Alai

L’astronomia è un’area in cui i greci hanno mostrato un notevole talento. L’astronomia osservativa, che era la principale forma di astronomia altrove, fu fatta un passo avanti in Grecia: cercarono di costruire un modello dell’universo che potesse rendere conto delle osservazioni. Esplorarono tutte le alternative immaginabili, considerarono molte soluzioni diverse per i vari problemi astronomici che incontravano. Non solo hanno anticipato molte idee dell’astronomia moderna, ma alcune delle loro idee hanno resistito per circa due millenni. Anche al tempo di Isaac Newton, alcuni aspetti della cosmologia aristotelica erano ancora insegnati all’Università di Cambridge.

La nostra conoscenza dell’astronomia greca prima del IV secolo a.C. è molto incompleta. Abbiamo solo pochi scritti sopravvissuti, e la maggior parte di ciò che sappiamo sono riferimenti e commenti di Aristotele, per lo più opinioni che sta per criticare. Ciò che è chiaro è che si credeva che la terra fosse una sfera, e che c’era uno sforzo crescente per comprendere la natura in termini puramente naturali, senza ricorrere a spiegazioni soprannaturali.

I vicini dei Greci, Egizi e Babilonesi, avevano astronomie molto sviluppate, ma le forze che le guidavano erano diverse. L’amministrazione egiziana si basava su calendari ben stabiliti per anticipare l’inondazione del Nilo; i rituali erano necessari per essere in grado di dire l’ora durante la notte, e anche l’orientamento dei monumenti nelle direzioni cardinali era importante. I babilonesi credevano nella lettura dei presagi nel cielo come mezzo per garantire lo stato. Questi erano tutti stimoli importanti per sviluppare una bella astronomia.
Pitagora è accreditato come il primo greco a pensare che la terra fosse sferica, ma questa idea era probabilmente fondata su ragioni mistiche piuttosto che scientifiche. I pitagorici trovarono prove conclusive a favore di una terra sferica dopo che fu scoperto che la luna brilla riflettendo la luce, e fu trovata la giusta spiegazione per le eclissi. L’ombra della terra sulla superficie della luna suggerì che la forma del nostro pianeta era sferica.

Il libro di Aristotele “Sui cieli” riassume alcune nozioni astronomiche precedenti al suo tempo. Dice, per esempio, che Senofane di Colofone sosteneva che la terra sotto di noi è infinita, che ha “spinto le sue radici all’infinito”; altri credevano che la terra poggiasse sull’acqua, un’affermazione il cui autore originale sembra essere Talete (secondo Aristotele); Anassimene, Anassagora e Democrito credevano che la terra fosse piatta che “copre come un coperchio, la terra sotto di essa”.

Urania

di Mark Cartwright (CC BY-NC-SA)

Astronomia greca dopo Aristotele

A parte qualche eccezione, il consenso generale tra gli astronomi greci era che l’universo fosse centrato sulla terra. Durante il IV secolo a.C., Platone e Aristotele concordarono su un modello geocentrico, ma entrambi i pensatori lo fecero sulla base di argomenti mistici: Le stelle e i pianeti erano portati intorno alla terra su sfere, disposte in modo concentrico. Platone ha persino descritto l’universo come il Fuso della Necessità, frequentato dalle Sirene e fatto girare dalle tre Parche. Platone scartò l’idea di un universo governato da leggi naturali, poiché rifiutava qualsiasi forma di determinismo. Infatti, i moti imprevedibili di alcuni pianeti (specialmente Marte), erano visti da Platone come la prova che le leggi naturali non potevano spiegare tutti i cambiamenti della natura. Eudosso, uno studente di Platone, sfidò le opinioni del suo maestro lavorando su un modello matematico più libero da miti, ma l’idea delle sfere concentriche e del moto planetario circolare persisteva ancora.

