Conquista dello spazio

ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE

“ALDO MORO” – Liceo scientifico

ANNO SCOLASTICO 2007-2008

LA CONQUISTA

DELLO SPAZIO

«That’s one small step for a man, one giant leap for mankind.» (Neil Armstrong)

di Fabio Valesano

Classe V Bs

La conquista dello spazio

Indice

Teoria tolemaica ........................................................................................................................... pag. 2

Teoria copernicana ..................................................................................................................... pag. 3

Kant .............................................................................................................................................. pag. 5

Il neopositivismo ........................................................................................................................ pag. 10

Popper ........................................................................................................................................ pag. 11

La guerra fredda ......................................................................................................................... pag. 12

La Luna ...................................................................................................................................... pag. 27

Mercurio ..................................................................................................................................... pag. 31

Venere ........................................................................................................................................ pag. 34

Marte ......................................................................................................................................... pag. 41

La fascia degli asteroidi ............................................................................................................. pag. 46

Giove .......................................................................................................................................... pag. 47

Saturno ....................................................................................................................................... pag. 52

Urano .......................................................................................................................................... pag. 56

Nettuno ....................................................................................................................................... pag. 59

Plutone ....................................................................................................................................... pag. 63

Le sonde spaziali ........................................................................................................................ pag. 67

Generatore termoelettrico a radioisotopi .................................................................................... pag. 67

L’effetto fotoelettrico ................................................................................................................. pag. 68

Modulo fotovoltaico ................................................................................................................... pag. 69

Fionda gravitazionale ................................................................................................................. pag. 72

Fly-by ......................................................................................................................................... pag. 73

Come si costruisce una sonda spaziale? ..................................................................................... pag. 74

Il futuro dell’esplorazione spaziale ............................................................................................ pag. 76

Bibliografia e sitografia ............................................................................................................. pag. 79

di Fabio Valesano 5 Bs pag. 1

La conquista dello spazio

Fin dai suoi primi anni di esistenza l'uomo ha sicuramente goduto dello spettacolo delle meraviglie

del cielo. Tutte le popolazioni antiche, a partire dai Mesopotamici, osservando il cielo, si

domandavano che cosa celasse e cosa rappresentassero le stelle, ma soltanto con i Greci furono

formulate le prime teorie generali sull’Universo.

Teoria tolemaica

L’antica teoria geocentrica, nata nel IV secolo a.C. e perfezionata in seguito da Tolomeo nel II

secolo d.C., aveva rappresentato il paradigma scientifico dominante per quasi duemila anni, anche

se già nell’antichità erano comparse teorie alternative, come ad esempio quella eliocentrica di

Aristarco di Samo (studioso alessandrino vissuto nel III secolo a.C.). La teoria tolemaica si basava

su quattro ipotesi principali:

1) la Terra si trova al centro dell'Universo;

2) la Terra è fissa;

3) tutti gli astri ruotano intorno alla Terra;

4) la velocità degli astri che si spostano sulle loro orbite circolari è costante, cioè uniforme.

La sua rappresentazione geometrica semplificata può avere la seguente forma: i pianeti si

spostano uniformemente su traiettorie circolari dette i cui centri descrivono a loro

epicicli,

volta degli altri cerchi, detti con la Terra, fissa, nel loro centro comune; invece il

deferenti,

Sole e la Luna descrivono dei deferenti (senza epicicli) intorno alla Terra. Questi deferenti,

come i deferenti e gli epicicli dei pianeti, giacciono all'interno di una sfera sulla cui superficie

si trovano le stelle fisse.

Il moto diurno di tutti gli astri si spiega con la rotazione dell’Universo, come un tutto, intorno

alla Terra fissa. I moti diretti e retrogradi dei pianeti erano compresi nel modo seguente.

Quando un pianeta giunge al punto del suo epiciclo (fig. 1), la velocità angolare del suo

A

è data dal moto del centro dell'epiciclo sul deferente e dal

moto, osservata dalla Terra fissa T, E

moto del pianeta sull'epiciclo. In questa posizione il pianeta sembra spostarsi di moto diretto e

con la massima velocità. Quando il pianeta è in si sposta sull'epiciclo nel senso opposto al

B,

moto del centro dell’epiciclo e la sua velocità angolare osservata dalla Terra è minima.

Fig. 1. Deferente ed epiciclo.

Se la velocità del pianeta sull’epiciclo è inferiore alla velocità del centro dell’epiciclo, il

pianeta anche in questa posizione sembra spostarsi di moto diretto ma rallentato. Se la sua

velocità sull'epiciclo è superiore alla velocità del centro dell'epiciclo, il pianeta sembra

spostarsi di moto retrogrado. La teoria geocentrica, sulla quale si basava l’astronomia del tempo,

forniva però un sistema astronomico tutt’altro che semplice ed esaustivo: in particolare,

l’irregolarità dei moti planetari non trovava sufficienti spiegazioni all’interno della teoria tolemaica,

anche se gli astronomi arabi, nel tentativo di perfezionare il sistema, avessero aggiunto nuovi

di Fabio Valesano 5 Bs pag. 2

La conquista dello spazio

epicicli, per spiegare tali imprevedibilità, come per esempio i moti retrogradi dei pianeti: ad un

certo punto del loro tragitto celeste, infatti, i pianeti sembrano “tornare indietro”, ripercorrendo il

tracciato che si erano lasciati alle spalle. Oggi sappiamo che questo moto è del tutto apparente,

dovuto al movimento irregolare della Terra, in alcuni periodi più veloce rispetto a quello dei pianeti

che, in questo modo, sembrano arretrare o addirittura fermarsi. Esso aveva comunque raggiunto una

discreta precisione (tanto da essere indubbiamente superiore, dal punto di vista sperimentale, al

sistema eliocentrico proposto da Aristarco da Samo), ma al prezzo di una grande complessità.

