Galileo. Immagini dell'Universo – Glossario

Astrolabio
L’astrolabio è uno strumento di origini antiche. Fu inventato impiegando una proiezione che ritrae la volta celeste su una superficie piana. Dall’Antichità fino al XVII secolo furono realizzati astrolabi sempre più specializzati e precisi. Ancora oggi si trovano astrolabi di celluloide che aiutano a riconoscere stelle e costellazioni.
Come sapete, la Terra e gli altri pianeti girano attorno al Sole; inoltre, la Terra gira anche sul proprio asse. E quindi, quando si osserva il cielo, si vede che l’aspetto del cielo cambia. Provate anche voi! Troverete che le costellazioni visibili cambiano nel corso della notte e nel corso dell’anno. Potete ben immaginare che questi cambiamenti rendono difficile calcolare la posizione degli astri. Ecco che, per facilitare questo lavoro, gli astronomi inventarono l’astrolabio. Un astrolabio è un calcolatore astronomico che rende più facile determinare la posizione degli astri, calcolare l’ora e orientarsi di notte.
Esplora

Astrologia
Lo sai di che segno sei? L’uomo ha sempre avuto il desiderio di poter predire il futuro e attraverso la lettura del cielo iniziò a interpretare gli eventi che accadevano nel mondo. L’astrologia si basa sulla convinzione che i corpi celesti influenzino le vicende umane. Del resto alcune persone credono ancora oggi che i movimenti delle stelle e dei pianeti definiscano il carattere delle persone.
Conoscerai anche la parola “astronomia”, che sembra molto simile alla parola “astrologia”. Ma sai che esistono delle differenze fondamentali tra le parole “astronomia” ed “astrologia”? Le differenze riguardano il motivo e il modo in cui l’astronomo e l’astrologo studiano gli astri. Gli astrologi studiano il cielo con lo scopo di fare predizioni. Non si basano sul metodo sperimentale e questo significa che non controllano se le loro predizioni sono vere o false. Gli astronomi invece elaborano teorie per capire meglio com’è fatto il cielo; applicano i principi della scienza e non pensano che gli astri determinino la fortuna. Inoltre se le loro teorie falliscono, devono rivederle.
Allora, attenzione a distinguere bene tra astrologia e astronomia!

Astronomia
Un astronomo osserva gli astri, cioè le stelle e la posizione dei corpi celesti.  Con metodi scientifici studia la loro origine e altri fenomeni che si possono scoprire quando si osserva il cielo. Indaga sulle proprietà degli astri; per esempio sulla temperatura della superficie di un pianeta o di una stella, ma anche sulle loro dimensioni e sul loro  movimento.
Tradotta in italiano la parola “astronomia” significa “leggi delle stelle”. Con leggi si intendono le regole delle scienze fisiche a cui sono sottoposti tutti i corpi nell’Universo, come per esempio la legge della gravità.

Atlante celeste
Un atlante è un libro particolare. Non contiene tanto testo quanto altri libri, ma raccoglie delle carte geografiche. In questo caso contiene mappe particolari che ritraggono il cielo. La parte del cielo che si vede varia a seconda della data e dell’ora in cui si compie l’osservazione; potrai facilmente immaginare che fare una mappa della volta celeste è molto complicato. Oltre a queste difficoltà è necessario trovare il modo per rappresentare uno spazio tridimensionale su un foglio bidimensionale.
Le prime mappe moderne del cielo furono eseguite nel Cinquecento. Queste mappe furono inserite in atlanti celesti e spesso furono realizzate da artisti di altissima qualità. Gli artisti dipinsero il cielo popolato di fantasiose creature riprese dai miti antichi che illustrano le costellazioni.

