Copertina
Autore Roberto Casati
Titolo Dov'è il Sole di notte?
SottotitoloLezioni atipiche di astronomia
EdizioneCortina, Milano, 2013, Scienza e idee , pag. 186, ill., cop.fle., dim. 14x22,5x1,3 cm , Isbn 978-88-6030-616-6
LettoreRenato di Stefano, 2013
Classe astronomia , natura , scuola
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Indice


1.  Introduzione. Due tramonti indimenticabili                    9

2.  La Maga dei Pianeti e i suoi grandi giocattoli               25

3.  Perché non c'è un'eclissi al mese?                           29

4.  Perché non c'è mai la Luna piena a mezzogiorno?              39

5.  Perché i giorni non durano un anno intero
    (come invece accade ai Poli)?                                49

6.  Perché non abbiamo un mondo senza stagioni?                  55

7.  Meridiane e supermeridiane                                   79

8.  Perché il cielo degli altri può essere molto diverso
    dal nostro? Chi è veramente sopra o sotto?                  109

9.  Perché non ci sono un Polo est e un Polo ovest?             123

10. Perché la Terra e la Luna non sembrano girare su se stesse? 133

11. Perché non c'è un segno zodiacale dell'Orsa Maggiore?
    Facciamo un giro sulla Giostra dello Zodiaco                147

12. Albe e tramonti a testa in giù                              149

13. E se la Terra avesse gli anelli come Saturno?               155

14. Ai confini del cielo                                        159


Appendice. La Maga dei Pianeti usa Stellarium                   161

Ringraziamenti                                                  179
Bibliografia                                                    183


 

 

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Pagina 9

1
INTRODUZIONE
DUE TRAMONTI INDIMENTICABILI



Questo libro parla di punti di vista insoliti sull'Universo; di come cambiare il punto di vista permetta di capire, addirittura di vedere quello che prima sembrava incomprensibile o era letteralmente invisibile. Pochi mesi prima dello scoppio del conflitto balcanico ero a Dubrovnik — allora parte di un'entità politica che non esiste più, la Jugoslavia — per un congresso scientifico. Un cambiamento di punto di vista: era la prima volta che stavo su quel lato di un mare a me familiare per le molte vacanze da bambino. Decisi di non perdermi l'effetto esotico di un tramonto sull'Adriatico, impossibile a vedersi dai luoghi di villeggiatura della mia infanzia. Mi arrampicai su uno spuntone sotto i bastioni della città e mi sedetti ad aspettare. Il luogo non era affatto solitario, la grande bellezza della cornice richiamava turisti e abitanti del posto, riconobbi anche altri conferenzieri. Non lontano da me sedeva una coppia che attirò la mia attenzione: lei, una donna avanti negli anni, e lui, un uomo assai più giovane. Madre e figlio? Sembravano piuttosto due innamorati. Statunitensi o canadesi, si sarebbe detto dall'accento. Ascoltavo distrattamente i loro discorsi, ma a un certo punto la mia attenzione venne colpita da quello che sentii. Mi accorsi che lei stava spiegando il meccanismo del tramonto. "Non è il Sole che scende veramente nel mare, cerca di immaginare il Sole fermo mentre l'orizzonte si alza perché la Terra sta ruotando su se stessa, come se ti venisse addosso."

Lui ascoltava intento. Sembrava stesse facendo una scoperta straordinaria.

[...]

All'epoca del piccolo episodio di Dubrovnik mi stavo occupando di due temi non astronomici ma cognitivi: la fisica ingenua e la rappresentazione mentale dello spazio. La fisica ingenua è il nome che si dà al modo in cui la mente rappresenta la realtà fisica secondo regole sue che non corrispondono necessariamente al modo in cui il mondo fisico funziona effettivamente. Per esempio, sembra che abbiamo delle credenze ostinate sul fatto che più un corpo è pesante, più velocemente cade a terra (non è vero, se non intervengono fattori aerodinamici particolari); o sul fatto che un corpo, lanciato a grande velocità in un tunnel a spirale su un piano, all'uscita del tunnel continuerà il suo percorso lungo una spirale (non è vero: tira dritto se si muove su un piano, non conserva "memoria" del percorso effettuato nel tunnel). Un piccolo numero di ricercatori aveva iniziato a investigare anche l'astronomia ingenua – il modo in cui la mente rappresenta i fenomeni astronomici semplici, quelli che riguardano i corpi celesti prossimi a noi (in bibliografia ho citato alcuni dei lavori più utili). Cominciavano a svilupparsi anche degli studi da parte di pedagogisti sul livello di conoscenza astronomica dei non specialisti. I risultati di questi studi sono abbastanza scoraggianti: per esempio, è molto diffusa la credenza che le stagioni dipendano dalla distanza della Terra dal Sole, estate = vicino, inverno = lontano (non è vero, e ne riparleremo). Ma mi interessai più seriamente della questione solo dieci anni dopo, all'epoca del secondo episodio, quello di Capo Sounion, quando ripercorrendo le tappe della storia dell'astronomia per una ricerca sulle ombre nella scienza realizzai che molte scoperte astronomiche hanno fatto tesoro di piccoli ragionamenti, del tutto elementari e accessibili anche a chi astronomo non è. Dato che avevo lavorato anche sulla rappresentazione dello spazio e sul ragionamento spaziale elementare (per esempio, il modo in cui ragioniamo sugli oggetti e i loro componenti), mi dissi che doveva esserci un problema da qualche parte.