Tuttavia le prove apportate nella tarda antichità e nel medioevo per sostenere il sistema geocentrico

erano basate soprattutto su deduzioni da precetti teoretici e da testi sacri (Antico Testamento). Le

divergenze fra la teoria e le osservazioni, che si presentavano via via che aumentava la

precisione delle osservazioni, erano eliminate rendendo più complesso il sistema. Così, per

esempio, certe irregolarità nei moti apparenti dei pianeti rivelate più tardi, si spiegavano

aggiungendo altri epicicli, finché la posizione del pianeta sul cerchio dell'ultimo di essi si

accordava circa con le osservazioni. Il sistema di Tolomeo permetteva, inoltre, non solo di

spiegare i moti apparenti dei pianeti, ma anche di calcolarne le posizioni nel futuro, con una

precisione sufficiente per le osservazioni realizzate ad occhio nudo.

Verso l'inizio del XVI secolo, il sistema di Tolomeo era divenuto così complesso che non

poteva più bastare alle esigenze imposte all’astronomia dalla vita corrente, ed in primo luogo,

dalla navigazione marittima. C'era bisogno di metodi più semplici per il calcolo delle

posizioni dei pianeti e questi metodi sono stati creati dal grande scienziato polacco Niccolò

Copernico che aveva gettato le basi di una nuova astronomia, senza le quali sarebbe impossibile

l'esistenza stessa dell’astronomia moderna.

Teoria copernicana

Nella sua opera più conosciuta, “De Rivolutionibus Orbium Coelestium”, Nicolò Copernico (1473-

1543) obietta contro l’ipotesi tolemaica dell’immobilità della Terra, proponendo una teoria

eliocentrica.

Copernico attribuisce all’Universo forma sferica, al cui centro pone il Sole, immobile, mentre tutti

gli altri pianeti, Terra compresa, ruotano attorno ad esso, disegnando orbite uniformi; inoltre

stabilisce che la Terra ruota su se stessa e che la Luna ruota attorno alla Terra come satellite e,

assieme ad essa, attorno al Sole; divide i pianeti allora conosciuti in pianeti interni (Mercurio e

Venere) ed esterni (Marte, Giove, Saturno) e pone la Terra al terzo posto nello schema del sistema

solare. La teoria eliocentrica spiega in maniera molto più semplice, rispetto alla teoria geocentrica,

alcuni particolari incomprensibili dei moti celesti, risolvendo il problema dei moti retrogradi e dei

punti stazionari dei pianeti, conseguenza del moto terrestre. Copernico è stato il primo a dare una

descrizione esatta della struttura del Sistema solare, determinando le distanze relative fra i pia-

neti ed il Sole (in unità di distanza Terra-Sole) e calcolando i periodi della loro rotazione

intorno al Sole. Le spiegazioni date da Copernico ai moti apparenti dei pianeti sono chiare e

naturali ed in principio non contraddicono le nozioni moderne relative a questi fenomeni.

Tuttavia, il sistema copernicano conserva ancora una struttura ad epicicli, poiché il Copernico

interpretava ancora i moti ellittici dei pianeti come moti circolari, pregiudizio che fu superato

soltanto grazie alle scoperte dell’astronomo tedesco Keplero (1571-1630). Questi, grazie alle

osservazioni eseguite in precedenza da Tycho Brahe, suo maestro, giunse a formulare le tre leggi

sul moto dei pianeti, che contribuirono all’affermazione della teoria eliocentrica e permisero a

Newton di dedurre la legge della gravitazione universale:

1. I Pianeti descrivono orbite ellittiche, di cui il Sole occupa uno dei fuochi;

2. Le aree descritte dalla congiungente Sole - Pianeta sono proporzionali al tempo

impiegato per descriverle, quindi la congiungente descrive aree uguali in tempi uguali;

3. Il quadrato del periodo di rivoluzione di un Pianeta è proporzionale al cubo del

semiasse maggiore dell’orbita.

di Fabio Valesano 5 Bs pag. 3

La conquista dello spazio

Copernico intendeva la sua teoria come puro espediente matematico, per semplificare la teoria

tolemaica, ritenuta troppo complicata; da questo punto di vista non poneva problemi al di fuori dello

stretto ambito degli specialisti in calcoli astronomici.

Successivamente, nel 1609 Galileo comincia ad interessarsi ad un nuovo strumento, costruito in

Olanda, il telescopio; dopo avergli apportato dei miglioramenti, ne presenta un esemplare, al quale

da' il nome di Con il nuovo strumento, Galileo osserva la Luna, scoprendo che non

"perspicillum".

si trattava di una sfera perfetta come sosteneva Aristotele, ma che era formata da altipiani e da valli,