Le prime osservazioni e i primi modelli

Presentazione sul tema: "Le prime osservazioni e i primi modelli"— Transcript della presentazione:

1 Le prime osservazioni e i primi modelli
Di Pietro Pantano Centro Interdipartimentale della Comunicazione Università della Calabria

2 Indice Osservazione dei fenomeni terrestri
Osservazione dei fenomeni astronomici La Scienza greca I modelli astronomici La fisica aristotelica Il sistema tolemaico

3 I fenomeni terrestri Per l’uomo primitivo, i fenomeni naturali sono causati da divinità, alcune volte benevole o irate con gli abitanti della Terra. Tutto quel che accade è riconducibile non a cause naturali, ma ad azioni divine. Bisogna aspettare la Scienza greca perché facciano la loro comparsa le prime teorie interpretative.

4 Osservazioni astronomiche
Seq 1 - cd 4 A) Fin dall’antichità i fenomeni astronomici colpirono l’immaginario dell’uomo, che imparò ad osservarli ed a classificarli. I più evidenti fenomeni celesti riguardano: B) il moto apparente della volta celeste C) le fasi lunari D) la posizione del sole nel cielo ed i cicli stagionali E) l’apparizione di comete e meteore

5 Video sulle osservazioni astronomiche

6 Disomogeneità ed anisotropia del cielo stellato
Seq 2 - cd 4 Se osserviamo il cielo sopra di noi ci accorgiamo che: A) Cambia a seconda dell’ora di osservazione con un moto apparente da Est verso Ovest; B) Cambia a seconda della direzione di osservazione; C) Cambia a seconda della latitudine e della longitudine D) Cambia a seconda delle stagioni E) In determinati periodi alcuni astri sembrano apparire e scomparire nel cielo

7 Video sul cielo stellato

8 Le stelle fisse e i pianeti
Seq 3 - cd 4 A) Se osserviamo attentamente la volta celeste nella stessa posizione ma in tempi differenti, ci accorgiamo che: B) alcuni astri si ripresentano esattamente nella stessa posizione gli uni rispetto agli altri e li chiameremo pertanto Stelle Fisse C) Altri invece cambiano a seconda dei giorni, delle stagioni e degli anni, cioé hanno un movimento apparente rispetto alle stelle fisse : i pianeti D) Altri ancora appaiono solo in determinati periodi e poi scompaiono: le comete

9 Video sulle stelle fisse e i pianeti

10 I cicli celesti: diurno, mensile, stagionale
Seq 4 - cd 4 A) Nella sfera celeste due grandi astri sono dominanti: il Sole e la Luna B) Il Sole, come tutti gli altri astri sorge ad Est e tramonta ad Ovest, scandendo la durata del giorno. C) la sua traiettoria nel cielo cambia nel corso di un anno, ritmando le stagioni. Quando il sole é presente nel cielo, nessun altro astro, tranne la Luna in alcune condizioni, é visibile D) Il secondo grande astro é la Luna; visibile di notte, anch’essa sorge ad Est e tramonta ad Ovest. La sua forma cambia nel corso del mese per le fasi lunari , passando da Luna Piena a Luna Nuova e di nuovo a Luna Piena. E) I due astri cambiano la loro posizione relativa nel corso del giorni e dei mesi rispetto alle stelle fisse.

11 Video sui cicli celesti

12 I pianeti Seq 5 - cd 4 A) Se escludiamo il Sole e la Luna, solo cinque astri la cui posizione varia rispetto alle stelle fisse sono osservabili ad occhio nudo: Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno variano B) Non tutti sono osservabili nella medesima direzione ed allo stesso tempo, ma bisogna girare lo sguardo ed anche attendere la loro comparsa nel cielo; C) Questi erano gli unici pianeti noti fin dall’antichità; bisogna aspettare Galileo e la scoperta del cannocchiale per osservarne di nuovi

13 Video sui pianeti

14 Comete e meteore Seq 6 - cd 4 A) Alcuni astri compaiono nel cielo in determinati periodi; si comportano come pianeti nel senso che varia la loro posizione rispetto alle stelle fisse, ma poi non riappaiono più: questi astri si chiamano comete. B) Molti di questi corpi celesti furono osservati fin dall’antichità e la loro apparizione fu registrata dagli astronomi del passato: la più famosa é la cometa di Halley; C) l’ultima cometa che é apparsa ed é stata visibile ad occhio nudo é la cometa di Hale-Bopp D) Bisognò aspettare il 1759 perché fosse confermato che alcune comete potessero ripresentarsi dopo un periodo di tempo più o meno lungo com’é il caso della cometa di Halley, che ha una periodicità di 76 anni circa

