VITA:

Keplero rappresenta il prototipo del fisico teorico: uno scienziato che si preoccupa non tanto di fare nuove misure, ma di interpretare quelle a disposizione. "Mi sono proposto di dimostrare con questa operetta, o lettore, che Dio Ottimo Massimo, nella costruzione del mondo e nella disposizione dei cieli, guardò ai cinque corpi solidi e regolari che tanto sono stati celebrati fin dal tempo di Pitagora e di Platone e che dispose numero, proporzioni e movimenti delle cose celesti secondo le proprietà di quei corpi."

Ritratto di Johannes Kepler

Johann Kepler nacque da famiglia luterana a Weil nel Wurttemberg, ricevette un'educazione religiosa presso il seminario della città. Frequentò l’università protestante di Tubinga,roccaforte della ortodossia luterana, con l'intento di essere ordinato.Oltre agli insegnamenti di greco ed ebraico seguì il corso del più famoso astronomo del tempo, Michael Maestlin, che gli fece conoscere sia il sistema tolemaico che quello copernicano.Keplero si convinse della realtà fisica di quest'ultima; abbandonò quindi il progetto di prendere gli ordini e accettò un impiego come insegnante di matematica di Graz. Scrisse nel 1595 il Mysterium cosmographicum nel quale elaborò una propria teoria cosmologica affrontando il problema del perché dei moti dei pianeti e della loro velocità. Grazie a quest'opera venne chiamato a Praga come assistente del Matematico Imperiale Brahe; nel 1601, alla morte di questi, gli successe nella prestigiosa carica. Nel 1604 scopre una supernova. Quando muore l'imperatore Rodolfo a causa del forte clima antiprotestante è costretto a trasferirsi a Linz. Negli ultimi anni diviene astronomo di fiducia del generale Wallenstein. 

Keplero pubblica anche De fundamentis astrologiae certioribus; Ad Vitellionem paralipomena, De stelle nova, De Iesu Christi Salvatoris nostri vero anno natalizio. Nel 1606 ha anche terminato il suo capolavoro: Astronomia nova seu Physica coelestis. Nell’Astronomia nova Keplero dà conto dei 70 tentativi che ha compiuto per far rientrare i dati ottenuti da Thyco relativamente ai moti di Marte nelle varie combinazioni di circoli ricavabili dall’astromia tolemaica e da quella copernicana. Il disaccordo fra le previsioni e le osservazioni di Thyco era solo di 8 minuti di grado.  

TEORIA:

Nella sua cosmologia, il sole è al centro dell’universo, e si configurava come la sede della vita, del moto e dell’anima del mondo. Le stelle fisse sono in quiete; i pianeti hanno un’attività secondaria di moto. Al sole, che supera in splendore e bellezza tutte le cose compete quell’atto primo che è il più nobile di tutti gli atti secondi. Immobile e fonte di movimento, il sole è l’immagine stessa di Dio Padre. Non solo l’universo, ma l’astronomia diventavano eliocentriche. Il sole era concepito non solo come il centro architettonico del cosmo, ma come il suo centro dinamico.

Ciò che costituì per Keplero una vera e propria ossessione, fu la ricerca di una legge che, in qualche modo, non solo potesse giustificare la forma di ogni singola orbita e i legami tra ognuna di esse e le altre, ma rendesse anche conto del perché la distribuzione e il numero dei pianeti fossero proprio quelle osservate e non altre. Elaborando i dati delle osservazioni astronomiche di Brahe, giunge a formulare le due leggi sul moto di un pianeta intorno al Sole.      

PRIMA LEGGE:

"I pianeti descrivono intorno al Sole orbite ellittiche di cui il Sole occupa uno dei fuochi."

Keplero trovò che la terra descriveva una traiettoria quasi circolare, in modo che la posizione del sole e quella del centro dell’orbita non coincidessero. Poi, si rese conto che la velocità della terra era maggiore in prossimità del perielio che dell’afelio. Poiché egli riteneva che la forza emanata dal sole spingesse i pianeti lungo l’orbita, provò a supporre che anche le loro velocità fossero inversamente proporzionali alla distanza dal sole. Keplero dimostrò la correttezza di questa affermazione solo nelle due zone estreme, chiamate absidi, dell’orbita della terra e di Marte. Oggi ci è facile riconoscere che essa è errata e quella che è stata denominata legge delle aree è stata ottenuta da Keplero con un procedimento nient’affatto rigoroso:

"La variazione della velocità di un pianeta lungo la sua orbita è tale che il raggio vettore che congiunge il pianeta al sole descriva aree uguali in tempi uguali. "Fu a questo punto che Keplero decise di sottoporre a verifica anche l’ipotesi che le orbite dei pianeti fossero circolari: l’orbita descritta da Marte non poteva essere una circonferenza ma doveva essere una curva, e Keplero riuscì a concludere che era un’ellisse in cui il sole era posto in uno dei due fuochi. La legge delle orbite può essere enunciata così: le orbite dei pianeti sono ellissi con il sole in uno dei due fuochi. Da questa legge combinata con la precedente è possibile prevedere la posizione di un pianeta in qualunque istante. La ricerca di Keplero dunque cercò di evidenziare perché le orbite dei pianeti dovessero essere proprio ellittiche: ritenne che ogni pianeta potesse essere considerato un enorme magnete e che le orbite ellittiche fossero il risultato dell’iterazione di ciascuno di essi con la forza magnetica emessa dal sole. Contemporaneamente, poiché le orbite e le velocità che aveva calcolato non gli sembravano riflettere alcuna armonia del mondo, si dedicò a ricercare un’opportuna combinazione di parametri, che espresse nella legge armonica:

"I quadrati dei periodi di rivoluzione dei pianeti sono proporzionali ai cubi dei semiassi maggiori delle rispettive orbite ellittiche"

Le leggi di Keplero, oltre a valere per il sistema solare, valgono anche per il sistema Giove e i satelliti e terra e satelliti artificiali. Lo scopo principale dell’opera di Keplero è quello di dimostrare che Dio "ha guardato quei 5 corpi regolari che hanno goduto di così grande fama dai tempi di Pitagora e Platone"; si chiede le cause del numero, delle dimensioni e dei moti degli orbi e ritiene che questa ricerca sia fondata sulla mirabile corrispondenza che esiste tra le tre cose immobili nell’universo e le tre persone della Trinità.

Riassumendo:

PRIMA LEGGE: le orbite dei pianeti sono ellissi e il sole occupa uno dei loro fuochi (disegno)

SECONDA LEGGE: la velocità dei pianeti non è costante, ma segue una legge secondo la quale il segmento che congiunge il sole al pianeta descrive aree uguali in tempi uguali .

Questa legge afferma in sostanza che il pianeta si muove tanto più velocemente nella sua orbita ellittica quanto più si trova vicino al Sole.

Il raggio vettore (SP) è il segmento che congiunge il Sole con la posizione in cui si trova il pianeta. Per esempio, siccome le aree dei due triangoli curvilinei PSP' e ASA' sono uguali, il pianeta impiega lo stesso tempo per percorrere il tratto PP' e AA'. La sua velocità nel perielio è quindi maggiore che nell' afelio.        

TERZA LEGGE: detta R la distanza media sole-pianeta, il cubo di tale distanza è proporzionale al quadrato del periodo T di rivoluzione.

La terza legge mette in relazione le distanze dei pianeti dal Sole e il tempo che essi impiegano per compiere un'intera orbita, cioè il loro periodo di rivoluzione.