Linee di scienza

È partito il conto alla rovescia: nella notte fra il 5 e il 6 giugno sarà possibile osservare il passaggio del pianeta Venere sul Sole. In Italia purtroppo si potrà vedere solo l’egresso, cioè il momento di uscita dal disco solare e sarà di mattina presto (attenzione a non fissare mai il sole direttamente, ma munirsi di filtri protettivi). L’evento è molto raro, in tutto il 1900 non si è mai presentato e noi abbiamo avuto la fortuna di vederlo anche nel 2004. Il prossimo passaggio sarà nel 2117. La prima osservazione da parte di un astronomo risale solo al 1639.

Ho letto un libro proprio appassionante sull’argomento, che si intitola “Il passaggio di Venere” della scrittrice Andrea Wulf (Ponte alle Grazie, 2012), che racconta le osservazioni dei due passaggi avvenuti nel 1761 e 1769. Vi starete chiedendo che ci possa essere di appassionante in un puntino nero che attraversa il sole (e in effetti questo era anche il parere del botanico Joseph Banks che a Tahiti, quando Cook cercava di misurare il passaggio, continuò invece a raccogliere piante!) e soprattutto perché abbia interessato tanto gli scienziati. Il motivo è importantissimo invece, perché fu proprio grazie alle osservazioni del ‘700 che finalmente gli esseri umani poterono misurare la distanza terra-sole. Prima di allora nessuno aveva idea delle sue dimensioni, si erano fatte delle stime, ma nessuna conferma sperimentale attendibile. Insomma, grazie al passaggio di Venere finalmente l’umanità avrebbe avuto una misura delle dimensioni del sistema solare (in quanto le distanze degli altri pianeti dal sole erano già state calcolate tutte rispetto alla distanza terra sole presa come unità di misura, l’unità astronomica UA, appunto). Fantastico, no? Che responsabilità sulle spalle degli astronomi di quel secolo! E che sogni di gloria per ognuno di loro!! Venere era la «chiave per svelare quel segreto».
L’autrice sostiene inoltre che il passaggio di Venere fu l’occasione per la nascita di una comunità scientifica internazionale, al di là delle divisioni politiche fra i Paesi, perché il successo della misurazione della distanza terra-sole dipendeva dal confronto fra misure e osservazioni che dovevano essere prese in luoghi molto distanti su tutto il nostro pianeta.
È veramente molto romantico sapere che il tutto partì dall’idea e dalla passione di un unico uomo e cioè Edmond Halley che molti anni prima, nel 1716, pubblicò un saggio con la sua teoria e con un appello agli scienziati futuri che non si lasciassero sfuggire questa grande occasione. «Halley stava chiedendo ai suoi futuri discepoli di imbarcarsi in un progetto più grande e più visionario di qualunque impresa scientifica mai compiuta sino ad allora. I viaggi irti di pericoli verso remoti avamposti avrebbero richiesto molti mesi, o forse persino anni. Gli astronomi avrebbero rischiato la vita per un evento celeste che sarebbe durato solo sei ore e che sarebbe stato visibile solo se le condizioni metereologiche fossero state favorevoli». […] «Le osservazioni del transito di Venere dovevano essere il più ambizioso progetto scientifico che fosse mai stato programmato: un’impresa straordinaria. […] Anche il loro proposito di calcolare le distanze esatte nello spazio era un’idea ardita, considerando che gli orologi non erano ancora abbastanza accurati da misurare con precisione la longitudine, né esisteva un’unità di misura uniforme: un miglio inglese aveva una lunghezza diversa rispetto al miglio dei paesi di lingua tedesca, che a sua volta variava tra la Germania del Nord e l’Austria. Un mil in Svezia corrispondeva a più di dieci chilometri, in Norvegia a più di undici, mentre una lega francese poteva essere pari a tre chilometri, così come a quattro chilometri e mezzo. Nella sola Francia esistevano duemila diverse unità di misura, che variavano persino tra villaggi vicini. Tenendo conto di tutto ciò, l’idea di fondere centinai di osservazioni effettuate dagli astronomi di tutto il mondo per trovare un valore comune sembrava incredibilmente ambiziosa».
Le avventure narrate dalla Wulf sono degne di un romanzo di Stevenson, fra battaglie su vascelli nemici e spedizioni al Circolo Polare Artico o nei mari del Sud. Ogni pagina lascia nella memoria lo stupore verso la forza e la caparbietà di quegli scienziati che dovettero prima convincere i propri connazionali a finanziare il loro progetto e poi affrontare difficoltà tremende per realizzare il loro sogno e anche purtroppo per vederselo infrangere per colpa di una nuvola o di un banco di fumo causato dai contadini che proprio nel momento del passaggio di Venere avevano deciso di bruciare l’erba!! C’è chi appena Venere apparve fu preso da tremore e cadde a terra svenuto e chi invece rischiò la vita pur di osservarla e chi purtroppo la perse nell’impresa, morendo di tifo poco dopo, per esempio, perché pur sapendo dell’epidemia aveva preferito contrarre l’infezione piuttosto che andarsene e non poter effettuare le osservazioni. Si rimane con il fiato sospeso, ogni spedizione fu una vera e propria odissea. C’è chi «rimpiangeva di aver fatto l’astronomo», chi «si risvegliava ogni mattina con le lenzuola indurite dal gelo e le assi a capo del letto coperte da uno strato di ghiaccio spesso quasi la metà di esse […] mentre il bicchiere di brandy ghiacciava in pochi minuti, l’orologio si fermava a causa delle temperature rigide», chi all’equatore a causa dell’aria carica di umidità vedeva che «i libri rilegati in pelle si ricoprivano di una patina di muffa bianca, i rasoi divennero inutilizzabili e i coltelli arrugginivano in tasca ai marinai».
«Mai prima di allora scienziati e pensatori si erano alleati su scala mondiale» scrive Andrea Wulf «né la guerra, né gli interessi nazionali o le condizioni avverse riuscirono a fermarli. La forza del loro impegno non aveva pari e i legami internazionali che creò restarono saldi anche quando i transiti si erano conclusi da tempo».
Il libro è accompagnato da tante illustrazioni e disegni dell’epoca che lo rendono ancora più gradevole.

