Luna: le 3 leggi di Kepler  -  con animazioni

un racconto di Giampiero Barbieri
socio del Sestante


il secondo da destra in una foto di repertorio

a cura di Pighin

 

 

 

 

 

 

 

Parole chiave:
Tolomeo: modello per il moto lunare
La Terra, essendo il corpo centrale, è ferma, attorno ad essa alcuni cerchi:

 ♜ il cerchio grigio interno mezzano è fisso, un raggio lo spazzola di moto orario; sulla sua estremità
      il centro del cerchio grigio maggiore
 ♜ attorno ad esso ruota il cerchio grigio grande (deferente), che quindi si avvicina e si allontana: moto
      non uniforme della Luna - una barca vicina pare veloce, se all'orizzonte quasi ferma
 ♜ il deferente è spazzolato con moto antiorario: moto mensile della Luna. Sulla estremità del raggio sta
      il centro dell'epiciclo minore: evezione
 ♜ il segmento giallo verso l'alto si dovrebbe muovere lentamente di moto antiorario: precessione della
      linea dei Nodi

Nella presente animazione esso è fisso, per semplicità esecutiva.
,

La Luna di Tolomeo - tutt'altro che disprezzabile, già tiene conto che l'orbita non si richiude - una manovella al centro avvicina-allontana la Luna per variare la velocità angolare percepita - tutti cerchi rigorosamente percorsi a velocità angolare costante - una sorta di "analisi spettrale" - Tolomeo usa 3 cerchi

 

 

 

 

Parole chiave:
Copernico: modello per il moto lunare
Copernico (1473-1543). La Terra, essendo il corpo centrale, è ferma, attorno ad essa alcuni cerchi:

 ♜ il cerchio blu più grande è fisso e si chiama 'deferente'
 ♜ attorno ad esso ruota un cerchio mezzano, con un segmento orientato in alto, che rende eccentrica
      la Luna rispetto alla Terra: mette in conto il moto non uniforme della Luna - è detto epiciclo
 ♜ il segmento verso l'alto in realtà non è fermo, ma ruota lentamente in senso antiorario: è la
      precessione della linea dei nodi
 ♜ sull'estremo di questo segmento è posizionato il cerchio blu minore, intorno al quale si gira di moto
      antiorario: é l'evezione - anch'esso è detto epiciclo

Questo modello mette in conto tre perturbazioni rispetto al moto circolare uniforme, l'orbita non si richiude come accade nella realtà - un buon modello per l'epoca, con previsioni di longitudine precise entro 30' (il diametro della Luna piena).

È un modello cinematico, cioé riproduce il movimento, non partendo dalle leggi della fisica. La gravitazione sarà una conquista successiva per merito di Newton.

Per effemeridi utili a fare il punto nave bisogna mettere in conto circa 36.000 correzioni.
 
,

La Luna di Copernico - Tolomeo di diceva che il suo modello era solo per il calcolo - Copernico pensa che il suo modello corrisponda a un'orbita reale - l'orbita non si chiude - sappiamo oggi che - in prima approssimazione - l'orbita della Luna può essere pensata come un cerchio eccentrico - Copernico usa 3 cerchi

 

 

 

 

Mysterium Cosmographicum - 1596 - Giovanni Keplero - l'astronomo platonico, pitagorico, discepolo di Tycho Brahe

 

 

 

 

 

Keplero ha l'illuminazione - - invece di molti cerchi, usa una Ellisse - é una base di partenza, non un arrivo
difficile da trattare ( Equazione di Keplero, non solubile analiticamente ), facilmente risolubile geometricamente

 

 

 

Parole chiave:
Keplero: modello planetario
Giovanni Keplero (1571-1630).

Nel 1596 pubblica " Mysterium cosmographicum ", in cui relaziona i cinque solidi regolari con le distanze dei pianeti allora conosciuti; è uno studio numerologico, ma sottintende una curiosità nuova: che dimensione ha il sistema delle " stelle erranti " ?

 ♜ nel 1609 pubblica " Astronomia Nova ", in cui enuncia l' orbita ellittica dei pianeti, e la
      percorrenza con la legge delle aree; riduce di circa 30 volte l'errore di calcolo della longitudine
      dei pianeti
 ♜ la stessa legge dovrebbe potersi applicare alla Luna, ma i risultati sono deludenti;
      evidentemente il sistema Terra-Luna-Sole esige una comprensione ancora più profonda, non
      solamente un approccio cinematico al problema
 ♜ nel 1618 pubblica " Harmonices Mundi ", in cui relaziona il periodo di rivoluzione dei pianeti col
      loro semiasse maggiore
; il risultato è ancora ottenuto con numerologie, ma nasconde un
      sottofondo - forse in buona parte incoscio - di atteggiamento scientifico in embrione; certamente
      il desiderio di trovare la correlazione quantitativa tra due grandezze, che già era evidente
      dall'esperienza osservativa

Keplero è la figura di passaggio da un pensiero antico - dove dominava la concezione di un Dio ordinatore - al pensiero scientifico che troverà la sua massima relizzazione nell' " epoca dei lumi " e nella rivoluzione industriale come sua applicazione concreta.
 
,

Parole chiave:
Poincaré:
caos, stabilità, risonanze
Henri Poincaré (1854-1912) si interessa di struttura e metodi della scienza.

I suoi precessori avevano utilizzato sviluppi in serie di potenze. Egli dà risalto agli aspetti geometrici e all'utilizzo di variabili misurabili, contrapposte alle variabili complesse.

 ♜ pone un piano perpendicolare all'orbita ( es. della Luna ) e disegna i punti successivi in cui
      esso viene attraversato " Mappa di Poincaré; questi molti punti disegnano attrattori;
      la loro geometria dà informazioni accurate sul tipo di stabilità in oggetto

      
 ♜ Poincaré definisce un'orbita stabile se infiniti punti della mappa passano arbitrariamente vicini
      al punto di partenza
 ♜ trova nel problema generale dei 3 corpi il " caos "
 ♜ ma scegliendo opportune condizioni iniziali, egli scopre che esiste anche una infinità di
      soluzioni periodiche ( quindi stabili, anche se su periodi molto lunghi );
 ♜ pertanto, con limitazioni alla variabilità di inclinazione e eccentricità, in un piccolo intorno di una
      delle suddette, si ha ancora stabilità. L'orbita può essere studiata a partire da quelle, applicando il
      metodo delle perturbazioni. Queste sono le fondamenta della metodologia odierna KAM per lo
      studio delle orbite

 ♜ scopre altresì che il problema dei 3 corpi - intrinsicamente instabile - diventa stabile
      in presenza di risonanza
( = sincronizzazione ) orbita-orbita - es. Saturno-Giove risonanza
      quasi 5:2 - non tratta il caso di risonanza " rotazione-orbita "
 
,

  • La Luna di Kepler - basta cerchi, ai passa all'ellisse, il moto non é uniforme - l'orbita si richiude

  • purtroppo nella realà l'orbita non si richiude - qui il modello di Kepler mostra il suo limite