Lampo gamma svela i segreti delle magnetar

Il 15 aprile 2020, una serie di sonde spaziali in diversi luoghi del Sistema solare registrano un brevissimo lampo di raggi gamma ad altissima energia. La prima a rivelare il segnale è Mars Odissey, in orbita intorno a Marte, seguita pochi minuti dopo da Wind, una sonda che si trova tra la Terra e il Sole, dagli osservatori di raggi gamma Integral e Fermi e da Swift, telescopio spaziale per lo studio dei raggi X, tutti e tre in orbita intorno alla Terra, e anche da Asim, un esperimento europeo a bordo della Stazione spaziale internazionale. Il lampo è durato solo 140 millisecondi, poco più di un decimo di secondo, ma triangolando i dati ricevuti dai molteplici satelliti, che formano una rete chiamata Interplanetary Network, e i rispettivi ritardi, è stato possibile risalire rapidamente alla sorgente che ha prodotto il segnale in raggi gamma nel cielo. «Dopo circa sette ore, grazie all’Interplanetary Network, questo evento transiente è stato associato a un intenso e breve brillamento di una magnetar in Ngc 253, più nota come la galassia dello Scultore, che dista dalla Terra circa 11,5 milioni di anni luce», spiega Pietro Ubertini dell’Inaf di Roma, co-autore di uno dei due articoli pubblicati oggi sulla rivista Nature e principal investigator dello strumento Ibis a bordo del satellite Integral dell’Esa. Il gruppo di ricerca ha utilizzato il rivelatore Picsit (Pixellated Imaging Caesium Iodide Telescope) dello strumento Ibis, ideato e realizzato in Italia con il coordinamento dell’Agenzia spaziale italiana (Asi), per studiare l’evoluzione temporale del lampo. Questo rivelatore, in grado di captare fotoni con energie comprese tra 250 keV e 2 MeV, ovvero tra 100mila e un milione di volte più energetici di quelli della luce visibile, ha una risoluzione temporale di 7,8 millisecondi che lo rende un “cacciatore ideale” per i lampi gamma di breve durata come questo. «Il rivelatore Picsit ha di fatto permesso di rivelare il debole segnale emesso da questa galassia, di ottenere una ottima localizzazione dell’evento e di studiarne le caratteristiche energetiche», continua Ubertini. «Basti pensare che l’enorme emissione iniziale è durata solamente 4 millesimi di secondo, ma sufficiente da essere catturata da Integral e quindi associare la direzione di arrivo alla magnetar della galassia dello Scultore».

Le magnetar sono stelle di neutroni – quel che resta di stelle poco più massicce del Sole, giunte alla fine del loro ciclo evolutivo – caratterizzate da campi magnetici portentosi, circa un milione di miliardi di volte più intensi rispetto al campo magnetico terrestre. Se ne conoscono una trentina, e le variazioni del loro enorme campo magnetico possono causare accelerazione di particelle con relativa emissione di raggi X per diverse settimane. Rilasci di energia rapidi e intensi come questo – detti superflare, o brillamenti giganti, ed equivalenti a circa 100mila volte l’energia rilasciata dal Sole in un anno – sono molto rari anche per una magnetar. Infatti questo lampo gamma è solo il terzo finora ad essere associato al brillamento gigante di una magnetar, grazie alla rivelazione di oscillazioni quasi periodiche nel dati dello strumento Asim. «Queste caratteristiche rendono i lampi gamma da brillamenti giganti da magnetar del tutto simili agli short gamma-ray burst recentemente identificati come il risultato della fusione di due stelle di neutroni e accompagnati da emissione di onde gravitazionali», aggiunge Angela Bazzano dell’Inaf di Roma, co-autrice dell’articolo pubblicato su Nature. «In questo caso, una rilevazione di potenziali onde gravitazionali associate all’evento non è stata possibile, poiché gli interferometri Ligo e Virgo non erano operativi quando è stato registrato il lampo gamma. Quando questi esperimenti torneranno in funzione, sarà possibile effettuare osservazioni contemporanee, nel contesto dell’astronomia multimessaggera, per comprendere ancora meglio questi oggetti, tra i più massivi e compatti che popolano il nostro universo». Analizzando i dati dello strumento Lat (Large Area Telescope) a bordo del satellite Nasa Fermi, progettato e realizzato con un contributo decisivo dell’Italia, grazie all’Agenzia spaziale italiana, all’Istituto nazionale di fisica nucleare e all’Istituto nazionale di astrofisica, un altro gruppo di ricerca ha studiato la componente più energetica della radiazione proveniente da questo brillamento, presentando i risultati in un altro articolo apparso oggi sulla rivista Nature Astronomy. Si tratta di tre fotoni con energia pari a 480 MeV, 1,3 e 1,7 GeV, ricevuti con un certo ritardo – tra 19 secondi e 4,7 minuti rispetto all’emissione iniziale – ma comunque associati allo stesso evento. «Si tratta dell’unica magnetar che è stata capace di produrre, durante il superflare, tre fotoni gamma di alta energia registrati da Fermi Lat», afferma Patrizia Caraveo, responsabile Inaf per Fermi Lat e co-autrice dell’articolo. «Tre fotoni possono sembrare pochi, ma la posizione ricostruita per ciascuno di loro è compatibile con la galassia e quindi l’associazione è abbastanza convincente da porre interrogativi sul meccanismo di emissione capace di produrre fotoni così energetici nella magnetosfera di una magnetar (o forse lì vicino, visto che i campi magnetici così intensi costringono i raggi gamma a trasformarsi in una coppia elettrone positrone ed è quindi necessario allontanarsi un po’ per incontrare campi magnetici meno intensi). È il caso di dire pochi ma buoni». Queste informazioni hanno permesso di ricostruire la geometria dell’evento, non dissimile dal “siluro fotonico” della serie di fantascienza Star Trek. Mentre la magnetar si muove nello spazio, la parte frontale del suo campo magnetico va a sbattere contro il gas interstellare, che viene rallentato e si accumula, formando un’onda d’urto. Quando la radiazione e le altre particelle energetiche del brillamento rilasciato dalla magnetar raggiungono questa onda d’urto, la radiazione passa per prima, dando origine alla prima parte del lampo gamma ricevuto dai diversi satelliti; pochi secondi dopo, le particelle si scontrano con il gas nell’onda d’urto e vengono accelerate da questa interazione, producendo i raggi gamma a più alta energia registrati poco dopo da Fermi Lat. Media Inaf

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Koi-5Ab, il pianeta con tre Soli

Poco dopo l’inizio delle operazioni della missione Kepler della Nasa, nel 2009, il telescopio spaziale individuò quello che si pensava fosse un pianeta grande circa la metà di Saturno, in un sistema composto da più stelle. Si chiamava Koi-5Ab e fu il secondo candidato trovato dalla missione. Era un periodo di grande eccitazione generale, per via degli innumerevoli risultati che stava dando la missione, e alla fine Koi-5Ab fu messo da parte mentre Kepler collezionava sempre più scoperte di nuovi esopianeti. Alla fine delle operazioni, nel 2018, Kepler aveva scoperto ben 2394 esopianeti e altri 2366 candidati che ancora necessitavano di conferma. «Koi-5Ab è stato abbandonato perché era complicato e avevamo migliaia di candidati», confessa David Ciardi dell’Exoplanet Science Institute della Nasa. «C’erano candidati più facili rispetto a Koi-5Ab e stavamo imparando qualcosa di nuovo da Kepler ogni giorno. Così, Koi-5 è stato dimenticato». Dimenticato sì, ma non perduto. Ora, dopo una lunga caccia durata molti anni – e che ha coinvolto molti telescopi – Ciardi ha, a suo dire, “resuscitato Koi-5Ab dai morti”. Grazie alle nuove osservazioni del Transiting Exoplanet Survey Satellite – Tess, il secondo cacciatore di esopianeti della Nasa – e a una serie di telescopi terrestri, Ciardi è stato finalmente in grado di vederci più chiaro in quello strano sistema stellare e provare finalmente l’esistenza di Koi-5Ab. Molto probabilmente, date le sue dimensioni, si tratta di un gigante gassoso come Giove o Saturno. È piuttosto insolito in quanto orbita attorno a una stella in un sistema che presenta altre due stelle compagne, muovendosi su un piano che non è allineato con almeno una delle stelle. La disposizione dei corpi celesti del sistema mette in dubbio il modo in cui ogni membro può essersi formato dalle stesse nubi di gas e polvere. «Non siamo a conoscenza di molti pianeti che appartengono a sistemi con tre stelle, e questo è davvero speciale perché la sua orbita è distorta», spiega Ciardi. «Abbiamo ancora molte domande su come e quando possono formarsi pianeti in sistemi a più stelle, e su come le loro proprietà si confrontano con quelle di pianeti in sistemi a stella singola. Studiando questo sistema in modo più dettagliato, forse potremo ottenere informazioni su come l’universo crea i pianeti». Dopo la sua rilevazione iniziale da parte di Kepler, Ciardi e altri ricercatori avevano individuato Koi-5Ab in un gruppo di candidati esopianeti su cui stavano indagando. Utilizzando i dati dell’Osservatorio W. M. Keck alle Hawaii, dell’Osservatorio Palomar del Caltech vicino a San Diego e del Gemini North alle Hawaii, hanno stabilito che Koi-5b sembrava girare intorno a una stella in un sistema a tre stelle. Tuttavia, non erano riusciti a stabilire se il segnale del pianeta fosse in realtà un glitch di una delle altre due stelle o, nel caso in cui il pianeta fosse reale, attorno a quale delle stelle orbitasse. Poi, nel 2018, è arrivato Tess che, come Kepler, va a caccia di esopianeti sfruttando il metodo dei transiti. Tess ha osservato una parte del campo visivo di Kepler, incluso il sistema Koi-5 e, con una certa sicurezza, ha identificato Koi-5Ab come possibile candidato (che ha chiamato Toi-1241b). Come Kepler aveva osservato in precedenza, Tess è arrivato alla conclusione che il pianeta orbita intorno alla sua stella all’incirca ogni cinque giorni. A quel punto i ricercatori  hanno rianalizzato tutti i dati, cercando nuovi indizi dai telescopi terrestri. Utilizzando un metodo alternativo a quello impiegato dai due telescopi spaziali (il metodo delle velocità radiali), l’Osservatorio Keck viene spesso utilizzato per i follow-up di esopianeti misurando la leggera oscillazione nel moto di una stella quando un pianeta le gira intorno ed esercita una certa forza gravitazionale. Grazie alla collaborazione con il California Planet Search, Ciardi ha trovato queste oscillazioni nei dati del Keck del sistema Koi-5, indice dell’esistenza del pianeta. Insieme, i dati raccolti dai telescopi spaziali e terrestri hanno contribuito a confermare che Koi-5Ab è a tutti gli effetti un pianeta in orbita attorno alla stella primaria del sistema triplo. Vediamo com’è fatto questo strano sistema triplo. Koi-5Ab orbita attorno alla stella A, che ha una compagna relativamente vicina, la stella B. La stella A e la stella B orbitano l’una attorno all’altra ogni 30 anni. Una terza stella legata gravitazionalmente alle due – la stella C – orbita attorno alle stelle A e B ogni 400 anni. Combinando i vari set di dati si vede che il piano orbitale del pianeta non è allineato con il piano orbitale della stella B, come ci si potrebbe aspettare se le stelle e il pianeta si fossero formate dallo stesso disco di materiale vorticoso. Gli astronomi non sono sicuri di cosa abbia causato il disallineamento di Koi-5Ab, ma credono che la seconda stella abbia “calciato” via  il pianeta durante il suo sviluppo, inclinando la sua orbita e facendolo migrare verso l’interno. I sistemi a tre stelle costituiscono circa il 10 percento di tutti i sistemi stellari. Questa non è la prima prova di pianeti in sistemi a due o tre stelle. Eppure, nonostante centinaia di scoperte di pianeti in sistemi stellari multipli, in questi sistemi sono stati osservati molti meno pianeti rispetto a quelli in sistemi a stella singola. Questo fatto potrebbe essere dovuto a un bias osservativo (i pianeti a stella singola sono più facili da rilevare) oppure al fatto che la formazione dei pianeti è in realtà meno comune nei sistemi a stelle multiple. Media Inaf