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Pagina 14

Abbiamo anche ottenuto dei dati nuovi che vanno tutti nella stessa direzione: non è un deficit di conoscenze a bloccare l'apprendimento dell'astronomia elementare, ma una difficoltà di ragionamento specifica ai corpi celesti. La morale immediata ispira questo testo: per insegnare l'astronomia elementare, non basta insegnare i fatti dell'astronomia. Bisogna insegnare a ragionare astronomicamente.

Pensiamo per un istante alla storia dell'astronomia. Pensiamo al passaggio più difficile, quello che ci si è messo secoli a fare, il salto dal sistema tolemaico (Terra immobile al centro dell'Universo, Sole e pianeti e stelle che le orbitano intorno) a quello copernicano (Sole al centro, Terra e pianeti a orbitargli intorno). In realtà, i due sistemi sono in un senso puramente geometrico egualmente possibili, sono come due descrizioni alternative degli stessi fenomeni. Se guardiamo solo alla geometria del movimento, scegliere tra i due sistemi è un po' come scegliere tra dire che il treno di fronte si muove mentre il mio è fermo e dire che il mio treno si muove mentre quello di fronte è fermo. I movimenti sono relativi. Ma se questo è vero, come mai a nessuno prima di Copernico (con qualche luminosa eccezione, tra cui Aristarco di Samo , vissuto tra il 310 e il 230 a.C.) era venuto in mente di mettere il Sole al centro e i pianeti, compresa la Terra, intorno?

Johannes Kepler, italianizzato in Keplero (1571-1630), uno dei grandi astronomi dell'era moderna, ha messo il dito sulla difficoltà, prima ancora che venisse scoperto che in effetti il sistema copernicano offre una migliore descrizione del moto dei pianeti rispetto a quello tolemaico. La difficoltà è questa: gli astronomi sono irretiti dall'immagine di una Terra immobile proprio perché la Terra ci serve come sistema di riferimento per comprendere i nostri movimenti. Per farci capire in che modo la nostra mente vada in blocco di fronte ai fatti astronomici, Keplero ci ha proposto di liberarci della Terra: ovvero di metterci al posto di un osservatore sulla Luna. Pensateci. Se siete sulla faccia della Luna rivolta verso la Terra, vedete che la Terra gira continuamente su se stessa. Un ipotetico astronomo lunare non avrebbe nessuna difficoltà ad accettare l'idea che Tolomeo avesse torto, almeno riguardo all'immobilità della Terra. Il fattore veramente decisivo qui, prima ancora della conoscenza di come vanno veramente le cose, è il cambiamento del punto di vista.

L'ostacolo principale all'apprendimento dell'astronomia elementare è la difficoltà a orientarsi in un mondo in cui molti sistemi di riferimento diversi sono compresenti, e la comprensione di un certo fenomeno dipende dall'essere in grado di saltare con una certa agilità mentale dall'uno all'altro. Fate una prova.

– È notte: sapreste indicare la posizione del Sole sotto l'orizzonte?

– La Luna gira intorno alla Terra. Adesso non è presente nel cielo, sapreste dire dove si trova approssimativamente sotto l'orizzonte?

– Se la vedete nel cielo questa sera, sapreste dire dove si troverà approssimativamente domani alla stessa ora?

– La Luna rivolge sempre la stessa faccia alla Terra: ruota o no su se stessa?

– La falce di Luna all'Equatore è un sorriso orizzontale – sapreste dire perché?

Per rispondere a queste domande occorre essere capaci di assumere un punto di vista diverso dal proprio, ma occorre anche saper giocare con il proprio punto di vista.

Questo libro si rivolge allora a chi ha provato un certo tipo di frustrazione. C'è chi conosce l'astronomia elementare ma trova comunque difficile spiegarla, o magari gli sembra di averla spiegata bene ma poi si rende conto che chi sta ad ascoltare non riesce a seguire fino in fondo. C'è chi non conosce abbastanza l'astronomia e non riesce a far quadrare i conti: perché adesso vedo la Luna lassù, perché non ci sono eclissi più spesso, che cosa si vede al Polo nord se il Sole non tramonta mai in estate.

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Pagina 18

Comprensione e memoria sono due componenti di una triade che coinvolge il ragionamento. Non possiamo imparare tutto, memorizzare tutto. Alcune cose dobbiamo ottenerle per ragionamento, e riuscire a ragionare sui fenomeni astronomici è un modo di essere sicuri che abbiamo acquisito delle competenze. La comprensione dei fenomeni è utile per ragionarci, come lo è disporre di un certo numero di voci in memoria che possiamo recuperare nel momento in cui ragioniamo.

