Mag 14

MISSIONE GAIA - Storia dell'Astrometria (1) - Lo sguardo al cielo

"Astrometria = Parte dell'astronomia che studia le posizioni degli astri e le loro variazioni". In questa apparentemente sterile definizione da dizionario si nasconde una storia affascinante che inizia nel momento in cui l'uomo volge l'occhio al cielo e che probabilmente non avrà mai fine. La missione Gaia sta scrivendo una pagina fondamentale di questa storia e noi ve lo vogliamo raccontare... non prima, però, di avervi spiegato cos'è l'astrometria e come si è evoluta nei secoli.

Lo facciamo grazie ad alcuni articoli pubblicati sul sito dell'ESA (European Space Agency), che ci siamo limitati a tradurre. Iniziamo con questo http://sci.esa.int/gaia/53196-the-oldest-sky-maps/

 

L’uomo ha iniziato a misurare le posizioni delle stelle migliaia di anni fa e la storia della misurazione delle stelle è la storia di alcuni degli scienziati più talentuosi e appassionati che siano mai vissuti. Mentre la missione Gaia dell'ESA inaugura una nuova era dell'astrometria spaziale, diamo uno sguardo alla storia di questa disciplina, a cominciare dai pionieri che hanno lavorato prima dell'invenzione del telescopio.

I registri archeologici mostrano che l'astronomia è una delle prime scienze naturali sviluppate dalle prime civiltà in tutto il mondo. Gli antichi astronomi potevano eseguire solo indagini limitate del cielo, usando aiuti rudimentali all'occhio umano. Ciononostante, il genere umano aveva già iniziato a misurare le posizioni dei corpi celesti, rendendo l'astrometria - la scienza della mappatura del cielo - una delle più antiche branche dell'astronomia.

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Tavola di pietra di Shamash, il Dio del Sole, proveniente dall'antica città babilonese di Sippar. Credito: © Trustees of the British Museum.
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La Luna e la cometa Hale-Bopp sulle Grandi Piramidi di Giza nel 1997. Credito: John Goldsmith

Non era solo la curiosità a stimolare i primi astronomi: l'astronomia e l'astrometria erano anche scienze pratiche. Monitorare i movimenti di stelle e pianeti nel cielo era lo strumento migliore per misurare il tempo, che era fondamentale per l'agricoltura, i rituali religiosi e la navigazione.

Le prime osservazioni astronomiche sistematiche documentate risalgono agli assiro-babilonesi intorno al 1000 a.C. Da questa culla della civiltà in Mesopotamia - nella parte meridionale dell'attuale Iraq - gli astronomi avevano accumulato conoscenza dei corpi celesti e registrato i loro movimenti periodici. Ma non avevano idea di quanto fossero lontane le stelle e i pianeti.

L'antica Grecia

Fu molto più tardi, nel III secolo a.C., che gli astronomi greci tentarono per la prima volta di usare l'astrometria per stimare le scale cosmiche. Tra le altre scienze, l'astronomia fiorì ad Alessandria, una colonia greca al largo della costa settentrionale dell'Egitto, con una rinomata biblioteca e museo. La visione dominante del Cosmo tra gli scienziati era geocentrica, con la Terra al centro dell'Universo e tutto il resto ruotava attorno ad essa, ma c'erano alcuni che si avvicinavano alla verità.

Aristarco di Samo fu uno dei pochi sostenitori del sistema eliocentrico, ipotizzando che la Terra si muovesse intorno al Sole anziché il contrario. Abile matematico, Aristarco provò a stimare la distanza relativa del Sole e della Luna dalla Terra, misurando l'angolo tra loro quando la Luna appare esattamente come un quarto. Con l'aiuto della trigonometria, stimò che il Sole fosse 18-20 volte più lontano dalla Terra rispetto alla Luna. Aveva l'idea giusta, ma la misurazione non era molto precisa; i dati attuali mostrano che il Sole è circa 400 volte più distante della Luna.

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L'Atlante Farnese, copia romana di un originale greco del II secolo d.C. La figura mitologica di Atlante possiede un globo celeste che raffigura costellazioni come possono essere apparse nel cielo nel II secolo a.C., quando Ipparco compilò il suo catalogo stellare.
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X secolo d.C.: Copia greca dei calcoli di Aristarco di Samo del II secolo a.C .delle dimensioni relative del Sole, della Luna e della Terra.

Il primo catalogo stellare

Nel II secolo a.C., il famoso astronomo greco Ipparco di Nicea compilò il primo catalogo stellare. Una testimonianza della sua opera è stata tramandata da Tolomeo, un astronomo che scrive trecento anni dopo ad Alessandria, all'epoca dell'Impero Romano.