Link
Per informazioni sul passaggio di quest’anno c’è un articolo sul notiziario dell’Inaf, nel quale trovare anche un’ottima pagina didattica in pdf  (per capire come con poca trigonometria sia possibile misurare la distanza terra-sole a partire dalla misura sperimentale dell’angolo di parallasse) e infine la pagina web dedicata al transito.

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Si chiama Gabriele Giordano, è uno studente di 16 anni appassionato di fisica e ha un blog dal titolo incoraggiante: Era futura. Ha partecipato al carnevale della Fisica di gennaio con un bell’intervento sul Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo di Galileo. Il suo blog è molto interessante, lo consiglio a tutti, docenti e studenti, perché riporta notizie curiose su vari argomenti, scritte in maniera accurata e documentata. Qualche esempio? La news sul nuovo video della Nasa di piccoli esperimenti di fisica sulla Stazione spaziale internazionale con l’annuncio di un nuovo video game che uscirà il 22 marzo; il bellissimo pezzo sui materiali ferrofluidi con i video delle loro sculture; fra i post più popolari vale sicuramente la pena di informarsi su una bottiglia di plastica che “riempita con un litro d’acqua purificata e alcuni tipi di candeggina, potrebbe servire come una lampadina per alcune delle milioni di persone che vivono senza elettricità”…
Gli argomenti trattati passano dall’astronomia e dalla esplorazione spaziale fino alla fisica quantistica e alle nanotecnologie; molto divertenti e istruttivi anche gli esperimenti originali nei quali Gabriele Giordano ogni tanto si immerge (“questione di occhiali” oppure “tribus digitis”).
Il motto del blog è tratto da George Gamow “La curiosità uccide i gatti, la curiosità crea gli scienziati”. Curiosità e capacità non mancano di sicuro a questo giovane blogger, quindi quello che si può concludere – e che è anche un mio personale augurio – è di vedere un giorno tutte queste promesse trasformarsi in un ottimo scienziato!

P.S. Il blog di Gabriele Giordano mi ricorda un altro sito, fondato nel 1999-2000 da uno studente di 14 anni e che è ancora attivo: La mela di Newton. Vincitore di tre premi internazionali, il blog contiene articoli e approfondimenti su scienza e tecnologia e ha anche una sezione dedicata agli insegnanti e alla didattica.

