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L'aberrazione della luce


Giovedý 4, Luglio 2013
in  Stella Stellina


Agli inizi del XVIII secolo, con l'introduzione del micrometro a fili illuminati nel campo visivo del telescopio e con il perfezionamento della meccanica degli strumenti si era in grado di misurare le posizioni stellari con la precisione di un grado d'arco. Con strumenti di tale classe, Samule Molyneux, un abile astronomo dilettante irlandese, volle fare nel suo osservatorio privato presso Londra l'ennesimo tentativo di misurare la parallasse di una stella. Si servì di un 'settore zenitale' uno strumento molto usato a quell'epoca, che consisteva in un settore di cerchio metallico di pochi gradi di ampiezza e di diversi metri di raggio disposto in meridiano ed imperniato superiormente; la piccolezza dell'arco consentiva di ottenere una precisione irraggiungibile con un cerchio completo che, a pari raggio, sarebbe stato di dimensioni difficilmente governabili sia nella costruzione che nell'impiego.


Ovviamente, tale strumento consentiva di osservare soltanto le stelle che passavano a pochi gradi dallo Zehit. La gamma Dragonis, si trovava allora nella posizione più favorevole, così fu prescelta per il tentativo. Al programma di osservazione, iniziato nel dicembre 1725, prese parte anche James Bradley, professore di astronomia a Oxford e futuro direttore dell'Osservatorio di Greenwich.


I due si resero ben presto conto che di notte in notte la stella si spostava lentamente verso sud, tanto che nel marzo 1726 era 20 gradi d'arco più a sud di quanto tre mesi prima. Poi, dopo essere rimasta per qualche settimana stazionaria, cominció a retrocedere culminando ogni notte un po' più a nord fino a ritornare in giugno alla stessa declinazione iniziale ed a superarla raggiungendo in settembrina declinazione di circa 20 gradi più a nord; quindi, dopo un'altra breve fase di stazionarietà, la stella parve invertire nuovamente il suo moto, ritornando, in dicembre, alla stessa declinazione di un anno prima.


Il fenomeno era sorprendente, perché lo spostamento risultava sfasato in un quarto di giro (cioè tre mesi) rispetto a quello che si sarebbe dovuto avere per effetto di parallasse; un fatto che appariva inspiegabile, se non assurdo. In casi come questo, ogni vero scienziato, diversamente dagli 'ufologi' dei nostri giorni, comincia col dubitare che ci possa essere qualche imprecisione nelle osservazioni e per prima cosa cerca di verificare tale dubbio. Di ció, avendo Molyneux abbandonato l'impresa per essere stato nominato Lord commissario dall'ammiragliato, si occupó il solo Bradley. Questi si fece costruire un nuovo settore zenitale di minor raggio ma di maggior ampiezza, che consentiva di osservare le stelle fino a 6,15 gradi da una parte e dall'altra dello zenit, in modo da poter verificare il fenomeno su altre stelle molto splendenti.


In capo ad un altro anno di osservazioni potè confermare gli spostamenti della Gamma Dragonis e costatare che l'oscillazione sistematica annua si verificava anche per altre stelle e con la medesima ampiezza; un'ampiezza che essendo 50 volte maggiore del limite di precisione dello strumento consentiva di escludere che si trattasse di un effetto causato da errori di osservazioni. Inoltre, mentre l'effetto di parallasse, a meno di non ammettere che le stelle si trovassero tutte alla stessa distanza da noi, avrebbe dovuto essere di ampiezza diversa da una stella all'altra, lo stesso fenomeno scoperto risultava indipendente dalla distanza della stella.


