La scoperta dei pianeti

È difficile dire quando abbiamo cominciato a distinguere nel cielo stellato tra le stelle, che sembrano mantenere le loro posizioni relative in modo immutabile, e queste stelle singolari, che sperimentano, rispetto alle altre, spostamenti considerevoli in certi giorni, che poi diminuiscono gradualmente, fino a diventare zero, e poi aumentano, cambiando direzione. Sappiamo solo che le civiltà più antiche che hanno lasciato tracce scritte (in Mesopotamia, Egitto, Cina, India, Messico, ecc.), davano già un’importanza particolare a questi oggetti, e ne conoscevano già alcune particolarità. Queste stelle erano chiamate dagli antichi greci con il nome che portano ancora oggi: pianeti, cioè erranti (dal greco planos). Ne contavano cinque: Mercurio, Venere, Marte, Giove, Saturno, dando anche talvolta il nome di pianeta al Sole e alla Luna, ma non dandolo, ovviamente, alla Terra, che consideravano come il centro comune di tutti i movimenti celesti.

Il nome di divinità applicato ai pianeti dai greci risale almeno al IV secolo a.C. La prima menzione certa della stella di Cronos (cioè il pianeta Saturno) si trova così in Aristotele (Metafisica). Lo stesso nome, insieme a quello degli altri pianeti, appare anche nell’Epinomis, talvolta attribuito a Platone, e che quindi è forse precedente. Per quanto riguarda la latinizzazione dei nomi, essa risale al primo secolo a.C. Cicerone fu il primo autore latino a parlare del pianeta Saturnus, per esempio, e l’applicazione di questo nome a un giorno della settimana (sabato) si trova per la prima volta in Tibullo.

Fino alla metà del XVI secolo, le nozioni generali non cambiarono molto. Il sistema di Tolomeo (II secolo d.C. C. che peraltro non era che la sintesi delle opere di Aristarco e Ipparco, era rimasto, infatti, nonostante alcuni tentativi isolati a favore del sistema del movimento della Terra, l’unico ufficialmente insegnato e accettato: il nostro globo occupava il centro del mondo, e intorno ad esso, in una serie di orbite perfettamente circolari, ruotavano la Luna, Mercurio, Venere, il Sole, Marte, Giove, Saturno; una volta sferica, il cielo delle stelle fisse, avvolgeva il tutto, ed era esso stesso coperto dall’Empireo o dimora dei beati. Con Copernico (1543), gli orbi erano ancora circolari, ma il Sole occupava il centro del mondo e la Terra, scesa al rango di semplice pianeta, prendeva il suo posto tra Venere e Marte. Era un sistema la cui logica rimaneva arcaica e inscritta in una prospettiva che non era cambiata dall’Antichità, ma segnava comunque una prima tappa, a partire dalla quale la concezione dell’architettura del mondo sarebbe cambiata radicalmente.

Dopo Tycho Brahe, che nel 1582 sostenne un sistema misto e retrogrado in cui il Sole girava intorno alla Terra immobile e gli altri pianeti intorno al Sole, Keplero, Galileo e Newton rivelarono successivamente, nel corso del XVII secolo, la vera forma delle orbite dei pianeti, che sono ellittiche, e la natura e l’origine dei vari moti che subiscono. Da questo momento in poi, anche le enigmatiche comete, che Galileo credeva ancora essere emanazioni atmosferiche (come già pensava Aristotele), furono poste esse stesse sotto l’egida delle nuove leggi che governano i movimenti dei corpi celesti, le leggi della dinamica e quella dell’attrazione universale.

L’uso di strumenti ottici (occhiali e poi telescopi) a partire dal 1610 segnò una rottura altrettanto considerevole con il passato. Da allora, fu possibile distinguere la superficie dei pianeti, fare la loro geografia e talvolta la loro meteorologia. Abbiamo anche iniziato a scoprire satelliti intorno ad altri pianeti, prima intorno a Giove (già nel 1610), poi Saturno (1655), Urano (1787) e Nettuno (1846), e infine intorno a Marte nel 1877. La più grande sorpresa da questo punto di vista rimane comunque la scoperta, poi, nel 1655, l’identificazione da parte di Huygens, degli anelli di Saturno. Abbiamo dovuto aspettare fino al 1977-1985 per capire che i quattro pianeti giganti avevano degli anelli.

