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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,