presentato all’occhio multiplica la vista nove volte di più dell’ordinario, che non era più stato in Italia, poi che altri dicono non esser sua inventione, ma esser stato retrovato in Fiandra, et che parve miracolo dell’arte, se ben poi doppo se ne sono fatti infiniti, et sono venuti a prezzo bassissimo et nelle mani d’ogn’uno; fu perciò,
25 Agosto, deliberato in Senato di ricondurlo in vita sua alla predetta lettura delle Matematiche, con stipendio de mille fiorini l’anno; se bene egli, o disgustato dal premio, o allettato da maggior speranze, partì poco dopo dal servitio.

Questo episodio deteriorò molto i rapporti tra Galilei e la serenissima convincendolo a cercare un posto presso il Granducato di Toscana alla corte medicea dove si trasferì nel 1610. Nel suo soggiorno a Padova, prima del trasferimento, costruì un nuovo cannocchiale con 20 ingrandimenti. E’ con questo strumento (conservato al museo di storia di scienze naturali di Firenze) che Galileo compie le osservazioni descritte nel Sidereus Nuncius. La prima parte dell’opera si occupa proprio della costruzione del suo cannocchiale, dando precise istruzioni sul come fabbricarne uno. Spiega il tipo di lenti usate e anche come arrivare agli ingrandimenti desiderati.

Fino ad ora non abbiamo parlato di telescopio. Spesso si distinguono i due strumenti solo dall’uso che se ne fa, il primo per uso terrestre l’altro per osservare il cielo. Le differenze sono molto più grandi. Di telescopio possiamo parlare solo con Keplero.
Nel 1610 l’astronomo riceve un cannocchiale da Galilei e, con questo strumento, elabora la teoria delle lenti usando i Diottri dando poi alla stampa il trattato Dioptrice.

Keplero scrisse, soddisfatto del suo lavoro, a Galileo:

Ti rendo noto che nei passati Agosto e Settembre ho scritto la diottrica che consta di 149 proposizioni… troverai le piacevolissime cause di ciò che avviene con questi occhiali doppi…

Il pisano rimane sostanzialmente indifferente e continua ad usare i suoi cannocchiali.

Sulla base delle teorie kepleriane, nel 1611, Scheiner (astronomo e matematico tedesco, docente di matematica e astronomia a Roma dal 1624 al 1633. Compì di numerosi studi sulle macchie solari, argomento sul quale entrò in polemica anche con Galileo) si costruisce un cannocchiale che, anziché avere una lente frontale positiva ed una posteriore negativa, impiega solo elementi positivi: il telescopio.

“Se applicate al tubo due lenti simili, cioè entrambe convesse, e se avvicinerete l’occhio nella maniera giusta, voi vedrete gli oggetti rovesciati, ma aumentati e con una luminosità e una estensione considerevole.” (C. Scheiner, Rosa Ursina)

La differenza più macroscopica fra i due strumenti è che il cannocchiale produce un’immagine dritta mentre il telescopio rende un’immagine rovesciata (alto-basso, desta-sinistra) poiché la lente posteriore è posizionata subito dopo il fuoco. Le differenze più sostanziali sono però altre. Con il cannocchiale galileiano il campo risulta molto limitato (Galilei stesso non riusciva ad inquadrare interamente la Luna) e, diaframmando la lente frontale il campo si riduceva ulteriormente (questo effetto però ha permesso a Galileo di stimare la distanza angolare delle stelle usando lamine con fori di diverso diametro posti davanti alla lente foratale).Il telescopio ha soppiantato il cannocchiale (la configurazione galileiana è rimasta solo in binocoli da teatro) poiché, nonostante l’immagine ribaltata, si riescono ad ottenere campi e ingrandimenti maggiori oltre a mantenere una certa luminosità.

Per poter parlare di obiettivo e oculare dobbiamo aspettare qualche anno. I due termini stati introdotti dal frate cappuccino boemo Anton Maria de Rheita che morì a Ravenna nel 1659.