Per creare un percorso didattico che sia efficace sui fronti della comprensione, della memoria e del ragionamento mi avvarrò di molte strategie parallele, che mi piace chiamare mosse di Keplero (come abbiamo detto, Keplero è stato il primo a insistere su modi alternativi di spiegare l'astronomia). Mi concentrerò su due modi di eseguire una mossa di Keplero:

– presentare fatti noti da un punto di vista diverso;

– presentare situazioni astronomiche semplificate che ci permettono di ragionare senza troppe difficoltà sulle situazioni reali.


Un cambiamento prospettico e un cambiamento fattuale, dunque. Vediamo alcune conseguenze di questa scelta.

1. In primo luogo, il testo presenta le immagini in modo parsimonioso e guidato. Mancando il livello intermedio si cerca di solito di sopperire alle nuove complessità con una valanga di diagrammi, immagini, schemi, disegni e modelli. Ma queste rappresentazioni grafiche, se non sono guidate, rischiano di confondere più che aiutare.

[...]

2. In secondo luogo, le narrazioni sono importanti. Perché? Si fanno ricordare meglio.

[...]

3. Terzo punto, dovendo proporre delle narrazioni, è molto utile ragionare sui casi limite e, fatto forse sorprendente, su situazioni solo immaginarie.

[...]

4. Altrettanto importante è il ragionamento controfattuale, che ci fa riflettere su come le cose sarebbero potute andare – anche se non sono andate così.

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Pagina 22

Per riassumere: questo libro trae forza dal fatto che alcuni fenomeni astronomici cui non si è prestata sufficiente attenzione, se raccontati in un certo modo, hanno la complessità giusta per permetterne l'apprendimento (comprensione, memorizzazione e ragionamento), e che si deve partire da questa complessità per capire l'astronomia. Vorrei allora accompagnare i miei lettori lungo un cammino che dà la possibilità di comprendere a fondo e di ricordare in modo utile per il ragionamento che cosa succede quantomeno nel cielo a noi vicino. Cambiare punto di vista; inventare situazioni controfattuali; privilegiare la narrazione all'immagine; usare dei modelli in situazioni "ecologiche" piuttosto che simulazioni; e quando si passa alle simulazioni su un computer, definire dei percorsi narrativi. Per fare questo dedico molta attenzione alle situazioni che possono sembrare assai strane e controintuitive, come le differenze tra l'astronomia di un abitante del Polo nord e quella di un abitante dell'Equatore, o l'astronomia di un abitante di Saturno. Nel nostro caso ho poi deciso di semplificare enormemente il cielo, inventandomi un sistema Sole-Terra-Luna molto "regolare" e ordinato; una volta che si sono afferrati i principi di questo sistema semplificato, sarà più facile passare al cielo reale, con i tanti movimenti che lo affollano.

Ho scelto di avvalermi di una guida narrativa in questa astronomia alternativa. Una Maga dei Pianeti ci permetterà di modificare a piacere il nostro Sistema solare, per far vedere alcuni fenomeni sotto una luce più comprensibile. Una volta imparato a giocare con questo sistema come con il menu di un programma informatico, che genera con un colpo di bacchetta magica mondi a piacere che possiamo studiare con calma, sarà facile fare questo esercizio mentale con la Terra e la Luna "reali". Il testo è anche abbastanza modulare, nel senso che ciascun capitolo può venir letto come un'unità a sé stante.

Quella che avete tra le mani non è dunque solo una introduzione all'astronomia elementare, è soprattutto una serie di tecniche per capire l'astronomia usando le conoscenze della vita di tutti i giorni.

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Pagina 25

2
LA MAGA DEI PIANETI
E I SUOI GRANDI GIOCATTOLI



La Maga dei Pianeti estrae dalla valigetta un piccolo computer rosso, lo accende e lo collega a una strana antenna con una punta a stella che potrebbe anche assomigliare a una bacchetta magica. A che cosa serve questo apparecchio?

"Che cosa posso fare con questa macchina? Posso mostrarvi che cosa succederebbe se le cose fossero andate un po' diversamente. Per esempio, se la Terra girasse intorno al Sole non in 365 giorni e qualcosa, ma esattamente in 360 giorni; o se l'asse terrestre non fosse inclinato come lo vediamo nei mappamondi, ma 'dritto': in tutti questi casi, come cambierebbero le cose per chi abita sulla Terra?"

Già, come cambierebbero? E perché è importante scoprirlo?

"Perché devi sempre porti le buone domande", dice la Maga. "E a volte la Buona Domanda non è tanto chiedersi perché accade ciò che accade, ma perché non accade ciò che non accade. Se vi mostro un'astronomia semplice e facile da ricordare, anche se non è proprio quella vera, questo vi permetterà di capire come vi appare il cielo dalla Terra su cui abitate. Se vi mostro un'astronomia un po' bizzarra, questo vi farà riflettere. Ma non perdiamo tempo: cominciamo a raddrizzare l'asse terrestre."

