PERCORSI DI STORIA E GEOSTORIA Autore: Luca Montanari L’uomo e l’universo Dai Maya al robot Curiosity Autore: Luca Montanari 1

* * L’ASTRONOMIA AGLI ALBORI MAYA CINESI BABILONESI Dal IV al I millennio a.C. MAYA Dal IV millennio a.C. Osservano e registrano le eclissi lunari. Elaborano un calendario riferito alle fasi del pianeta Venere e un calendario solare. * Eseguono osservazioni accuratissime di comete, eclissi e di particolari tipi di fenomeni stellari come le novae e le supernovae. CINESI Dal III millennio a.C Studiano il moto dei pianeti. Riescono a predire eclissi di Sole e Luna. Raggruppano le stelle in costellazioni. Introducono i 12 segni dello Zodiaco. BABILONESI Dal I millennio a.C VIDEO Gli astri spiegati dai Maya http://www.youtube.com/watch?v=wREJVZg7MXg * Il calendario solare dei Maya poteva vantare una precisione pari a quella dei calendari moderni. 2

NOVA E SUPERNOVA CHE COS’È? NOVA SUPERNOVA 3 Enorme esplosione causata dall’accumulo di idrogeno sulla superficie di un particolare tipo di stella (nana bianca). Determina aumenti bruschi di luminosità ed espulsione di materia. Fase esplosiva che conduce alla disgregazione di alcuni tipi di stelle. È caratterizzata da una fortissima emissione luminosa: si tratta dell’evento più energetico osservato nell’Universo. VIDEO http://www.youtube.com/watch?v=GNSyuDV92D8 SUPERNOVA 3

Graduale spostamento dell’asse di rotazione terrestre. L’UNIVERSO PER I GRECI Dal VI al V secolo a.C. PRESOCRATICI Forniscono le prime spiegazioni cosmologiche dell’Antica Grecia. Ricercano l’arché cioè il principio primo della natura e della vita. Si tenta di misurare il diametro della Terra e la distanza fra Terra, Sole e Luna. SCUOLA PITAGORICA Postula un universo matematico: la disposizione di tutti i corpi celesti corrisponde ai princìpi della scienza matematica. IPPARCO DI NICEA Scopre la precessione degli equinozi. Calcola la durata dell’anno in 365 giorni e 6 ore. Riporta la classificazione delle costellazioni antiche. Graduale spostamento dell’asse di rotazione terrestre. 4

L’UNIVERSO GEOCENTRICO Dal IV secolo a.C. al XVI secolo d.C. ARISTOTELE 384/83-322 a.C. TOLOMEO 100 circa – 175 circa d.C. Pone le basi del sistema geocentrico nel trattato De coelo. Corregge e perfeziona il modello aristotelico nel trattato L’Almagesto. È il limite ultimo dell’Universo La Terra si trova sulla sfera centrale e immobile. L’Universo è finito e costituito da parecchie sfere concentriche. La sfera più esterna sorregge le stelle fisse e compie un giro ogni 24 ore intorno alla Terra. Il Sole e i pianeti sono posti su sfere più interne che ruotano intorno alla Terra. 5

! L’UNIVERSO ELIOCENTRICO Dal XVI secolo d.C. COPERNICO 6 Il Sole è al centro dell’Universo. La Terra e gli altri pianeti ruotano intorno al Sole. La rivoluzione annuale apparente del Sole è dovuta alla rotazione della Terra intorno al sole. Il moto della Terra intorno al proprio asse determina la rotazione apparente diurna del cielo. L’Universo resta comunque finito. COPERNICO 1473-1543 Planisfero dell’Universo secondo Niccolò Copernico. ! Dopo quasi 1500 anni di dominio indiscusso del modello tolemaico, Copernico apre la strada all’astronomia moderna, che dovrà però lottare a lungo per veder riconosciuti i propri assunti… 6