A caccia di emissioni radio da Proxima Centauri

A seguito di un’intensa campagna osservativa effettuata nell’aprile 2017, un gruppo internazionale di ricercatori guidato dall’Istituto di astrofisica dell’Andalusia (Iaa) del Consiglio nazionale delle ricerche spagnolo (Csic) ha scoperto emissione radio aurorale prodotta dall’interazione della stella Proxima Centauri, la più vicina al Sole, con il suo esopianeta Proxima Centauri b, o Proxima b in breve. I radioastronomi, tra cui anche alcuni dell’Istituto nazionale di astrofisica, sono riusciti a osservare quindi per la prima volta l’intensa attività magnetica innescata dall’esopianeta Proxima b. I risultati, pubblicati oggi sulla rivista Astronomy & Astrophysics, aprono una nuova strada nello studio dei pianeti extrasolari nel campo della radioastronomia.  Da oltre 20 anni è noto che l’interazione magnetica tra Giove e Io, una delle sue lune principali, generi una grande quantità di emissioni radio simili alle aurore che ammiriamo sulla Terra, dove le aurore boreali e australi si manifestano come spettacolari fenomeni ottici visibili nelle zone polari. A produrli  sono le particelle energetiche (elettroni e ioni) principalmente emesse dal Sole che vengono incanalate dal campo magnetico terrestre verso la nostra atmosfera. Le aurore terrestri producono anche una intensa emissione radio che può essere captata dallo spazio. Tutti i pianeti del Sistema solare che sono dotati di un campo magnetico mostrano aurore, quasi sempre dovute alle particelle del vento solare che impattano sulla magnetosfera planetaria.  Dopo la scoperta, nel 2016, del pianeta Proxima b attorno alla stella più vicina a noi, i ricercatori guidati dall’Iaa-Csic hanno deciso di verificare se le emissioni radio aurorali si verificano anche in questo sistema planetario, cioè se sia presente emissione radio aurorale stimolata dal transito di Proxima b all’interno della magnetosfera della sua stella ospite. In maniera analoga a quel che avviene per la coppia Giove e Io, il passaggio del pianeta attraverso la magnetosfera stellare accelera le particelle ionizzate in vicinanza del pianeta. Queste si propagano in un moto a spirale verso le regioni polari della stella e, dopo essere state riflesse per il fenomeno degli specchi magnetici, danno origine ad una particolare emissione molto intensa, il “maser di ciclotrone”, proprio sopra i poli magnetici della stella. La radiazione maser si propaga perpendicolarmente alle linee di forza del campo magnetico ed è polarizzata circolarmente, seguendo il moto a spirale degli elettroni. L’alta direttività fa sì che il maser, a causa del moto del pianeta, produca un effetto faro, e quindi sia visibile dalla Terra solo in particolari fasi del periodo orbitale. L’emissione maser sarà più intensa se il pianeta ha un campo magnetico, che agisce come uno scudo durante l’attraversamento della magnetosfera stellare, in quanto produce una più efficiente accelerazione di particelle.  Proxima Centauri è una nana rossa a 4,2 anni luce dalla Terra, più piccola, più fredda e meno luminosa del Sole, ma che mostra una intensa attività magnetica e intensi brillamenti in tutto lo spettro elettromagnetico. Proxima b si trova nella fascia di abitabilità della stella, cioè a una distanza tale che la temperatura potrebbe consentire all’acqua di esistere allo stato liquido (condizione essenziale per la vita come la conosciamo sulla Terra). Purtroppo Proxima b è talmente vicina alla stella che i frequenti brillamenti, che producono intense radiazioni e particelle energetiche, potrebbero spazzare via l’atmosfera e ostacolare la nascita di una qualsiasi forma di vita. Solo l’eventuale presenza di un campo magnetico, come nel caso della Terra, riuscirebbe a schermare il pianeta dalle particelle salvaguardando lo sviluppo della vita. La nana rossa è stata osservata con l’Australia Telescope Compact Array (Atca) a 2 GHz in un arco di tempo di 17 giorni consecutivi. L’Atca è un radiotelescopio gestito da Csiro presso il Paul Wild Observatory in Australia, composto da 6 antenne di 22 metri di diametro. Poiché il pianeta compie una rivoluzione completa attorno alla sua stella una volta ogni 11,2 giorni, si può affermare che il sistema di Proxima Centauri sia stato osservato per l’equivalente di un anno e mezzo terrestre. L’emissione radio arriva al massimo livello due volte per ogni periodo orbitale e questi picchi di emissione radio si osservano quando il pianeta raggiunge la massima distanza apparente dalla sua stella, cioè quando Proxima b viene osservato in quadratura dalla Terra, esattamente come si aspettavano i ricercatori. Durante la campagna osservativa sono stati rilevati diversi flash radio, che però sono legati all’attività stellare. 

Corrado TrigilioPaolo Leto e Grazia Umana dell’Inaf di Catania, co-autori di questo articolo, da tempo studiano l’emissione radio aurorale dalle stelle e hanno sviluppato modelli per questo tipo di fenomeno. Leto sottolinea che «l’emissione nella banda radio di Proxima Centauri è polarizzata: secondo il meccanismo fisico che sta alla base di questo tipo di fenomeno, il segno della polarizzazione è legato all’emisfero stellare da cui proviene l’emissione radio. I dati concordano molto bene con le previsioni dei modelli di interazione tra la stella e il pianeta».  Trigilio aggiunge: «Il nostro studio fornisce la conferma definitiva che anche gli esopianeti interagiscono con il campo magnetico della loro stella. Questo è un tema che ultimamente ha riscontrato un interesse molto alto.  Sottolineiamo che questa è la prima volta che il fenomeno è osservato in un sistema in cui è confermata la presenza di un pianeta ed è correlato con la sua posizione nell’orbita. Grazie a un’accurata modellistica, si potranno ricavare indicazioni sulla presenza di eventuali campi magnetici planetari, con implicazioni sullo sviluppo di vita extraterrestre», conclude. Il gruppo dell’Inaf di Catania sta pianificando una campagna osservativa con MeerKat, uno dei precursori dello Square Kilometre Array (Ska) composto da 64 antenne paraboliche di 13 metri in Sud Africa, con l’intento di cercare l’emissione radio aurorale in tutti i sistemi planetari entro i 10 parsec dalla Terra. Media Inaf

A oltre 13 miliardi di anni luce il quasar più lontano

Registrato il nuovo record in distanze cosmiche. A segnarlo, ancora e sempre lui, un distantissimo e luminosissimo quasar. A renderlo visibile agli esploratori del cosmo, il suo buco nero centrale supermassiccio: oltre 1.6 miliardi di volte più massiccio del Sole e oltre mille volte più luminoso dell’intera Via Lattea. La nuova distanza, in redshift, è pari a 7.6423±0.0013. Tradotto in anni luce, siamo oltre i 13 miliardi. L’universo allora aveva poco meno di settecento milioni di anni. A scovarlo e misurarne la distanza in modo precisissimo, un team internazionale di astronomi che si è servito delle incredibili e ormai irrinunciabili potenzialità dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) in Cile, del telescopio Magellan Baade di sei metri e mezzo, del telescopio Gemini North e W.M. Keck alle Hawaii, e infine del telescopio Gemini South in Cile. La nuova scoperta batte il precedente record di distanza stabilito tre anni fa per un oggetto della stessa classe, e gli scienziati hanno presentato le loro scoperte all’incontro dell’American Astronomical Society, ora in corso virtualmente, e in un articolo accettato per la pubblicazione dall’Astrophysical Journal Letters. Non c’è di che adagiarsi sugli allori, però: come accade nelle migliori competizioni sportive, stabilito un nuovo record, l’obiettivo immediato è quello di superarlo. «È teoricamente possibile trovare oggetti a distanze maggiori», dice a Media Inaf Roberto Decarli, ricercatore all’Inaf di Bologna e coautore dello studio. «Inoltre, empiricamente, il fatto che ora conosciamo tre quasar a redshift vicino a 7.5, tutti con buchi neri nell’ordine del miliardo di masse solari, suggerisce che quasar con buchi neri un pochino più piccoli siano già presenti nell’Universo ancor più giovane». Il problema però, spiega il ricercatore, è che questi oggetti meno massicci sono rari, via via più fiochi, e praticamente invisibili nell’ottico: caratteristiche che richiedono necessariamente l’ideazione di programmi osservativi volti a collezionare profonde immagini multi-banda in grandi aree del cielo – dell’ordine delle migliaia o decine di migliaia di gradi quadri – includendo anche la luce nel vicino infrarosso. Oggetti come i quasar nascono quando la gravità di un buco nero supermassiccio nel nucleo di una galassia attira materia prossima al centro dando vita attorno ad esso a un disco orbitante di materiale surriscaldato. Questo processo rilascia enormi quantità di energia, rendendo il quasar estremamente luminoso, tanto da “oscurare” la luce emessa dal resto della galassia. Al di là della scoperta, J0313-1806 – questo il nome dell’oggetto da record – è un prezioso rappresentante dei progenitori delle galassie massicce e potrebbe fornire elementi fondamentali per indagarne la nascita e, con essa, la formazione dei buchi neri supermassicci al loro interno. Il buco nero al centro infatti è due volte più massiccio di quello del precedente detentore del record, e la sua precocità rispetto all’età dell’universo porterebbe a escludere due dei modelli teorici messi a punto per spiegarne la formazione. «I modelli più accreditati suggeriscono che i primi buchi neri supermassicci si formino dalle esplosioni delle prime stelle – che formano “semi” di 100-1000 masse solari – oppure dal collasso diretto di enormi masse di gas – e che possono generare buchi neri con una massa iniziale da centomila fino a un milione di volte la massa del Sole», continua Decarli, spiegando che questi processi sono in grado di creare i primi semi in una o due centinaia di milioni di anni. Da lì in poi, i semi crescono fino alle masse osservate dell’ordine del miliardo di masse solari, attraverso l’accrescimento di gas. Tuttavia, il gas in accrescimento disperde energia sotto forma di radiazione luminosa – per noi un vantaggio, dato che rende i quasar a noi rivelabili, ma per i quasar uno “svantaggio”, poiché potrebbe ostacolare l’accrescimento del buco nero stesso. «Sarebbe questa crescita “autoregolata” a imporre un limite in termini di crescita per il buco nero. Ad esempio, in 400 milioni di anni un buco nero può crescere “solo” di quattro ordini di grandezza. Vuol dire che, nello scenario attuale, la massa iniziale del quasar appena scoperto doveva essere di circa 100mila masse solari a redshift 15: troppo per lo scenario di formazione che coinvolge la morte delle prime stelle», conclude Decarli. «Quindi, o invochiamo il secondo meccanismo – la creazione dal collasso diretto della riserva di gas – oppure richiediamo che l’accrescimento sia caratterizzato da una bassa efficienza radiativa – che il gas liberi, quindi, pochissima luminosità mentre precipita nel buco nero». Non sono finite qui, le sorprese di J0313-1806. Le osservazioni di Alma hanno infatti fornito dettagli anche riguardo la galassia ospite – proprio quella “oscurata” dalla prorompente attività in corso nel suo centro – mostrando che essa sta formando nuove stelle a un ritmo 200 volte superiore a quello della Via Lattea, un tasso piuttosto alto in galassie di età simile, che indica che la galassia sta crescendo molto velocemente. Parallelamente, gli scienziati hanno calcolato dalla luminosità del quasar che il buco nero sta inghiottendo l’equivalente di 25 Soli ogni anno. L’energia rilasciata da questa incessante abbuffata, dicono gli esperti, sta probabilmente alimentando un potente flusso di gas ionizzato che si muove a circa il 20 per cento della velocità della luce. Sono proprio flussi in uscita come questo che privano poco a poco la galassia del combustibile necessario alla formazione di nuove stelle, finendo per arrestarla. I buchi neri supermassicci al centro di galassie attive sono uno dei fenomeni più accreditati per spiegare le grandi galassie passive che si osservano nell’universo lontano. In J0313-1806, gli elementi di rilievo vi sono tutti: il buco nero centrale molto attivo, il vento generato da esso, l’elevato tasso di formazione stellare della galassia. Il “raffreddamento” – in termini di attività di formazione stellare, ma anche di spegnimento del buco nero centrale, che trovandosi senza più nulla mangiare arresterà la sua crescita – avviene in tempi successivi, ma la vera novità sta proprio nella datazione di questo fenomeno nella storia dell’universo. Media Inaf