Incredibile: la Maga dei Pianeti ci mostra lo schermo del suo computer e vediamo l'asse terrestre che si raddrizza, ma... lei sta per davvero raddrizzando l'asse della Terra! Ecco a che cosa serviva quell'antenna.

La Maga dei Pianeti rende la vita facile agli astronomi

La Maga dei Pianeti ha fatto in modo che l'asse di rotazione della Terra sia perpendicolare al piano su cui la Terra orbita intorno al Sole. Che cosa vuol dire? Se ci immaginiamo la Terra come una trottola che gira sul bordo di un tavolo circolare al cui centro c'è una lampada, ovvero il Sole, allora l'asse di questa trottola se ne sta sempre dritto, non si piega mai verso il tavolo. (La Terra è diversa! Il suo asse è un po' inclinato, di 23 gradi e 27 primi — sessantesimi di grado — rispetto alla perpendicolare al piano; è l'inclinazione che ha l'asse di un mappamondo comprato in cartoleria rispetto alla perpendicolare quando lo posate su un tavolo.) Le conseguenze sono spettacolari; per dirne una, con l'asse raddrizzato la Terra non può avere le stagioni.

Tra un attimo vedremo perché, ma prima diamo un'occhiata a quello che la Maga sta facendo alla Luna.

"Semplifichiamo anche la Luna. Mettiamo la Luna a ruotare sul piano su cui la Terra ruota intorno al Sole."

L'altra faccenda simpatica è dunque che la Luna, che è pure lei una trottola, ma assai più lenta della Terra, viene fatta ruotare dalla Maga sullo stesso tavolo su cui ruota la Terra. (Mentre la nostra Luna, quella vera, ha una specie di vassoio circolare tutto suo su cui ruotare, centrato sulla Terra, e un pochino storto rispetto al tavolo su cui ruota la Terra, inclinato com'è di 5 gradi e 19 primi.)

Cos'altro ha combinato la Maga? Ha fatto coincidere l'asse della rivoluzione della Luna (asse attorno al quale la Luna compie la sua orbita) con l'asse di rotazione della Terra (asse intorno al quale la Terra ruota su se stessa).


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Hmm, questo è veramente difficile per la Maga dei Pianeti. Dato che la Luna non ha massa nulla, la Terra e la Luna ruotano entrambe intorno a un centro di gravità situato all'interno della Terra. Lo scopo della favola della Terra e della Luna raddrizzate è di costituire un modello cinematico, e non dinamico. Contano i movimenti, non le forze che li rendono possibili. Proprio perché nel mondo reale ci sono delle forze in gioco, i movimenti non possono essere così semplici.
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Vedremo che cosa succede in questo mondo semplificato, in cui tutto è dritto e ben ordinato (figure 2.1 e 2.2).

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Pagina 35

Tiriamo le fila. Le eclissi sarebbero perfettamente sincronizzate con ogni novilunio e ogni plenilunio se fossimo in un sistema semplice come quello della Terra-Luna raddrizzate della Maga. Invece non tutti i noviluni sulla Terra danno luogo a un'eclissi di Sole, e non tutti i pleniluni danno luogo a un'eclissi di Luna, e siamo riusciti a spiegare il perché. Il perché dipende dal fatto che un novilunio può capitare quando la Luna non passa proprio davanti al Sole, ovvero quando la vediamo un po' più "alta" o un po' più "bassa" del Sole: in questi casi l'eclissi di Sole non si produce. E non si produce l'eclissi di Luna a ogni plenilunio perché un plenilunio può capitare quando la Terra non è proprio tra il Sole e la Luna, ovvero perché la Luna non è allineata con l'ombra proiettata dalla Terra. Questo a sua volta avviene perché il piano di rotazione della Luna intorno alla Terra non è lo stesso su cui la Terra ruota intorno al Sole.

Basta toccare un piccolo parametro, come ha fatto la Maga dei Pianeti facendo coincidere il piano orbitale della Terra con quello della Luna, per trovare un mondo incredibilmente più regolare del nostro, in cui avvengono eclissi ogni mese. Se poi si tocca un altro parametro, e si rende perpendicolare l'asse del pianeta rispetto al piano sul quale ruota intorno alla sua stella, si ottengono delle eclissi di Sole soltanto all'Equatore. E se poi ancora si sincronizzano i periodi di rivoluzione di Terra e Luna, si possono ottenere eclissi di Sole perenni in un luogo preciso all'Equatore.

Capire l'astronomia è capire come da piccoli parametri dipendano grandi conseguenze. Per questo ci teniamo stretti il computer rosso della Maga dei Pianeti e la sua potentissima antenna.