Calendario giuliano

Lo sapevi che esistono vari tipi di calendario? Il movimento della Terra intorno al Sole in 365 giorni è dall’età degli egizi la base per determinare la durata di un anno. Ma esiste un problema: Il tempo esatto che impiega la Terra per fare un giro completo intorno al Sole non è un numero intero di giorni. Un anno solare equivale a circa 365,25 giorni. Quindi, la durata di un anno del nostro calendario e la durata di un anno solare non sono uguali. Questo significa che il primo giorno dell’anno nuovo non dovrebbe iniziare a mezzanotte ma circa alle sei di mattina! E nell’anno seguente l’inizio dell’anno nuovo a mezzanotte si sposterebbe a mezzogiorno… Che confusione!
In epoche diverse sono stati elaborati vari calendari per cercare di risolvere questo problema. Una di queste soluzioni è il calendario giuliano, così denominato perché  fu Giulio Cesare ad istituirlo nell’anno 46 avanti Cristo. Lo scopo del nuovo calendario fu di ordinare meglio la computazione dell’anno. La soluzione alla differenza tra anno solare e numeri di giorni interi fu quella di inserire ogni quattro anni un giorno in più. Negli anni bisestili, cioè gli anni di 366 giorni, il giorno aggiunto venne inserito dopo la festa dei Terminalia al 23 di febbraio.
Ti sembra di riconoscere il nostro calendario attuale? Hai ragione. Le principali caratteristiche del calendario giuliano sono ancora oggi la base storica del nostro calendario.

Cannocchiale
Nella primavera del 1609 comparve a Venezia e a Padova un curioso giocattolo: un tubo corto con una lente a ciascuna estremità. Questo oggetto consentiva di ingrandire gli oggetti distanti. All’epoca la gente si stupì molto perché per la prima volta si utilizzava un dispositivo ottico grazie al quale si riusciva a vedere meglio che ad occhio nudo!
Galileo Galilei comprò uno di questi tubi di ingrandimento e lo perfezionò. Molto rapidamente riuscì a costruire cannocchiali con una capacità di ingrandimento molto più alta. I suoi migliori cannocchiali riuscivano ad ingrandire fino a trenta volte, ma allo stesso tempo avevano un campo visivo molto limitato. Per esempio, il cannocchiale di Galileo non poteva inquadrare tutta la Luna, ma solo una parte.
Galileo utilizzò il cannocchiale per osservare il cielo. Mai prima un uomo era riuscito a vedere il cielo così dettagliatamente e perciò, con il suo cannocchiale, Galileo fece tante scoperte in poco tempo. Vide la Via Lattea composta da un numero enorme di stelle. Osservò la Luna e scoprì che non era una sfera perfetta come diceva Aristotele, grande filosofo dell’Antichità. La Luna infatti, così conclude Galileo dalle sue osservazioni, aveva una superficie piena di valli e monti. Galileo trovò inoltre che intorno al pianeta Giove giravano dei satelliti esattamente come la Luna gira intorno alla Terra.
Se vuoi sapere di più sulla storia e sul funzionamento del cannocchiale e sulle scoperte astronomiche di Galileo, puoi esplorare questo sito dedicato al cannocchiale di Galileo.

Cartografia
La cartografia è la scienza di costruire mappe, rappresentando una parte della superficie terrestre in scala minore. Non è possibile raffigurare in una sola carta tutte le informazioni che potrebbero essere utili a qualcuno; la carta diventerebbe talmente piena che non sarebbe più leggibile. Secondo le esigenze, vengono quindi scelte le informazioni principali da indicare che possono essere suddivise in numerose mappe diverse: carte delle città o di itinerari, carte geografiche, carte della vegetazione… Conosci altri tipi di carte?
Una funzione importante delle carte è quella di facilitare l’orientamento. Infatti lo sviluppo della navigazione, prima nel bacino del Mediterraneo e poi negli oceani, ha stimolato molto l’elaborazione di carte sempre più precise, riducendo sia i pericoli che i tempi dei viaggi nautici.
Studia questa carta. È abbastanza differente dai mappamondi che avrai visto finora, che ne dici? Puoi osservare che, su questa carta dell’anno 1554, manca gran parte della costa dell’America del Sud, mentre l’Australia manca completamente! Studiando le mappe antiche si può sapere quali parti del mondo erano ancora sconosciute in una certa epoca. Sulla carta del 1554 non è rappresentata l’Australia proprio perché fu scoperta solo nel Seicento. E non si conosceva nemmeno approssimativamente la dimensione dell’America del Sud perché ancora nessuno l’aveva circumnavigata.