Infine, nei secoli XVIII e XIX, la lista dei pianeti fu completata: nel 1781, Herschel scoprì il settimo, Urano, e Galle, grazie al lavoro di Adams e Le Verrier, nel 1846, l’ottavo, Nettuno. Allo stesso tempo, fu rivelata l’esistenza di una moltitudine di piccoli corpi tra Marte e Giove, che furono poi chiamati piccoli pianeti, pianeti telescopici, o asteroidi, come il nome venne a prevalere. Il primo di questi oggetti fu Cerere, scoperto nel 1801, il primo giorno del XIX secolo.

Nel ventesimo secolo, la lista degli abitanti del sistema solare si è allungata ulteriormente. Una nuova famiglia di oggetti (pianeti nani e piccoli corpi simili a grandi nuclei cometari), in particolare, fu scoperta alla periferia del sistema solare: Clyde Tombaugh scoprì Plutone, un pianeta nano, nel 1930 (il cui principale satellite, Caronte, fu scoperto nel 1978), e solo nel 1977 C. T. Kowal scoprì Chirone, tra Urano e Nettuno, il primo centauro. E dal 1995, la popolazione conosciuta dei cosiddetti oggetti trans-nettuniani è cresciuta notevolmente. Ha permesso di concretizzare le ipotesi avanzate fin dagli anni ’50, secondo le quali, da un lato esiste oltre Nettuno un anello di piccoli oggetti, la cintura di Edgeworth-Kuiper, paragonabile alla grande cintura di asteroidi tra Marte e Giove, e anche, molto più lontano, un grande serbatoio di nuclei cometari sfericamente simmetrici, la nube di Oort, che costituisce il limite estremo del sistema solare.

Ma forse ancora più importante del perfezionamento di tutto questo inventario fu l’inizio dell’esplorazione in situ dei pianeti nel 1959. La realizzazione dell’invio di esseri umani sulla Luna tra il 1969 e il 1972 è solo l’episodio più spettacolare di un continuo sforzo di scoperta, che ha trasformato profondamente la nostra conoscenza del sistema solare e della sua storia. Infine, nel 1995, la scoperta del primo pianeta fuori dal sistema solare (orbita intorno alla stella 51 nella costellazione di Pegaso) costituisce l’ultimo grande passo nella conoscenza dei pianeti. Da allora, ne sono state scoperte diverse migliaia (4000 tra il 1995 e il 2019).

Date chiave :

24° secolo a.C. Prime menzioni di posizioni planetarie in Mesopotamia e in Cina.

240 a.C. – Primo passaggio conosciuto della cometa di Halley.

1610 – Primo uso di un telescopio, da parte di Galileo, Hariott, ecc. Scoperta dei quattro satelliti principali di Giove e delle fasi di Venere, osservazione delle principali formazioni della Luna.

1655 – Scoperta da Huygens intorno a Saturno del suo principale satellite, Titano, e dei suoi anelli.

1781 – Scoperta di Urano da parte di Herschel.

1801 – Scoperta dell’asteroide Cerere da parte di Piazzi.

1846 – Scoperta da Galle di Nettuno, un pianeta previsto da Le Verrier e Adams.

1959 – Luna 2 / Lunik 2 è la prima sonda a raggiungere la Luna; è anche la prima volta che un veicolo spaziale raggiunge un altro corpo celeste; Luna 3 fotografa il lato lontano per la prima volta.

1995 – Scoperta del primo pianeta extrasolare in Pegaso, da Mayor e Queloz.

 

Pietre miliari
Mercurio
Il pianeta Mercurio è uno dei cinque pianeti conosciuti fin dall’antichità, ma è stato probabilmente l’ultimo ad essere scoperto e identificato. Ma il fatto che Mercurio è solo leggermente lontano dal Sole rende questo pianeta difficile da vedere, e molto poco tempo la mattina prima dell’alba, o più spesso la sera dopo il tramonto quando l’atmosfera è molto pura. L’angolo formato dai raggi visivi che vanno dall’occhio dell’osservatore al Sole e al pianeta è al massimo di 28°: nelle circostanze più favorevoli, il sorgere o il tramontare di Mercurio non differisce da quello del Sole di due ore. Poiché il pianeta è allora molto vicino all’orizzonte, è visibile solo in una giornata molto chiara.