Mentre le giustificazioni di Aristotele per un universo centrato sulla terra mancano di supporto scientifico, egli offre alcune prove osservative convincenti per giustificare una terra sferica, la più importante delle quali è la differenza nella posizione della stella polare al variare della latitudine, un’osservazione che offre un modo per misurare la circonferenza della terra.

Infatti ci sono alcune stelle viste in Egitto e nelle vicinanze di Cipro che non si vedono nelle regioni settentrionali; e le stelle, che al nord non sono mai fuori dalla portata dell’osservazione, in quelle regioni sorgono e tramontano. Tutto ciò va a dimostrare non solo che la terra è di forma circolare, ma anche che è una sfera di non grandi dimensioni: perché altrimenti l’effetto di un così lieve cambiamento di luogo non sarebbe rapidamente evidente.

(Aristotele: Libro 2, Capitolo 14, p. 75)

Aristotele, basandosi sulla posizione della stella polare tra Grecia ed Egitto, stimava le dimensioni del pianeta in 400.000 stadi. Non conosciamo esattamente la conversione degli stadi in misure moderne, ma il consenso generale è che 400.000 stadi sarebbero circa 64.000 chilometri. Questa cifra è molto più alta dei calcoli moderni, ma ciò che è interessante è che da un punto di vista teorico, il calcolo è un metodo valido per calcolare le dimensioni del nostro pianeta; è l’imprecisione delle cifre che Aristotele ha trattato che gli impedisce di arrivare a una conclusione accettabile.

Una cifra più precisa per le dimensioni del nostro pianeta sarebbe apparsa più tardi con Eratostene (276-195 a.C.) che confrontò le ombre proiettate dal sole a due diverse latitudini (Alessandria e Siene) nello stesso esatto momento. Per semplice geometria calcolò poi che la circonferenza della terra era di 250.000 stadi, cioè circa 40.000 chilometri. Il calcolo di Eratostene è circa il 15% troppo alto, ma la precisione della sua cifra non sarebbe stata eguagliata fino ai tempi moderni.

Le osservazioni abbastanza buone della cosmologia aristotelica coesistevano con una serie di pregiudizi mistici ed estetici. Si credeva, per esempio, che i corpi celesti fossero “non rigenerati e indistruttibili” e anche “inalterabili”. Tutti i corpi che esistevano sopra il nostro pianeta erano considerati impeccabili ed eterni, un’idea che durò a lungo dopo Aristotele: anche durante il Rinascimento, quando Galileo sostenne che la superficie della luna era imperfetta come il nostro pianeta e piena di montagne e crateri, non causò altro che scandalo tra gli studiosi aristotelici che ancora dominavano il pensiero europeo.

Nonostante il consenso generale sul modello centrato sulla Terra, c’erano una serie di ragioni che suggerivano che il modello non era completamente accurato e aveva bisogno di correzioni. Per esempio, il modello geocentrico non era in grado di spiegare né i cambiamenti di luminosità dei pianeti né i loro movimenti retrogradi. Aristarco di Samo (310 a.C. – 290 a.C.) era un antico matematico e astronomo greco che ha proposto un’ipotesi astronomica alternativa che potrebbe affrontare alcune di queste preoccupazioni. Anticipando Copernico e Galileo di quasi 20 secoli, sosteneva che il sole, non la terra, fosse il centro fisso dell’universo e che la terra, insieme al resto dei pianeti, girasse intorno al sole. Disse anche che le stelle erano soli lontani che rimanevano immobili, e che le dimensioni dell’universo erano molto più grandi di quanto credevano i suoi contemporanei. Utilizzando un’attenta analisi geometrica basata sulla dimensione dell’ombra della terra sulla luna durante un’eclissi lunare, Aristarco sapeva che il sole era molto più grande della terra. È possibile che l’idea che gli oggetti piccoli dovrebbero orbitare intorno a quelli grandi e non il contrario abbia motivato le sue idee rivoluzionarie.