Tutti questi eventi, studi ed esperimenti non debbono far pensare ad una rivoluzione dell’ottica. I personaggi che li compirono erano pochi e spesso osteggiati dalla “scienza ufficiale”. Il telescopio, nonostante tutto, in pochi anni si diffonde in tutta Europa e tutti poterono osservare il cielo con occhi diversi, confermando ma spesso smentendo, ciò che Galileo descriveva.

La rivoluzione avviata dall’uso di un tal strumento andò ben oltre i confini nazionali ed europei. All’inizio del 1600 i rapporti tra scienza occidentale e orientale ebbero una svolta decisiva. La Cina, per esempio, cessò di essere un paese isolato e gli scambi con l’Europa divennero continui e regolari. Un contributo al cambiamento lo diede l’arrivo di Padre Ricci, divenuto Li Ma-Tou per i cinesi, e la fondazione delle missioni dei Gesuiti. Comprendendo il valore che i cinesi davano all’astronomia ed al calendario egli divulgò i risultati raggiunti in occidente e chiese ai suoi superiori che gli venisse inviato un astronomo capace di aiutare i cinesi soprattutto nella revisione del calendario.

Padre Ricci però morì nel 1610 senza veder esaudito il suo desiderio. In quello stesso anno Galileo pubblicava il Sidereus Nuncius nel quale espose al mondo le scoperte da lui fatte applicando per la prima volta in astronomia l’uso del cannocchiale appena inventato.
Pochi anni dopo le sue scoperte saranno note anche in Cina. Nel 1618, infatti, due gesuiti partirono da Lisbona e nel 1623 arrivarono a Pechino portando il primo cannocchiale che pare sia stato introdotto in Cina. Così le meraviglie scoperte da Galileo poterono essere viste direttamente anche in oriente. Uno dei due missionari, padre Schreck era stato allievo di Galileo per cui, mosso dalle stesse intenzioni di padre Ricci chiese a Galileo ed a Keplero un aiuto nella riforma del calendario cinese. Doveva verificarsi a Pechino un eclisse parziale di sole e fu chiesto ai rappresentanti delle astronomie araba, cinese ed europea di effettuare delle previsioni. Le previsioni effettuate dai padri gesuiti furono quelle più vicine alla realtà. L’astronomia cinese si sentì sconfitta e l’imperatore su indicazione del Gran Consiglio incaricò proprio i gesuiti europei della riforma del calendario e Galileo diventò per i cinesi Chia Li-Lueh.

La luna di Galileo

In primo luogo diremo dell’emisfero della Luna che è volto verso di noi. Per la maggior chiarezza divido l’emisfero in due parti, più chiara l’una, più scura l’altra: la più chiara sembra circondare e riempire tutto l’emisfero, la più scura invece offusca come nube la faccia stessa e la fa apparire cosparsa di macchie. Queste macchie alquanto scure e abbastanza ampie, ad ognuno visibili, furono scorte in ogni tempo; e perciò le chiameremo grandi o antiche, a differenza di altre macchie minori per ampiezza ma pure così frequenti da coprire l’intera superficie del disco lunare, soprattutto la parte più luminosa: e queste non furono viste da altri prima che da noi. Da osservazioni più volte ripetute di tali macchie fummo tratti alla convinzione che la superficie della Luna non è levigata, uniforme ed esattamente sferica, come gran numero di filosofi credette di essa e degli altri corpi celesti, ma ineguale, scabra e con molte cavità e sporgenze, non diversamente dalla faccia della Terra, variata da catene di monti e profonde valli.

In queste poche parole è sintetizzata la grande rivoluzione galileiana.

Anche in questo caso non fu probabilmente Galileo ad osservare per primo la Luna. Si trovano alcuni disegni del matematico Thomas Harriott databili ai mesi tra Maggio ed Agosto del 1609. Con un cannocchiale da circa 6 ingrandimenti a sua disposizione, Harriott però non ritiene di osservare monti e valli ma strane macchie. Galileo capì per primo ciò che stava osservando dando un’impronta fondamentale alle osservazioni astronomiche. Oltre all’indubbio vantaggio di avere un telescopio con circa venti ingrandimenti, fu essenziale la conoscenza che egli aveva della prospettiva. Galileo era maestro nel disegno prospettico, soprattutto del chiaroscuro, e nella rappresentazione di forme tridimensionali complesse; certamente conosceva gli studi di Leon Battista Alberti e di Lorenzo Sirigatti (membro dell’accademia del disegno) nei quali erano esposti i problemi del chiaroscuro.