Compasso
Forse hai già provato anche tu a disegnare dei cerchi a mano libera – non è facile, vero?  Un compasso da disegno consente di tracciare cerchi perfettamente tondi. Esistono tanti tipi di compassi diversi, ma tutti hanno un particolare in comune: gli strumenti sono composti da due aste collegate da una cerniera. Così le due aste formano un angolo regolabile, che cambia allontanandone o avvicinandone le estremità. 
Questo principio di costruzione, due aste collegate da una cerniera, fu impiegato per realizzare compassi appositamente studiati per facilitare diversi compiti. Per esempio furono costruiti compassi speciali per misurare il diametro di una sfera o riprodurre disegni in scala ridotta o ingrandita. Per sapere di più sui vari tipi di compasso e su come funzionano, clicca qui.


Compasso geometrico e militare / Compasso di Galileo

Prova a immaginare il Compasso geometrico e militare come una specie di calcolatrice. Galileo lo inventò nel 1597 ed in seguito si impegnò molto per divulgarne l’uso. Lo strumento ebbe un grande successo e procurò a Galileo sostanziosi guadagni; fondamentalmente  consiste di un quadrante, due braccia e un pendolino.
Il Compasso di Galileo è uno strumento di calcolo che aiuta ad eseguire molteplici operazioni di matematica e di geometria. Consente di fare calcoli complessi come l’estrazione delle radici quadrate e cubiche, il calcolo di aree e volumi, la misura dei calibri e tante altre operazioni. Galileo scrisse anche un manuale d’uso, intitolato Le operazioni del compasso geometrico e militare da vendere insieme allo strumento e che ne spiegava il funzionamento.
Qui puoi esplorare il funzionamento del compasso.

Elioscopio
Lo sai che bisogna evitare di guardare direttamente il Sole? Questo perché la luce del  Sole è  talmente forte da danneggiare facilmente l’oc
chio.
I primi osservatori delle macchie solari utilizzavano il telescopio senza alcuna protezione, procurandosi danni irreparabili alla vista. Questo problema fu risolto grazie ad un metodo ideato da un allievo di Galileo. Il metodo è semplica ma molto efficiente: consiste nel proiettare per mezzo del telescopio l’immagine del Sole su un foglio di carta situato a circa un metro dall’oculare. Per aumentare il contrasto dell’immagine è consigliabile oscurare la stanza o almeno applicare sul tubo dello strumento un ampio schermo di cartone che attenui la luce proveniente direttamente dal Sole.
Il metodo permette di disegnare con esattezza le macchie solari direttamente su un foglio. Il disegno così ottenuto risulta invertito, ma ribaltando il foglio verticalmente e ridisegnandolo controluce su un altro foglio, si ottiene una giusta rappresentazione.
Il metodo della proiezione ebbe in seguito ampia diffusione e fu migliorato.
Esplora

Fasi lunari
La Luna è il satellite della Terra. Non emana luce propria, ma riflette la luce del Sole che raggiunge la sua superficie. La Luna si muove attorno alla Terra e quindi la sua posizione rispetto al Sole cambia continuamente. Per questo motivo, durante un mese lunare, un osservatore sulla Terra vede illuminate porzioni diverse della superficie lunare. La Luna presente così delle fasi: Luna nuova, primo quarto, Luna piena e ultimo quarto. La Luna nuova è per esempio la fase in cui la Luna si trova tra Sole e Terra e rivolge verso la Terra il lato non illuminato.
La rappresentazione delle fasi lunari tramite incisioni e disegni ha impegnato i principali astronomi europei. Essi volevano fornire una raffigurazione precisa delle irregolarità della superficie lunare. Soprattutto nella fasi intermedie fra Luna nuova e Luna piena, si osserva che il confine la tra parte oscura e la parte illuminata della Luna non è diritto, ma ondeggiata a causa dei rilievi della superficie lunare. Un’attenta analisi delle fasi lunari rivela la topografia del satellite.