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Anno nuovo, calendario nuovo? Non è detto… Per non sprecare tempo e carta, ancora una volta conviene affidarsi alla matematica: esiste infatti un algoritmo che permette di determinare i giorni della settimana di qualsiasi anno, presente futuro e – perché no? – passato. E nell’era di internet, basta mettere una parola chiave del motore di ricerca per trovare tantissimi siti web con calendari perpetui consultabili on line o scaricabili gratuitamente.
L’ algoritmo del calendario perpetuo sfrutta l’aritmetica modulare e in particolare il mod 7, come i sette giorni della settimana. Ho trovato una buona sintesi del metodo in una presentazione nel sito slideshare a questo indirizzo.
Vi sono inoltre delle tecniche mnemoniche per determinare velocemente il giorno della settimana relativo a una data: Maurizio Codogno espone in un suo post il metodo del “giorno del giudizio” (Doomsday) ideato da John Conway, che funziona per qualsiasi data dal 15 ottobre 1582 (il primo giorno del calendario gregoriano) in poi.

Ho nella mia libreria un libro di Arno Borst che si intitola “Computus. Tempo e numero nella storia d’Europa” (Il Melangolo ed. 1997) che ricostruisce la storia del calendario europeo e della misurazione del tempo. In una mia recensione (pubblicata in parte su Le Scienze), ne parlavo così:
Fin dall’antichità l’uomo non riuscì mai a delimitare il tempo, ad adattarlo con precisione alle proprie esigenze e a quelle della società, come invece fece con lo spazio. I fenomeni naturali – le rivoluzioni della terra, del sole, della luna e delle stelle – necessari per determinare la durata di anni, mesi, giorni e ore, equinozi, solstizi e festività come la Pasqua, non sono infatti regolari. “Si può organizzare il tempo sulla base di esperienze evidenti, ma allora non risulterà coerente, oppure inserirlo in un sistema logico coerente, ma allora non sarà preciso” e, sottolinea Arno Borst, “questo tormentoso conflitto portò le varie comunità storiche a trarre conclusioni diverse a seconda del loro modo di intendere la posizione dell’uomo di fronte a Dio, nella natura e in rapporto ai suoi simili”.
È importante notare che a nessuna civiltà arcaica europea venne l’idea di rappresentare il tempo con numeri, perché lo percepirono soprattutto come un oscillare inquietante di contrasti (giorno/notte, estate/inverno). Furono i Greci, spinti dall’accumularsi di dati inconciliabili e dalla necessità di fissare univocamente con un procedimento razionale le ambigue esperienze del tempo, a creare il legame inscindibile e ricco di implicazioni fra numero e tempo, che avrebbe plasmato la storia europea. Erodoto di Alicarnasso, ne Le Storie, attingendo dagli studi di Babilonesi e Egizi, riuscì a mettere in relazione cronologica gli avvenimenti storici; Platone nel Timeo attribuì al tempo (definito da lui “immagine mobile dell’eternità”) un’origine astratta, formulabile solo con un linguaggio figurato e completamente lontana dall’esperienza quotidiana. I segni cosmici, proprio perché rimandano al mondo delle idee eterne, per Platone, determinarono la scoperta del numero e resero possibile l’idea del tempo e la ricerca della natura del tutto: l’accesso cioè alla filosofia, il dono più grande degli dei al genere umano. Nei suoi scritti Sulle predicazioni e sui giudizi e Fisica, Aristotele distinse un tempo psicologico, politico e storico, al quale non attribuì nessun numero, e un tempo fisico, “numero in movimento secondo il prima e il poi”. Per Aristotele però, i numeri interi non erano in grado di ordinare il mondo nemmeno sino alla luna.
L’Ellade tuttavia non aveva nessuna legge generale per sancire l’inizio e il termine di anno, mese, ora: ci si accontentava di consuetudini locali e di isolate manifestazioni spontanee. Quando la civiltà tardo-ellenistica si estese su quasi tutta l’ecumene, iniziarono a emergere forti incompatibilità, come quella fra i due più importanti sistemi primordiali di divisione del tempo: il calendario ebraico, strutturato in base ai bisogni dei pastori e fondato sul mutevole aspetto della luna nelle sue varie fasi, e quello egizio che, indirizzato al lavoro dei contadini, si orientava sulla presunta orbita del sole nel corso delle stagioni. I presupposti politici per un’uniformazione di mondo e tempo furono creati a Roma, da Giulio Cesare che, su proposta di esperti egizi, introdusse un calendario solare puro. Costantino a Nicea nel 325, cercò di conciliare il calendario solare di Cesare (in cui il primo giorno di primavera doveva essere il 21 marzo) con la Pasqua ebraica (che si doveva celebrare nella prima luna piena di primavera) e con la domenica cristiana. Dal punto di vista matematico il problema non è risolubile esattamente perché il rapporto fra le durate dell’anno solare e di quello lunare non è un numero intero: le due grandezze sono incommensurabili. I problemi del calendario, risolubili solo in maniera approssimata, restarono perciò per molto tempo una questione di potere.
E il medioevo – si chiede Borst – rimase davvero nell’oscurità rispetto a queste problematiche? Oppure esso rappresenta il periodo più fecondo per studiare il divenire dell’età moderna? È proprio nel medioevo che, infatti, i dati temporali furono fissati con un procedimento matematico denominato computus o compotus, il cui studio era obbligatorio per ogni chierico.
L’analisi di Borst segue gli sviluppi di questo dotto sistema attraverso i secoli, dimostrando come la consapevolezza del tempo medievale fosse tutt’altro che assente.
Ricco di spunti per ulteriori letture, il testo è un vero pozzo di informazioni e curiosità: si pensi al cosiddetto “orologio da piede” usato dai contadini del X secolo, che forniva l’ora in base alla lunghezza del piede e dell’ombra dell’uomo, che fungeva da vero e proprio gnomone. Oppure al fatto che nell’alto medioevo, di notte poteva calcolare il tempo solo chi sapesse usare i numeri frazionari.

