astronomia Scienza che studia i corpi celesti, le loro proprietà, natura ed evoluzione. Nel passato si soleva distinguere nettamente una branca dell’a., l’astrofisica, che si occupa specificamente dei processi fisici nei corpi celesti; ma oggi gli aspetti razionali e teorici della ricerca sono così avanzati e indissolubilmente legati agli aspetti osservativi che la distinzione ha perso gran parte del suo significato.
1. L’a. nell’antichità e nel Medioevo
Della grande attenzione posta già nella preistoria ai movimenti del Sole, della Luna e delle stelle nella volta celeste, così strettamente connessi al ciclo diurno e al ciclo stagionale della vita umana, rimane impressionante testimonianza nei monumenti megalitici, come quello di
Una vera e propria cosmologia razionale, però, apparve solo nella civiltà greca. Aristotele, nel suo trattato De coelo, descrive l’Universo come formato da parecchie sfere concentriche di cui la centrale, immobile, è costituita dalla Terra e la più esterna sorregge le stelle fisse e nel contempo ruota, compiendo un giro in 24 ore. Tra di esse i pianeti e i satelliti sono sostenuti da altrettante sfere, animate ciascuna da un moto appropriato. Questa concezione costituì la base di tutte le cosmologie successive fino alla rivoluzione copernicana. Tuttavia, per spiegare le particolarità del moto dei pianeti e della Luna occorsero successive e sempre più complicate correzioni e aggiunte al modello aristotelico. Esse furono lungamente studiate nel periodo alessandrino, in particolare da
L’opera principale di
Questa lunga stasi terminò nel 16° sec. sotto due spinte potenti. Da un lato il raffinarsi degli strumenti di osservazione e delle tecniche di calcolo rese sempre più difficile e complesso adattare le gerarchie di sfere rotanti all’esperienza; dall’altro, l’asserzione rinascimentale del primato dell’uomo e della sua ragione aprì le porte alla ricerca oggettiva e sperimentale, condotta indipendentemente dalla tradizione culturale e religiosa. Così Galileo scoprì la legge della caduta dei gravi, ponendo i fondamenti della dinamica che sarebbero serviti poi di base a Newton, e mediante l’uso attento e selettivo del cannocchiale mise in evidenza nuovi fatti astronomici in contraddizione con l’astratto ideale di perfezione della cosmologia aristotelica.
2.1 La rivoluzione copernicanaL’idea chiave che segnò l’inizio dell’a. moderna, dando luogo a una vera e propria rivoluzione scientifica, fu quella di N. Copernico che abbandonò la concezione della centralità della Terra a favore di una cosmologia in cui il Sole è al centro e tutti gli altri corpi celesti ruotano attorno a esso. La cosmologia copernicana costituiva una diversa maniera, più semplice e razionale, di descrivere il moto dei pianeti e dei satelliti; ma non ne dava una giustificazione razionale in base a leggi fisiche universali.
2.2 La meccanica celestePer raggiungere questo scopo era necessario afferrare la connessione tra la forza di gravità, sperimentata quotidianamente sulla Terra, e il moto dei pianeti. Ciò fu possibile solo quando, con
2.3 La ricerca sperimentaleDal punto di vista sperimentale il perfezionamento e l’uso metodico e paziente del telescopio arricchì l’a. di oggetti e fenomeni nuovi: le comete, le stelle variabili, altri pianeti oltre ai cinque noti nell’antichità, gli asteroidi ecc. L’uso di strumenti ottici dispersivi in grado di separare la luce nelle sue componenti permise la scoperta e l’identificazione nella radiazione emessa dai corpi celesti di righe spettrali; da esse si poté risalire a parecchie proprietà chimiche e fisiche della sorgente, in particolare la composizione chimica, il movimento, la temperatura, il campo magnetico ecc. La spettroscopia astronomica ha costituito pertanto il principale strumento di ricerca dell’a. classica.
Il problema cruciale da risolvere per ogni nuova classe di oggetti celesti è la valutazione della loro distanza, per poter risalire poi dalla luminosità apparente a quella assoluta e stimare quindi le altre grandezze intrinseche, in particolare la potenza radiativa e le dimensioni. Senza di ciò la ricerca astronomica rimane una descrizione morfologica, difficilmente accessibile alla comprensione razionale. Le distanze astronomiche sono correntemente misurate in anni luce, prendendo come unità lo spazio percorso dalla luce in un anno, cioè circa 10.000 miliardi di km. Per le stelle, le prime determinazioni di distanza furono compiute nel 1837-39 mediante il metodo della parallasse, che consiste nel misurare lo spostamento angolare subito da una stella vicina rispetto alle altre più lontane nel giro di 6 mesi per effetto del moto della Terra attorno al Sole. Ciò è possibile, tuttavia, solo per sorgenti che non distano più di circa 30 anni luce; per distanze più grandi occorre usare altri metodi meno precisi. Il più importante di essi fa uso di una classe particolare di stelle, dette Cefeidi (➔ Cefeo), la cui luminosità varia periodicamente.
L’a. extragalattica ebbe inizio negli anni 1920, quando si riconobbe che le nebule, zone di debole luminosità diffusa nel cielo, contengono un gran numero di stelle e sono pertanto giganteschi sistemi, le galassie, simili a quella dove si trova il nostro
A partire dagli anni 1960 l’a. e l’astrofisica hanno avuto giganteschi sviluppi, anche per l’introduzione di nuove tecniche di osservazione. Accanto alla a. nel visibile e alla radioastronomia, basate prevalentemente su osservazioni effettuate dalla superficie terrestre, l’uso di rivelatori di varia natura su palloni, satelliti artificiali e sonde spaziali ha portato alla nascita di altri settori dell’a., basati sull’osservazione dei corpi celesti in diverse bande della radiazione elettromagnetica. Si è così avuto un radicale mutamento della disciplina. I nuovi oggetti scoperti, quasar, pulsar, radiazione di fondo ecc., hanno messo in luce il ruolo primario giocato da oggetti collassati di elevata densità e da fenomeni catastrofici o, comunque, caratterizzati da una scala temporale assai breve. In queste condizioni spesso le leggi note della meccanica classica e dell’elettromagnetismo non sono valide ed è necessario ricorrere a strumenti teorici più raffinati, come la relatività generale e la fisica delle