Giovilabio
Nel 1610 Galileo scoprì con il cannocchiale quattro astri che seguivano Giove. Continuò ad osservare il fenomeno, eseguendo dei calcoli per determinare la posizione precisa di questi satelliti. Per facilitare l’osservazione Galileo mise a punto il “giovilabio“, con il quale era possibile trovare le posizioni dei satelliti senza dover fare calcoli.  Il Giovilabio è perciò  una sorta di calcolatore utile  per determinare i periodi dei satelliti di Giove e per stabilire i tempi delle loro eclissi.
Filmato

Globo celeste
I globi del cielo assomigliano ai globi terrestri. Si tratta di modelli che  rappresentano la volta celeste in forma di una sfera, come se guardassimo il firmamento del pianeta Terra da un punto lontano nell’universo.
La rappresentazione del cielo come una sfera è antichissima. Globi del cielo costruiti in pietra o in metallo furono già in uso pressi i Greci e gli Egizi, e testimoniano  lo sforzo degli astronomi di studiare il movimento delle stelle e di riprodurre il cielo in modo adeguato.
I globi celesti sono destinati all’uso didattico, oltre che per fare calcoli astronomici ed astrologici. Sulla loro superficie sono segnate le stelle, le costellazioni e le principali circonferenze celesti: l’equatore celeste, l’eclittica, i tropici del Cancro e del Capricorno e i circoli polari.
Dalla fine del Quattrocento le tecniche di costruzione dei globi, stimolate anche dalle grandi scoperte geografiche, vennero continuamente perfezionate.  La costruzione di un globo, in particolar modo la creazione del disegno della superficie, divenne molto studiata e sofisticata. Generalmente, per ottenere una rappresentazione sferica, si incollavano spicchi di carta colorata o stampata su una sfera di legno rivestita di gesso.

Gnomone
Lo gnomone è la parte essenziale di un orologio solare. Può essere un’asta o un altro oggetto che proietta la sua ombra su una serie di linee di riferimento. Lo gnomone permette così di misurare la posizione del Sole e di determinare l’ora o la data. Puoi trovare meridiane collocate nelle facciate, sui tetti o nelle cupole delle cattedrali.

Orologio solare
Immagina di svegliarti in campagna senza orologio e senza cellulare. Sarà mattina o pomeriggio? Farà ancora luce per il tempo necessario a fare una lunga passeggiata? E come si può stabilire l’ora di un appuntamento?
Una soluzione antica è quella di utilizzare il cammino apparente del Sole nell’arco di una giornata per misurare il tempo. Furono gli antichi egiziani a costruire  i primi orologi solari. Il Sole è la fonte di luce più forte, illumina la Terra durante il giorno. QQQQ  uando la luce del Sole incontra dei corpi massicci viene proiettata un’ombra che varia a seconda della posizione del Sole nel cielo. Se il Sole si trova molto alto, a mezzogiorno, l’ombra è molto corta. L’ombra è molto lunga invece la mattina e la sera, quando il Sole è appena sorto o quando sta per tramontare. L’orologio solare utilizza questo cambiamento della lunghezza dell’ombra per determinare l’ora del giorno.
Sono due i componenti indispensabili di un orologio solare: uno gnomone e una superficie segnata con delle linee orarie. Quando la linea dell’ombra tocca queste linee, si può leggere l’ora del giorno. Gli orologi solari possono avere forme molto diverse e alcuni di essi devono essere orientati verso il nord per funzionare correttamente. Nelle collezioni del Museo di Storia della Scienza si trovano orologi solari di varie tipologie. La superficie dell’orologio può essere inclinata, verticale o orizzontale; l’orologio può essere di forma piana, cilindrica o a poliedro; infine le dimensioni di un orologio solare possono essere sia monumentali che tascabili.
E di notte? Anche durante la notte si può determinare l’ora. Se vuoi sapere di più su orologi solari e notturni, puoi guardare questo filmato.

Pianeta
Nell’Antichità erano chiamati pianeti quei corpi celesti che apparivano muoversi rispetto alle stelle fisse. Oggi sappiamo che questi corpi celesti ruotano attorno al Sole. Si  tratta dei pianeti del nostro sistema solare che possono essere il centro della rotazione di corpi celesti più piccoli, i satelliti. I pianeti del nostro sistema solare splendono perché riflettono la luce del Sole. Essi sono, in ordine di distanza crescente dal Sole: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno e Plutone.