Il primo sguardo alla Luna ancora oggi, anche con un piccolo
telescopio (che certamente sarà di gran lunga migliore di quello galileiano), è uno spettacolo splendido che non lascia indifferenti anche chi la Luna è abituato ad osservarla normalmente. La meraviglia di Galilei doveva essere migliaia di volte maggiore anche se non giunse del tutto impreparato a ciò che riuscì a vedere.

Innanzitutto definiamo cosa fosse la Luna alla fine del ‘600.

Buona parte delle teorie sull’origine e la natura del nostro satellite erano basate su una concezione aristotelica per la quale la Luna era un corpo lucido e levigato, composta da etere ma, come la Terra, privo di luce propria. Altre teorie, meno diffuse, ma legate a nomi altrettanto importanti (Plutarco, Pitagora, Platone) vedevano nella Luna un corpo simile al nostro pianeta con monti, valli e depressioni, oceani d’acqua (mari) e d’aria. In questa descrizione le macchie scure erano dovute alla diversa riflessione della luce solare. Fino al XIII secolo i filosofi della natura, seguendo una concezione platonica, consideravano i corpi celesti, compresa la Luna, oggetti simili alla Terra.

L’insieme di tutte queste conoscenze, profondamente radicate in Galileo, permisero una giusta interpretazione delle osservazioni ed è proprio in questo che sta la grandezza dello scienziato pisano.

Iniziamo ora ad osservare la Luna del Galilei.

Le osservazioni raccolte nel Sidereus Nuncius si riferiscono al periodo tra Luglio e Dicembre del 1609 (un’anteprima di quello che avrebbe pubblicato nel breve libro, la troviamo in una lettera del 7 Gennaio 1610 ad Antonio de’ Medici). Di queste osservazioni sono arrivati a noi alcuni resoconti e sette acquerelli originali. Al contrario delle incisioni riprodotte nel Sidereus (di pessima qualità, in cui le proporzioni non sono rispettate e i chiaroscuri sono poco evidenti) questi sette disegni rispecchiano le qualità “artistiche” del Galilei.

Nel quarto o quinto giorno dopo la congiunzione, quando la Luna ci mostra i corni splendenti, il termine di divisione tra la parte scura e la chiara non si stende uniformemente secondo una linea ovale, come accadrebbe in un solido perfettamente sferico, ma è tracciato da una linea ineguale, aspra e assai sinuosa. Infatti molte luminosità come escrescenze si estendono oltre i confini della luce e delle tenebre, e per contro alcune particelle oscure si introducono nella parte illuminata. Di più: anche gran copia di piccole macchie nerastre, del tutto separate dalla parte oscura, cospargono quasi tutta la plaga già illuminata dal Sole, eccettuata soltanto quella parte che è cosparsa di macchie grandi e antiche.

La “linea” di separazione tra parte illuminata e parte oscura della Luna viene chiamata Terminatore in questa zona la luce solare arriva obliqua al suolo ed in queste condizioni vengono risaltatati i giochi di chiaroscuro prodotti dalle asperità superficiali, aumentando quindi la percezione dei monti e delle “valli circolari” (così Galileo chiamava i crateri). Il terminatore, al cannocchiale, appare molto frastagliato, le zone illuminate e non sembrando intrecciarsi. Forte delle sue conoscenze dei giochi di luce e di prospettiva, inizia una minuziosa descrizione di ciò che si può osservare sulla Luna facendo continui paragoni con quel che osserviamo sulla Terra costruendo un modello che si rivela estremamente attuale.