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Pagina 39

4
PERCHÉ
NON C'È MAI LA LUNA PIENA
A MEZZOGIORNO?



Le fasi della Luna indicano la posizione della Luna rispetto a noi e al Sole

Abbiamo appena visto che le eclissi possono accadere soltanto in un determinato momento del mese lunare (eclissi di Luna al plenilunio ed eclissi di Sole al novilunio). Si tratta, come si è detto, di una necessità geometrica. C'è un'altra cosa che vale la pena di raccontare e di insegnare perché in pochi l'avranno notata nonostante sia sotto gli occhi di tutti ogni giorno e ogni notte. È uno di quei "fenomeni di complessità intermedia" che ci aiutano a capire più in profondità il cosmo intorno a noi. Come non ogni momento del giorno lunare è un momento adeguato per un'eclissi di Sole o di Luna, non è nemmeno possibile vedere certe fasi della Luna in certi momenti del dì o della notte. Non vedrai mai una Luna al primo quarto (crescente) all'alba, e non vedrai mai una Luna all'ultimo quarto (calante) al tramonto.

Sembra strano, vero?

Anzitutto va tenuto presente che la Luna è molto spesso visibile di giorno, contrariamente a quanto si può pensare; a parte il caso della Luna nuova, che subisce il riverbero atmosferico e non si fa vedere (se non in silhouette durante un'eclissi), la Luna è quasi sempre osservabile se è presente nel cielo e il cielo è sereno, di notte come di giorno. Non è quindi per il fatto che sia giorno che la Luna calante o la Luna crescente non sono visibili.

Vediamo subito che cosa succede, registrando qualche osservazione e regola. Potete anche prendere un quaderno e annotarvi durante il mese questi eventi.

1. Si vede la Luna piena dal tramonto all'alba (questo forse l'hanno notato tutti: Luna piena mai di giorno, sempre di notte).

2. Si dovrebbe vedere (ma non ci si riesce quasi mai per via dell'atmosfera) la Luna nuova dall'alba al tramonto.

3. Si vede la Luna al primo quarto ("gobba a ponente, Luna crescente") da mezzogiorno a mezzanotte: sorge a metà giornata e "guarda" il Sole che si avvia a tramontare.

4. Si vede la Luna all'ultimo quarto ("gobba a levante, Luna calante") da mezzanotte a mezzogiorno: sorge a metà della notte e "guarda" il Sole che deve ancora sorgere, per poi tramontare quando questo è a metà del cielo.


Se preferite una filastrocca, ricordando che la Luna al primo e all'ultimo quarto è una "mezza" Luna: Mezza Luna taglia tutto in due: da mezzanotte a mezzogiorno o da mezzogiorno a mezzanotte.

Per esempio, se sei al tramonto in un giorno che non sia di plenilunio né di novilunio la Luna che vedi nel cielo può essere solo crescente. E anche questa non è una nozione soltanto astronomica, ma un fatto geometrico (come lo erano le eclissi impossibili con la Luna al primo quarto, capitolo 3).

Per capire queste regolarità dobbiamo pensare alla gobba della Luna come a un arco che punta la sua freccia verso il Sole (figura 4.1).

Partiamo allora dalla Luna piena. La puoi vedere soltanto dal tramonto all'alba. Perché?

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Pagina 45

Dov'è il Sole di notte?

La Maga chiude il computer e ci propone un esercizio quasi teatrale, una vera e propria messa in scena (ce ne saranno altri più avanti). Ci chiede: "La Luna piena è dal lato opposto della Terra rispetto al Sole, nevvero? Questo ci permette di capire dov'è il Sole quando è tramontato". In effetti ci eravamo sempre domandati: come si fa a determinare la posizione del Sole in un momento della notte? Sappiamo che è sotto l'orizzonte, ma in che direzione dobbiamo indicare, e a quale profondità sotto l'orizzonte?

Ora la Maga dice di avere una soluzione, anche se riconosce che è approssimativa. La Luna è dalla parte opposta della Terra rispetto al Sole in Luna piena, ovvero i tre astri sono (quasi) allineati. Quindi la luce che ci rimanda la Luna piena va' (circa) in direzione del Sole. Il che significa (figura 4.6) che se ci mettiamo con le spalle alla Luna piena, l'ombra della nostra testa indica approssimativamente la posizione del Sole sotto l'orizzonte.




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In effetti una determinazione precisa sarebbe possibile soltanto al culmine di un'eclissi di Luna molto "centrale", in cui i tre corpi sono perfettamente allineati... quando però la Luna non riceve luce dal Sole, e quindi non c'è l'ombra della nostra testa!
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Si può anche eseguire la messa in scena inversa. Se il dì immediatamente prima o immediatamente dopo la Luna piena ti metti al Sole e guardi l'ombra della tua testa, hai un'idea approssimativa di dove puntare il dito per individuare la posizione della Luna sotto l'orizzonte. Attenzione: questo vale in prossimità della Luna piena; e ricordiamoci del fatto che anche se non vediamo mai il Sole di notte (per definizione), la Luna di giorno la vediamo per metà del mese.