Le opere di Aristarco in cui viene presentato il modello eliocentrico sono andate perdute, e ne siamo a conoscenza mettendo insieme opere e riferimenti successivi. Uno dei più importanti e chiari è quello menzionato da Archimede nel suo libro “The Sand Reckoner”:

Ma Aristarco di Samo pubblicò un libro composto da alcune ipotesi, in cui le premesse portano al risultato che l’universo è molte volte più grande di quello ora così chiamato. Le sue ipotesi sono che le stelle fisse e il Sole rimangano immobili, che la Terra giri intorno al Sole nella circonferenza di un cerchio, con il Sole al centro dell’orbita, e che la sfera delle stelle fisse, situata intorno allo stesso centro del Sole, sia così grande che il cerchio in cui suppone che la Terra giri sia proporzionato alla distanza delle stelle fisse come il centro della sfera lo è alla sua superficie.

(Archimede, 1-2)

Il modello di Aristarco fu una buona idea in un brutto momento, poiché tutti gli astronomi greci dell’antichità davano per scontato che l’orbita di tutti i corpi celesti dovesse essere circolare. Il problema era che la teoria di Aristarco non poteva essere conciliata con i supposti movimenti circolari dei corpi celesti. In realtà le orbite dei pianeti sono ellittiche, non circolari: le orbite ellittiche o qualsiasi altra orbita non circolare non potevano essere accettate; era quasi una bestemmia dal punto di vista degli astronomi greci.

Hipparco di Nicea (190 a.C. – 120 a.C.), il più rispettato e talentuoso astronomo greco dell’antichità, calcolò la lunghezza del mese lunare con un errore di meno di un secondo e stimò l’anno solare con un errore di sei minuti. Fece un catalogo del cielo fornendo le posizioni di 1080 stelle indicando la loro precisa latitudine e longitudine celeste. Timocharis, 166 anni prima di Ipparco, aveva anche fatto un grafico. Confrontando entrambi i grafici, Ipparco ha calcolato che le stelle avevano spostato la loro posizione apparente di circa due gradi, e così ha scoperto e misurato la precessione equinoziale. Ha calcolato la precessione per essere 36 secondi all’anno, una stima un po ‘troppo breve secondo i calcoli moderni, che è 50. Ha anche fornito la maggior parte dei calcoli che sono la spina dorsale del lavoro di Tolomeo Almagesto, un massiccio saggio astronomico completato durante il 2 ° secolo CE che è rimasto il riferimento standard per gli studiosi e incontrastato fino al Rinascimento.

Hipparco mise fine alla teoria di Aristarco dicendo che il modello geocentrico spiegava meglio le osservazioni che il modello di Aristarco. Come risultato di questo, egli è spesso accusato di aver portato indietro il progresso astronomico favorendo l’errata visione terra-centrica. Tuttavia, questo è un rischio che circonda ogni genio, due facce della stessa medaglia: quando hanno ragione possono innescare una rivoluzione della conoscenza, e quando hanno torto possono congelare la conoscenza per secoli.

Il modello aristotelico fu “salvato” introducendo due strumenti geometrici creati da Apollonio di Perga intorno al 200 a.C. e perfezionati da Ipparco. I cerchi convenzionali furono sostituiti da cerchi eccentrici. In un cerchio eccentrico i pianeti si muovevano come al solito in un moto circolare uniforme intorno alla terra, ma il nostro pianeta non era il centro del cerchio, piuttosto, sfalsava il centro. In questo modo, i cambiamenti di velocità dei pianeti potevano essere spiegati e anche i cambiamenti di luminosità: i pianeti sembravano muoversi più velocemente, e anche più luminosi, quando erano più vicini alla terra, e più lentamente, e anche più fiochi, quando erano lontani sul lato più lontano della loro orbita. Apollonio inventò un ulteriore strumento, l’epiciclo, un’orbita dentro un’orbita (la luna gira intorno alla terra e la terra orbita intorno al sole o, in altre parole, la luna si muove intorno al sole in un epiciclo). Questo dispositivo poteva anche rendere conto dei cambiamenti di luminosità e di velocità, e poteva anche rendere conto dei moti retrogradi dei pianeti che avevano lasciato perplessi la maggior parte degli astronomi greci.