Questa superficie lunare, là dove è variata da macchie, come occhi cerulei d’una coda di pavone, appare simile a quei vasetti di vetro che, posti ancora incandescenti in acqua fredda, acquistan superficie screpolata e ineguale, onde son detti dal volgo bicchieri di ghiaccio. Invero le grandi macchie della Luna non si vedono così rotte e ricche di avvallamenti e sporgenze, ma più uguali e uniformi; infatti spuntano solo qua e là piccole zone più luminose, cosicché se qualcuno volesse riesumare l’antica opinione dei pitagorici, cioè che la Luna sia quasi una seconda Terra, la parte di essa più luminosa rappresenterebbe meglio la superficie solida, la più scura quella acquea; e non mai ebbi dubbio che, guardato da lontano, il globo terrestre illuminato dal Sole, la superficie terrea si presenterebbe più chiara, più scura la parte acquea.

Parlando delle grandi macchie scure (i mari) riesce a distinguere nettamente la diversa natura rispetto ai crateri (zone chiare) e le sue “speculazioni” insinuano anche il dubbio che i mari non siano oceani liquidi (questo dubbio è più palese nella lettera ad Antonio de’ Medici).

In tutta la prima parte “lunare” del Sidereus Nuncius vengono affiancati successivamente disegni e descrizione dei disegni sempre allo scopo di dimostrare l’esistenza delle asperità lunari.
Successivamente Galileo si addentra nella spiegazione di altri due fenomeni. Il primo risponde ad una domanda direttamente conseguente a quello che vede.

Ma a questo proposito so che molti sono grandemente perplessi, e colpiti da una difficoltà tanto grave da costringerli a revocare in dubbio una conclusione spiegata e confermata da tante apparenze. Se infatti quella parte della superficie lunare che più luminosamente rimanda i raggi ha tanti anfratti, protuberanze e avvallamenti, perché, quando la Luna cresce, le parti estreme che guardano a occidente, e, quando decresce, quelle rivolte a oriente, e, nel plenilunio, tutta la circonferenza, non si vede ineguale, scabra e sinuosa, ma esattamente circolare, e senza protuberanza alcuna né cavità? Tanto più che l’orlo intero si compone della sostanza più chiara della Luna, che dicemmo tutta prominenze e cavità; infatti nessuna delle grandi macchie si spinge fino al limite estremo della circonferenza, ma tutte si vedono radunate lontane dall’orlo.

Se sulla Luna ci sono monti valli e asperità, perché il suo contorno non ne mostra? Con grande lucidità e chiarezza propone due spiegazioni:

…se non una sola catena di monti disposta unicamente intorno alla circonferenza, ma molte file di monti con loro valli e anfratti si trovano disposti parallelamente attorno alla periferia della Luna, e non solo nell’emisfero visibile, ma anche in quello invisibile (sempre presso il confine tra l’uno e l’altro), allora un occhio che guardi da lontano non potrà assolutamente vedere il distacco tra le parti elevate e le cavità, perché gli intervalli tra i monti disposti nello stesso cerchio, cioè nella medesima serie, sono nascosti da altri monti disposti in altre e altre file…

e poi

…se non una sola catena di monti disposta unicamente intorno alla circonferenza, ma molte file di monti con loro valli e anfratti si trovano disposti parallelamente attorno alla periferia della Luna, e non solo nell’emisfero visibile, ma anche in quello invisibile (sempre presso il confine tra l’uno e l’altro), allora un occhio che guardi da lontano non potrà assolutamente vedere il distacco tra le parti elevate e le cavità, perché gli intervalli tra i monti disposti nello stesso cerchio, cioè nella medesima serie, sono nascosti da altri monti disposti in altre e altre file…

La parte più interessante di questa “sezione” è la stima dell’altezza dei monti lunari. Il metodo usato è estremamente semplice e porta a risultati sostanzialmente verosimili (in media 7.400 metri).

Disegno dal Sidereus Nuncius che spiega come calcolare l’altezza dei monti lunari

 

Nella Luna dunque l’altezza AD, che designa un qualsiasi vertice elevato fino al raggio solare GCD e lontano dal confine C per la distanza CD, supera le 4 miglia italiane. Sulla Terra non vi son monti che giungano a un miglio di altezza perpendicolare: resta dunque evidente che le sopraelevazioni lunari sono più alte di quelle terrestri.

