Sistema solare (solo 6 pianeti mostrati) della NASA e Kepler di artista sconosciuto via Wikimedia Commons.
Il 27 dicembre 1571. L’astronomo e matematico tedesco Johannes Kepler è nato 446 anni fa. Lo ricordiamo per aver creduto nel modello copernicano – un sistema solare centrato sul sole, non sulla Terra – quando pochi altri lo facevano e per aver dimostrato la verità della teoria, attraverso le sue tre famose leggi del moto planetario. È anche noto per aver lavorato sulla scienza della rifrazione – la scissione della luce nei suoi colori componenti – e per la scienza di base della correzione degli occhiali.
Keplero nacque a Weil der Stadt, in Germania, da una famiglia povera. Durante il XVI secolo, la religione era ancora responsabile dell’educazione del popolo, e così Keplero studiò nelle scuole religiose. Iniziò a studiare all’Università di Tubinga nel 1589. Voleva diventare un teologo, ma la sua soggezione a Dio lo portò all’astronomia. Lo scopo del lavoro di Keplero fu sempre religioso: voleva capire l’universo per capire Dio.
L’insegnante di matematica di Keplero, l’astronomo tedesco Michael Maestlin, prestò a Keplero una copia commentata del libro di Copernico, De revolutionibus orbium coelestium (Sulle rivoluzioni delle sfere celesti). All’epoca, l’idea di un universo centrato sulla Terra era stata a lungo accettata dagli studiosi. La visione di Copernico di centralità del sole non era accettata dagli studiosi durante la sua vita, ma Keplero disse che poteva sentire l’opera di Dio in essa. Decise di dedicare la sua vita a dimostrare la correttezza della teoria di Copernico. Scrisse:
Preferisco di gran lunga la critica più acuta di un singolo uomo intelligente all’approvazione sconsiderata delle masse.
Nel 1595, Keplero insegnava matematica in una scuola superiore. Non era un buon insegnante, perché non era dinamico e spesso borbottava tra sé e sé. Un giorno, mentre insegnava, ebbe una profonda (anche se errata) rivelazione. Pensava che la spaziatura dei sei pianeti conosciuti all’epoca (Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove e Saturno) potesse essere spiegata inscrivendo e circoscrivendo sfere e i cinque solidi platonici. Egli scrisse:
La Terra è la sfera, la misura di tutto; intorno ad essa descrivere un dodecaedro; la sfera che include questo sarà Marte. Intorno a Marte descrivi un tetraedro; la sfera che include questo sarà Giove. Descrivi un cubo intorno a Giove; la sfera che include questo sarà Saturno. Ora, inscrivi nella Terra un icosaedro, la sfera inscritta in esso sarà Venere: inscrivi un ottaedro in Venere: il cerchio inscritto in esso sarà Mercurio.
Questo lavoro si rivelò falso, ma all’inizio sembrava vero, poiché c’era un accordo entro il 5% per tutti i pianeti, ad eccezione di Giove. Keplero continuò a lavorare all’idea, cercando di dimostrarla vera, per anni.
Il sistema solare di Keplero dal suo Mysterium Cosmographicum, 1596 via Wikimedia Commons.
Nel 1600, il primo astronomo William Gilbert pubblicò la sua famosa opera De Magnete, una discussione sulla natura magnetica della Terra. Keplero afferrò l’idea che il magnetismo potesse essere la chiave per trovare un sistema che spiegasse il moto retrogrado di Marte. Ancora una volta, si sbagliava, ma, come spesso accade nella scienza, percorrere strade sbagliate lo portò, alla fine, a una grande scoperta.
Leggi di più: Che cos’è il moto retrogrado?
Keplero aveva bisogno di dati accurati per poter vincere quella che descrisse come la Guerra con Marte. Ma sapeva che le tabelle di dati astronomici del suo tempo erano imprecise e non avrebbero fatto il lavoro. Nel frattempo, sempre nel 1600, l’astronomo danese Tycho Brahe stava acquisendo dati astronomici molto più accurati sulle posizioni dei pianeti. Invitò Keplero nel suo castello e osservatorio, Uraniborg, vicino a Praga.