Un innocuo asteroide

L’asteroide 2009 JF1 è stato scoperto il 4 maggio 2009 dal riflettore Cassegrain da 1,52 m che si trova sul monte Lemmon in Arizona, telescopio che va alla ricerca di nuovi asteroidi near-Earth nell’ambito della Catalina Sky Survey (Css). Dopo la scoperta, l’asteroide venne confermato dal telescopio da 50 cm di diametro dell’australiana Siding Spring Survey (Sss), l’equivalente australe della Css. La Sss è stata chiusa nel 2013 per mancanza di fondi, un vero peccato perché era l’unica survey professionale di asteroidi near-Earth di tutto l’emisfero australe. Nel complesso, di 2009 JF1 sono state raccolte 25 osservazioni astrometriche in 30 ore. L’arco orbitale osservato è quindi molto breve, di conseguenza l’orbita dell’asteroide è incerta, specie per quanto riguarda la posizione dell’asteroide lungo l’orbita. Chiaramente l’incertezza sulla posizione dell’asteroide nello spazio aumenta a mano a mano che ci si allontana dalla data della scoperta. Sappiamo che la minima distanza che l’orbita nominale può raggiungere con l’orbita terrestre è di circa 15mila km, di conseguenza 2009 JF1 può arrivare a passare a meno di 9mila km dalla superficie terrestre. La magnitudine assoluta di 2009 JF1 è elevata, circa +27, per cui è un oggetto di piccole dimensioni, fra i 7 e i 24 metri di diametro a seconda del valore che si assume per la riflettività superficiale. Si tratta di un asteroide che può essere osservato solo quando è molto vicino alla Terra e il fatto che sia stato scoperto a inizio maggio non è casuale: è in questo periodo dell’anno che la Terra passa per il nodo discendente dell’orbita dell’asteroide e quindi – se l’asteroide si trova più o meno nella stessa posizione – la probabilità di scoprirlo è maggiore rispetto a ogni altro periodo dell’anno. Il 6 maggio 2022 alle 08:10 Ut 2009 JF1 passerà a circa 12 milioni di km dalla Terra, circa 31 volte la distanza media Terra-Luna. Si tratta di una distanza enorme, ma a causa dell’arco orbitale osservato molto corto, la posizione è incerta e – secondo i calcoli del sistema Sentry della Nasa – c’è una probabilità di 1/4000 che 2009 JF1 possa colpire la Terra. La probabilità d’impatto è molto bassa, ma anche ammettendo di ricadere nello scenario peggiore l’eventuale collisione dell’asteroide con la Terra non avrebbe conseguenze di rilievo: l’atmosfera terrestre disintegrerebbe l’asteroide durante la caduta e – a seconda delle dimensioni – si avrebbero scenari simili a quelli dalla caduta del piccolo asteroide in Cina il 22 dicembre 2020 fino all’evento di Chelyabinsk del 15 febbraio 2013. Quindi niente che non sia già successo senza serie conseguenze. Per questo motivo il rischio di 2009 JF1 è valutato zero nella Scala Torino e -2,88 nella Scala Palermo. La Scala Torino va da 0 a 10, dove 0 indica una probabilità di collisione remota o con effetti trascurabili, mentre 10 indica una collisione certa con un oggetto in grado di sconvolgere la superficie e l’atmosfera terrestre. La Scala Palermo è un po’ più tecnica perché è il logaritmo in base 10 del rischio e può assumere anche valori negativi. Comunque, solo quando si trovano valori compresi fra -2 e 0 la situazione richiede attenzione, mentre per valori positivi la situazione si fa pericolosa. Come si vede, entrambe la scale ci dicono che 2009 JF1 non è un problema. Addirittura, secondo il sistema NeoDyS-2 dell’Università di Pisa, il valore del rischio nella Scala Palermo è di -3,72. La velocità d’impatto dell’asteroide è stimata in circa 26,4 km/s, assumendo un diametro medio di 15,5 m e una densità media di circa 2500 kg per metro cubo (un valore ragionevole per un piccolo asteroide), risulta un’energia cinetica di circa 400 kt, pari a 25 volte l’energia sviluppata durante l’esplosione atomica di Hiroshima. Nonostante questo valore dell’energia cinetica posseduta da 2009 JF1 possa apparire elevato, l’asteroide molto probabilmente si disintegrerebbe in atmosfera fra i 30 e i 40 km di quota e al suolo arriverebbero solo piccoli frammenti, oltre a una debole onda d’urto praticamente innocua. Per quanto riguarda 2009 JF1 possiamo dormire sonni tranquilli. Media Inaf

C’è una strana stella in Cassiopea

L’evoluzione di una stella è il risultato della continua lotta tra la forza di gravità, che attira la massa verso il collasso, e l’energia sprigionata dalle reazioni nucleari che la ostacolano. In genere, quando una stella esaurisce il carburante e non ha più materiale a sufficienza per le reazioni nucleari, i suoi strati esterni cadono sul nucleo, vi rimbalzano e si diffondono nello spazio interstellare andando a formare una nebulosa. Ciò che resta del nucleo prende il nome di nana bianca, un nucleo stellare nudo in cui il collasso gravitazionale è contrastato a livello subatomico da forze legate alle leggi della meccanica quantistica.Anche queste forze hanno però i loro limiti: se la massa supera un certo valore, il cosiddetto limite di Chandrasekhar pari a 1,44 volte la massa del Sole, il collasso prosegue fino alla formazione di una stella di neutroni. La faccenda si complica se le nane bianche sono due: orbitando una attorno all’altra emettono onde gravitazionali, perdendo energia orbitale e riducendo sempre più la loro distanza. Quando infine avviene la collisione possono fondersi in maniera distruttiva attraverso una supernova oppure dare origine a una stella di neutroni. Di recente, però, è stato ipotizzato che ci sia anche la possibilità, per alcuni tipi di nane bianche a base di carbonio e ossigeno, di formare un nuovo oggetto stellare con la massa superiore al limite di Chandrasekhar. Un’ipotesi che finora non era mai stata confermata in maniera decisa da alcuna osservazione. Ed è proprio in questo che sta la peculiarità di J005311, una stella scoperta l’anno scorso che si trova al centro della nebulosa Iras 00500+6713, nella costellazione di Cassiopea. La stella in esame è molto luminosa e ha una particolare emissione ai raggi X, qualcosa che non ci si aspetta da una piccola nana bianca né da una stella di neutroni nata dalla fusione di due nane. Per essere così luminosa, infatti, J005311 dovrebbe essere ben più massiccia del limite di Chandrasekhar. Inoltre la sua composizione è dominata proprio dal carbonio e dall’ossigeno, cosa che ha portato i ricercatori di quello studio a proporla come candidata per il tipo di oggetto cercato. Utilizzando i dati del telescopio spaziale dell’Esa Xmm-Newton, un team di ricercatori dell’università tedesca di Potsdam, guidato da Lidia Oskinova, ha ora approfondito l’analisi del precedente studio, ottenendo qualche dettaglio in più sulla composizione dello strano oggetto stellare e della nebulosa che lo circonda. Attraverso questi risultati, Oskinova e colleghi hanno determinato che la stella centrale di Iras 00500+6713 potrebbe essersi formata dalla fusione di due nane bianche, una di carbonio e ossigeno e l’altra di neon e ossigeno, dando luogo proprio alla tipologia di oggetto cercato. J005311 non sembra comunque destinata a resistere a lungo: trattandosi di un prodotto instabile della collisione, potrebbe non sopravvivere per più di 10mila anni dalla sua formazione, terminando la sua vita come una supernova. Media Inaf

Biografie: Sir Isaac Newton

Sir Isaac Newton (Woolsthorpe-by-Colsterworth, 25 dicembre 1642[1] – Londra, 20 marzo 1726[2]) è stato un matematico, fisico, filosofo naturale, astronomo, teologo, storico e alchimista inglese, considerato uno dei più grandi scienziati di tutti i tempi, ricoprendo anche il ruolo di direttore della zecca inglese e quello di Presidente della Royal Society. Noto soprattutto per il suo contributo alla meccanica classica, contribuì in maniera fondamentale a più di una branca del sapere, occupando una posizione di grande rilievo nella storia della scienza e della cultura in generale, con il suo nome che è associato a una grande quantità di leggi e teorie ancora oggi insegnate: si parla così di dinamica newtoniana, di leggi newtoniane del moto, di legge di gravitazione universale; più in generale ci si riferisce al newtonianesimo come a una concezione del mondo che ha influenzato la cultura europea per tutto il Seicento. Attratto dalla filosofia naturale, ben presto cominciò a leggere le opere di Cartesio, in particolare La geometria del 1637, in cui le curve sono rappresentate per mezzo di equazioni; negli anni in cui era studente a Cambridge alla cattedra presiedevano due figure di grande rilievo, Isaac Barrow e Henry More, che esercitarono una forte influenza sul ragazzo; negli anni seguenti, costruì le sue scoperte matematiche e sperimentali facendo riferimento a un gruppo ristretto di testi: pubblicò i Philosophiae Naturalis Principia Mathematica nel 1687, opera nella quale descrisse la legge di gravitazione universale e, attraverso le sue leggi del moto, costruì le regole fondamentali per la meccanica classica, condividendo con Gottfried Wilhelm Leibniz la paternità dello sviluppo del calcolo differenziale o infinitesimale. Contribuì alla rivoluzione scientifica e al progresso della teoria eliocentrica: a lui si deve la sistematizzazione matematica delle leggi di Keplero sul movimento dei pianeti; oltre a dedurle matematicamente dalla soluzione del problema della dinamica applicata alla forza di gravità (problema dei due corpi) ovvero dalle omonime equazioni di Newton, egli generalizzò queste leggi intuendo che le orbite (come quelle delle comete) potevano essere non solo ellittiche, ma anche iperboliche e paraboliche, dimostrando anche che le medesime leggi della natura governano il movimento della Terra e degli altri corpi celesti. Fu il primo a dimostrare che la luce bianca è composta dalla somma (in frequenza) di tutti gli altri colori, avanzando l’ipotesi che la luce fosse composta da particelle, dando così vita alla teoria corpuscolare della luce, in contrapposizione alla teoria ondulatoria della luce patrocinata dall’astronomo olandese Christiaan Huygens e dall’inglese Thomas Young e corroborata alla fine dell’Ottocento dai lavori di Maxwell e Hertz; la tesi di Newton trovò invece conferme, circa due secoli dopo, con l’introduzione del quanto d’azione da parte di Max Planck (1900)[3] e con l’articolo di Albert Einstein (1905)[4] sull’interpretazione dell’effetto fotoelettrico a partire dal quanto di radiazione elettromagnetica, poi denominato fotone; queste due interpretazioni coesisteranno nell’ambito della meccanica quantistica, come previsto dal dualismo onda-particella.