Questo spiega in gran parte la mancanza di consapevolezza del pianeta. Copernico si lamentò alla sua morte di non averla mai vista; l’astronomo Delambre l’aveva vista a occhio nudo solo una volta. Il telescopio migliora la situazione, naturalmente. Osserveremo le sue fasi, i suoi passaggi davanti al Sole, e speculeremo sulla sua superficie e sulla sua possibile atmosfera. Ma Mercurio non cesserà di essere una stella furtiva, poco conosciuta e trascurata, anche nell’era spaziale.

Venere
Comunemente chiamata Stella del Pastore, Stella del Mattino, Stella della Sera, Venere, come Mercurio, e come esso, perché la sua orbita è inclusa in quella della Terra, sembra oscillare da una parte e dall’altra del Sole. Secondo i tempi, è quindi stella del mattino (Lucifero) o stella della sera (Vespro), che ha fatto anche credere per molto tempo all’esistenza di due pianeti distinti.

Con il telescopio, Venere presenta fasi simili a quelle della Luna. La loro scoperta da parte di Galileo nel settembre 1610 fu uno degli argomenti avanzati a favore del sistema eliocentrico di Copernico. Inoltre, Venere può passare, secondo una complessa periodicità, davanti al disco del Sole. Questo fenomeno, osservato per la prima volta nel 1639, è stato in passato molto seguito dagli astronomi per l’importanza che presenta per la determinazione della parallasse del Sole.
Questi passaggi furono anche l’occasione per studiare l’atmosfera di Venere, e per concludere il suo grande spessore. A causa di questo, e dell’importanza delle nuvole che contiene, il terreno era difficile (e si potrebbe dire oggi impossibile) da osservare.

Questo ha sollevato domande sulla geografia del pianeta, ma anche sulla sua rotazione. Cassini dichiarò nel 1666 che la sua durata era di 23 ore e 15 minuti. Ma nel 1887, Schiaparelli, poi, dopo di lui, altri astronomi in gran numero, Lowell, Douglas, Perrotin, ecc., negarono qualsiasi rotazione: Venere compie solo, contemporaneamente alla sua rivoluzione intorno al Sole, cioè in 225 giorni, un giro su se stesso. Abbiamo dovuto aspettare gli studi radar negli anni ’50 e ’60 per conoscere la risposta definitiva. In quel periodo iniziò l’esplorazione dello spazio. Le sonde che penetrarono nell’atmosfera venusiana e riuscirono ad atterrare sul suo suolo mostrarono che c’erano condizioni di pressione e temperatura estreme.

La Luna
Dopo il Sole, la Luna è senza dubbio l’astro che più impone la sua presenza nel cielo della Terra. Il nostro satellite ha anche qualcosa “in più”: la complessità dei suoi cicli (fasi e ritardo giornaliero del suo sorgere e tramontare, in particolare). Questo gli ha dato un’importanza speciale nella mitologia e nell’astronomia più antica.

Come per tutte le stelle, a partire dal XVII secolo, con l’uso dei primi telescopi e poi con l’avvento della meccanica newtoniana, è nato un nuovo modo di guardare la Luna. La complessità del suo movimento divenne più evidente, e il suo studio era ora basato sui nuovi strumenti forniti dalla meccanica celeste. Ma soprattutto, la sua superficie poteva ora essere studiata in dettaglio. Vengono disegnate le prime mappe della Luna e con esse nasce la selenografia, che continuerà dalla metà del XIX secolo grazie alla fotografia.

Lungo la strada, gli astronomi hanno osservato le variazioni, reali o presunte, sulla superficie del nostro satellite. Questa domanda era strettamente legata alla possibilità di attività geologica sulla Luna. In particolare, ci si chiedeva se i crateri e i mari sulla Luna fossero di origine vulcanica o se fossero coinvolte altre cause. Sebbene gli astronomi abbiano infine optato per l’ipotesi dei meteoriti, hanno dovuto aspettare l’esplorazione della Luna a partire dagli anni ’60 per poter basare questa conclusione su un argomento solido.