Per misurare gli angoli nel cielo, Ipparco impiegò l'antica pratica babilonese, ancora in uso oggi, di dividere un cerchio in 360 gradi e ogni grado in 60 minuti d'arco. Il catalogo di Ipparco, uno dei primi tentativi riusciti di mappare il cielo, elenca le posizioni di 850 stelle con una precisione di circa un grado (circa il doppio delle dimensioni angolari della Luna piena). Era in grado di raggiungere questa precisione esclusivamente con le osservazioni a occhio nudo e con i pochi strumenti disponibili all'epoca - gnomoni, astrolabi e sfere armillari. Ipparco ha anche creato il sistema di magnitudo per descrivere la luminosità delle stelle, che è ancora in uso oggi, e ha studiato la distanza relativa del Sole e della Luna dalla Terra.

Il progresso durante il Medioevo

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L'osservatorio di Ulugh Beg a Samarcanda, in Uzbekistan

Mentre l'Europa languiva nel Medioevo, l'astronomia fiorì in Asia e nel mondo islamico. Ampie osservazioni furono eseguite negli imperi cinese e indiano, inclusa la compilazione di cataloghi stellari. Nel mondo islamico le osservazioni del cielo sono state accompagnate dallo studio e dalla traduzione di testi di antichi scienziati greci. Gli studiosi islamici costruirono squisiti strumenti astronomici per misurare gli angoli nel cielo. Migliorarono il quadrante, un dispositivo di misurazione a forma di quarto di cerchio originariamente proposto da Tolomeo, e inventarono il sestante, uno strumento simile nella forma di un sesto di cerchio.

Un catalogo di 994 stelle fu creato da Ulugh Beg della dinastia dei Timuridi nel XV secolo. Governando l'Asia centrale, l'astronomo e il matematico costruirono un enorme sestante con un raggio di 36 metri a Samarcanda, situato nell'odierno Uzbekistan. Il catalogo di Ulugh Beg ha una precisione leggermente migliore di un grado, paragonabile a quella della raccolta di Ipparco di diversi secoli prima. Ulugh Beg e molti altri astronomi che erano attivi nel mondo islamico mantennero viva la pratica dell'astronomia e dell'astrometria, introducendola senza problemi nell'era moderna.

Il Rinascimento europeo

Il flusso di scoperte e invenzioni di altre culture e territori catalizzò la rinascita della scienza nell'Europa del Rinascimento. In astronomia, la riscoperta dei testi originali di Tolomeo portò l'astronomo polacco Nicolaus Copernicus a rivoluzionare la visione del cosmo, con la scioccante rivelazione che la Terra non è il centro dell'Universo.

Copernico-Brahe

Copernico pubblicò la sua teoria di un sistema eliocentrico nel 1543, identificando il Sole come il centro dell'Universo, con la Terra e gli altri pianeti legati a muoversi intorno ad esso. Sebbene la visione eliocentrica descrivesse movimenti planetari in modo più semplice e ordinato rispetto al sistema geocentrico di Tolomeo, ci sarebbe voluto almeno un secolo prima che questo modello controverso venisse accettato sia all'interno che all'esterno della comunità scientifica.

Anche una delle grandi menti dell'astronomia, Tycho Brahe, respinse l'eliocentrismo. Tuttavia, dalla sua base in Danimarca, Brahe fece grandi progressi nell'astronomia osservativa. Sull'isola di Hven, che si trova nell'attuale Svezia, Brahe costruì Uraniborg, il più grande osservatorio astronomico prima dell'invenzione del telescopio. Con l'aiuto di grandi quadranti e sestanti, ha compilato un catalogo con le posizioni di circa 1000 stelle. Completato nel 1598 e pubblicato nel 1627, il catalogo di Brahe ha una precisione di circa un minuto d'arco: un enorme balzo in avanti e il primo importante miglioramento sui cataloghi stellari che risalgono a diciassette secoli.

Alla ricerca della parallasse stellare

Il sistema eliocentrico rianimò il dibattito sulle parallassi stellari. La parallasse è un movimento apparente di un oggetto in primo piano rispetto al suo sfondo a causa di un cambiamento nella posizione dell'osservatore. Conosciuto anche come triangolazione, questo metodo viene utilizzato per valutare le distanze da oggetti lontani sulla Terra. Gli astronomi avevano cercato di applicarlo per determinare la distanza dalle stelle, ma nessuna linea di base sulla Terra era abbastanza grande da rilevare la parallasse stellare a causa delle immense distanze coinvolte.

Dopo che Copernico suggerì che la Terra girasse attorno al Sole, gli astronomi si resero conto che era possibile sfruttare la linea di base molto più ampia offerta dall'orbita terrestre per misurare le parallassi stellari. Così Brahe si spinse verso i limiti dell'osservazione del suo tempo, alla ricerca della parallasse stellare. Sfortunatamente, non riuscì a rilevarla. Assumendo erroneamente che le stelle non possano essere così distanti che la loro parallasse non sarebbe alla portata delle sue misure, Brahe respinse il modello di Copernico e propose il suo sistema ibrido, che incorporava sia le caratteristiche geocentriche che quelle eliocentriche.