15 Video su comete e meteore

16 La volta celeste Seq 7 - cd 4 A) In realtà, se osserviamo attentamente il cielo verso Nord nell’emisfero boreale, ci accorgiamo che una stella non si muove, non cambia cioé la sua posizione nel corso della notte: é la stella polare. B) Le altre stelle sembra che girino attorno a questa stella, descrivendo delle circonferenze. Una parte della circonferenza finisce dietro l’orizzonte e non é più visibile. Per questo le stelle sembra che si spostino da Est verso Ovest. Quelle che invece restano sempre sopra l’orizzonte sono dette circumpolari. C) La Terra pertanto sembra sia contenuta in una sfera, detta Sfera Celeste, sulla quale sembra siano fissati tutti gli astri; D) Questa sfera sembra ruotare attorno ad un asse passante per i poli terrestri. I punti in cui l’asse di rotazione incontra la sfera celeste sono detti “poli celesti”.

17 Video sulla volta celeste

18 Ancora un video sulla volta celeste

19 La Grecia

20 La Scienza greca La scienza moderna deve molto all’eredità degli antichi greci. Questi hanno iniziato a considerare i fenomeni come naturali, piuttosto che dovuti a cause soprannaturali. Essi introdussero ragionamenti formali e li applicarono alla matematica ed alla geometria.

21 Aspetti generali della Scienza greca
Lo studio e la conoscenza della natura fu definita filosofia naturale La rappresentazione del mondo era consistente con la filosofia Fu data preferenza alla comprensione delle aspirazioni degli oggetti piuttosto che ai principi La scienza fu separata dalla religione Non esiste nessuna causa soprannaturale

22 Basi della scienza greca
Le teorie fisiche sono basate su considerazioni metafisiche a priori La logica è la chiave per la comprensione Esistono relazioni significative tra numeri e geometria

23 Il primo periodo Talete (VII sec. A. C.)
rimuove Dio dai fenomeni naturali

24 Pitagora Immagine di Pitagora Il teorema di Pitagora da un testo arabo

25 Pitagora (VI sec. A. C.) visione mistica
i numeri e la geometria forniscono un modello concettuale di Universo Numerologia e misticismo Simmetria, bellezza, verità, perfezione e semplicità sono tutti concetti correlati Il cerchio è la più perfetta forma geometrica

26 La Grecia

27 Immagini di Platone

28 L’età aurea Platone (IV sec. A.C.) La geometria entra nella Scienza
Perfezione sferica-->orbite circolari primo modello consistente con le osservazioni bassa opinione della filosofia naturale (influenzato da Socrate) Le idee sono eterne, reali; le cose vanno e vengono

29 L’età aurea/2 Platone (continua)
Obiettivo del filosofo: determina la verità dietro le apparenze APPARENZA: il moto del sole e dei pianeti, e le fasi della luna sono disordinati VERITA’: Le traiettorie dei pianeti sono circonferenze perfette il cerchio è la forma più perfetta i pianeti sono perfetti i numeri e la geometria sono perfetti la realtà è geometria e numeri

30 I solidi platonici I poliedri regolari (tetraedro, cubo, ottaedro e icoesaedro) corrispondono ai quattro elementi fondamentali ( acqua, aria, terra, fuoco), mentre il dodecaedro corrisponde all’universo

31 Platone conosceva le proprietà elettriche dei pesci

32 Primi modelli: universo a due sfere
Seq.11 - cd4 A) Già a partire dal IV secolo avanti Cristo, i Geci utilizzarono per rappresentare l’universo il modello a due sfere: la Terra, che costituisce la prima sfera, é al centro di un’altra sfera rotante dove sono collocate le stelle. B) Il Sole, la Luna e gli altri cinque pianeti noti a quel tempo si pensava che si muovessero in uno spazio tra le due sfere. C) Il grande problema dell’astronomia antica é stato lo studio del moto irregolare dei pianeti e la determinazione della loro posizione sulla volta celeste (ricordiamo che la parola pianeta deriva da una parola greca che significa errante, e che il Sole era considerato uno di tali pianeti). D) Mentre si era in grado di completare tavole molto rigorose sulla posizione dei vari pianeti nel corso del tempo, il modello a due sfere non era assolutamente in grado di spiegare e predire tali moti.