Newton nacque a Woolsthorpe-by-Colsterworth, nel Lincolnshire, in una famiglia di allevatori, il 25 dicembre1642 secondo il Calendario giuliano allora ancora adottato in Inghilterra fino al 1752. Nei Paesi cattolici invece era ormai il 4 gennaio 1643 perché era già avvenuta la correzione degli errori del calendario giuliano (che nel corso dei secoli aveva accumulato dieci giorni di ritardo sull’anno solare) tramite l’introduzione del nuovo Calendario gregoriano oggi adottato in quasi tutto il mondo. Suo padre, anch’egli di nome Isaac e piccolo proprietario terriero, morì tre mesi prima della sua nascita; egli, sul proprio testamento, disegnò un uccello come suo segno distintivo al posto della firma, nonostante sapesse scrivere. Tre anni dopo, sua madre, Hannah Ayscough, si risposò con un agiato chierico di nome Barnabas Smith, di sessant’anni, lasciando il piccolo Isaac alle cure dei nonni materni. In quegli anni egli fu molto infelice: odiava il suo patrigno e pare che una volta sia giunto a minacciare di incendiare la sua casa. Nel 1652, quando Isaac aveva dieci anni, il patrigno morì lasciandogli un’eredità non indifferente con cui poté pagarsi l’istruzione alla King’s School, a Grantham. Alloggiava presso la famiglia Clarke, in stretta amicizia con i Newton. Sembrerebbe aver avuto una relazione sentimentale con Catherine Storer, figliastra del padrone di casa. Probabilmente non fu una cosa importante, ma fu praticamente l’unica relazione sentimentale che Newton ebbe nella sua vita. Durante quel periodo aveva preso strane abitudini: costruiva meridiane, clessidre ad acqua e modelli funzionanti di mulini. Alla fine del 1658, la madre lo costrinse a abbandonare gli studi e lo richiamò a casa per accudire i campi ma si rivelò un pessimo agricoltore. Alla fine il suo maestro convinse sua madre a fargli proseguire gli studi al Trinity College di Cambridge dove si trasferì nel 1661. A quel tempo gli insegnamenti del College erano basati su Aristotele, ma Newton preferiva filosofi più moderni come Cartesio, Galileo, Niccolò Copernico e Keplero. Nel 1665 ottenne il Bachelor of Arts; nel 1666 fu eletto Junior Fellow. Nel 1668 conseguì il titolo di Master of Arts e divenne Senior Fellow.

Maturità

Nel 1665 scoprì il teorema binomiale. Poco dopo il College fu chiuso per via della peste che si stava diffondendo nella zona partendo da Londra. Newton approfittò di questa interruzione per proseguire gli studi per conto suo; durante questo periodo di isolamento quasi assoluto, e a soli 22 anni, scoprì le Identità di Newton, il metodo di Newton, approssimò la serie armonica tramite i logaritmi e cominciò a sviluppare il calcolo infinitesimale. Newton sviluppò il calcolo infinitesimale indipendentemente da Leibniz, che però usò una notazione più precisa. È certo che Newton scoprì il calcolo dieci anni prima di Leibniz, ma pubblicò la sua scoperta molto dopo. Newton sostenne di non aver pubblicato il suo lavoro per timore di essere deriso. Dal 1699 alcuni membri della Royal Society accusarono Leibniz di plagio e cominciò una violenta contesa su chi avesse inventato il calcolo. Questa disputa amareggiò le vite di entrambi i contendenti fino alla morte di Leibniz nel 1716. Anche dopo la sua morte Newton continuò a denigrare la memoria dell’avversario fino al punto che, secondo alcuni, sarebbe arrivato a compiacersi di avergli “spezzato il cuore”. Divenne professore lucasiano di matematica nel 1669. A quei tempi tutti i fellow di Cambridge avevano l’obbligo di prendere gli ordini sacri entro sette anni dopo la nomina a fellow. Newton fece un primo tentativo di evitare l’ordinazione cercando invano di procurarsi un posto vacante di fellow in giurisprudenza, poiché in questo caso si era esentati da quell’obbligo. Successivamente, verso la fine del 1674, Newton si adoperò (insieme al suo amico Francis Aston) per ottenere la dispensa dall’obbligo di prendere gli ordini. Sebbene l’amico Aston non riuscisse nell’intento e non sia chiaro dove le strade delle due richieste ebbero a divergere, Newton riuscì ad ottenere la dispensa dall’ordinazione a chierico anglicano, mantenendo la sua fellowship. La dispensa venne firmata dal re Carlo II in data 2 marzo 1675. Dal 1670 al 1672 si occupò di ottica. Durante questo periodo studiò la rifrazione della luce dimostrando che un prisma può scomporre la luce bianca in uno spettro di colori, e quindi una lente e un secondo prisma possono ricomporre lo spettro in luce bianca. Da questo lavoro concluse che ogni telescopio rifrattore avrebbe sofferto della dispersione della luce in colori, e inventò il telescopio riflettore per aggirare il problema[11]. (Solo più avanti, quando divennero disponibili vetri con diverse proprietà rifrattive, divenne possibile costruire lenti acromatiche). Negli anni ’70 rifiutò la filosofia meccanicista cartesiana, ritenendola fonte di conseguenze teologicamente errate. Inoltre si convinse che la vera filosofia naturale non sia da cercare nelle opere dei suoi contemporanei, ma piuttosto nelle opere dell’antica tradizione alchemica e nei libri sacri. Nel 1671 la Royal Society lo chiamò per una dimostrazione del suo telescopio riflettore. Il loro interesse lo incoraggiò a pubblicare le note On Colours (Sui colori), che più tardi arricchì nel suo lavoro Opticks (Ottica). Quando Robert Hooke criticò alcune delle sue idee, Newton ne fu così offeso che si ritirò dal dibattito pubblico e i due rimasero nemici fino alla morte di Hooke. Una volta scrisse, in una lettera a Hooke datata 5 febbraio 1676, «Se ho visto più lontano, è perché stavo sulle spalle di giganti» benché questa frase, coniata nel Medioevo da Bernardo di Chartres, appaia come segno di modestia, alcuni ritengono che fu pungente: Hooke infatti era un uomo di bassa statura. L’impegno di Newton per la scienza è chiaramente dimostrato da un particolare esperimento sull’ottica. Avendo l’idea che il colore fosse provocato dalla pressione sull’occhio, egli premette un ago da calza intorno al suo occhio fino a quando poté dare dei colpetti al retro dello stesso, notando spassionatamente “cerchi bianchi, scuri e colorati fintanto che continuava ad agitarlo”.

Newton pensava che la luce fosse composta di particelle. Fisici successivi preferirono una spiegazione basata sulle onde in base ai risultati di alcuni esperimenti.

Nel suo Hypothesis of Light (Ipotesi sulla luce) del 1675, Newton postulò l’esistenza dell’etere per trasmettere le forze tra le particelle. Successivamente Henry More, un collega di Cambridge, ravvivò il suo interesse per l’alchimia, tanto che rimpiazzò la teoria dell’etere con forze occulte basate sulle idee ermetiche, sull’attrazione e repulsione tra particelle.

La mela e la gravità

Nel 1679, Newton ritornò alle sue idee sulla gravità, sulla meccanica classica, e sugli effetti di queste sulla determinazione delle orbite dei pianeti e sulle leggi di Keplero. Consultò su questo Robert Hooke e John Flamsteed, astronomo reale. Newton avrebbe probabilmente tenuto per sé le proprie scoperte, se Edmund Halley non gli avesse chiesto di trovare risposta a un problema di meccanica celeste. Newton gli mostrò il suo manoscritto intitolato De Motu Corporum (1684) che conteneva le tre leggi del moto. Halley convinse Newton a pubblicare quelle carte ed egli, inserendo il manoscritto in un’opera più ampia, diede alle stampe i  Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Principi matematici della filosofia naturale) comunemente chiamati Principia. L’opera, pubblicata a spese di Halley in tre volumi nel 1687, è unanimemente considerata un capolavoro assoluto della storia della scienza; con essa Newton stabilì le tre leggi universali del movimento che non sono state migliorate per i successivi trecento anni. Egli usò il termine latino gravitas (peso) per la determinazione analitica della forza che sarebbe stata conosciuta come gravità, e definì la legge della gravitazione universale. Nello stesso lavoro presentò la prima determinazione analitica, basata sulla legge di Boyle, sulla velocità del suono nell’aria. Si racconta che Newton nel 1666, l’annus mirabilis, fosse seduto sotto un melo nella sua tenuta a Woolsthorpe quando una mela gli cadde sulla testa. Ciò, secondo la leggenda diffusa da Voltaire nella quindicesima delle sue Lettres philosophiques (1734), lo fece pensare alla gravitazione e al perché la Luna non cadesse sulla terra come la mela. Cominciò a pensare dunque a una forza che diminuisce con l’inverso del quadrato della distanza, come l’intensità della luce. Newton però non tenne conto delle perturbazioni planetarie e di conseguenza i suoi calcoli sul moto della Luna non erano corretti. Deluso smise quindi di pensare alla gravitazione. Questa in realtà è un’esagerazione di un episodio narrato da Newton stesso secondo il quale egli sedeva a una finestra della sua casa (Woolsthorpe Manor) e vide una mela cadere dall’albero. A ogni modo, si ritiene che anche questa storia sia stata inventata dallo stesso Newton più avanti negli anni, per dimostrare quanto fosse abile a trarre ispirazione dagli eventi di tutti i giorni. Uno scrittore suo contemporaneo, William Stukeley, registrò nelle sue Memoirs of Sir Isaac Newton’s Life una conversazione con Newton a Kensington il 5 aprile 1726, nella quale Newton ricordava «quando per la prima volta, la nozione di forza di gravità si formò nella sua mente. Fu causato dalla caduta di una mela, mentre sedeva in contemplazione. Perché la mela cade sempre perpendicolarmente al terreno, pensò tra sé e sé. Perché non potrebbe cadere a lato o verso l’alto ma sempre verso il centro della Terra.»