Marte
Marte ha attirato l’attenzione per molte ragioni. Il suo colore rosso vivo gli ha dato un valore simbolico speciale in molte società. Questo spiega perché troviamo menzioni di Marte nei più antichi documenti astronomici conosciuti. In Mesopotamia e in Cina, risalgono a più di 4000 anni fa. Con l’avvento dei primi telescopi astronomici, sono i dettagli che abbiamo cominciato a distinguere sulla superficie di Marte a segnalare la sua unicità. Il pianeta aveva calotte di ghiaccio, ma anche continenti e, sembra, oceani, e forse anche una vegetazione che cambiava con le stagioni…

Un mondo allo stesso tempo simile e diverso dalla Terra, un mondo con la sua atmosfera che a volte era la sede di tempeste e altri fenomeni meteorologici che ci sono così familiari. Un mondo, insomma, favorevole a tutti i voli di fantasia. È vero che l’esplorazione spaziale a partire dagli anni ’70 ha trasformato la nostra visione del pianeta, e non crediamo più, come eravamo convinti alla fine del XIX secolo, che ci siano canali su Marte per regolare la circolazione dell’acqua. E i marziani oggi si trovano solo nei libri di fantascienza. Ma abbiamo davvero finito con tutte le fantasie su questo pianeta?

Asteroidi
Keplero notò per primo che c’era un vuoto nel raggruppamento dei pianeti, un vuoto tra Marte e Giove. Ha ipotizzato un ipotetico pianeta lì, ma questa idea è stata rapidamente dimenticata. Almeno fino al 1872, quando Tizio, nella sua traduzione tedesca della Contemplazione della natura di Charles Bonnet, diede una particolare serie di numeri, per dimostrare che le distanze dei pianeti dal Sole sono soggette a una legge, la cui invenzione è stata erroneamente attribuita a Bode. Questa serie, ora chiamata legge di Tizio-Bode, è rappresentata dalla progressione geometrica di 0, 1, 2, 4, 8, ecc., ognuno di questi termini essendo, a partire da zero, moltiplicato per 3, e il prodotto aumentato di 4. Si ottiene allora la serie di numeri: 4, 7, 10, 16, 28, 52, 100, ecc., che rappresenta abbastanza bene le distanze medie (in decimi di unità astronomica (UA)) che separano i vari pianeti principali dal Sole. La Terra corrispondeva così a 10 (o 1 AU), Marte a 16 (1,6 AU), Giove a 52 (5,2 AU), ecc. Questo ha lasciato il numero 28, che suggerisce che un pianeta potrebbe aver circolato ad una distanza di 2,8 AU.

Convinti solo da questo argomento dell’esistenza di un pianeta intermedio tra Marte e Giove, ventiquattro astronomi in Germania, sotto la presidenza di Schroeter, si unirono per cercarlo. Lo stesso Lalande si è interessato molto a questa associazione. Ma non ha portato alcun risultato. Il presunto pianeta, di cui il barone de Zach aveva vanamente cercato di calcolare gli elementi, apparve un giorno (o piuttosto la notte del 1° gennaio 1801) di sua iniziativa all’estremità del telescopio di Piazzi, che non lo stava cercando, e che lo chiamò Cerere. Molti altri corpi saranno poi scoperti, negli anni, nei decenni successivi. Al giorno d’oggi, le scoperte sono diventate un fatto quotidiano.

Meteoriti

Le meteoriti furono inizialmente chiamate aeroliti, cioè pietre cadute dall’aria. Le prove di questo tipo di pietre, che formano un legame tra il cielo e la terra, tra l’astronomia e la geologia, si perdono nell’oscurità dei secoli. Eppure, per molto tempo hanno suscitato poco interesse, e anche allora solo da pochi osservatori che per caso avevano fatto da testimoni oculari della loro caduta. Era difficile credere in loro perché la loro origine sembrava così strana. E quando venivano creduti, era spesso per farne dei prodigi, piuttosto che dei fenomeni naturali. Perciò la loro testimonianza fu per molto tempo respinta con una sorta di indignazione dalla maggior parte dei fisici; e gli oggetti di cui proclamavano l’esistenza furono, come si diceva, “relegati nella classe di quelli che l’immaginazione fa nascere e che la natura disconosce”. Fu solo a partire dalla seconda metà del XVIII secolo che non fu più lecito dubitare dell’esistenza di queste pietre cadute dal cielo e si cominciarono a proporre varie congetture sulla loro formazione.