33 Video sui primi modelli

34 Epicicli e deferenti A) Vari tentativi furono fatti per rappresentare il moto dei pianeti. Uno di questi fu la teoria degli Epicicli e dei Deferenti elaborata tra il terzo e il secondo secolo avanti Cristo. B) Questa teoria é basata sulla rotazione con velocità costante di un punto che si muove su un piccolo cerchio, l’epiciclo, attorno ad un secondo punto che si muove sulla circonferenza di un secondo cerchio, il deferente. Il Pianeta P é posto sull’epiciclo ed il centro del deferente coincide col centro della Terra. C) Questo sistema tenta di rappresentare il moto irregolare del pianeta rispetto alle stelle ed il moto giornaliero del pianeta rispetto alla Terra. D) Purtroppo le osservazioni sperimentali differivano da quelle previste teoricamente con questo modello.

35 Video su Epicicli e deferenti

36 Questione Platonica Quali moti circolari uniformi e ordinati bisogna considerare per ciascun pianeta per ottenere la sua apparente traccia irregolare nel corso del tempo? Questo è uno degli obiettivi degli astronomi La definizione di realtà è cambiata profondamente nel corso della storia

37 Eudosso (IV sec. A.C.) Studente di Platone
Sfere dentro sfere (visione omocentrica) combinazione di moti circolari multipli 27 sfere sembravano sufficienti per i 7 corpi pesanti La causa del moto è ignorata Sono predette le posizioni dei pianeti

38 Immagine di Aristotele

39 Aristotele ( 384-322 A. C.) Studente di Platone
E’ stato un osservatore oltre che un pensatore è reattivo rispetto agli sforzi di Socrate e Platone di riformulare le leggi senza tener conto dei fatti empirici Raffinò il modello di Eudosso considerò il moto delle sfere simile a meccanismi introdusse il primum movens aumentò fino a 56 il numero di sfere interagenti per cancellare le irregolarità Pose le basi per l’avvento del sistema tolemaico E’ il fondatore di un paradigma scientifico e filosofico durato molti secoli

40 La scuola di Atene

41 Il sistema aristotelico del mondo
Le sostanze possiedono proprietà che ne determinano il comportamento L’universo è fatto da 5 sostanze con una collocazione preferita

42 Il sistema aristotelico del mondo / 2
Combina le sfere omocentriche con la filosofia platonica Il Primum Movens è l’orologiaio del mondo il modello d’universo è meccanicistico simile ad un meccanismo di sfere interconnesse Non esistono relazioni causali tra tutti i corpi pesanti

43 Il sistema aristotelico del mondo : Teorie del moto
Il moto di qualsiasi tipo richiede una motivazione Il moto naturale è causato dal desiderio di ciascun elemento di trovare la sua collocazione naturale in relazione alla sua leggerezza o pesantezza i moti celesti sono causati dal primum movens Debolezze della teoria scarsa precisione osservativa le dimensioni della luna variano di circa il 10% la brillantezza dei pianeti varia molto durante il moto

44 L’Egitto

45 Alessandria e l’impero ellenistico
Alessandria è uno dei centri intellettuali del mondo greco L’atmosfera della città è più pratica e meno metafisica di Atene Famosa per la sua biblioteca che conteneva almeno volumi Hanno studiato in questa città Archimede ed Euclide

46 Il faro di Alessandria

47 Aristarco ( III sec. A. C.) Considera la terra rotante e l’eliocentrismo Le sue idee sono deboli per tre ragioni principali: Il sistema è qualitativo: non fa nessun calcolo dei cammini planetari è contrario al paradigma dominante non spiega i moti sublunari E’ empio in quanto pone la Terra in moto nell’universo Non considera i parallasse

48 Parallasse Parallasse stellare Parallasse angolare

49 Eratostene ( A. C.) Usò la Geometria per misurare la circonferenza della Terra Calcolò la curvatura dai differenti angoli di illuminazione

50 Osservazioni di Eratostene
I greci avevano intuito la rotondità della Terra Osservando la forma delle ombre nelle eclissi Notando che alla distanza le vele della nave apparivano prima della nave stessa Per misurare il raggio, Eratostene partì dall’osservazione che a Siene, a differenza di Alessandria, il Sole di mezzogiorno illuminava il fondo dei pozzi

51 Considerazioni di Eratostene
Analogamente le colonne a Syene non proiettavano ombra. Allora, misurando l‘ombra proiettata ad Alessandria, poteva dedurre l’angolo tra le due città, rispetto al centro della Terra

52 Calcoli di Eratostene Conoscendo la distanza tra le due città, poté quindi risalire al raggio della Terra; Bisogna aspettare il XVII con Picard per avere una stima migliore