Il successo e la crisi nervosa

Con i Principia, Newton venne riconosciuto internazionalmente e conquistò un circolo di ammiratori, fra cui fu importante il matematico di origini svizzere Nicolas Fatio de Duillier, con il quale stabilì un’intensa relazione che durò fino al 1693. La fine di quest’amicizia portò Newton a un esaurimento nervoso. Durante questo esaurimento Newton si avvicinò molto alla pazzia e scrisse lettere deliranti e accusatorie ad alcuni suoi amici, tra i quali anche Locke. Alcuni ritengono che una causa di questo momentaneo esaurimento nervoso fossero i vapori di mercurio respirati negli esperimenti alchemici. Altri ritengono che ci siano correlazioni, comunque non dimostrate, tra i suoi forti esaurimenti nervosi e alcune sue importanti scoperte. Nel 1696 per risollevarlo da questa crisi Charles Montagu gli offrì un posto alla zecca reale. Newton si trasferì a Londra per prendere il posto di guardiano della Zecca Reale nel 1696. Si fece carico del grande programma di nuova coniazione delle monete inglesi, seguendo il cammino di Lord Lucas (e favorendo la nomina di Edmond Halley a sovraintendente della zecca di Chester). Newton divenne direttore della Zecca alla morte di Lucas nel 1699. Questi incarichi erano intesi come sinecure, ma Newton li prese seriamente, esercitando il suo potere per riformare la moneta e punire i falsari. Egli si ritirò dai suoi incarichi a Cambridge nel 1701. La riforma monetaria di Newton anticipò il gold standard che l’Inghilterra adotterà per prima nel 1717, seguita da altre nazioni nei secoli successivi, fino all’adozione statunitense ai primi del Novecento. Newton stabilì un cambio fisso fra la sterlina e l’oncia d’oro; inoltre, elaborò dei metodi per aumentare la produttività della zecca, con misure per un maggior controllo della quantità d’oro e argento nelle monete coniate. Riuscì in questo modo a chiudere le filiali provinciali della Banca d’Inghilterra e a tornare a una produzione centralizzata della moneta. Nel 1697 gli arrivò una copia del problema della brachistocrona che Bernoulli aveva ideato come una sfida a tutti matematici d’Europa e in particolare a Newton. Egli risolse il problema in una notte e inviò la risposta al matematico svizzero non firmata. Bernoulli la riconobbe però immediatamente. Newton fu anche un membro del Parlamento dal 1689 al 1690 e nel 1701, ma il suo solo intervento registrato fu per lamentarsi di una corrente d’aria fredda e la richiesta che venisse chiusa la finestra. Nel 1701 Newton pubblicò anonimamente una legge della termodinamica ora conosciuta come legge di Newton del raffreddamento nel Philosophical Transactions of the Royal Society. Nel 1703 Newton divenne presidente della Royal Society e un associato della Académie des Sciences. Nella sua posizione alla Royal Society, Newton si fece nemico di John Flamsteed, l’Astronomo reale, tentando di rubare il suo catalogo di osservazioni. Nel 1705 fu investito del titolo di cavaliere dalla Regina Anna. Newton non si sposò mai, né ebbe figli riconosciuti. Morì a Kensington, Londra, all’età di 84 anni il 20 marzo[2] 1726 secondo il calendario giuliano, ossia il 31 marzo 1727, e fu sepolto otto giorni dopo nell’Abbazia di Westminster. Voltaire, che era presente al funerale, disse che era stato sepolto come un re. Per lui Alexander Pope scrisse un famoso poemetto che comincia così:

«Nature and nature’s laws lay hid in night;

God said: «Let Newton be!», and all was light»

«La natura e le leggi della natura giacevano nascoste nella notte;

Dio disse: «Che Newton sia!», e luce fu»

Invece sulla tomba fu inciso l’epitaffio:

«Sibi gratulentur mortales tale tantumque exstitisse humani generis decus»

«Si rallegrino i mortali perché è esistito un tale e così grande onore del genere umano» 

Dopo la morte il corpo è stato riesumato ed è stata trovata un’alta quantità di mercurio nei suoi capelli, probabilmente per via dei numerosi esperimenti di alchimia.[14]. Non ebbe alcun erede riconosciuto né si sposò mai.

Personalità e interessi

Newton era a detta di molti un uomo scorbutico e sgradevole, tanto che si era sparsa la notizia – diffusa ancor oggi, sebbene il suo amico William Stukeley smentì tale asserzione[15] – che egli avesse riso solo una volta in vita sua: quando uno studente gli chiese se valesse la pena di studiare gli Elementi di Euclide. Era paranoico e temeva la povertà e le critiche degli altri. Fu inoltre litigioso e si imbarcò in dispute accanite con molti suoi contemporanei come Hooke, Leibniz (per cui provava una profonda avversione) o Flamsteed. A causa del suo comportamento solitario e asociale, si è detto che potesse soffrire di una forma di autismo. Temeva che le sue idee poco ortodosse sulla religione potessero causargli problemi e tenne segreti i suoi scritti filosofici. Non solo, ma non pubblicò nemmeno, o pubblicò molto tardi, gran parte dei suoi scritti scientifici: probabilmente fece ciò per paura delle critiche, ma alcuni ritengono che fosse guidato da convinzioni molto vicine al pitagorismo e al neoplatonismo, oltre che al neostoicismo, e che considerasse il sapere come bene da condividere solo tra pochi eletti.

Scritti alchemici

Newton dedicò molto tempo anche all’alchimia: in un’epoca in cui i principi della chimica non erano chiari, egli cercava di indagare sulla natura delle sostanze rifacendosi a tradizioni ermetiche ed effettuando esperimenti mirati a studiare ipotesi successivamente rivelatesi prive di fondamento scientifico. John Maynard Keynes, che acquisì molti degli scritti di Newton sull’alchimia, scrisse che «Newton non fu il primo dell’età della ragione: fu l’ultimo dei maghi». L’interesse di Newton nell’alchimia non può essere isolato dai suoi contributi alla scienza. Se non avesse creduto nell’idea occulta dell’azione a distanza, attraverso il vuoto, probabilmente non avrebbe sviluppato la sua teoria sulla gravità. Lo scienziato trascorreva il settembre di ogni anno immerso nelle pratiche alchemiche, il cui metallo prediletto era il mercurio. I suoi esaurimenti nervosi ed eccentricità furono attribuiti in seguito ai sintomi psichici e neurologici dell’avvelenamento da mercurio, o, in alternativa, a un disturbo bipolare. Newton cominciò a interessarsi di alchimia a seguito dello studio di Robert Boyle. Un altro dei punti di riferimento per la riflessione alchemica di Newton fu l’alchimista americano George Starkey, la cui opera principale, l’Introitus, fu studiata da Newton nella sua traduzione inglese del 1669, intitolata Secrets Reveal’d. Anche il circolo dei chemical philosophers, guidato da Samuel Hartlib e dallo stesso Starkey furono un catalizzatore della curiosità di Newton verso l’alchimia. L’apice della riflessione alchemica di Newton viene raggiunto con il saggio intitolato Praxis, scritto nel 1693. Il trattato è suddiviso in una prima parte teorica di esplorazione della simbologia alchemica, seguito da una sezione dedicata all’attività pratica dell’alchimia. Quest’ultima parte dà il nome all’intero saggio. Praxis non venne mai pubblicato in vita, e dopo la sua composizione il coinvolgimento di Newton nell’alchimia andò scemando. Da un manoscritto lasciato inedito sappiamo che Newton non considerava l’alchimia come qualcosa di diverso dalle scienze esatte. La sua volontà era di dedicarsi allo studio di processi come la crescita e la vegetazione per capire appunto lo spirito vegetativo che sta alla base della crescita, concetto questo molto legato agli studi alchemici.

Scritti di esegesi biblica e anti-trinitarismo

Newton si interessò molto anche di religione. Un’analisi di tutti gli scritti di Newton rivela che di circa 3.600.000 parole solo 1.000.000 furono dedicate alle scienze, mentre circa 1.400.000 furono dedicate a soggetti religiosi. Negli anni sessanta del XVII secolo, Newton scrisse numerosi opuscoli religiosi sulla interpretazione letterale della Bibbia. Credeva che in vari punti il testo del libro fosse stato forzato e falsificato e si adoperò in ogni misura per riuscire a trovare il significato originale del libro. La fede di Henry More nell’infinitezza dell’universo potrebbe avere influenzato le idee religiose di Newton. Studiando la Bibbia infatti Newton arrivò alla conclusione che il dogma trinitario fosse un’invenzione posteriore. Un manoscritto che egli inviò a John Locke nel quale metteva in discussione l’esistenza della Trinità non fu mai pubblicato. In An Historical Account of Two Notable Corruptions of Scripture, pubblicata la prima volta nel 1754, ventisette anni dopo la sua morte, prese in esame tutte le prove testuali ottenibili da fonti antiche su due passi della Bibbia: I Giovanni 5:7 e I Timoteo 3:16 per dimostrare l’inesistenza scritturale della dottrina trinitaria[24]. Fu considerato un precursore del deismo settecentesco per la sua fede in un Dio creatore immobile e trascendente dell’universo. Tale idea informò il metodo newtoniano, in particolare per il postulato di semplicità e uniformità dell’universo. Newton credeva che le Scritture fossero opera divina ma considerava Dio come un demiurgo, un “orologiaio” dell’Universo, essere impalpabile che lo aveva messo in moto. Vedeva come prova dell’esistenza di questo Essere la complessità dei moti planetari. Scrisse in una lettera a Richard Bentley: «the motions which the Planets now have could not spring from any naturall cause alone but were imprest by an intelligent Agent»,«i movimenti dei pianeti non avrebbero potuto originare solo da una causa naturale, ma furono impressi da un Essere intelligente» (Newton, lettera a Richard Bentley del 10 dicembre 1692). Newton si dimostra estremamente scettico nei confronti sia della Chiesa cattolica, sia di quella anglicana, basando le sue convinzioni religiose sull’unicità di Dio e sull’antitrinitarismo. Nel maggio 1687 si oppose ai provvedimenti filo-cattolici che Giacomo II volle imporre all’Università di Cambridge.

Scritti sulla cronologia biblica e l’escatologia

Nel Trattato sull’Apocalisse si riserva di applicare il metodo scientifico dei Principia con un metodo ermeneutico simile per lo scritto attribuito a San Giovanni, deducendo assiomi e regole uniformi per decidere l’interpretazione migliore e più fedele alla lettera del testo, con lo stesso metodo e perciò con lo stesso grado di evidenza e certezza che i Principia permettono di ottenere nella scelta dell’interpretazione migliore di un dato sperimentale. Nel testo sostiene che l’oscurità e impenetrabilità dei testi è nei piani di Dio, il quale all’avvicinarsi del tempo apocalittico suggerirà a qualche credente quella verità storica che è rimasta ignota per secoli anche alle persone più dotte che hanno tentato di interpretarla:

«E se Dio fu così adirato con gli Ebrei perché non avevano esaminato più diligentemente le profezie che egli aveva dato loro per riconoscere Cristo, perché dovremmo pensare che ci scuserà se non esamineremo le profezie che ci ha dato per riconoscere l’Anticristo? Poiché certamente aderire all’Anticristo deve essere per i cristiani un errore tanto pericoloso e tanto facile quanto lo fu per gli Ebrei rifiutare Cristo. E perciò è tanto nostro dovere sforzarci di essere in grado di riconoscerlo, noi che possiamo evitarlo, quanto lo fu il loro di riconoscere Cristo che potevano seguire» (I. Newton, Trattato sull’Apocalisse, a cura di M. Mamiani, Bollati e Boringhieri, Torino, 1994, p. 7)

In un manoscritto redatto nel 1704 nel quale descrive i suoi tentativi di estrarre informazioni scientifiche dalla Bibbia, stimò che la fine del mondo sarebbe avvenuta nell’anno 2060.[27][28]. Basandosi sulla profezia di Daniele, Newton calcola che la Seconda venuta di Cristo avverrà non prima del 2060, vale dire 1.260 anni (in Daniele 7:25, 1260 giorni equivale a 1260 anni, interpretazione condivisa da varie confessioni; e anche Apocalisse 11.3 il ministero dei due profeti dura 1260 giorni) dopo l’incoronazione di Carlo Magno nell’800, in realtà tali calcoli sono frutto di considerazioni private e interpretazioni arbitrarie dei riferimenti cronologici dei testi biblici, in quanto per lo scienziato la data a cui fa riferimento è una data minima, tenendo anche conto della data di partenza presa per effettuare il calcolo. I suoi lavori più tardi – The Chronology of Ancient Kingdoms Amended (1728) e Observations Upon the Prophecies of Daniel and the Apocalypse of St. John (1733) – furono pubblicati dopo la sua morte. Egli riteneva che le sue ricerche più impegnative fossero quelle dedicate agli studi della cronologia antica: il suo metodo, del tutto originale, si basava sull’applicazione del fenomeno della precessione degli equinozi per la datazione degli eventi storici.

