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9 · Età moderna scienza e tecnica

Keplero descrive le orbite

1609 Praga (oggi Repubblica Ceca)

In breve

Giovanni Keplero, astronomo tedesco, lavorava a Praga con le misure precisissime raccolte dal suo maestro Tycho Brahe. Studiando per anni il moto di Marte, capì che i pianeti non girano intorno al Sole su cerchi perfetti, ma su orbite a forma di ellisse, una specie di cerchio schiacciato. Scoprì anche che un pianeta corre più veloce quando è vicino al Sole. Pubblicò queste leggi nel 1609 nel libro Astronomia nova.

Perché è importante Le leggi di Keplero permisero di prevedere con precisione la posizione dei pianeti, e Newton le usò per la sua teoria della gravità.

Fonte: Treccani, voce «Keplero, Giovanni»

Illustrazione: Keplero descrive le orbite (Praga (oggi Repubblica Ceca))
Illustrazione creata con l'IA per Storiascopio
Keplero descrive le orbite: Praga (oggi Repubblica Ceca)
Dove: Praga (oggi Repubblica Ceca)

Scheda per studiare circa 4 minuti di lettura

Il racconto

Il cerchio perfetto

Fin dall'antichità gli astronomi avevano un'idea fissa: il cielo è perfetto, e le cose perfette si muovono lungo la figura più perfetta, il cerchio. Per questo Tolomeo, e anche Copernico, avevano immaginato che i pianeti girassero in cerchi, o in cerchi sopra altri cerchi. Il sistema funzionava solo in parte, e per farlo tornare con le osservazioni servivano sempre nuove correzioni.

Johannes Keplero nacque nel 1571 a Weil der Stadt, in Germania, in una famiglia modesta. Era un bambino fragile e malaticcio, ma bravissimo a scuola, e arrivò all'università grazie a una borsa di studio. Aveva una passione per la matematica e per l'astronomia, e quando conobbe l'idea di Copernico, secondo cui è la Terra a girare intorno al Sole, ne rimase colpito.

Tycho e Marte

Nel 1600 Keplero si trasferì a Praga, la capitale dell'imperatore Rodolfo II, per lavorare con l'astronomo danese Tycho Brahe. Tycho era un osservatore eccezionale: per decenni aveva misurato la posizione dei pianeti con una precisione mai raggiunta prima, a occhio nudo, con grandi strumenti da lui progettati. Non si fidava del sistema di Copernico, ma i suoi dati erano un tesoro. Tycho morì nel 1601, e Keplero ne ereditò le tabelle e il posto di matematico imperiale.

A Keplero fu assegnato il problema più difficile: l'orbita di Marte, il pianeta che non voleva stare nei cerchi. Per anni provò combinazioni diverse di cerchi, con enormi calcoli a mano. Alla fine ne trovò una che si accordava con le osservazioni quasi perfettamente, ma sbagliava per otto minuti d'arco, cioè una frazione minuscola, circa un quarto dell'ampiezza della Luna piena. Un altro astronomo avrebbe lasciato perdere. Keplero ragionò che Tycho non poteva essersi sbagliato di tanto, e che era il modello a essere sbagliato.

L'ellisse

Per un periodo Keplero fu quasi disperato: scrisse che gli sembrava di aver fatto «una guerra contro Marte». Dopo moltissimi tentativi, scoprì che l'orbita di Marte non è un cerchio, ma un'ellisse, cioè una specie di cerchio schiacciato, e che il Sole non sta al centro, ma in uno dei due punti speciali, detti fuochi. Questa è la prima legge di Keplero. La seconda legge dice che il pianeta si muove più velocemente quando è più vicino al Sole e più lentamente quando è più lontano, in modo che la linea che lo collega al Sole spazzi aree uguali in tempi uguali.

Keplero pubblicò queste due leggi nel 1609 nell'«Astronomia nova», cioè «Nuova astronomia», un libro lungo e pieno di calcoli, in cui racconta anche i suoi errori e le sue false piste. Dieci anni dopo, nell'«Armonia del mondo», aggiunse la terza legge: i pianeti più lontani impiegano più tempo a fare un giro, e c'è una regola matematica precisa che lega il tempo e la distanza.

Una vita difficile

La vita di Keplero non fu facile. Lavorò sempre per imperatori che lo pagavano poco o in ritardo; perse la prima moglie e alcuni figli; e fu travolto dalle guerre religiose, perché era luterano in un paese in gran parte cattolico. Sua madre, Katharina, fu accusata di stregoneria in un processo che durò anni, e Keplero dovette lasciare i suoi studi per difenderla: alla fine fu assolta, nel 1621. Scrisse anche un racconto di fantasia, il «Somnium», in cui un uomo viaggia sulla Luna.

Nel 1627 pubblicò le «Tavole rudolfine», le tavole planetarie più precise mai fatte, che usavano le sue leggi. Morì a Ratisbona nel 1630, durante un viaggio per recuperare uno stipendio arretrato.

Perché successe

Keplero era convinto, come Copernico, che il Sole fosse al centro, e voleva spiegare con la matematica come si muovessero davvero i pianeti. Credeva che il mondo seguisse un'armonia e un ordine che l'uomo poteva scoprire.

Aveva a disposizione i dati straordinari di Tycho Brahe e una grande tenacia nel calcolo. Quando i dati non tornavano con la teoria, ebbe il coraggio di cambiare la teoria.

Cosa cambiò

La rottura con il cerchio perfetto fu un passo decisivo: il cielo non seguiva figure ideali, ma leggi matematiche scoperte con i dati. Le tre leggi di Keplero sono ancora oggi la base per calcolare le orbite dei pianeti, delle comete e dei satelliti.

Newton usò le leggi di Keplero per scoprire la sua legge di gravitazione, e mostrò che le tre leggi sono conseguenze necessarie della gravità. Senza di esse, la sua teoria non sarebbe stata possibile.

Il suo metodo, fatto di osservazioni precise, calcoli rigorosi e rispetto dei dati anche quando contraddicono le idee più amate, è un esempio del metodo scientifico moderno.

Persone e luoghi chiave

Persone

Johannes Keplero
Astronomo e matematico tedesco (1571-1630): scoprì le tre leggi del moto dei pianeti.
Tycho Brahe
Astronomo danese (1546-1601): raccolse le osservazioni su cui Keplero lavorò.
Rodolfo II
Imperatore dal 1576 al 1612 (1552-1612): protesse astronomi e alchimisti a Praga.
Katharina Kepler
Madre di Keplero (1547-1622): accusata di stregoneria e assolta nel 1621.

Luoghi

Praga
Capitale dell'imperatore Rodolfo II, dove Keplero lavorò con Tycho Brahe.
Weil der Stadt (Germania)
La città natale di Keplero.

Da sapere

  • Per trovare l'orbita di Marte Keplero fece centinaia di pagine di calcoli a mano.
  • La differenza che lo fece cambiare idea era di soli otto minuti d'arco.
  • Keplero scrisse una storia di fantasia su un viaggio nella Luna, il «Somnium».
  • Sua madre fu processata come strega e assolta.
  • Un cratere della Luna e un telescopio spaziale della NASA portano il suo nome.

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