Jupiter
Il più grande pianeta del sistema solare ha mostrato presto le sue singolarità. Questo pianeta brilla nel cielo come una stella di prima magnitudine, bianca o leggermente giallastra, appena meno luminosa di Venere. A partire dal XVII secolo, quando l’uso del telescopio e del cannocchiale ha permesso di rivelare il suo sistema di satelliti e la ricchezza delle sue strutture atmosferiche. Il primo dei suoi satelliti, il terzo e il quarto furono scoperti da Galileo, il 7 gennaio 1610, il secondo da Simon Marius, il giorno dopo, la prima volta che diressero il telescopio appena inventato verso il cielo. Un quinto satellite, molto debole e visibile come una stella di tredicesima magnitudine in strumenti molto potenti e quando è alla sua massima elongazione, fu scoperto il 9 settembre 1899 da Edward Barnard. Da allora, molti altri satelliti e anelli sono stati scoperti intorno a Giove.
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Argoli: orbite dei satelliti di Giove.
Orbite dei quattro satelliti principali di Giove, secondo Argoli (XVII sec.).

Esaminando il disco di Giove con un telescopio, si notavano anche molto rapidamente delle bande alternativamente scure e brillanti, parallele all’equatore del pianeta, delle macchie brune e una macchia rossa, che permettevano di determinare la durata della rotazione di questo pianeta, in particolare grazie alle osservazioni di Cassini (scopritore della Grande macchia rossa) nel 1665, e quelle di Herschel nel 1778. A partire dal 1864, l’analisi spettrale della luce del pianeta mostrò a Huggins e Miller che intorno a Giove c’è un’atmosfera assorbente e dei vapori, considerati allora simili a quelli dell’atmosfera terrestre. L’uso di sonde spaziali ha fatto di Giove, dagli anni ’70 (Pioneer e Voyager), e dalla fine degli anni ’90 (Galileo), il pianeta gigante più studiato e conosciuto.

Saturn
Saturno è conosciuto da tempo immemorabile, perché, sebbene sia meno luminoso di Venere, Giove, Marte e persino Mercurio, brilla ancora come una stella di prima magnitudine, e osservazioni di esso sono state conservate in Babilonia, risalenti al nono secolo a.C. Questo pianeta ha segnato il limite estremo del mondo solare fino alla scoperta di Urano, cioè fino alla fine del XVIII secolo. Questa circostanza, insieme alla lentezza del suo movimento e alla sua tinta opaca e plumbea, aveva fatto sì che fosse tenuto in scarsa considerazione dagli antichi e, più tardi, dagli astrologi del Medioevo: era una divinità detronizzata, un re in esilio, la cui influenza era particolarmente nociva, e, tra i giorni della settimana, l’ultimo, il sabato, gli era dedicato il più vile dei metalli, il piombo.

In Cina, Saturno, o T’ien-sing, era chiamato il pianeta sempiterno, una qualifica dovuta al fatto che la lentezza del suo movimento abbraccia quella di tutti gli altri pianeti. Questo pianeta era femminile per i cinesi: vegliava sulle donne, sia per proteggerle che per punirle.

Urano
Situato al limite della visibilità ad occhio nudo, Urano era sfuggito all’attenzione degli osservatori antichi, e non fu che un secolo e mezzo dopo Galileo e il suo primo telescopio che il pianeta fu finalmente notato da William Herschel nel 1781. Con questa scoperta il sistema solare si è notevolmente allargato. Urano circola in un’orbita che è il doppio di quella di Saturno, che è sempre stato considerato l’ultimo mondo prima delle stelle. Una volta finita la sorpresa, gli astronomi hanno evidenziato il ricco sistema di satelliti di questo pianeta gigante, così simile a Giove e Saturno. Tuttavia, l’immagine del suo disco è rimasta deludente. Fino al 1986 e al suo flyby da parte della sonda spaziale Voyager 2, si sapeva poco su di esso. Ad eccezione della sorprendente inclinazione del suo asse sul piano della sua orbita e l’altra grande sorpresa che fu la scoperta dei suoi anelli nel 1977, i primi ad essere conosciuti dopo quelli di Saturno