Altri interessi

Forse per i suoi interessi alchemici è stato più volte accostato a presunte organizzazioni segrete come la setta dei Rosacroce e il fantomatico Priorato di Sion (di cui si dice che sia stato anche grande maestro). Era vegetariano e a questa sua scelta etica si ispirò la critica alle crudeltà sugli animali contenuta negli Elementi della filosofia di Newton (1738) di Voltaire.[31] Newton era forse omosessuale[32] o asessuale[33], ed ebbe probabilmente una sola relazione sentimentale con una donna, Catherine Storer, quando era ancora un ragazzo; non si sposò mai ed è opinione comune – anche se di impossibile verifica[17] – che egli morì vergine, come affermarono alcune importanti figure quali il matematico Charles Hutton[35], l’economista John Maynard Keynes e il fisico Carl Sagan. Voltaire, che presenziò al funerale di Newton, affermò che tale notizia gli era stata confermata “dal medico e dal chirurgo che erano con lui quando morì”[38]; inoltre nel 1733 il filosofo francese ribadì che Newton “non aveva né passioni né debolezze” e che “non si era mai avvicinato a nessuna donna”. Nel periodo della sua giovinezza Newton si dedicò alla matematica pura, anche se essa gli serviva prevalentemente per risolvere problemi fisici. In questo campo si dedicò soprattutto all’analisi scoprendo alcune formule per il calcolo di pi greco e l’espansione in serie del logaritmo naturale, ossia le serie di Mercator, e trovò un metodo per approssimare le serie armonica tramite i logaritmi. Scoprì poi le identità di Newton e il metodo di Newton. Una delle sue scoperte più importanti, pubblicata per la prima volta da Wallis nella sua Algebra del 1685, fu il teorema binomiale: una formula che consente di elevare a una qualsiasi potenza un binomio. Tuttavia Newton in matematica è noto soprattutto per l’invenzione, indipendentemente da Leibniz, del calcolo infinitesimale. Anche se questa scoperta era fondata su basi poco chiare e rigorose avrebbe avuto un’importanza fondamentale per lo sviluppo, non solo della matematica ma anche della fisica. Questa invenzione era stata preannunciata già da matematici come Wallis, Barrow, Fermat, Torricelli e Cavalieri, ma solo con Newton e Leibniz essa assunse la forma che rimase canonica negli sviluppi successivi. Newton e Leibniz ripresero e svilupparono un metodo scoperto circa cinquanta anni prima da Fermat per trovare i massimi e i minimi di una funzione attraverso la sua derivata. A differenza di molti suoi contemporanei Newton applicò questo procedimento anche alle funzioni trascendenti, anche se il concetto di limite non era affatto definito all’epoca. Egli usava infatti nei suoi scritti privati termini ambigui come «flussione» o «infinitesimo». Newton si rese conto che «il problema delle tangenti» e quello «delle quadrature» erano uno l’inverso dell’altro ossia che la derivazione era l’inverso dell’integrazione. Per la verità passi importanti verso la dimostrazione di questo teorema, che non a caso è noto come teorema di Torricelli Barrow, erano già stati compiuti, ma il contributo di Newton fu di grande importanza. Grazie alle sue scoperte Newton ottenne alcune serie che esprimevano varie funzioni come una somma infinita di termini; per esempio la serie di Mercator, come già accennato. Uno dei maggiori contributi di Newton nel campo della matematica consiste nell’introduzione del “metodo delle flussioni”, ossia del calcolo differenziale e integrale, espresso mediante simboli algebrici. La pubblicazione di questi studi, nel 1704, provocò un’aspra controversia con Leibniz circa la priorità dell’invenzione del calcolo differenziale, controversia che non si placò neppure con la morte di Newton. Grazie a questa teoria, descritta compiutamente nei Philosophiae naturalis principia mathematica, il mondo veniva presentato come una sorta di enorme macchina, il cui comportamento poteva essere spiegato e in buona parte previsto in base a pochi principi teorici. La nozione di gravitazione universale, ossia di azione istantanea a distanza, incontrò comunque una fortissima opposizione da parte di Leibniz e dei cartesiani, che vedevano in essa un elemento di forte sapore metafisico, essendo detti filosofi convinti che l’unico modo di un corpo per influire su un altro fosse quello del contatto diretto.

I Principî della meccanica

L’opera più influente di Newton fu senza dubbio Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, per i successivi trecento anni valido e attendibile testo scientifico per la meccanica classica. La loro pubblicazione avvenuta nel 1687 è considerata da molti la nascita della fisica classica. Per la prima volta la meccanica è trattata in modo sistematico e geometrico-matematico, anche se per la sua formulazione con l’analisi matematica si dovettero attendere le opere di meccanica di Eulero e quelle dell’epoca illuminista. Si tratta di un’opera divisa in tre libri: i primi due riguardano la matematica, applicata ai moti dei corpi del vuoto e nei mezzi resistenti come l’aria o l’acqua. Nel terzo libro presentò la sua cosmologia basata sull’idea che i pianeti si muovono nello spazio vuoto, attratti verso il Sole da una forza inversamente proporzionale al quadrato della distanza. Le modalità di azione di queste forze sono ancora misteriose. Nei Principi Newton tratta lo spazio e il tempo come enti assoluti ma, come già aveva fatto Galilei, riconosce in una certa misura la relatività del moto. Egli dice infatti che il moto assoluto si deve misurare rispettivamente a dei punti immobili ma che, come scrive nei Principia: «Non esistono luoghi immobili salvo quelli che dall’infinito e per l’infinito conservano, gli uni rispetto agli altri, determinate posizioni; e così rimangono sempre immobili e costituiscono lo spazio che chiamiamo immobile» Questa ostica definizione è accentuata sia dal linguaggio dello scienziato, sia dalla grande difficoltà del problema. In una lettera a Richard Bentley del luglio 1691 Newton fornisce alcune indicazioni sui testi da leggere per comprendere i Principi e conclude: «Alla prima lettura del mio libro è sufficiente che tu capisca le proposizioni con alcune delle dimostrazioni più facili del resto. Così capirai più facilmente quello che verrà in seguito e questo ti illuminerà nelle parti più difficili. Dopo aver letto le prime 60 pagine [le prime tre sezioni], passa al terzo libro e quando hai colto il senso puoi tornare indietro alle proposizioni che avresti il desiderio di conoscere o esaminare, o sfoglia tutto il libro se lo ritieni opportuno.»

Un’edizione originale dei Principia del 1687

Nel primo e nel secondo volume Newton dà alcune importanti definizioni (la massa viene definita come “quantità di materia” e così via) e continua esponendo le tre fondamentali leggi del moto valide, seppur con qualche piccola modifica, anche oggi: Primo principio (di inerzia) Ogni corpo persevera nello stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, a meno che non sia costretto a cambiare da forze impresse a mutare questo stato (principio di inerzia) Secondo principio (variazione del moto) Il cambiamento di moto è proporzionale alla forza motrice impressa e avviene secondo la linea retta lungo la quale la forza è stata impressa (ossia, {\displaystyle F=ma}F=ma) Terzo principio (di azione e reazione) A ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria. Da notare che il termine “azione e reazione” potrebbe trarre in inganno poiché, si potrebbe pensare che data un’azione (forza applicata) verrà in seguito generata una reazione ad essa (una forza opposta). Tutte le forze applicate invece, iniziano ad esistere esattamente nello stesso istante e non in sequenza. Nessuno prima di Newton aveva esposto questi principi in modo così chiaro e conciso. A queste leggi seguono alcuni corollari come per esempio la regola del parallelogramma per le forze, secondo cui due forze oblique si sommano con una risultante che è pari alla diagonale del parallelogramma che ha per lati le due forze.[46] Dopo ciò Newton comincia a descrivere il moto dei corpi, ad analizzare casi particolari e a enunciare teoremi sul movimento. Il tutto è trattato geometricamente senza far ricorso al calcolo infinitesimale la cui scoperta voleva ancora tenere segreta, né tanto meno al “metodo degli indivisibili” anche se riconosce esplicitamente che in questo modo potrebbero essere trattate in modo più semplice.

Il primo libro dei Principia è chiamato Sul moto dei corpi ed è dedicato allo studio della dinamica dei corpi liberi, immersi nel vuoto ed è formato da 14 sezioni. Sono trattati i problemi del moto di un punto materiale soggetto a una forza centripeta, che descrive nei diversi casi orbite circolari, ellittiche, paraboliche o iperboliche. Si tratta soprattutto di problemi astronomici legati alla determinazione del moto di pianeti attorno al Sole, dei satelliti attorno ai pianeti o del moto delle comete.

Nel secondo libro dei Principia viene trattato il moto di un corpo in un fluido resistente. Questo libro espone le leggi dell’idrostatica e dell’idrodinamica classica. Anche se in questa sezione Newton compie qualche errore, i risultati raggiunti sono notevoli. Per esempio Newton, grazie alla legge di Boyle, ottiene un valore, seppur impreciso, per la velocità del suono. Sono esposti nel 2º libro anche difficili teoremi dinamici sul moto di un pianeta immerso in un fluido. Il motivo di questi teoremi è dovuto al fatto che al tempo di Newton la fisica Cartesiana non prevedeva l’esistenza del vuoto e quindi si considerava che i pianeti e i satelliti si potessero muovere solo in un fluido esteso negli spazi celesti. Newton dovette quindi trattare questi teoremi nel 2º libro. Nel capitolo conclusivo poi Newton dimostra che la fisica cartesiana è incompatibile con questi teoremi e con i risultati sperimentali desunti dalle osservazioni astronomiche. Egli dimostra quindi che la sua forza di gravitazione universale è una forza che agisce a distanza e che si trasmette nel vuoto e che i pianeti non sono spinti dai vortici corporei, come invece riteneva Cartesio.

Nel terzo libro dei Principia, chiamato Sul sistema del mondo Newton espone la legge di gravitazione universale che agisce, secondo Newton, in ogni luogo e per ogni corpo. La forza di attrazione gravitazionale su un corpo di massa m, generata dal campo gravitazionale di un corpo di massa M. La formula sarà poi espressa nei trattati successivi, in particolare quelli compilati dal matematico svizzero-tedesco Leonhard Euler, dalla matematica francese Émilie du Châtelet e dai successivi trattati di Meccanica razionale e Astronomia. Sulle cause di questa attrazione Newton (almeno nei suori scritti) non si pronunciò. Egli adottò la celebre frase Hypotheses non fingo, con cui evidenziava l’intenzione di limitarsi a dare una spiegazione del fenomeno e la scelta di non formulare ipotesi sulle cause scatenanti. La forma della legge di gravitazione universale non era nuova (era stata enunciata, per esempio, da Ismaël Boulliau nel 1645 e poi ripresa, tra gli altri, da Halley e Robert Hooke), ma Newton per primo dimostrò come, attraverso la legge di gravitazione universale, si possano calcolare le orbite dei pianeti (o di qualsiasi altro corpo), scoprendo così che esse possono essere anche paraboliche e iperboliche e che dall’ipotesi della gravitazione possono essere derivate le leggi di Keplero. Successivamente spiegò esaurientemente il moto delle comete. In questo volume Newton compie l’unificazione tra la fisica galileiana e l’astronomia di Keplero. Infatti lo scienziato inglese riconduce a un’unica causa la legge di gravitazione universale, le leggi di Keplero e quelle della caduta dei gravi. Questo risultato ha un’importanza cruciale in quanto Newton unifica i moti del cielo e della terra aprendo così la via a una moltitudine di applicazioni che sarebbero poi state sviluppate appieno da molti altri scienziati.

