Evoluzione dei Modelli Cosmologici: Da Aristotele a Newton

La Concezione Cosmologica di Aristotele

Aristotele, nel IV secolo a.C., concepì l'universo distinguendo due regioni principali:

1. La Regione Sublunare (o Terrestre)

• La Terra occupa il centro dell'universo.
• I corpi terrestri sono formati dalla combinazione dei quattro elementi: terra, acqua, aria e fuoco.
• La terra è l'elemento più pesante e tende verso il basso, mentre il fuoco tende verso l'alto.

2. La Regione Celeste (o Sopralunare)

• È costituita da sfere concentriche trasparenti che circondano la regione terrestre.
• In ogni sfera si trova uno dei corpi celesti (Sole, Luna, Venere, ecc.).
• L'ultima sfera è quella delle stelle fisse.

Il Modello Geocentrico di Tolomeo

Il modello geocentrico, perfezionato da Tolomeo (II secolo d.C.), poneva la Terra al centro dell'universo. Questo sistema descriveva i movimenti delle stelle utilizzando un sistema di riferimento fisso sulla Terra.

Osservazioni a Supporto del Geocentrismo:

• Movimento Diurno: Il Sole sorge, attraversa il cielo e tramonta ogni giorno. Anche le stelle ruotano attorno al cielo quotidianamente, mantenendo la Terra in posizione centrale.
• Movimento Planetario: I pianeti seguono un percorso specifico, il cui movimento era descritto come il risultato di due movimenti circolari combinati (epicicli e deferenti).

Il Sistema Eliocentrico di Copernico

Il sistema eliocentrico fu proposto da Niccolò Copernico nel XVI secolo. Esso rivoluzionò la visione cosmologica:

• Il Sole è posto al centro dell'Universo.
• La Terra e gli altri pianeti ruotano attorno al Sole.
• Le stelle si trovano a distanze dal Sole molto maggiori rispetto ai pianeti.
• La Terra compie una rotazione sul proprio asse con un periodo di un giorno.

Il modello eliocentrico fu infine accettato dalla comunità scientifica verso la fine del XVII secolo.

Confronto tra i Modelli

Modello Geocentrico

Per circa duemila anni, questo modello fu favorito poiché era in accordo con le osservazioni quotidiane e con la filosofia e la fisica aristotelica.

Modello Eliocentrico

Proposto da Copernico, spiegava gli stessi fenomeni del sistema geocentrico, ma forniva anche giustificazioni per altre osservazioni, come la luminosità variabile dei pianeti Venere e Mercurio.

Le Leggi di Keplero sul Moto Planetario

Johannes Kepler, basandosi sulle osservazioni precise di Tycho Brahe, formulò tre leggi fondamentali che descrivono il moto dei pianeti attorno al Sole:

Prima Legge di Keplero

I pianeti orbitano attorno al Sole seguendo un'orbita ellittica, con il Sole situato in uno dei fuochi dell'ellisse.

Seconda Legge di Keplero

Il vettore posizione di un pianeta rispetto al Sole spazza aree uguali in tempi uguali.

Terza Legge di Keplero

Il quadrato del periodo di rivoluzione di un pianeta ($T$) è proporzionale al cubo della sua distanza media dal Sole ($r$): $T^2 \propto r^3$ (o $T^2 = K r^3$).

La Legge di Gravitazione Universale di Newton

Questa legge fu formulata dallo scienziato Isaac Newton e stabilisce che due masse si attraggono con una forza che presenta le seguenti caratteristiche:

• È universale: si verifica tra tutti i corpi.
• Si presenta sempre in coppia di azione e reazione.
• È sempre una forza attrattiva.
• La sua direzione è la linea che congiunge i centri delle masse.
• La sua intensità è espressa dalla legge di gravitazione universale di Newton.

La Sintesi Newtoniana

Isaac Newton riuscì a spiegare numerosi fenomeni naturali come manifestazioni dell'attrazione gravitazionale, tra cui:

• Il movimento delle stelle.
• La comparsa periodica delle comete.
• La caduta dei gravi.
• Le maree.