Brahe non poteva sapere, alla fine del XVI secolo, che le stelle fossero davvero così lontane che le sue misurazioni non sarebbero state sufficienti a rilevare la parallasse neanche per le quelle più vicine al Sole. Ad una distanza di poco più di quattro anni luce, le nostre stelle vicine più vicine hanno una parallasse inferiore ad un secondo d’arco. L'invenzione del telescopio e due secoli di diligente pratica astronomica sarebbero stati necessari prima che potesse essere misurata la prima distanza di una stella. Eravamo agli inizi del XIX secolo, prima che iniziassimo a comprendere la vera immensità del Cosmo.

 

QUI potete trovare tutti gli articoli dedicati alla missione Gaia finora pubblicati

 

La storia dell’astrometria non finisce qui, non perdetevi l’invenzione del telescopio nella prossima puntata! E, se non volete attendere la nostra traduzione, potete leggere l'articolo originale sul sito dell'ESA

6 commenti

  1. maurizio bernardi

    Ma che bella idea !   Grazie Dany

  2. Daniela

    In realtà, caro Mau, l'idea iniziale era un po' diversa: volevo scrivere un solo articolo sulla missione Gaia e pubblicarlo ad insaputa di Enzone per fargli una sorpresa, visto che c'è anche il suo astro-zampino in ciò che sta facendo quella sonda, ma lui è un po' reticente a parlarne per eccesso di modestia... l'anno scorso ha pure rifiutato un'intervista a Scherzy sull'argomento :( ! Allora ho cominciato a cercare in rete delle notizie sulla missione e mi si è aperto un interessantissimo vaso di Pandora di cui la storia dell'astrometria è solo l'inizio.

    Insomma... intorno a Gaia gira un Universo di informazioni, una più interessante dell'altra. Intanto iniziamo con l'astrometria e poi chissà dove andremo a finire!

    :-D

  3. givi

    Brava Daniela, continua così. Grazie.

  4. Daniela

    Grazie Givi, ci proverò!

    :wink:

  5. Giorgio

    Brava Dany, le "storie", soprattutto se vere, servono sempre a mantenere aperto il paracadute!.

    La prossima fatica potrebbe orientarsi verso i più piccini (sai che ho 3 nipotini di 3 anni) a cui preferirei raccontare qualcosa su Ipparco piuttosto che su Spider Man.

  6. Daniela

    Grazie Giorgio!  :-D

    In attesa di realizzare qualcosa di mirato per bambini così piccoli (impresa ardua... non si ha idea di quanto sia difficile spiegare certi argomenti in modo facile senza snaturarli, finché non ci si prova!), per i tuoi nipotini posso consigliarti la Mate-fisica di Papalla, ricca di animazioni divertenti: le prime che mi vengono in mente sono quelle di papalatleta che finisce nel letame grazie alla forza centrifuga e poi si vendica facendo cadere Scherzy in un tombino! Ma anche la giostra circolare uniforme oppure la grande sfilata dei numeri con semplici somme e sottrazioni (e "sorpresa" finale per il solito Scherzy che vuole sempre ficcare il suo nasone dappertutto!). Per non parlare, poi, del viaggio nel Sistema Solare organizzato da PapalHack.

    Altri spunti li puoi trovare nei racconti di Ciccio & Astericcio, nella Favola di Fotino e dei suoi fratelli, nel dialogo tra Copernico e il Sole ideato da Leopardi e tradotto da Vin-Census, oppure nella vera storia di Cristoforo Colombo... ma anche qualche racconto di Vin-Census o di Mauritius: ti sconsiglio quelli di Vin-Census il cui finale è troppo "perfido" e potrebbe traumatizzare i piccoli :mrgreen:  ma ce ne sono alcuni che farebbero impallidire Edmondo De Amicis! Per esempio Il romanzo della vita oppure L'emozione non ha voce, hai solo l'imbarazzo della scelta.

    Certo che tre anni sono pochi e la tua sensibilità di nonno sarà fondamentale per tradurre queste storie in altre ancora più semplici, scegliendo cosa è adatto a loro e cosa no. L'importante, comunque, a quell'età non è certo dare nozioni, ma trasmettere emozioni che li accompagneranno per tutta la vita!

     

    P.S. Il lavoro sulla riorganizzazione degli approfondimenti prosegue, ma è ben lungi dall'essere terminato: ogni tanto dai un'occhiata e, se vedi qualcosa che non ti torna o se hai qualche consiglio, scrivimi! Grazieeeeeee!!

     

     

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