Ottica

Newton studiò la dispersione ottica di un raggio di luce bianca che attraversa un prisma di vetro e si scompone nei vari colori. Si accorse per primo che cambiando la direzione dei raggi colorati con una lente, in modo che convergessero in un secondo prisma, si riotteneva la luce bianca. Invece isolando un raggio colorato e facendolo passare per un prisma esso rimaneva invariato. Newton concluse che la luce bianca era formata dalla combinazione di vari colori. Gli studi sulla natura della luce portarono Newton a capovolgere la teoria di Hooke, secondo il quale i colori derivavano dalla rifrazione sui diversi materiali. Newton affermò invece che il colore non è una qualità dei corpi bensì della luce stessa. Dopo alcuni dubbi iniziali, egli divenne un convinto sostenitore della teoria corpuscolare della luce. In base a tale concezione, la luce è costituita da microscopiche particelle che vengono lanciate dalla sorgente in tutte le direzioni e con velocità elevatissima. Le ricerche di Newton sulla luce sono raccolte in tre libri chiamati Opticks. In essi vengono descritte le leggi dell’ottica geometrica e i fenomeni della riflessione e della rifrazione. Vi si afferma anche che a ciascun colore corrisponde un diverso indice di rifrazione e che la luce bianca del Sole può essere scomposta, mediante prismi, nei sette colori dello spettro che la compongono. Newton analizzò anche quelli che oggi sono detti anelli di Newton (descritti anche da Robert Hooke nella sua Micrographia del 1664) e concluse che gli aloni colorati che si vedevano nei telescopi di allora fossero dovuti alla rifrazione della luce bianca (fenomeno chiamato aberrazione cromatica).

Il telescopio riflettore costruito da Newton

Per ovviare a questo problema Newton costruì un telescopio riflettore che usa un grande specchio concavo per far convergere i raggi luminosi in un altro specchietto più piccolo inclinato di 45° così che esso li diriga nell’oculare. Per via dello specchio concavo l’immagine dell’oggetto è notevolmente ingrandita senza la benché minima aberrazione cromatica. Newton stesso costruì degli esemplari di questo telescopio che risultarono più piccoli e potenti degli altri telescopi di allora. Più complesse furono le teorie che azzardò per spiegare i fenomeni luminosi secondo le quali nello spazio era diffusa una sostanza “finissima” chiamata etere. Secondo Newton la luce avrebbe riscaldato l’etere facendolo vibrare mentre esso avrebbe rifratto la luce. Newton aggiungeva che la luce avrebbe subito accelerazioni e decelerazioni per via delle variazioni di densità di questo mezzo. Tra l’altro alle variazioni di densità di questo presunto etere Newton, (pur non assumendo nessuna posizione pubblica) attribuiva la gravità, pur non essendo molto sicuro di questa supposizione. In questa teoria la luce appariva come formata da corpuscoli. Dopo che vari esperimenti ne accertarono la natura ondulatoria, le sue ipotesi furono abbandonate e si preferirono quelle di Hooke e Huygens. Oggi tuttavia la meccanica quantistica parla di dualismo onda-particella, anche se il modello di fotone accettato dalla scienza moderna si discosta notevolmente dal modello corpuscolare di Newton.

Il metodo scientifico

Il metodo newtoniano, fondamentale nell’evoluzione delle sue scoperte scientifiche, consisteva, secondo il pensatore, in due parti fondamentali, ovvero un procedimento analitico, che procede dagli effetti alle cause, a cui succede un procedimento sintetico, che consiste nell’assumere le cause generali individuate come ragione dei fenomeni che ne derivano. A questi due procedimenti Newton applica quattro regole fondamentali, da lui così definite:

non dobbiamo ammettere spiegazioni superflue;

a uguali fenomeni corrispondono uguali cause;

le qualità uguali di corpi diversi debbono essere ritenute universali di tutti i corpi;

proposizioni inferite per induzione in seguito a esperimenti, debbono essere considerate vere fino a prova contraria.

Questa ultima regola può essere ricollegata alla celebre affermazione di Newton, «Hypotheses non fingo», in base alla quale il filosofo si ripromette di rifiutare qualsiasi spiegazione della natura che prescinda da una solida verifica sperimentale; non fingo ipotesi significa perciò l’impegno a non assumere alcuna ipotesi che non sia stata indotta da una rigida concatenazione di esperimenti e ragionamenti basati sulla relazione di causa e effetto. Ne restano perciò escluse tutte quelle “finte” ipotesi scientifiche sui fenomeni, proclamate, fino a quel momento, dalla metafisica.

Influenza sui posteri

Le idee di Newton ebbero una rapida diffusione in Inghilterra anche grazie a persone come Edmund Halley. Così non fu per il continente europeo nel quale ebbero una storia più travagliata. Soprattutto in Francia rimase a lungo molto diffusa la teoria cartesiana dei vortici che, rispetto a quella di Newton, aveva il vantaggio di essere comprensibile intuitivamente e senza matematica. Inoltre la gravità era giudicata dai cartesiani come una forza occulta e la sua accettazione non fu facile. Importante in questo campo fu la “propaganda” del filosofo illuminista Voltaire che, nel suo Elementi della filosofia di Newton e nelle sue Lettere filosofiche, si dimostrò un difensore di Newton; il successo di questi scritti contribuì non poco all’accettazione di queste teorie in Francia. L’esperimento decisivo venne compiuto nel 1736. Dato che le teorie newtoniane prevedevano che la terra fosse schiacciata ai poli mentre quelle cartesiane prevedevano che fosse allungata, nel 1735 partirono due spedizioni per verificare la forma effettiva della terra, una era diretta in Perù e l’altra per la Scandinavia. Il risultato dell’esperimento fu inequivocabile: la terra è schiacciata ai poli come Newton aveva previsto. Poco dopo altri successi confermarono nuovamente la teoria newtoniana e fecero cadere definitivamente quella cartesiana. Per esempio l’apparizione della cometa di Halley nel 1759 come previsto da Halley in base alle teorie newtoniane. Poco dopo Francesco Algarotti pubblicò Il newtonianesimo per le dame, la prima opera divulgativa delle teorie di Newton. La meccanica celeste divenne in seguito, grazie ai lavori di Eulero, D’Alambert, Joseph-Louis Lagrange e Laplace, straordinariamente precisa e quando nel 1846, grazie ai calcoli teorici di John Couch Adams e Urbain Le Verrier, l’astronomo Johann Galle riuscì a scoprire il pianeta Nettuno, raggiunse il suo apice. Nell’immaginario popolare Newton divenne l’eroe intellettuale per eccellenza, colui che aveva ricondotto la Natura a puri principi razionali abbandonando cause occulte. Concezione questa sbagliata in quanto Newton fu anche un alchimista, ma che ebbe vasta importanza. Il filosofo tedesco Immanuel Kant fu influenzato dalla visione newtoniana del mondo. L’ammirazione per Newton è ben testimoniata dai vari omaggi che molti artisti gli fecero: il poemetto di Alexander Pope e il suo epitaffio, il quadro di William Blake che lo rappresenta come divino geometra e il progetto utopistico di Étienne-Louis Boullée del suo cenotafio (1784). Quest’ultimo ebbe a dire «O Newton, come con la vastità della tua sapienza e la sublimità del tuo genio hai determinato la forma della terra, così ho concepito l’idea di racchiuderti nella tua stessa scoperta.»

A Newton sono stati intitolati un cratere sulla Luna e uno su Marte.

Nel XX secolo, la concezione newtoniana di spazio e tempo è stata superata. Nella teoria della relatività di Albert Einstein lo spazio e il tempo assoluti non esistono più e sono sostituiti da un’entità chiamata spazio-tempo, dove lo spazio e il tempo si influenzano a vicenda. Questa considerazione porta a dei cambiamenti nelle leggi del moto e della meccanica che, a basse velocità (relativamente alla velocità della luce di 299792458 m/s), sono praticamente impercettibili.

La disputa Leibniz-Newton sulla paternità del calcolo infinitesimale

In un carteggio con Leibniz del 1677 Newton rivelò sotto forma cifrata il principio fondamentale del suo calcolo differenziale. Leibniz rispose spiegando i principi dei suoi lavori in questo campo. La disputa ebbe inizio nel 1695 quando Wallis riferì a Newton che in Europa il calcolo era considerato un’invenzione del matematico tedesco. Successivamente, durante il suo soggiorno a Londra, Leibniz fu accusato di aver plagiato Newton. Egli allora si appellò alla Royal Society nel 1704 chiedendo giustizia. Nel 1708 il fisico Keill difese vigorosamente Newton in un articolo su un giornale. Per via dell’insistenza di Leibniz, la Royal Society nominò una commissione incaricata di studiare la questione. Sembra che Newton, nella sua carica di presidente, abbia influito sulla scelta della commissione. Ovviamente dunque questa diede ragione a Newton sostenendo la sua paternità dell’invenzione del calcolo e accusando Leibniz di plagio. Probabilmente Newton stesso redasse il rapporto finale senza firmarlo. Nel 1712 venne pubblicato il carteggio di cinquant’anni prima riguardante il calcolo intitolato Commercium epistolicum. Leibniz si scagliò violentemente contro Newton mettendo in discussione la paternità della teoria della gravitazione universale e la sua ortodossia religiosa, accusandolo di appartenere alla setta dei Rosacroce. Newton rispose a tono e la disputa coinvolse la maggior parte dei matematici del tempo trasformandosi in un vero e proprio caso diplomatico che tra l’altro ostacolò la diffusione delle teorie newtoniane nel continente. Ancora nel 1726, dieci anni dopo la morte di Leibniz, Newton eliminò dai Principia ogni accenno al fatto che i due avessero sviluppato indipendentemente il calcolo infinitesimale. Oggi gli storici della scienza tendono a riconoscere a Newton una priorità nelle applicazioni fisico-meccaniche del calcolo, e a Leibniz una priorità sugli aspetti logico-matematici e sui simboli usati per derivate e integrali. Gli studi storici e filologici hanno anche messo in evidenza il grande contributo dato all’invenzione del calcolo sia dai matematici precedenti Newton e Leibniz, sia i contributi essenziali dei matematici successivi, fra cui i Bernoulli, Eulero, e altri.

Leonardo astronomo

Leonardo di ser Piero da Vinci (Anchiano, 15 aprile 1452 – Amboise, 2 maggio 1519) è stato un inventore, artista e scienziato italiano. Uomo d’ingegno e talento universale del Rinascimento, considerato uno dei più grandi geni dell’umanità, incarnò in pieno lo spirito della sua epoca, portandolo alle maggiori forme di espressione nei più disparati campi dell’arte e della conoscenza: fu infatti scienziato, filosofo, architetto, pittore, scultore, disegnatore, trattatista, scenografo, anatomista, botanico, musicista, ingegnere e progettista.

Lo scienziato

Secondo il pensiero di Leonardo da Vinci, una prima verità si trae dall’esperienza diretta della natura, dall’osservazione dei fenomeni: «molto maggiore e più degna cosa a leggere» non è allegare l’autorità di autori di libri ma allegare l’esperienza, che è la maestra di quegli autori. Coloro che argomentano citando l’autorità di altri scrittori vanno gonfi «e pomposi, vestiti e ornati, non delle loro, ma delle altrui fatiche; e le mie a me medesimo non concedano; e se me inventore disprezzeranno, quanto maggiormente loro, non inventori, ma trombetti e recitatori delle altrui opere, potranno essere biasimati». Se poi costoro lo criticano sostenendo che «le mie prove esser contro all’alturità d’alquanti omini di gran riverenza appresso a’ loro inesperti iudizi», è perché non considerano «le mie cose esser nate sotto la semplice e mera sperienza, la quale è maestra vera».

«Io credo che invece che definire che cosa sia l’anima, che è una cosa che non si può vedere, molto meglio è studiare quelle cose che si possono conoscere con l’esperienza, poiché solo l’esperienza non falla. E laddove non si può applicare una delle scienze matematiche, non si può avere la certezza. (Codice Atlantico a 119 v)

Se l’esperienza fa conoscere la realtà delle cose, non dà però ancora la necessità razionale dei fenomeni, la legge che è nascosta nelle manifestazioni delle cose: «la natura è costretta dalla ragione della sua legge, che in lei infusamene vive» e «nessuno effetto è in natura sanza ragione; intendi la ragione e non ti bisogna sperienza», nel senso che una volta che si sia compresa la legge che regola quel fenomeno, non occorre più ripeterne l’osservazione; l’intima verità del fenomeno è raggiunta.