Il paragone con le montagne terrestri però sottolinea quanto poco si conoscessero le altitudini dei nostri monti. Le catene della Luna sono certamente alte ma non più di quelle terrestri salvo qualche sporadico caso (solo i monti Leibniz possono essere paragonati con la catena dell’Himalaia).

È curioso il fatto che Keplero, nel suo scritto “Astronomiae Pars Optica” riteneva, più correttamente ma senza il conforto di una dimostrazione geometrica, che i monti della Luna fossero più alti di quelli della Terra solo relativamente al volume dei due corpi celesti ma di fronte ai calcoli di Galileo, Keplero si ricredette e in uno scritto successivo accettò la tesi della superiorità assoluta dei rilievi lunari su quelli terrestri tanto che nel “Somnium de astronomia lunari”, Keplero sostenne che monti e valli lunari sono rispettivamente più alti e più profondi dei monti e valli terrestri.

L’ultimo argomento dedicato alla Luna riguarda la Luce Cinerea (debole luce di color cenere chiara che rischiara la parte della Luna non illuminata direttamente dal Sole).

Mentre la Luna, sia prima che dopo la congiunzione, si trova non lontana dal Sole, il suo globo si offre alla nostra vista non solo dalla parte in cui si orna di corni lucenti ma anche per un breve tratto periferico di tenue chiarore che sembra delineare il contorno della parte tenebrosa, opposta al Sole, e separarla dal campo più oscuro dell’etere stesso.

Diverse erano le spiegazioni che si davano della luce cinerea e Galileo le vaglia tutte escludendole di volta in volta. Non poteva essere luce propria della Luna e nemmeno il riflesso della luce di Venere o delle stelle, ma neanche del Sole. L’unica ipotesi rimasta era quella che fosse luce solare riflessa dalla Terra (già Leonardo da Vinci propose questa ipotesi ed è sua la paternità del termine luce cinerea):

Ecco: giustamente la Terra, grata, rende alla Luna luce pari a quella che essa stessa dalla Luna riceve per quasi tutto il tempo nelle tenebre più profonde della notte.

Questa meticolosa descrizione delle osservazioni lunari può lasciare pochi dubbi ai nostri occhi liberi da molti preconcetti, ma nel ‘600 le cose erano diverse. Ogni elemento descritto da Galilei, se da una parte certamente gli procurò fama a livello europeo, dall’altra alimentava aspre polemiche, non solo su ciò che osservava ma anche sulla natura stessa delle osservazioni (occhiali che imbalordiscono la testa) e sull’attendibilità delle sue interpretazioni.

Molti filosofi si affrettarono a cercare spiegazioni ad ogni evento descritto nel Sidereus Nuncius, spiegazioni che concordassero con quanto era prestabilito dalla teoria aristotelica. L’astronomo Giovanni Antonio Magini dall’ateneo Bolognese si affrettò a scagliare maldicenze contro il collega pisano e, nel 1610, Martino Horky pubblicò la Brevissima peregrinatio contra Nuncium Sidereum. Padre Clavio, matematico e gesuita del collegio romano, se in un primo tempo giudicò inattendibili le osservazioni, in un successivo resoconto dell’aprile 1611 al cardinale Bellarmino del Santo Uffizio, e probabilmente dopo aver osservato egli stesso con il cannocchiale inviatogli dall’amico Galilei saluta con entusiasmo le nuove scoperte di pur non condividendo la teoria della mobilità della Terra. Una volta che egli stesso ebbe puntato il cannocchiale al cielo si ricredette riconoscendo Poco dopo anche Keplero confermò le osservazioni.

Questi due importanti “biglietti da visita” (il collegio romano dei gesuiti e Keplero erano universalmente riconosciuti come le massime autorità scientifiche dell’epoca) non lo risparmiarono tuttavia da forti critiche e da tutti i successivi “problemi giudiziati”. Ludovico Geymonat chiarisce però molto bene che “i gesuiti concordarono con Galileo solo per quel che riguarda le sue osservazioni e non per l’interpretazione che ne dava.”