GIORDANO BRUNO I PROTAGONISTI DELLA STORIA 7 L’UNIVERSO È INFINITO Le sue concezioni sull’Universo, Dio, il mondo e l’uomo furono considerate eretiche dalla Chiesa. Per il rifiuto di abiurare le sue idee subì otto anni di carcere, torture e ventidue processi. Le stelle sono infinite e si dispongono nello spazio in tutte le direzioni. Esiste una pluralità di mondi simili al nostro. Dopo la definitiva condanna a morte fu arso vivo sul rogo il 17 febbraio 1600 Giordano Bruno è un filosofo italiano vissuto nel XVI secolo Esistono altri esseri senzienti e razionali oltre all’uomo nell’Universo. VIDEO Giordano Bruno: finito e infinito https://www.youtube.com/watch?v=R96k32HiBXQ 7

LE TRE LEGGI DI KEPLERO Dal XVI al XVII secolo d.C. 8 Keplero dimostra la natura ellittica delle orbite planetarie e le leggi del loro moto Ia LEGGE Tutti i pianeti si muovono attorno al Sole su orbite ellittiche di cui il Sole stesso occupa uno dei fuochi. Nel sistema geocentrico le orbite erano ritenute circolari perché perfette. IIa LEGGE Il raggio vettore, cioè la linea immaginaria che congiunge il centro del pianeta con quello del Sole, descrive, in tempi uguali, aree uguali. IIIa LEGGE Il tempo impiegato da un pianeta a percorrere la propria orbita aumenta con l’aumentare della sua distanza dal Sole. 8

! GALILEO GALILEI Dal XVI al XVII secolo d.C. 9 Nel 1609 Galileo costruisce il suo primo telescopio Nel 1610 pubblica il Sidereus nuncius Contiene osservazioni che rivoluzioneranno l’astronomia. La Luna ha una superficie irregolare con depressioni, montagne e profonde vallate. Galileo Galilei all'Università di Padova spiega le sue nuove teorie. Dipinto di Felix Parra (1873). Sulla superficie del Sole sono visibili macchie di colore scuro. Uno dei primi telescopi messi a punto da Galileo. Quatto satelliti ruotano attorno a Giove. Venere ha fasi al pari della Luna. ! Le osservazioni di Galileo sono un duro colpo per il sistema tolemaico-aristotelico, fondato sul mondo immutabile ed etereo delle sfere. 9

La Santa Inquisizione condannò Galileo per le tesi esposte. LA FONTE IL DIALOGO SOPRA I MASSIMI SISTEMI La Santa Inquisizione condannò Galileo per le tesi esposte. Galileo Galilei pubblica nel 1630 il Dialogo per provare la veridicità del sistema copernicano. Il Dialogo è suddiviso in quattro giornate: 1 Confutazione della visione aristotelica del cosmo. 2 Disputa pro e contro il sistema copernicano. 3 Affermazione della superiorità del copernicanesimo. 4 Presentazione dello studio delle maree. VIDEO Vita di Galileo – Bertolt Brecht https://www.youtube.com/watch?v=s1qSYymzwkw 10

ISAAC NEWTON Dal XVII al XVIII secolo d.C. Teoria della GRAVITAZIONE UNIVERSALE basi della MECCANICA CELESTE pone le Principi matematici della filosofia naturale 1687 Dimostra le leggi che governano i moti dei pianeti e dei loro satelliti. Isaac Newton (1643-1727) con una mela in mano: si racconta che proprio vedendo cadere una mela da un albero abbia avuto l’intuizione della legge di gravitazione universale. È così possibile calcolare le orbite con la massima precisione e prevedere le posizioni dei pianeti attorno al Sole e rispetto alla Terra. Newton è già uno scienziato moderno: per lui la filosofia sperimentale non deve occuparsi di ipotesi metafisiche ma solo di ciò che è deducibile dall’esperienza. 11

LA COMETA DI HALLEY LO SAPEVI CHE… 12 Prende il nome dall’astronomo inglese Edmund Halley (1656-1742) che calcolando l’orbita della cometa avvistata nel 1682 capì che si trattava dello stesso corpo celeste osservato nel 1531 e nel 1607 e ne predisse il ritorno dopo 70 anni. Il primo passaggio certo della cometa di Halley risale al 204 a.C., registrato da astronomi cinesi. Il passaggio del 1301 pare abbia ispirato addirittura Giotto: la cometa nell’Adorazione dei Magi dovrebbe essere proprio quella di Halley. L’ultimo passaggio è stato registrato tra la fine del 1985 e l’inizio del 1986. Il prossimo è previsto nel 2062. 12