L’Almagesto

Tra Ipparco e l’Almagesto di Tolomeo abbiamo un gap di tre secoli. Alcuni studiosi hanno suggerito che questo periodo fu una sorta di “età oscura” per l’astronomia greca, mentre altri studiosi credono che il trionfo dell’Almagesto abbia spazzato via tutte le opere astronomiche precedenti. Questo è un dibattito superfluo, poiché l’importanza di un’opera scientifica è spesso misurata dal numero di opere precedenti che essa rende superflue.

L’Almagesto è un’opera colossale sull’astronomia. Contiene modelli geometrici collegati a tavole che permettono di calcolare all’infinito i movimenti dei corpi celesti. Tutte le conquiste astronomiche greco-babilonesi sono riassunte in quest’opera. Include un catalogo contenente più di 1.000 stelle fisse. La cosmologia dell’Almagesto avrebbe dominato l’astronomia occidentale per i 14 secoli a venire. Sebbene non fosse perfetta, aveva una precisione sufficiente per rimanere accettata fino al Rinascimento.

Ironicamente, Tolomeo era più un astrologo che un astronomo: ai suoi tempi, non c’era una distinzione netta tra l’oscura attività dell’astrologia e la scienza dell’astronomia. Le osservazioni astronomiche erano solo un effetto collaterale del desiderio di Tolomeo come astrologo di essere in grado di dire e anticipare le posizioni dei pianeti in ogni momento. Inoltre, Tolomeo era anche l’autore di un’opera chiamata Tetrabiblos, un’opera classica sull’astrologia.

Gli strumenti ideati da Ipparco e Apollonio permettevano una sufficiente precisione osservativa, incoraggiando il progresso del modello geocentrico, ma il successo totale non poteva mai essere raggiunto. Tolomeo aggiunse ancora un altro dispositivo per “salvare le apparenze” del modello: il punto equante. L’equante era il punto simmetricamente opposto alla terra eccentrica, e il pianeta doveva muoversi nella sua orbita in modo tale che dalla prospettiva dell’equante, sembrasse muoversi uniformemente nel cielo. Poiché l’equante era sfalsato rispetto al centro dell’orbita, i pianeti dovevano variare la loro velocità per soddisfare questo requisito. In breve, poiché alcuni presupposti di base del modello cosmologico erano sbagliati (la nozione di terra centrata, le orbite circolari perfette, ecc.), c’era la necessità di aggiungere dispositivi discutibili e complicati (cerchi eccentrici, epicicli, equanti, ecc.) per evitare incongruenze o, almeno, cercare di minimizzarle. Alla fine, il modello tolemaico crollò non solo a causa delle sue imprecisioni, ma soprattutto perché mancava di semplicità. Quando l’ipotesi centrata sul sole di Copernico fu pubblicata nel XVI secolo d.C., guadagnò popolarità non perché fosse più accurata, ma perché era molto più semplice e non aveva bisogno di tutti i dispositivi troppo complessi che Tolomeo doveva usare.

Legacy

I risultati greci nell’arte, nella politica e persino nella filosofia possono essere giudicati secondo il gusto personale, ma ciò che hanno raggiunto nell’astronomia è assolutamente fuori discussione. Non solo hanno sviluppato un’ottima conoscenza astronomica, ma hanno anche sfruttato con successo i dati astronomici che hanno ottenuto dall’astronomia egiziana, babilonese e caldea e sono riusciti a fonderli con le loro conoscenze. Anche quando facevano un’ipotesi sbagliata, mostravano una creatività unica per inventare dispositivi per salvare i loro errori. Durante l’ascesa della scienza moderna, solo nel Rinascimento il mondo avrebbe visto pensatori con sufficiente competenza astronomica per sfidare le nozioni dell’antica astronomia greca.