53 Euclide ( 330 - 275 A. C.) Sistematizzò la geometria
Gli elementi di Euclide è considerato il Libro più influente dopo la Bibbia Usò la logica per la risoluzione di problemi Effettuò la costruzione di molte figure geometriche Introdusse il linguaggio matematico moderno: assiomi, teoremi, dimostrazioni, corollari

54 Immagine di Euclide

55 Ipparco ( II A. C. ) Fece accurate osservazioni mogliorando gli strumenti di misura calcolò la distanza del Sole e della Luna dalle eclissi solari Il calcolo della distanza solare non era corretta Introdusse i cataloghi stellari Introdusse latitudine e longitudine rigettò l’eliocentrismo di Aristarco aggiunse epicicli ed eccentricità Molte modifiche raggiunsero il culmine con Tolomeo

56 Calcolo della posizione stellare
Seq. 8 - cd 4 A) Per determinare la posizione di un astro nel cielo, si ricorre alla misura di due angoli: altezza e Azimut. B) L’altezza misura la distanza angolare dell’astro sopra l’orizzonte. C) L’Azimut misura la distanza angolare dell’oggetto sull’orizzone, partendo da Nord in direzione Est. D) Questo metodo, creato nei tempi più antichi, consente di individuare immediatamente la posizione di un astro nel Cielo, assegnandogli due coordinate sferiche, l’azimut e l’altezza. Non consente però di creare atlanti stellari universali in quanto la posizione dell’astro dipende dal luogo e dal tempo dell’osservazione. E) L’astronomia moderna individua invece gli astri direttamente sulla volta celeste, sulla quale sono state proiettate le coordinate terrestri: latitudine e longitudine. Questo permette la determinazione della posizione dell’astro indipendentemente dall’osservatore e consente la creazione di cataloghi stellari universali.

57 Video sul calcolo della posizione stellare

58 Tolomeo ( 100-170 d.C. ) La sua vita è poco nota
Scrisse testi di Ottica e di Geografia L’almagesto fu una compilazione ed una collezione di dati Il titolo greco era Grande Sintesi o grande compilazione, tradotto in arabo come Al Majisti E’ un compendio dell’astronomia greca Presenta nuovi lavori originali sul moto planetario presenta cataloghi stellari Fornisce metodi di calcolo E’ la base dell’astronomia fino la XVII secolo

59 Immagine di Tolomeo

60 Il sistema tolemaico Seq.13 - cd 4 A) Il sistema degli epicicli e deferenti fu soltanto il punto di partenza di ulteriori sviluppi che condussero all’elaborato sistema di Tolomeo. B) Tolomeo indrodusse una serie particolare di sfere per spiegare non solo i moti del Sole e della Luna, ma anche le regolarità e le irregolarità che venivano osservate nel moto apparente dei sette pianeti noti fino ad allora: Luna, Sole, Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno. C) Nel sistema geocentrico di Tolomeo, la Terra era immobile al centro dell’universo; intorno ad essa orbitavano i pianeti descrivendo delle traiettorie assai complesse. D) Per rendere ragione dell’apparente irregolarità del loro moto Tolomeo spiegava che ogni pianeta descriveva un cerchio, detto epiciclo, il cui centro descriveva a sua volta una grande orbita intorno alla Terra. E) Quasi sempre le rappresentazioni del modello tolemaico rappresentavano solo i deferenti dei pianeti.

61 Video sul sistema tolemaico

62 Il sistema tolemaico /2 Usò 80 epicicli Spiegò il moto retrogrado
Mantenne l’astronomia dividendola dalla cosmologia usò la matematica senza indagare sulle cause mantenne l’eleganza matematica della trattazione antica Fece accurati calcoli per costruire tavole planetarie da usare nella navigazione Il limite era legato all’accuratezza della misura dei tempi Usò 80 epicicli Spiegò il moto retrogrado Spiegò la differente velocità Spiegò i cambiamenti nella brillantezza e le dimensioni

63 Eccentricità ed equanti

64 Sistema tolemaico / 3 Fornisce argomenti a favore della sfericità della Terra perfezione della sfera Il modello tolemaico era il più semplice in accordo con i dati sperimentali Gli astronomi successivi cercarono di rendere il sistema tolemaico ragionevole e coerente con i dati fisici le sfere devono essere trasparenti Lo spazio tra le sfere deve essere riempito da una sostanza ( l’etere) Definirono le proprietà di tale sostanza