Se vi interessa, potete studiare il metodo aritmetico inventato da Gauss per determinare la data della Pasqua, a questo indirizzo.

La notizia

Concludo il post con una notizia dell’ultim’ora (31 dicembre 2011): “Ricercatori della John Hopkins University del Maryland (Usa) propongono un nuovo tipo di calendario, strutturato in modo che ogni anno sia uguale al precedente”. Il nuovo calendario ripartisce i giorni e i mesi in una nuova maniera molto più razionale e semplice che prevede in un ciclo costituito da due mesi di 30 giorni seguiti da un mese di 31. Il calendario permanente ha il nome dei suoi autori Hanke-Henry (l’astrofisico Steve Hanke e l’economista John Hopkins ) i quali sostengono che “Il momento migliore per introdurre questi cambiamenti è il 1° gennaio 2012, perché cade di domenica sia nell’attuale calendario gregoriano che nel nuovo, semplice calendario” come si può leggere nel seguente articolo, che inoltre aggiunge “Ma non risulta che qualche governo abbia deciso di adottare la novità. Quindi, l’opera di convincimento riprenderà in vista della prossima data utile, il 1° gennaio 2017, quando di nuovo il Capodanno sarà di domenica”. I vantaggi di questa scelta sarebbero molti, compresi quelli economici (per esempio per quanto riguarda il calcolo degli interessi mensili). Se ci fosse un referendum io voterei a favore; e voi?

Link:

• http://www.marbaro.it/calendario_personale_excel.htm
  Un semplice calendario perpetuo realizzato con Microsoft Excel scaricabile grutuitamente
• http://xoomer.virgilio.it/esongi/calcoloperpetuo.htm
  Un calendario perpetuo consultabile on line, che contiene tutti i mesi dall’anno 15 fino al 4099
• http://astro.liceofoscarini.it/astrocal.phtml
  Un ottimo lavoro on line sui calendari, la loro storia, i legami con l’astronomia e molto altro, realizzato da Paolo Bonavoglia del Liceo Foscarini di Venezia (completo di calendario perpetuo che presenta anche le fasi lunari: http://astro.liceofoscarini.it/calendarmese.phtml )

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Inizio con un articolo molto interessante di Gianluca Nicoletti, pubblicato sulla rivista Wired:

“L’unità d’Italia ebbe la sua vera spinta dagli ambienti scientifico tecnologici, gran parte degli eroi del nostro risorgimento erano anche appassionati uomini di scienza” sostiene Marco Pizzo, direttore del Museo Centrale del Risorgimento di Roma.
Cercando e cercando tra milioni di carteggi il grande archivista si è fatta un’idea assolutamente nuova della storia patria: ecco quindi che Pizzo scopre che il vero nocciolo dell’Italia Unita fu il congresso che gli scienziati tennero a Pisa nel 1830, dove si dichiararono “italiani” anche se provenivano da stati diversi, compreso quello pontificio.
Giuseppe Garibaldi oltre che la passione della guerra e delle donne era un cultore delle scienze matematiche: “Aveva studiato trigonometria alla scuola di navigazione di Genova, ma pochi sanno che nel 1840 fu per un periodo precettore in scienze esatte per i figli di famiglie europee benestanti che vivevano a Istambul. Nel periodo in cui fu parlamentare, fece uno studio approfonditissimo per rendere navigabile il Tevere a Roma. Abbiamo trovato tutti i disegni tecnici, fatti da lui, con i calcoli ingegneristici basati sui periodi di piena e di secca del fiume.”
Stessa passione matematica anche per Cavour, il nipote di Quintino Sella, Vittorio, invece scrisse nel 1850 un importante trattato scientifico sulle ottiche per la fotografia e sulle tecniche di sviluppo. Le scoperte di Pizzo saranno visibili in una mostra: “Il Rinascimento del Risorgimento, arte e scienza da Garibaldi all’unità d’Italia.”