Planetario

I pianeti si muovono attorno al Sole, ma come avviene questo movimento?
Osservando un modello che simula i movimenti dei pianeti è molto più facile comprendere la struttura del sistema solare, vero? Il planetario presenta una raffigurazione del sistema solare. Storicamente si tratta di un dispositivo meccanico che, oltre a rendere visibile la struttura del sistema solare, riproduce i moti dei pianeta, talvolta anche dei loro satelliti. I Planetari servono da modelli per visualizzare il rapporto tra i periodi di rivoluzione dei pianeti che, grazie a elaborati meccanismi a ingranaggi, possono essere riprodotti in maniera assai precisa. Va però sottolineato che si tratta di modelli semplificati. Anche se nella maggior parte dei planetari le orbite dei pianeti, cioè i loro “sentieri” attorno al sole, vengono riprodotti in forma di cerchi concentrici, in verità i pianeti percorrono orbite ellittiche, una forma geometrica somigliante a una circonferenza più o meno schiacciata. Esist
ono però alcuni planetari che, servendosi di ingegnosi meccanismi, imitano anche i moti ellittici dei pianeti attorno al Sole.
I planetari meccanici ebbero larga diffusione nel Settecento e nell’Ottocento. Anche i planetari moderni che puoi visitare con la tua famiglia spiegano il moto dei pianeti, anche se non impiegano meccanismi a ingranaggi, ma proiettano una simulazione realistica del cielo sulle pareti di una cupola. Clicca qui per consultare la scheda di un planetario ottocentesco che fa parte collezioni del Museo di Storia della Scienza.

Quadrante astrolabico
Il quadrante è uno strumento di misura e di calcolo, così chiamato per la sua forma a quarto di cerchio. Puoi immaginare lo strumento come un astrolabio ripiegato a semicerchio e poi ripiegato ancora a metà. Il risultato di questa operazione, nella quale vengono sovrapposte tutte le linee incise sull’astrolabio, è il complicato insieme di linee del tracciato sulla superficie del quadrante.
Fa parte del quadrante un pendolino che, seguendo la legge della gravità, indica la direzione verticale. Girando il vertice del quadrante in alto, il filo del pendolo si muove lungo il quarto di cerchio. Quindi puntando un astro o la sommità di una torre, la posizione del filo del pendolo permette di leggere sullo strumento l’altezza angolare dell’oggetto. Questo tipo di misurazione trovava applicazione in marineria: la misurazione dell’altezza del Sole o della Stella Polare consentiva la determinazione della latitudine, permettendo di trovare la posizione di una nave in mare aperto. Oltre ad essere utilizzato per la navigazione, un quadrante permetteva di compiere anche misurazioni terrestri. Le linee orarie incise consentivano infine di usare lo strumento come un orologio solare.
Per sapere di più riguardo ai quadranti e vedere come funzionano puoi seguire questo link.

Satelliti di Giove
Nel 1609 Galileo iniziò ad osservare il pianeta Giove con il suo cannocchiale. All’epoca la concezione tradizionale del cosmo, accolta dalle autorità ecclesiastiche, era quella aristotelico – tolemaica. Secondo questa concezione la Terra sta immobile al centro dell’Universo e tutti i corpi celesti, anche il Sole, le ruotano attorno. 
Studiando Giove, la notte del 7 Gennaio 1609 Galileo scoprì vicino al pianeta tre stelle “piccole ma luminosissime” che suscitarono la sua curiosità. Anche la sera successiva si rimise ad osservare e notò un fatto strano: la posizione delle tre stelle rispetto a Giove non era la stessa della sera precedente, ma era cambiata. La notte del 13 gennaio trovò una quarta di queste stelle e concluse che, come le altre, orbitava intorno a Giove. Galileo dedicò questi quattro satelliti ai suoi protettori, i Medici, battezzandoli “Medicea Sidera”, nome latino che significa “astri medicei”. Continuò ad osservare il fenomeno sistematicamente, disegnando le sue osservazioni che in seguito pubblicò nel libro Sidereus Nuncius. Per osservare meglio i quattro satelliti, ma soprattutto per identificarli esattamente e stabilirne i periodi orbitali, Galileo ideò uno schema grafico, detto Giovilabio.
L’importanza della scoperta dei satelliti di Giove va oltre l’individuazione di nuovi corpi celesti. Le osservazioni eseguite da Galileo dimostravano che non solo la Terra ma anche altri corpi celesti hanno dei satelliti. La scoperta di Galileo era perciò incompatibile con la dominante concezione aristotelico-tolemaica perché toglieva alla Terra il privilegio di essere l’unico centro dei moti celesti. 