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Pagina 133

10
PERCHÉ LA TERRA E LA LUNA
NON SEMBRANO
GIRARE SU SE STESSE?



Ci sono voluti millenni per accertare che la Terra gira su se stessa. E, per quanto ciò sembri strano, non è stato facile neanche capire che la Luna gira su se stessa. A chiedere attorno può capitarvi di sentire persone informate del fatto che la Terra gira su se stessa negare che la Luna giri su se stessa. È vero che se la Luna ruotasse sul suo asse a una velocità maggiore o minore – se la sua rotazione non fosse sincronizzata con la sua rivoluzione intorno alla Terra – non ci mostrerebbe sempre la stessa faccia. Ci sembrerebbe una gigantesca trottola. Forse gli astronomi antichi avrebbero trovato più semplice accettare che i corpi celesti ruotano su se stessi se avessero potuto vedere il movimento della Luna. Ma in che senso non si vede tale movimento?


La Luna ruota su se stessa?

Molti dei soggetti da noi interrogati in uno studio asseriscono con fermezza che la Luna non ruota su se stessa. Non solo, adducono come prova il fatto che la Luna mostri sempre la stessa faccia alla Terra. Questa monotonia ci inganna, la interpretiamo come stasi, perché dimentichiamo un altro fatto cruciale, ovvero che la Luna sta girando intorno alla Terra.

In realtà, il ragionamento corretto sarebbe il seguente:

    La Luna mostra sempre la stessa faccia alla Terra.
    Ora, sappiamo che la Luna gira intorno alla Terra,
    quindi
    la Luna deve girare su se stessa.

Per soccorrere l'intuizione, chiediamo a un volontario di simulare la Luna. Per fissare le idee sul fatto che la Luna ruota intorno alla Terra, diamo al volontario una corda da tenere in mano e ancoriamola a un elemento stabile (come un banco di scuola) che indicherà la Terra. Il nostro volontario deve adesso ruotare intorno alla Terra, volgendo sempre la faccia alla Terra (nella direzione Terra-Luna che è quella della corda). Avrà o no l'impressione di girare anche su se stesso? Dobbiamo chiedergli di guardare al di là del banco-Terra man mano che si sposta. Dato che sta girando intorno al banco e guarda sempre nella direzione del banco, dietro di esso vedrà di volta in volta scorrere cose differenti. In pratica finisce con il posare il suo sguardo su tutta la stanza intorno a lui. Ma questo non è altro che girare su se stessi!

Accadeva lo stesso con gli orologi solari del capitolo 7: anche loro non sembravano girare, ma anche loro in effetti ruotavano relativamente alla direzione Terra-Sole. Bisogna ricordarsi di prendere il punto di vista della Luna (o della meridiana), e guardarsi intorno da quel punto di vista.


Ma se invece la Luna veramente non ruotasse su se stessa?

La Maga dei Pianeti può fare in modo che la Luna non ruoti su se stessa rispetto alla direzione Terra-Sole – pur continuando a girare intorno alla Terra, rivolgerà sempre la stessa faccia al Sole. Ovvero, può fare in modo che se ci fosse una montagna della Luna che ha il Sole allo zenith (che "punta" quindi verso il Sole) questa montagna abbia sempre il Sole allo zenith.

In questa situazione (che nel capitolo 5 aveva la Terra come protagonista, dopo una manipolazione della Maga), accadrebbero le cose seguenti:

    Ci sarebbe una vera e propria faccia scura della Luna, nel senso
    che un dato emisfero della Luna sarebbe sempre in ombra.

    In compenso non ci sarebbe una faccia nascosta della Luna,
    ovvero una faccia che noi non vedremmo mai.

    E quindi ci sembrerebbe che la Luna ruoti su se stessa.

Come si vede, in questa situazione, in cui abbiamo cambiato un solo parametro (la Luna rivolge sempre la sua faccia al Sole, e non più alla Terra), tutti i valori sono invertiti rispetto a quel che riguarda la nostra Luna. Nella nostra situazione reale:

    Non c'è "il" lato sempre in ombra.

    C'è un lato sempre nascosto.

    E la Luna non ci sembra ruotare.



Nella situazione alternativa creata dalla Maga il Sole vedrebbe sempre la stessa faccia della Luna, e la Luna ruoterebbe su se stessa in un anno, dato che segue la Terra e quindi ruota intorno al Sole. Ma a noi sembrerebbe ruotare su se stessa in un mese, dato che ne vedremmo di volta in volta una porzione differente nel tempo in cui ruota intorno a noi.

La Maga dei Pianeti può farci esplorare altre possibilità. Può accelerare la rotazione della Luna su se stessa, facendole fare un giro su se stessa non in circa un mese, ma in mezzo mese. In questo modo vedremmo che la Luna non rivolge sempre la stessa faccia alla Terra.