L’influenza che ebbe questo breve trattato si riconosce non solo in campo scientifico ma anche in diverse discipline come, per esempio, l’arte. Nel 1612 Ludovico Cardi, (detto Il Cigoli, amico di Galilei) dopo aver letto il Sidereus e probabilmente osservato la Luna, nel decorare la cappella Paolina in Santa Maria Maggiore a Roma, rappresenta la Vergine poggiata su una falce di Luna, non liscia ma con i crateri.

Il cratere Galileo

Le principali formazioni superficiali della Luna, mari, crateri, catene montuose, hanno un nome proprio e una parte importante dell’attuale nomenclatura lunare deriva dalla mappa disegnata dal gesuita Grimaldi, apparsa in un libro pubblicato a Bologna 1651, l’Almagestum Novum di Giovanni Battista Riccioli, un altro gesuita.

Alcuni crateri brillanti ebbero assegnato il nome di importanti astronomi copernicani (come Keplero e lo stesso Copernico). Forse con un pizzico di ironia, il cratere Copernico si trova nel bel mezzo dell’Oceanus procellarum (Oceano delle Tempeste). Dati i tempi che correvano, sembrava che queste dediche agli avversari della teoria ufficiale rivelassero la segreta adesione dei due gesuiti alla dottrina eliocentrica. Forse questo spiega anche come mai a Galileo venne dedicato un cratere di dimensioni molto modeste – le vicende del Dialogo sui Massimi sistemi erano molto recenti, era meglio non sbilanciarsi troppo… Riccioli e Grimaldi dedicarono a loro stessi due crateri vicini, mentre agli altri astronomi gesuiti intitolarono crateri posti più a sud, quasi per prendere le distanze dai loro stessi confratelli.

Un padre gesuita a cui fu dedicato un cratere molto importante (245 km di diametro contro i 15 km del cratere Galilaei) fu Cristoforo Clavio, Clavius.
All’epoca di Galileo Clavius insegnava al Collegio Romano, era 30 anni più vecchio e aveva conoscenze matematiche così vaste ed apprezzate che veniva soprannominato “l’Euclide del XVI secolo”. Galileo scambiò una serie di lettere con padre Clavius, e in una di esse dispensò una serie di consigli pratici per l’uso migliore del cannocchiale, dato che al Collegio Romano non riuscivano a scorgere i satelliti di Giove. Grazie ai consigli ricevuti e con un po’ di pratica, Clavius osservò con successo i satelliti di Giove e inviò a Galileo un resoconto entusiastico delle sue osservazioni. Certamente a Galileo una testimonianza così autorevole delle sue scoperte faceva molto comodo e questa testimonia anche dell’onestà intellettuale di Clavius stesso.

Questo non significava che il buon Clavius fosse diventato apertamente copernicano: il dibattito sull’interpretazione delle cose viste al telescopio durò per moltissimi anni. A Clavius molte fonti attribuiscono una congettura fantasiosa che tendeva a salvare la perfetta forma sferica della Luna: c’erano sì montagne e vallate, ma tutto era avvolto in un involucro sferico, simile a un cristallo, liscio e levigato alla superficie ma trasparente. Quest’ipotesi fu invece opera di un filosofo dilettante, Lodovico delle Colombe, che nel 1611 pubblicò uno scritto contro il moto della Terra.
Nella cerchia di Galileo, il delle Colombe e i suoi amici erano soprannominati “La Lega del Pippione” (che sta per “piccione”, anche in senso figurato) per indicare la piccolezza dei loro cervelli.

Le stelle fisse e il “Deep Sky”

Galileo nel Sidereus, Dopo aver esaminato la Luna al cannocchiale, rivolge il suo strumento alle stelle fisse, e si accorge di alcuni fatti importanti.
Anzitutto le stelle rimangono sempre piccole, di aspetto puntiforme.
Galileo scrive che mentre il cannocchiale sembra ingrandire le cose di 100 volte, puntato sulle stelle sembra avere un potere molto minore. Oggi sappiamo che le stelle sono così lontane che al telescopio, con qualsiasi ingrandimento, appaiono sempre come punti, o meglio come piccoli dischi le cui dimensioni sono dettate dalle leggi dell’ottica e non hanno niente a che fare con le dimensioni reali.