Sfera armillare

Nel Cinquecento, con l’intensificarsi della produzione di modelli visivi del cielo, furono prodotte notevoli sfere armillari. La sfera armillare è uno strumento astronomico che consiste in un modello tridimensionale della sfera celeste. È formato da anelli solidi (armille) che rappresentano le circonferenze immaginarie della sfera celeste sistemate attorno ad un centro comune.  Le armille formano delle linee di riferimento per la posizione degli astri e dei pianeti. Alcune di esse sono mobili e consentono quindi di riprodurre particolari configurazioni celesti. Sono importanti le armille che rappresentano l’equatore celeste, i tropici del Cancro e del Capricorno e l’eclittica, il percorso del Sole lungo il zodiaco. Una sfera armillare può consistere anche di altre armille che raffigurano, per esempio, le sfere celesti dei pianeti.
Molte sfere armillari rispecchiano la visione geocentrica dell’Universo. Nella maggior parte di esse è la Terra che sta al centro della sfera armillare. In questi modelli le armille non indicano solo  i moti dei pianeti ma anche il moto del Sole, tutti pensati come una rotazione attorno alla Terra. Qui puoi vedere una sfera armillare che raffigura la visione geocentrica.
Esistono però anche modelli eliocentrici o copernicani più recenti che rappresentano il sistema solare nella sua vera struttura. In queste sfere armillari il centro è formato dal Sole e le armille, che rappresentano le orbite dei pianeti, includono l’orbita della Terra che quindi non sta più al centro dell’Universo ma gira attorno al Sole insieme agli altri pianeti.

Filmato

Sistema Tolemaico
Qual è la struttura del nostro Universo? Questa è senza dubbio una delle domande più antiche dell’umanità.
Nel corso dei millenni e in varie culture sono state formulate differenti ipotesi sui sistemi cosmologici. Nell’Europa medievale la concezione tolemaica fu la teoria dominante e quasi universalmente accettata fino alla fine del Cinquecento.
Tolomeo sviluppò la sua visione del cosmo, chiamata sistema tolemaico, con riferimento al pensiero dei filosofi greci Platone e Aristotele. Nel sistema tolemaico l’Universo sarebbe stato un complesso di sfere con la Terra immobile al centro: prova ad  immaginarlo come una cipolla con un chicco di grano al centro che rappresenterebbe la Terra! Ogni strato è una sfera planetaria. La sfera più vicina alla Terra è quella della Luna, seguita dalle sfere di Mercurio, Venere, Sole, Marte, Giove e Saturno. Tolomeo affermava che tutti i pianeti si muovevano compiendo moti circolari e uniformi attorno alla Terra. Le stelle invece erano immobili, fissate sulla sfera più esterna, che veniva perciò chiamata il cielo delle stelle fisse.
La visione tolemaica coincideva bene con l’immagine dell’Universo della Chiesa. La posizione centrale della Terra rappresentava la centralità dell’uomo nel mondo creato da Dio. Solo la nascita della scienza moderna, le osservazioni e le scoperte di personaggi come Copernico, Kepler  e Galileo, misero in discussione il sistema tolemaico. I loro studi dettero luogo ad un lungo dibattito tra scienziati e autorità ecclesiastiche, le quali difesero a lungo la visione tolemaica contro la visione che vede la Terra girare attorno al Sole.