La scoperta del sistema solare appartiene al periodo chiamato “Rinascimento”, quando i filosofi decisero di non ammettere altro che l’osservazione e la logica nella costruzione dell’impresa scientifica e di rifiutare la tradizione. Forse l’esponente più noto di questo nuovo (e coraggioso) approccio è il matematico, filosofo e scienziato francese René Descartes (1596-1650). La sua affermazione “cogito ergo sum” (penso dunque sono) è simbolica per l’atteggiamento rinascimentale. (Alcuni hanno fatto notare che non si può pensare senza pensare a qualcosa, quindi è impossibile iniziare la scienza con la logica pura. Comunque, Cartesio ci ha provato e ha ottenuto un sacco di risultati interessanti, e anche alcune nozioni piuttosto strane).
L’accettazione generale del sistema centrato sul sole dei moti celesti richiese diverse centinaia di anni. L’idea principale del sistema solare fu proposta dall’astronomo polacco Nicolaus Copernicus (1473-1543) che disse che “il Sole è il centro dell’Universo” e fece muovere i pianeti intorno ad esso in cerchi perfetti (nel suo libro intitolato “Sulla rivoluzione delle sfere celesti”, scritto in latino e pubblicato nel 1543). In questo modo fece rivivere un’antica idea che risaliva al filosofo greco Aristarco (fiorito ~270 a.C.) che suggeriva che il Sole è molto più grande della Terra e che esso, e non la Terra, è al centro dell’universo. (Nessuno ha prestato molta attenzione a questo, poiché è chiaro che il Sole si muove molto: una volta al giorno attraverso il cielo, una volta all’anno attraverso le stelle a diverse altezze sopra l’orizzonte).
L’astronomo tedesco Johannes Kepler (1571-1630) sostenne il concetto copernicano che il Sole è al centro, ma diede ai pianeti orbite ellittiche, con il Sole in uno dei fuochi di ogni ellisse, per descrivere più correttamente i loro complicati movimenti. Le osservazioni dirette di Galileo Galilei (1564-1642), che dimostrò che Venere ha fasi come la luna (usando il telescopio da lui inventato e costruito), chiusero la questione per il sistema eliocentrico. (La Chiesa non era d’accordo. Mise il libro di Copernico nell’indice delle opere proibite nel 1616, e lo lasciò lì fino al 1835. Inoltre, Galileo dovette ritrattare e gli fu proibito di insegnare e di lasciare la sua casa).
Galileo fu una delle grandi menti di tutti i tempi. Come ha detto il filosofo francese Yves Bonnefoy: “Con Galileo, la Luna cessò di essere un oggetto di adorazione e divenne un oggetto di studio scientifico”. Un altro astronomo italiano, Giovanni Domenico Cassini (1625-1721) (il cui nome è associato al grande divario tra gli anelli interni ed esterni di Saturno) determinò la dimensione dell’orbita della Terra. Il suo valore era solo il 7% in meno di quello moderno (150 milioni di km). Ha anche stabilito la dimensione del sistema solare. (Aristarco aveva sbagliato di un fattore 20 nella stima della distanza dal Sole).
Poi venne Isaac Newton (1642-1727) che portò le leggi della fisica al sistema solare. Isaac Newton spiegò perché i pianeti si muovono nel modo in cui si muovono, applicando le sue leggi del moto, e la forza di gravitazione tra due corpi qualsiasi, lasciando che la forza diminuisca con il quadrato della distanza tra i due corpi. (Oltre a formulare le leggi del moto, Newton inventò il concetto di forza gravitazionale e un nuovo tipo di matematica per calcolare i moti planetari. La matematica è ora chiamata calcolo. Fu inventato indipendentemente, e pubblicato prima, dal matematico tedesco Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) la cui notazione è usata ancora oggi nei libri di testo. Newton costruì anche il primo telescopio riflettente per rilevare il cielo).
Sapere che il Sole è al centro del sistema, e che i pianeti rotanti si muovono intorno ad esso nelle loro orbite appropriate seguendo le leggi di Newton divenne la base per ulteriori esplorazioni della “meccanica celeste”. Molti dettagli dei moti dovevano ancora essere elaborati. I maggiori contributi vennero dai matematici e astronomi francesi Pierre Simon de Pierre Simon Laplace (1749-1827), Joseph Louis Lagrange (1736-1813), e Urbain Leverrier (1811-1877). (Ancora oggi la meccanica celeste è un campo di studio attivo, a causa della quantità di calcoli necessari per elaborare le posizioni dei pianeti per milioni di anni).
L’astronomo inglese Edmond Halley (1656-1742) si rese conto che le comete fanno parte del sistema (almeno una di esse, la cometa di Halley, continuava a tornare ogni 75 anni). Nettuno, un pianeta maggiore, fu scoperto solo nel 1846 (dall’astronomo tedesco Johann Galle, seguendo le indicazioni di Leverrier); Plutone fu trovato nel 1930. Molti astronomi ora pensano che Plutone sia in realtà solo un corpo insolitamente grande di tipo cometa (o piuttosto due corpi) nella “Cintura di Kuiper”, con centinaia o migliaia di corpi simili. La Cintura di Kuiper prende il nome dall’astronomo olandese-americano Gerard Kuiper (1905-1973) che ha dato molti contributi alla conoscenza dei satelliti dei pianeti esterni.
Inoltre, c’è la “nube di Oort”, asteroidi e comete che circondano il sistema solare come uno sciame di zanzare circonda un gruppo di persone durante un picnic in estate, in Minnesota. La “Nube di Oort”, dal nome dell’astronomo olandese Jan Hendrik Oort (1900-1992) che ne propose l’esistenza (nel 1950), è un enorme assemblaggio di comete a grande distanza dal sistema solare interno. Serve come un serbatoio apparentemente inesauribile per le comete che si avvicinano al Sole (e quindi diventano di breve durata). Le comete che attraversano il percorso dei pianeti interni lo fanno, si pensa, perché le loro orbite sono state disturbate dall’influenza gravitazionale delle stelle di passaggio.
Due scoperte fondamentali sul nostro mondo sono tra i più grandi contributi al pensiero umano: L’età del sistema solare e la fonte di energia del Sole. Le due cose sono collegate, perché solo l’energia della fusione nucleare (che trasforma la massa in energia) può alimentare il Sole per tutto il tempo in cui ha riscaldato il nostro pianeta.
La scoperta della fonte di energia del Sole – la fusione di nuclei di idrogeno (cioè protoni) per fare nuclei di elio (cioè particelle alfa) – deve molto alla scoperta della radioattività (di Antoine Becquerel e dei coniugi Marie e Pierre Curie); alla scoperta del protone e della mutabilità dei nuclei atomici (di Ernest Rutherford); e alla realizzazione che la massa stessa è una manifestazione di energia (di Albert Einstein). Insieme, queste scoperte hanno meno di un secolo. Il concetto del Sole come una fornace nucleare è stato compreso ragionevolmente bene solo a partire dagli anni ’30.