Altro fatto importantissimo, si vedono molte più stelle con il cannocchiale di quante non se ne vedano ad occhio nudo – questo accade perché la lente del telescopio é più grande della pupilla del nostro occhio, raccoglie più luce e rende evidenti oggetti così poco luminosi che il nostro occhio non può percepire in nessun modo. Sul Sidereus viene riportato qualche esempio del maggior numero di stelle osservato. Si trova ad esempio il disegno di un gruppo di stelle nella costellazione del Toro dette Pleiadi. Si tratta di un ammasso di stelle che ha fra i nomi popolari quello di Sette Sorelle, anche se la settima, come scrive lo stesso Galileo non appare quasi mai. Il cannocchiale ne rivela almeno altre 40 e nel disegno del Sidereus ne vengono riportate 36.

Lo stesso procedimento viene eseguito per altre zone del cielo, come la parte centrale della costellazione di Orione e l’ammasso di stelle detto Presepe nella costellazione del Cancro. Ma, cosa importantissima, viene osservata per la prima volta, per usare il termine di Galileo, l’essenza della Via Lattea. La via Lattea si rivela in cielo come una debole striscia bianca sullo sfondo nero del cielo, e sarebbe particolarmente ben visibile in estate.  

Il condizionale è d’obbligo perché il livello dell’inquinamento luminoso, cioè della quantità di luce diretta e dispersa inutilmente verso l’alto, ha raggiunto livelli tale che nelle zone circostante la città la Via Lattea è difficile da vedere.

Utilizzando la terminologia di Galileo, con il cannocchiale, con la certezza che è data dagli occhi, vengono risolte tutte le dispute che per secoli avevano tormentato i filosofi: la Via Lattea altro non è che una congerie di innumerevoli stelle, disseminate a mucchi. Con il cannocchiale si vedono le più grandi mentre le moltitudine di quelle più piccole rimane inesplorabile…

L’attuale visione della suddivisione dell’Universo vicino in sistemi-isola, che chiamiamo galassie, si è formata e consolidata nei primi decenni del ‘900. La Via Lattea che vediamo nel cielo deriva dall’osservare attraverso il suo spessore la nostra galassia, un’isola cui viene attribuito un numero di stelle di 100 miliardi e oltre, una delle quali è il nostro piccolo Sole.

La nostra galassia ha una struttura con bracci a spirale che possiamo osservare in altre galassie simili, anche se di tutte le forme attualmente osservate le galassie a spirali sono solo una parte.

I pianeti: Giove, Saturno, Venere.

Il 7 gennaio 1610 Galileo punta il suo ultimo modello di cannocchiale verso il pianeta Giove e vede vicino al pianeta tre stelline, che crede siano normali stelle fisse, anche se il fatto che si presentassero perfettamente allineate assieme al pianeta fosse un fatto curioso.

Ma a forza di osservarle e di annotarsi le loro posizioni nei giorni successivi (e il Sidereus riporta le osservazioni fino al 2 di marzo) Galileo conclude che siccome non si allontanano mai più di tanto dal pianeta, pur seguendolo nel suo moto fra le le stelle fisse, la conseguenza è che questi astri compiono le loro rivoluzioni attorno al pianeta stesso.

Galileo è molto felice di avere un argomento per tranquillizzare coloro che, pur accettando il sistema copernicano, non si danno pace del fatto che la sola Luna ruoti attorno alla Terra mentre questa compie il suo giro attorno al Sole. Queste 4 stelle erranti, gli astri o pianeti medicei, ruotano attorno a Giove e lo seguono nella sua rivoluzione attorno al Sole. Il nome di Astri Medicei non è rimasto ai satelliti di Giove, che Galileo voleva poi contraddistinguere con i numeri romani da I a IV.

Oggi i satelliti, a volte chiamati nel loro insieme “satelliti gailleiani” nei libri di astronomia divugativa, hanno i nomi di Io, Europa, Ganimede e Callisto, che figurano nella mitologia come amori clandestini di Giove. Questi nomi furono scelti da Simon Marius, che aveva cercato di far passare come suo il primo loro avvistamento. Galileo polemizzò al riguardo con Marius al riguardo, ma oggi molte fonti lo riportano come co-scopritore dei satelliti di Giove assieme a Galileo.