Astronomo e matematico francese (1749-1827) LA NEBULOSA PRIMITIVA Dal XVIII al XIX secolo d.C. KANT Filosofo tedesco (1724-1804) LAPLACE Astronomo e matematico francese (1749-1827) Il sistema solare si sarebbe originato da una nebulosa gassosa primitiva, sottoposta a una forte contrazione. Il modello della nebulosa è stato poi rivisto e riproposto nel XX secolo. La nebulosa di Orione. Kant riteneva che il sistema solare si fosse formato da una nebulosa di questo genere. 13

IL PRIMO ASTEROIDE LA SCOPERTA 14 La prima osservazione di un asteroide la dobbiamo all’astronomo italiano Giuseppe Piazzi. La notte del 1 gennaio 1801 osservò per caso una strana stella in una posizione non prevista. Le notti successive, registrandone continui spostamenti, si convinse di essere di fronte a un nuovo oggetto celeste, che chiamò Cerere. VIDEO Ricostruzione 3D dell’asteroide Vesta http://www.youtube.com/watch?v=AukUnVkx9ZY L'asteroide Gaspra, ripreso dalla sonda Galileo. 14

I PIANETI “MODERNI” Dal XVIII al XX secolo d.C. 15 Urano fotografato dal telescopio Hubble. La prima identificazione di Nettuno avviene nel 1846. Plutone è l’ultimo pianeta a essere scoperto: 1929. La natura planetaria di Urano viene intuita nel 1781. Nettuno fotografato dalla sonda Voyager 2.. Plutone fotografato dal telescopio Hubble. 15

LA RELATIVITÀ DI SPAZIO E TEMPO XX secolo d.C. ALBERT EINSTEIN 1915 Spazio e tempo non sono punti di riferimento assoluti, indipendenti da noi, come postulava la fisica classica. Anche la simultaneità dipende dalla nostra osservazione: se osserviamo il cielo vediamo simultaneamente segnali luminosi emessi da astri in epoche tra loro lontanissime. La velocità della luce è una velocità limite che mai potrà essere superata. 16

L’ESPANSIONE DELL’UNIVERSO XX secolo d.C. Le galassie si allontano dalla nostra e sembrano allontanarsi tanto più rapidamente quanto più sono lontane. Il rapporto fra la velocità di allontanamento di una galassia dalla nostra e la sua distanza da noi è una costante. L’Universo non è immobile ma si espande incessantemente ed è possibile calcolarne l’età. EDWIN P. HUBBLE 1929 Evoluzione dell’Universo: la costante di Hubble L’ascissa indica le distanze delle galassie e di altri oggetti extragalattici (rappresentati con piccole sfere di colore diverso); l’ordinata la loro velocità di allontanamento. La linea verde indica la costante di Hubble, quella tratteggiata i possibili scostamenti in base a stime diverse. 17

I PRIMI SATELLITI ARTIFICIALI GLI STRUMENTI I PRIMI SATELLITI ARTIFICIALI SPUTNIK I Ottobre 1957 Sono i primi due satelliti artificiali lanciati nello spazio (dall’Unione Sovietica). SPUTNIK II Novembre 1957 Sputnik II con a bordo la cagnetta Laika, lanciata in orbita all’interno del satellite. 18

IPOTESI COSMOLOGICHE QUALE FUTURO PER L’UNIVERSO? XX secolo d.C. L’Universo è destinato a espandersi in eterno in uno spazio senza fine. 1 QUALE FUTURO PER L’UNIVERSO? FRIEDMANN + LEMAîTRE 1922 1927 due possibili soluzioni… L’Universo si espande fino a un valore massimo, per poi contrarsi e ripiegarsi su stesso fino a raggiungere di nuovo lo stato iniziale. 2 QUALE STRUTTURA HA L’UNIVERSO? La struttura dell’Universo è sempre la stessa e la diminuzione di densità dovuta all’espansione è compensata dalla creazione continua di materia. TEORIA DELLO STATO STAZIONARIO BONDI + GOLD + HOYLE 1948 La teoria dello stato stazionario è stata messa in crisi dalla scoperta dei quasar, corpi celesti non galattici molto più remoti delle galassie. 19