La Maga può inoltre imporre alla Luna di rivolgere sempre la stessa faccia non al Sole o alla Terra, ma a una stella fissa, rispetto alla quale non ruoterebbe più su se stessa. In tal caso, per noi che la guardiamo dalla Terra,

    Non ci sarebbe "il" lato oscuro.

    Non ci sarebbe nemmeno un lato sempre nascosto.

    La Luna sembrerebbe girare su se stessa.

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Pagina 138

Davvero non riusciamo a vedere che la Terra gira su se stessa?

Sappiamo che la Luna rivolge sempre la stessa faccia alla Terra (oscillazione più, oscillazione meno dovute alla librazione). Mettiamoci adesso dal punto di vista di un osservatore situato sulla Luna. Staremmo con la faccia rivolta alla Terra e staremmo guardando la Terra. Il cielo che osserveremmo è molto diverso da quello che osserviamo dalla Terra. Non solo perché la Terra è assai più grande della Luna (ha più del triplo del diametro), e quindi ci farebbe un effetto molto impressionante nel cielo.

Vedremmo infatti che senza ombra di dubbio la Terra gira su se stessa! Lo si vede benissimo dalla Luna. Pensateci un attimo. Il Lunare ci vede sempre nello stesso punto del cielo. Ma noi vediamo invece la Luna sorgere e tramontare... Come ci vede il Lunare, come vede noi nella nostra città, confinati in una zona ristretta della superficie terrestre? Ci vede prima comparire a ovest, e poi sparire a est. Quindi ci vede girare con la Terra. Quindi vede che la Terra gira su se stessa!


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Questo semplice ed elegante ragionamento è quello che propose Keplero nella sua tesi di laurea nel 1593, come studente di astronomia a Tübingen sotto la direzione di Michael Maestlin (1550-1631). Il tema era: "Come apparirebbero i fenomeni celesti a un osservatore posto sulla Luna?". Keplero riprende il saggio in un racconto fantascientifico pubblicato poi postumo, il Sogno. Il protagonista, Duracotus, viene portato sulla Luna. Gli astronomi lunari che incontra gli indicano la Terra che loro chiamano "Volva", la trottola. Se dividiamo il giorno lunare in ventiquattro ore, la Terra fa più di un giro all'ora per i Lunari. Keplero voleva aiutare i copernicani, che pensavano che la Terra girasse su se stessa, a rendere comprensibile la loro teoria.

Ma la Maga dei Pianeti non sarà l'erede di Duracotus, il mago di Keplero?

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E se la Terra e la Luna andassero entrambe in "blocco"?

Se la Luna girasse intorno alla Terra nello stesso lasso di tempo in cui la Terra ruota su se stessa, si avrebbe un "blocco" Terra-Luna. Ecco la Maga dei Pianeti in azione: rallentiamo la rotazione della Terra, ancora, ancora... ecco fatto.


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Senza aspettare la Maga, le forze di marea provocate dalla Terra hanno già bloccato la Luna, che per questa ragione rivolge sempre la stessa faccia alla Terra. Le forze di marea lunari, più deboli, stanno ritardando leggermente il moto di rotazione della Terra.
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In questa situazione la Terra ci metterebbe quasi un mese dei nostri a girare su se stessa, quasi un mese da un mezzogiorno al successivo. A questo punto non solo gli abitanti della Terra vedrebbero sempre la stessa faccia della Luna, ma anche gli abitanti della Luna vedrebbero sempre la stessa faccia della Terra. Non tutti, naturalmente: ci sono anche quelli che stanno sulle rispettive facce nascoste di Terra e Luna, e che non vedono mai l'altro astro. (Chissà come sarebbe stata l'astronomia se soltanto gli astronomi cinesi avessero potuto vedere la Luna in una situazione come quella che stiamo descrivendo. Pensate alla sorpresa ed emozione di un Marco Polo che spingendosi a est a un certo punto scoprisse questo inusitato e stranissimo oggetto che sta fisso nel cielo...)

I Lunari, come oggi i Terrestri, non vedrebbero più tanto bene la Terra ruotare su se stessa. Però Terrestri e Lunari potrebbero capire che i due astri ruotano vedendo il movimento relativo del cielo stellato. A ogni giro di danza dei due corpi ritroverebbero il Sole, per esempio; vorrebbe dire che hanno anche girato su se stessi.


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Non ci sarebbero nemmeno le maree provocate dalla Luna. Resterebbero quelle del Sole, più blande. Per spiegarlo parliamo brevemente delle maree (che sono fenomeni gravitazionali che esulano dalla narrazione di questo libro, quasi esclusivamente cinematica) perché c'è un problema educativo ricorrente al loro riguardo. Gli studenti imparano che le maree "dipendono dalla Luna" dato che la Luna "attira a sé la massa d'acqua del mare". Però, non vedendo passare la Luna due volte al giorno nel cielo si chiedono, giustamente, perché in un dato luogo si producano due maree al giorno. La marea è in realtà come un uovo d'acqua che avvolge la Terra. I due rigonfiamenti dell'uovo si producono nella direzione Terra-Luna, ma uno è per l'appunto dalla parte della Luna, e l'altro agli antipodi. Il rigonfiamento dalla parte della Luna dipende dal fatto che su quel lato della Terra l'attrazione lunare è massima. Il rigonfiamento sul lato opposto, agli antipodi, dipende dal fatto che su quel lato l'attrazione è molto minore, in quanto siamo più lontani dalla Luna. Quindi due rigonfiamenti.