Le leggi che regolano la natura si esprimono mediante la matematica: «Nissuna umana investigazione si può dimandare vera scienza, s’essa non passa per le matematiche dimostrazioni», restando fermo il principio per il quale «se tu dirai che le scienze, che principiano e finiscano nella mente, abbiano verità, questo non si concede, ma si niega, per molte ragioni; e prima, che in tali discorsi mentali non accade sperienza, senza la quale nulla dà di sé certezza».

Il rifiuto della metafisica non poteva essere espresso in modo più netto. Anche la sua concezione dell’anima consegue dall’approccio naturalistico delle sue ricerche: «nelle sue [della natura] invenzioni nulla manca e nulla è superfluo; e non va con contrappesi, quando essa fa li membri atti al moto nelli corpi delli animali, ma vi mette dentro l’anima d’esso corpo contenitore, cioè l’anima della madre, che prima compone nella matrice la figura dell’uomo e al tempo debito desta l’anima che di quel debbe essere abitatore, la qual prima restava addormentata e in tutela dell’anima della madre, la qual nutrisce e vivifica per la vena umbilicale» e con prudente ironia aggiunge che «il resto della difinizione dell’anima lascio ne le menti de’ frati, padri de’ popoli, li quali per ispirazione sanno tutti i segreti. Lascio star le lettere incoronate [le Sacre Scritture] perché son somma verità».

Tuttavia, ribadisce: «E se noi dubitiamo della certezza di ciascuna cosa che passa per i sensi, quanto maggiormente dobbiamo noi dubitare delle cose ribelli ad essi sensi, come dell’essenza di Dio e dell’anima e simili, per le quali sempre si disputa e contende. E veramente accade che sempre dove manca la ragione suppliscono le grida, la qual cosa non accade nelle cose certe».

Riconosce validità allo studio dell’alchimia, «partoritrice delle cose semplici e naturali», considerata non già un’arte magica ma «ministratrice de’ semplici prodotti della natura, il quale uffizio fatto esser non può da essa natura, perché in lei non è strumenti organici, colli quali essa possa operare quel che adopera l’omo mediante le mani», ossia scienza dalla quale l’uomo, partendo dagli elementi semplici della natura, ne ricava dei composti, come un moderno chimico; l’alchimista non può però creare alcun elemento semplice, come testimoniano gli antichi alchimisti, che mai «s’abbatero a creare la minima cosa che crear si possa da essa natura» e sarebbero stati meritevoli dei massimi elogi se «non fussino stati inventori di cose nocive, come veneni e altre simili ruine di vita e di mente».

È invece aspramente censore della magia, la «negromanzia, stendardo ovver bandiera volante mossa dal vento, guidatrice della stolta moltitudine». I negromanti «hanno empiuti i libri, affermando che l’incanti e spiriti adoperino e sanza lingua parlino, e sanza strumenti organici, sanza i quali parlar non si pò, parlino e portino gravissimi pesi, faccino tempestare e piovere, e che li omini si convertano in gatte, lupi e bestie, benché in bestia prima entran quelli che tal cosa affermano».

Leonardo è conosciuto soprattutto per i suoi dipinti, per i suoi studi sul volo, probabilmente molto meno per le numerose altre cose in cui è stato invece un vero precursore, come ad esempio nel campo della geologia. È stato tra i primi, infatti, a capire che cos’erano i fossili, e perché si trovavano fossili marini in cima alle montagne. Contrariamente a quanto si riteneva fino a quel tempo, cioè che si trattasse della prova del diluvio universale, l’evento biblico che avrebbe sommerso tutta la terra, Leonardo immaginò la circolazione delle masse d’acqua sulla terra, alla stregua della circolazione sanguigna, con un lento ma continuo ricambio, arrivando quindi alla conclusione che i luoghi in cui affioravano i fossili, un tempo dovevano essere stati dei fondali marini. Anche se con ragionamenti molto originali, la conclusione di Leonardo era sorprendentemente esatta.

Il contributo di Leonardo a quasi tutte le discipline scientifiche fu decisivo: anche in astronomia ebbe intuizioni fondamentali, come sul calore del Sole, sullo scintillio delle stelle, sulla Terra, sulla Luna, sulla centralità del Sole, che ancora per tanti anni avrebbe suscitato contrasti e opposizioni. Ma nei suoi scritti si trovano anche esempi che mostrano la sua capacità di rendere in modo folgorante dei concetti difficili; a quel tempo si era ben lontani dall’aver formulato le leggi di gravitazione, ma Leonardo già paragonava i pianeti a calamite che si attraggono vicendevolmente, spiegando così molto bene il concetto di attrazione gravitazionale. In un altro suo scritto, sempre su questo argomento, fece ricorso a un’immagine veramente suggestiva; dice Leonardo: immaginiamo di fare un buco nella terra, un buco che l’attraversi da parte a parte passando per il centro, una specie di “pozzo senza fine”; se si lancia un sasso in questo pozzo, il sasso oltrepasserebbe il centro della terra, continuando per la sua strada risalendo dall’altra parte, poi tornerebbe indietro e dopo aver superato nuovamente il centro, risalirebbe da questa parte. Questo avanti e indietro durerebbe per molti anni, prima che il sasso si fermi definitivamente al centro della Terra. Se questo spazio fosse vuoto, cioè totalmente privo d’aria, si tratterebbe, in teoria, di un possibile, apparente, modello di moto perpetuo, la cui possibilità, del resto, Leonardo nega, scrivendo che «nessuna cosa insensibile si moverà per sé, onde, movendosi, fia mossa da disequale peso; e cessato il desiderio del primo motore, subito cesserà il secondo».

Anche nella botanica Leonardo compì importanti osservazioni: per primo si accorse che le foglie sono disposte sui rami non casualmente ma secondo leggi matematiche (formulate solo tre secoli più tardi); è una crescita infatti, quella delle foglie, che evita la sovrapposizione per usufruire della maggiore quantità di luce. Scoprì che gli anelli concentrici nei tronchi indicano l’età della pianta, osservazione confermata da Marcello Malpighi più di un secolo dopo. Osservò anche l’eccentricità nel diametro dei tronchi, dovuta al maggior accrescimento della parte in ombra. Soprattutto scoprì per primo il fenomeno della risalita dell’acqua dalle radici ai tronchi per capillarità, anticipando il concetto di linfa ascendente e discendente. A tutto questo si aggiunse un esperimento che anticipava di molti secoli le colture idroponiche: avendo studiato idraulica, Leonardo sapeva che per far salire l’acqua bisognava compiere un lavoro; quindi nelle piante, in cui l’acqua risale attraverso le radici, doveva compiersi una sorta di lavoro. Per comprendere il fenomeno tolse la terra, mettendo la pianta direttamente in acqua, e osservò che la pianta riusciva ancora a crescere, anche se più lentamente.

Il caos nel cuore di Messier 42

IMMAGINE NASA 31 DICEMBRE 2020

La Nebulosa di Orione, chiamata anche Messier 42, è un’immensa e luminosa nube cosmica di gas e polveri. È la regione di formazione stellare più vicina alla Terra. Nel 1880, utilizzando il suo telescopio rifrattore “Alvan Clark” da 11 pollici e avvalendosi il nuovo processo di sviluppo fotografico alla gelatina-bromuro, l’astronomo amatoriale Henry Draper la immortala in quella che è considerata la prima astrofotografia di una nebulosa che sia mai stata realizzata. In anni più recenti, fra i tanti strumenti che ci hanno messo sopra gli occhi ci sono anche quelli a bordo dei telescopi spaziali Hubble e Spitzer. Il risultato delle loro osservazioni combinate assieme è l’immagine composita che vedete qui in alto: vortici gassosi di idrogeno, zolfo e idrocarburi sembrano cullare le stelle neonate presenti in questa fabbrica cosmica, situata a 1.500 anni luce di distanza dal Sistema solare. La vista nell’ultravioletto e nel visibile di Hubble rivela idrogeno e zolfo gassosi che sono stati riscaldati e ionizzati dall’intensa radiazione ultravioletta emessa dalle stelle massicce che costituiscono l’ammasso aperto conosciuto col nome di Trapezio. Gli occhi a infrarossi di Spitzer espongono, invece, le molecole ricche di carbonio nella nube. A incorniciare il tutto, le stelle di Orione, immortalate dai due telescopi come un arcobaleno di punti sparsi in tutta l’immagine.

Le galassie interagenti di Halton Arp

L’Atlas of Peculiar Galaxies (Atlante delle galassie peculiari) è un catalogo astronomico di galassie peculiari compilato da Halton Arp. L’atlante è stato originariamente pubblicato nel 1966 dal California Institute of Technology e contiene 338 galassie in totale.

Lo scopo principale del catalogo era quello di presentare fotograficamente esempi dei diversi tipi di strutture insolite che si trovano nelle galassie nelle nostre vicinanze. Arp si rendeva conto che la ragione per la quale le galassie si plasmavano in forme ellittiche e a spirale non era ancora ben compresa. Percepiva le galassie peculiari come una sorta di piccoli “esperimenti” che gli astronomi potevano usare per capire i processi fisici che formavano le galassie ellittiche e a spirale. Con questo catalogo gli astronomi avevano una sintesi delle galassie peculiari che potevano studiare nel dettaglio. L’atlante non contiene una completa panoramica delle galassie peculiari del cielo, ma fornisce solamente degli esempi di ciascun fenomeno osservato nelle galassie vicine. Siccome al tempo della sua pubblicazione, i processi che causavano le differenti forme erano ancora poco noti, le galassie nel catalogo sono ordinate in base alla loro apparenza:

  • Gli oggetti da 1 a 101 sono singole galassie a spirale peculiari o galassie a spirale che in apparenza hanno compagne più piccole.
  • Gli oggetti da 102 a 145 sono galassie ellittiche o simili a ellittiche.
  • Gli oggetti da 146 a 268 sono singole galassie, o gruppi di galassie che non hanno né forma ellittica né a spirale.
  • Gli oggetti da 269 a 327 sono galassie doppie.
  • Gli oggetti da 332 a 338 sono quelle che non rientravano in nessuno dei gruppi precedenti.

La maggior parte delle galassie del catalogo sono maggiormente note con altre designazioni, solo alcune sono più note con il numero assegnatole da Arp, come ad esempio Arp 220.

Oggi i processi fisici che hanno portato alla formazione delle galassie nel catalogo sono ben compresi. Un gran numero di quegli oggetti sono Galassie interagenti, come ad esempio M51 (Arp 85), Arp 220 e le Galassie Antenne. Un piccolo numero sono semplici galassie nane che non hanno sufficiente massa per permettere la formazione di strutture coesive. Un altro esiguo numero di galassie sono radiogalassie. Questi oggetti contengono nuclei galattici attivi che producono potenti getti di gas chiamati getti relativistici. Nell’atlante sono contenute M87 (Arp 152) e Centaurus A (Arp 153).

Galassie Arp degne di nota

Numero ArpNomeMagnitudineNote
26Galassia girandola (M101)+7,5galassia a spirale
37M77+8,9radiogalassia
41NGC 1232+9,8galassia a spirale
76M90 (astronomia)+9,5galassia a spirale
77NGC 1097+9,5galassia interagente con la satellite.
85Galassia Vortice (M51)+8,4galassia interagente con la satellite.
116M60+8,8galassie in collisione
152Galassia Virgo A (M87)+8,6galassia ellittica
153Centaurus A (NGC 5128)+6,6radiogalassia in collisione?
188Galassia Girino+14,4Fusione di galassie
242Galassie Topo+14,7galassie in collisione
244Galassie Antenne+10,3galassie in collisione
317M65+9,2galassia a spirale
319NGC 7320+15galassia in gruppo di collisione
337Galassia Sigaro (M82)+8,6galassia starburst
(Wikipedia)

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