A questo punto sopravvenne la felice intuizione che ha consegnato il nome di Bradley alla storia. Mezzo secolo prima, l'astronomo francese Olaf Roemer osservando le eclissi da satelliti di Giove aveva constato la velocità finita della luce dandone un valore di 135.465 tese francesi al secondo, pari a 303.000 km al secondo. Una velocità enorme rispetto alla velocità orbitale della Terra (30 km. al secondo) che all'epoca di Bradley era già approssimativamente nota, poiché si conosceva con grande esattezza il periodo di rivoluzione (l'anno siderale) e la distanza media del Sole era stata determinata, anche quella mezzo secolo prima, da Cassini e Richer in 71 milioni di tese francesi, pari a 139 milioni di chilometri con un errore del 7%.


Tuttavia se pur grandissimo, il rapporto fra le due velocità (1/10.000) non risultava infinito e Bradley trovó qui la spiegazione del fenomeno. Il combinarsi delle due velocità causa uno spostamento apparente della direzione da cui proviene la luce di una stella, spostamento che avviene nel senso stesso del moto terrestre e che perció fa apparentemente percorrere alla stella, nel corso di un anno, una piccola eclisse che non è altro che la proiezione nel cielo dell'orbita della Terra.


In un rendiconto indirizzato da Halley nel dicembre 1728 e pubblicato nelle Philosophical Transactions della Royal Society, dopo una accurata descrizione del fenomeno osservato, Bradley esprime il proprio convincimento con queste parole 'finalmente congetturai che tutti i fenomeni fin qui esposti procedessero dal moto progressivo della luce e dal moto annuale della Terra nella sua orbita. Poiché mi resiconto che se la luce metteva tempo a propagarsi, la posizione apparente di un oggetto fisso non puó essere la stessa quando l'occhio è fermo, che quando si muove in qualunque direzione che sia diversa da quella della retta che passa per l'occhio e per l'oggetto e che quando l'occhio percorre direzioni diverse il luogo apparente dell'oggetto sarebbe diverso.


Come abbiamo detto, per effetto dell'aberrazione annua tutte le stelle descrivono annualmente nel cielo una piccola eclisse: per le stelle situate ai poli dell'eclittica tale eclisse ha la stessa eccentricità dell'orbita terrestre e quindi è pressoché un cerchio, ma diviene tanto più eccentrica quanto più una stella e vicina all'eclittica, mantenendo peró inalterata la lunghezza dell'asse maggiore. Per le stelle che stanno esattamente sull'eclittica (cioè per quelle che si trovano esattamente sul piano orbitale della Terra) l'eclisse di aberrazione si riduce ad un segmento di retta: queste stelle perció appaiono seguire, con periodo annuo un moto rettilineo di va e vieni, scostandosi fino a circa 20' dalla posizione centrale in un senso e nell'altro.


Il semiasse maggiore dell'eclisse misurato in radianti non è altro che il rapporto tra la velocità della Terra e quella della luce. Nota la velocità della luce, la conoscenza di questa costante consente di ricavare la velocità orbitale della Terra e da questa la distanza Terra-Sole, che è l'unità fondamentale di misura delle distanze in astronomia. Con la precisione raggiunta nel XX secolo, la misura della costante di aberrazione ha fornito uno dei metodi più precisi per la determinazione dell'Unità Astronomica di distanza, almeno fino all'introduzione, vent'anni fa, del metodo radar.


Ma due secoli e mezzo fa, la scoperta dell'aberrazione annua della luce dette la prima prova inconfutabile del modo orbitale della Terra del quale gli astronomi dell'epoca erano ormai fermamente convinti. Con le osservazioni della stella zenitale del Dragone Bradley ottenne, la prova che mancava a Galileo: trent'anni dopo la comunicazione di Bradley a Edmand Halley, il 10 aprile 1757, la Sacra Congregazione dell'indice toglieva dall'elenco dei libri proibiti 'tutti i libri che insegnano l'immobilità del Sole e il moto della Terra'. Erano passati 125 anni dalla condanna di Galileo. Il vento dell'illuminismo aveva costretto alla resa la roccaforte del conservatorismo.


E una storia su cui riflettere quando nelle notti estive si guarda alta nel cielo, la rossa stella della testa del Dragone.

Umberto Paoli

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