Vale la pena di spingersi a presentare le maree dal punto di vista della Luna. Se la Terra fosse "bloccata" sulla Luna come adesso la Luna lo è sulla Terra, questo rigonfiamento sarebbe sempre lì, e non ci sarebbero i moti di marea. Vista dalla Luna, la forma della massa d'acqua è un uovo che non si muove. Le maree ci sono perché la Terra ruota più velocemente su se stessa di quanto la Luna non le ruoti intorno: il rigonfiamento, rispetto alla Luna, non si muove, e la Terra gli "scorre sotto". Se siete sulla Luna, sulla Terra dritto davanti a voi è sempre alta marea.

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AI CONFINI DEL CIELO



Le fortune (o sfortune) degli astronomi terrestri

Una descrizione di quello che si vede da Saturno (anelli compresi) era stata data da Huygens nel suo Cosmotheoros, un testo pubblicato postumo che racconta come l'astronomia si sarebbe potuta sviluppare in altre regioni del Sistema solare. Il soggetto è lo stesso della mossa di Keplero nel Sogno. Come avete visto, il tema del cambiamento del punto di vista ha attraversato il nostro libro. A esso si è aggiunto un altro tema, quello del cambiamento di alcuni fatti (il raddrizzamento dell'asse terrestre, per esempio), per semplificare la comprensione dell'astronomia a noi vicina.

Ecco dunque una morale per concludere il nostro percorso (prima di passare, nell'Appendice, a un altro modo di esercitarci con i punti di vista, questa volta usando un programma informatico che ci permette di navigare nel tempo e nello spazio). La Maga dei Pianeti è un aiuto immaginario per semplificare le cose in modo da capirle meglio. Il mondo, come abbiamo visto, non è così ordinato, e la Terra non ha gli anelli come Saturno. Ma ci sono delle simpatiche semplificazioni e coincidenze anche nel sistema Terra-Luna in cui noi viviamo: per esempio, il fatto che la Luna abbia la stessa dimensione angolare del Sole (per cui lo occulta quasi perfettamente durante un'eclissi). Invece, non è una "coincidenza" che la rotazione della Luna sia sincronizzata con il suo periodo di rivoluzione, per cui la Luna rivolge sempre la stessa faccia alla Terra (come abbiamo visto, è un effetto delle maree) – ma questa regolarità è importante e non può venir trascurata.

Questi aspetti a volte aiutano e a volte rendono difficili le scoperte, e con esse le spiegazioni. Che la Luna non sembri ruotare su se stessa deve aver confortato l'idea antica che nemmeno la Terra ruoti su se stessa. I primi astronomi non sono stati aiutati dalle quasi-coincidenze, come il fatto che la Terra ruota intorno al Sole in poco più di 360 giorni, e la Luna gira intorno alla Terra in poco meno di 30 giorni, il che invita a trattare quel numero, 360, come un buon surrogato dell'anno: è divisibile per 12, e guarda caso sarebbe composto proprio di 12 mesi di 30 giorni. La divisione del cerchio in 360 gradi nasce da queste quasi-coincidenze.

Anche gli astronomi terrestri sono comunque abbastanza fortunati: il rapporto tra le distanze Terra-Sole e Luna-Terra è identico a quello tra le dimensioni del Sole e quelle della Luna... Si sono potute scoprire molte proprietà del cosmo grazie al fatto fortuito che la nostra specie si è evoluta in un momento in cui tali valori erano fissati in questo modo. Aristarco e Keplero hanno fatto i ragionamenti corretti a partire da fatti come questi. Avremmo potuto avere più fortuna; se la Luna apparisse ruotare su se stessa, disporremmo di un magnifico orologio nel cielo. Peccato!

La Maga dei Pianeti avrebbe potuto sfidarci. Creare per noi un mondo tolemaico, perfettamente geocentrico: fermare la Terra, e farle ruotare intorno il Sole, rispettando i tempi che constatiamo, un giro ogni ventiquattr'ore. La sua domanda insidiosa è questa: "Come avreste potuto accorgervi se è la Terra che ruota intorno al Sole e non viceversa?". Se pensate di avere una risposta pronta in tasca, riflettete a quanti secoli ci sono voluti agli astronomi – e che astronomi! Il fior fiore dell'intelligenza matematica del loro tempo – a mettere nel giusto ordine i moti celesti. Non tutti hanno la fortuna di avere una Maga dei Pianeti a loro disposizione.

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