All’inizio, i due astronomi non andavano d’accordo. Keplero voleva risolvere il mistero del cielo; Tycho non voleva proprio condividere i suoi dati, e passava il suo tempo a intrattenere ospiti e a bere.
Tuttavia, solo un anno dopo l’arrivo di Keplero, Tycho morì in strane circostanze e lasciò in eredità a Keplero le sue misurazioni astronomiche.
Leggi di più sul grande contributo di Tycho Brahe
La prima legge di Keplero afferma che i pianeti si muovono intorno al sole in un’orbita ellittica con il sole a un fuoco dell’ellisse. Immagine via OneMinuteAstronomer.
I dati di Tycho hanno permesso a Keplero di perfezionare il suo modello di moto planetario. Lo portò a creare quelle che oggi chiamiamo le tre leggi del moto planetario di Keplero. La prima legge del moto planetario afferma:
I pianeti si muovono intorno al sole in un’orbita ellittica, dove il sole è uno dei fuochi.
Keplero scrisse:
Ero quasi impazzito nel considerare e calcolare questa questione. Non riuscivo a capire perché il pianeta dovesse piuttosto andare su un’orbita ellittica. Oh, ridicolo me! Con un ragionamento derivato dai principi fisici, d’accordo con l’esperienza, non rimane altra figura per l’orbita del pianeta che una perfetta ellisse.
Un’illustrazione della seconda legge di Keplero. Immagine via Gonfer via Wikimedia Commons.
La seconda legge del moto planetario afferma:
Un pianeta in orbita percorre aree uguali in intervalli di tempo uguali.
Nel 1619, Keplero annunciò la sua terza legge del moto planetario:
Il periodo orbitale al quadrato sul semiasse maggiore (la distanza più lunga tra un pianeta e il sole) al cubo dà una costante.
Il lavoro di Keplero fu la base per il lavoro di Isaac Newton nel definire e spiegare come funziona la gravità. Newton usò le leggi di Keplero per formulare la sua legge di gravitazione dell’universo. Rimase la più potente comprensione della gravità (e quindi del cosmo nel suo complesso) che il mondo avesse mai conosciuto, fino a quando Albert Einstein apparve sulla scena all’inizio del XX secolo.
Ci sono 2 orbite di pianeti raffigurate in questa illustrazione di tutte e 3 le leggi di Keplero. Leggi di più su questa immagine, che è via Wikimedia Commons.
Oltre all’astronomia, Keplero era anche interessato all’ottica. Ha spiegato come funziona un telescopio, come avviene la rifrazione nei nostri occhi, e il fenomeno della percezione della profondità, cioè come entrambi gli occhi sono necessari per percepire la terza dimensione. Spiegò anche come le lenti degli occhiali compensano le distorsioni causate da una cattiva visione, formando la base scientifica della pratica odierna della correzione della vista.
Per tutta la sua vita, Keplero ebbe una visione religiosa del suo lavoro scientifico. Si sentiva come se si stesse avvicinando alla comprensione della natura e quindi più vicino a Dio.
Morì il 15 novembre 1630 a Ratisbona a causa di una malattia. Oggi lo ricordiamo come uno dei più grandi scienziati della storia. Il potente e fortunato cacciatore di pianeti Kepler della NASA porta il suo nome.
Concetto d’artista della sonda Kepler a caccia di pianeti che guarda la costellazione di Cygnus, via NASA.
In fondo: Keplero è nato 445 anni fa oggi. È ricordato per le sue tre leggi del moto planetario e il suo lavoro in ottica e geometria.
Daniela Breitman – una scrittrice canadese, già con From Quarks to Quasars – sta studiando Scienze Applicate con l’obiettivo di diventare un’astrofisica. Fotografa amatoriale, ama anche la scrittura e la letteratura ed è una grande fan della fantascienza. In effetti, è appassionata di molte cose.