Per quanto riguarda i fisici, rimando al saggio on line di Roberto Renzetti, intitolato “Fisici italiani nel Risorgimento” che descrive la situazione della ricerca scientifica pre-unitaria insieme a biografie dei principali protagonisti, come Macedonio Melloni, Ottaviano Fabrizio Mossotti, Carlo Matteucci… Riporto un brano molto significativo:

L’altra questione che merita risalto, soprattutto di questi tempi è il grandissimo impegno civile e politico dei fisici italiani (almeno nella loro parte più qualificata) durante il periodo della formazione dello Stato unitario. […] Questi congressi furono una delle più importanti occasioni per far incontrare gente proveniente dai vari Stati italiani al fine di tenere i collegamenti ed organizzare azioni volte al conseguimento dell’Unità. Vari storici attribuiscono a questo interesse per la «politica» la decadenza della fisica italiana in quel periodo ma, come vedremo, questa affermazione è almeno discutibile se solo si pensa che furono proprio i più importanti fisici italiani del periodo quelli maggiormente impegnati nel Risorgimento.

Riguardo agli astronomi, consiglio la pagina dell’Inaf (Istituto nazionale di astrofisica) intitolata “Gli astronomi dell’Unità d’Italia”, che contiene un’intervista al professor Fabrizio Bonoli.

Per i matematici (insieme anche a tutti gli scienziati) rimando invece alla lettura del libro pubblicato da poco “L’Italia degli scienziati. 150 anni di storia nazionale” di Angelo Guerreggio e Pietro Nastasi. Conviene citare una frase che compare nell’introduzione:

Gli uomini di scienza non sono stati degli “ospiti” della società italiana, ma sono stati cittadini a tutti gli effetti. Come tali, hanno partecipato alla vita dello Stato condividendone i momenti più rilevanti o più tragici.

Per chi riesce ad andare, segnalo l’interessantissimo convegno che si terrà a Urbino dall’8 al 10 aprile sul tema “La Matematica nella storia dell’Italia Unita”, tutte le informazioni a questo indirizzo.

Su MatematicaBlogScuola c’è inoltre una pagina con una lista di biografie di matematici impegnati durante l’Unità d’Italia, da Enrico Betti o Francesco Brioschi (il fondatore del Politecnico di Milano) fino a Luigi Cremona o Giuseppe Veronese.

Nella mia scuola, noi docenti abbiamo tenuto delle conferenze sull’Unità d’Italia e insieme a due mie colleghe ne abbiamo organizzata una dal titolo “Il ruolo degli scienziati nel Risorgimento”; abbiamo fatto la presentazione con Prezi, la trovate a questo indirizzo.

Cosa c’è di meglio infine per festeggiare la giornata di oggi, se non l’immagine sorridente dell’astronauta Paolo Nespoli che dalla Stazione Spaziale Internazionale augura buon compleanno all’Italia?
La foto è su Flickr.

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Si intitola così il libro-intervista a Margherita Hack di Federico Taddia (Editoriale Scienza) che fa venire in mente la famosa paura di Asterix e Obelix (nel loro caso era il cielo a cadere sulla testa) e contiene tantissime domande di Astronomia, che spesso anche in classe gli studenti mi pongono. Ad esempio perché il cielo è azzurro e perché diventa rosso di sera, oppure che cos’è l’ arcobaleno o se esistono gli extraterrestri, ecc. ecc.
Alla domanda “che cosa raccontano di bello le stelle?”, per esempio, Margherita Hack risponde con tante osservazioni interessanti, racconta la storia della scoperta dello spettro del Sodio da parte di Kirchhoff e spiega in maniera chiara e divertente come si ricavano le informazioni sulla temperatura delle stelle e sulla loro età. Oppure nel capitolo dedicato alle comete, si sfata il mito delle stelle cadenti del 10 agosto, perché cadono tutte le notti dell’anno «e se ti metti una bella giacca e vai in giro nelle notti di novembre ne vedrai molte di più che nelle notti d’estate».
Se avete altre domande di Astronomia, Margherita Hack risponderà su questa pagina web.

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