Marius, che era un contemporaneo di Galileo, studiò come allievo di Tycho Brahe e fu una figura molto controversa. A suo discapito possiamo ricordare che era il protettore di quel tal Baldassarre Capra che aveva cercato di soffiare il compasso a Galileo… Ancora la nomenclatura lunare non ha reso giustizia al nostro Galileo, il cratere Marius è grande il triplo di quello dedicato al nostro…

Il Sidereus Nuncius si chiude sulle osservazioni di Giove e dei suoi satelliti.
Ma dato alle stampe il Sidereus, Galileo continuava le sue osservazioni.
Nell’agosto del 1610, Galileo inviò un messaggio segreto all’ambasciatore toscano a Praga, Giuliano de’ Medici. Il testo, un’incomprensibile sequenza di trentasette lettere (ancorché dalla tredicesima alla diciassettesima di esse si legga la parola “poeta”), era l’anagramma della frase che annunciava la sua ultima scoperta astronomica:

Con quest’espediente, Galileo salvaguardava la paternità della sua scoperta senza rivelarla apertamente, cosa che fece solo dopo tre mesi. Il significato occulto del messaggio era:

ALTISSIMUM PLANETAM TERGEMINUM OBSERVAVI

(Ho osservato il pianeta più alto in triplice forma). Il pianeta più alto era Saturno e Galileo, a causa dell’insufficiente potenza del suo telescopio, aveva scambiato gli estremi del suo anello per un paio di satelliti.

Il progresso degli strumenti consentì a Huygens, circa 50 anni dopo, la corretta osservazione degli anelli di Saturno.


Gli anelli di Saturno si presentano alla nostra vista in modo variabile, più o meno inclinati, a seconda delle posizioni relative della Terra e del pianeta.
Quando Galileo iniziale osservazioni nel 1610 gli anelli erano quasi taglio, poi nei due anni successivi si disposero ancora più di taglio, fino quasi a sparire. L’interpretazione di quanto visto era decisamente complessa, e peggio ancora quando nel 1616 le osservazioni rivelarono una forma ancora diversa come non si era mai vista – gli anelli erano molto più aperti rispetto alle prime osservazioni e il telescopio di Galileo mostrava figura sempre più enigmatiche.

Curiosamente Keplero, a cui era stato mandato l’anagramma da custodire, si era arrovellato arrivando a una soluzione che egli stesso definì “barbaro verso latino”:

SALVE UMBISTINEUM GEMINATUM MARTIA PROLES
(Salve, furiosi gemelli, prole di Marte)

Keplero giunse erroneamente alla conclusione che Galileo avesse scoperto un paio di satelliti di Marte. Il fatto stupefacente è che, come oggi sappiamo, Marte ha in effetti, due piccole lune, Phobos e Deimos, che però furono scoperte solo nel 1877 con un telescopio enormemente più potente di quello di Galileo e aprofittando di condizioni molto favorevoli. Sicuramente Keplero non potevano avere la minima idea dell’esistenza di queste lune.

Nel dicembre dello stesso anno, il 1610, Galileo mandò un altro anagramma a Giuliano de’ Medici. Questa volta si trattava di una frase che sembrava avere un qualche senso:

HAEC IMMATURA A ME IAM FRUSTRA LEGUNTUR O Y

Dopo un mese, Galileo rivelò all’ambasciatore la soluzione dell’anagramma:

CYNTHIAE FIGURAS AEMULATUR MATER AMORUM
(La madre dell’amore emula le forme di Cynthia)

La mater amorum era, naturalmente, Venere, e Cynthia, la Luna.
Galileo aveva scoperto che il secondo pianeta mostrava delle fasi cicliche analoghe a quelle lunari (ciò costituiva una prova che girava attorno al Sole).

Se infatti Venere girava attorno alla Terra, come pure il Sole, sarebbe stato impossibile vederlo illuminato per più del 50%

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