Teoria tolemaica o geocentrica
La prima teoria che e' stata proposta per spiegare la struttura dell'Universo
e il moto degli astri e' stata formulata da Aristotele nel IV secolo a.C. Secondo
questa teoria, tutti i corpi celesti allora conosciuti (la Luna, Mercurio, Venere,
il Sole, Marte, Giove, Saturno e le cosiddette "stelle fisse") erano
incastonati in sfere rigide concentriche rotanti in modo uniforme attorno alla
Terra. Le varie peculiarita' dei moti planetari venivano spiegate attraverso
complicati moti su circonferenze centrate su queste sfere.
Le sfere celesti avevano la proprieta' di essere perfette ed immutabili.
La teoria geocentrica rimase in voga fino al secolo XVI, quando l'astronomo
polacco Niccolo' Copernico (1473-1543) formulo' l'ipotesi che fosse il Sole,
e non la Terra, il centro dell'universo.
Teoria copernicana o eliocentrica
Copernico sosteneva che la Terra e' un semplice pianeta orbitante come gli
altri intorno al Sole. Qusta teoria prende quindi il nome di eliocentrica. L'ipotesi
di Copernico era accompagnata da un accurato studio per spiegare il moto dei
pianeti, ma incontro' notevoli resistenze nel mondo scientifico dell'epoca.
La sua definitiva affermazione fu dovuta agli studi di Galileo
Galilei (1564-1624) e alla dimostrazione che le orbite di tutti i pianeti
sono ellissi, delle quali il Sole occupa uno dei due fuochi. Questa fu fornita
da Giovanni Keplero (1571-1630), sulla base delle osservazioni condotte dall'astronomo
danese Thyco Brahe. Oggi noi sappiamo che a sua volta il Sole non e' al centro
dell'universo, ma e' solo una delle tante stelle della nostra galassia, e questa,
a sua volta, e' solo una delle tante galassie che lo popolano.
Disegno che
illustra la teoria eliocentrica, da "De rivolutionis" di Copernico.
Keplero enuncio' tre leggi che regolano il moto dei pianeti attorno al Sole;
questo moto prende il nome di "rivoluzione". Il tempo impiegato dal
pianeta tra due passaggi consecutivi per lo stesso punto dell'orbita si dice
"periodo" della rivoluzione. Le tre leggi di Keplero sono dedotte
dall'osservazione senza alcuna base teorica. Isacco Newton (1642-1727) rivelo'
in seguito come queste leggi non siano altro che casi particolari della legge
di gravitazione universale, che descrive l'interazione tra tutti i corpi.
PRIMA LEGGE DI KEPLERO
Tutti i pianeti descrivono attorno al Sole delle orbite di forma ellittica.
Il Sole occupa uno dei due fuochi, comune a tutte le ellissi.
L'ellisse e'una figura piana ottenuta sezionando un cono con un piano non perpendicolare
al suo asse; ha la proprieta' che la somma delle distanze da due punti detti
fuochi e' la stessa per tutti i suoi punti. Dato che i pianeti percorrono un'orbita
ellittica, della quale il Sole occupa uno dei due fuochi, risulta che la distanza
Sole-pianeta varia nel tempo, ed ha un valore massimo in un punto detto "afelio"
ed un valore minimo in un punto detto "perielio". Si dice "eccentricita'"
dell'ellisse il rapporto tra la misura della distanza di un suo fuoco dal centro
e la misura del semiasse maggiore. Una circonferenza puo' essere vista come
un caso particolare di ellisse, con eccentricita' nulla.
SECONDA LEGGE DI KEPLERO
Il raggio vettore copre aree uguali in tempi uguali.
Si intende per raggio vettore il segmento che congiunge il centro del Sole con
quello del pianeta. La sua lunghezza varia lungo l'orbita, variando la distanza
del pianeta dal Sole. Prese due aree uguali definite dal raggio vettore, dalla
seconda legge di Keplero risulta che la rivoluzione del pianeta non avviene
con velocita' uniforme, ma e' piu' rapida al perielio e piu' lenta all'afelio.
TERZA LEGGE DI KEPLERO
Il quadrato dei periodi di rivoluzione dei pianeti e' proporzionale ai cubi
dei semiassi maggiori delle loro orbite.
Questa legge implica che, tanto maggiore e' la distanza del pianeta dal Sole,
tanto piu' lenta sara' la sua rivoluzione. Infatti, piu' il pianeta e' vicino
al Sole e piu' risente della sua attrazione, percio' esso deve muoversi a maggior
velocita' per sfuggirle. In realta', sia il Sole che il pianeta ruotano attorno
al baricentro comune, ma poiche' il primo e' molto piu' massiccio del secondo,
il baricentro coincide quasi con il centro del Sole, e quindi la sola rivoluzione
evidente e' quella del pianeta attorno al Sole. Questo avviene ogni volta che
un corpo ruota attorno ad un altro molto piu' massiccio. Queste leggi, infatti,
non sono valide solo per i pianeti del Sistema Solare, bensi' per tutti i corpi
celesti.
Se i due corpi hanno masse confrontabili, il loro baricentro non coincide con
nessuno dei due e diventano evidenti le orbite che essi descrivono attorno a
questo punto. Questo avviene per esempio nel caso delle stelle doppie.
Se invece ci sono tre o piu' corpi di masse confrontabili, le loro orbite relative
non possono essere predette da nessuna legge della meccanica, perche' la loro
descrizione diventa troppo complessa.
LEGGE DI GRAVITAZIONE UNIVERSALE
Le tre leggi di Keplero non sono altro che conseguenze della legge di gravitazione
universale di Newton, enunciata nel 1688:
Ogni corpo esercita su ogni altro corpo una forza attrattiva che ha per direzione
la retta che congiunge i due corpi e la cui intensita' e' direttamente proporzionale
al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato delle
loro distanze.
Nel caso di due corpi di masse M 1 e M 2 , posti alla
distanza r, la forza con la quale essi si attraggono e' pari a
F = K (M1 M2)/r2
dove K e' detta costante di gravitazione universale, ed e' indipendente dalla
forma dalle dimensioni e dalla composizione chimica dei corpi in questione.
Sulla base della legge di gravitazione universale, e' ovvio che non soltanto
il Sole, ma anche ogni pianeta esercita un'attrazione sugli altri, sebbene molto
minore di quella solare. Questo fa si' che le orbite dei pianeti non siano delle
ellissi perfette, ma risentano delle perturbazioni gravitazionali degli altri
pianeti.
ROTAZIONE
La rivoluzione attorno al Sole non e' il solo moto dei pianeti. L'altro moto
principale che essi possiedono e' quello di rotazione attorno al proprio asse.
L'intervallo di tempo impiegato per compiere un giro completo su se stessi e'
detto "periodo di rotazione" o "giorno". Conseguenza della
rotazione e' l'alternarsi del "di'" e della "notte", cosi'
come la conseguenza della rivoluzione e' l'alternarsi delle stagioni.