QUASAR BUCHI NERI QUASAR E BUCHI NERI CHE COS’È? 20 Quasar PKS 2349, ripreso dal Telescopio spaziale Hubble. Polvere attorno a un buco nero nella Galassia ellittica Ngc 4261, costellazione della Vergine (Virgo). I buchi neri sono corpi celesti con un campo gravitazionale così intenso da non lasciare sfuggire né materia, né radiazione elettromagnetica. Dalla loro superficie non esce alcun segnale: sono identificabili solo tramite il moto di corpi celesti nelle vicinanze. I quasar sono oggetti extragalattici estremamente lontani e luminosi. Si suppone siano situati ai confini dell’Universo, a circa 8-10 miliardi di anni luce da noi. 20

LA TEORIA DEL BIG BANG Dal XX al XXI secolo d.C. 21 GAMOW 1946 L’Universo si forma a partire da una grande esplosione iniziale (BIG BANG). A uno stato iniziale di altissima densità e temperatura segue una rapida espansione. Attraverso continui processi di frantumazione e aggregazione successive si forma l’Universo come oggi lo conosciamo. Schema dell’evoluzione dell’Universo dal big bang alla formazione dei pianeti e del nostro Sistema solare. La linea orizzontale centrale indica la direzione delle diverse fasi evolutive che si sviluppano in cerchi concentrici a partire dal big bang. 21

L’UOMO SULLA LUNA L’EVENTO 22 21 luglio 1969 L’astronave americana Apollo 11 atterra sulla Luna: per la prima volta un uomo può camminare sul suolo lunare. VIDEO L’uomo sulla Luna http://www.lastoriasiamonoi.rai.it/puntate/luomo-sulla-luna/919/default.aspx A sinistra: Neil Armostrong fissa la bandiera. In alto: Edwin Aldrin scende dall’astronave. A destra: la prima impronta umana sulla Luna. 22

ALLE ORIGINI DELL’UNIVERSO XXI secolo d.C. Gli esperimenti più recenti puntano a riprodurre la cosiddetta “zuppa primordiale”, cioè le condizioni fisiche presenti pochissimi istanti dopo il big bang. La simulazione di questo stato primordiale dell’Universo viene effettuata nell’acceleratore di particelle (LHC) situato presso i laboratori del CERN di Ginevra. Nel luglio 2012 i ricercatori del CERN hanno annunciato di aver individuato il bosone di Higgs, detto anche “particella di Dio”, cioè la particella che consente a tutte le altre particelle fondamentali di avere una massa. VIDEO Il bosone di Higgs http://www.youtube.com/watch?v=lgEGDkJiB9M www.cern.ch 23

CURIOSITY ATTERRA SU MARTE I PROTAGONISTI DELLA STORIA CURIOSITY ATTERRA SU MARTE Il 6 agosto 2012 il robot Curiosity, messo a punto dalla NASA, è atterrato su Marte. È un robot da 900 kg dotato di batterie al plutonio, 6 ruote capaci di avanzare 200 metri al giorno, strumenti scientifici avanzatissimi. I principali obiettivi di Curiosity sono cercare tracce di vita e studiare l’atmosfera di Marte. Riproduzione digitale del robot Curiosity in azione sul suolo di Marte. VIDEO Curiosity preleva il suo primo campione http://video.repubblica.it/dossier/curiosity-sonda-marte/marte-curiosity-preleva-il-suo-primo-campione/107243/105623 24

1 2 3 FISSIAMO I CONCETTI E ORA… Scorrendo tutte le slide ti sembra di poter trovare alcuni aspetti che accomunano lo studio umano dell’Universo dall’antichità a oggi? Se sì, quali? 1 Perché la svolta eliocentrica di Copernico viene definita ancora oggi una “rivoluzione”? Ritieni ci siano state nei secoli successivi intuizioni altrettanto importanti? 2 Il bosone di Higgs, Curiosity su Marte… sulla base dei progressi attuali che genere di risultati ti aspetti di vedere nei prossimi cinquant’anni? 3 25