Nel quarto centenario della nascita di Johannes Hevelius

luglio 01, 2011  |   AstronomiaNova   |     |   0 Commenti

Grande osservatore del cielo e fondatore della topografia lunare

di Rodolfo Calanca

Johann Hewelke (latinizzato in Johannes Hevelius, fig. 1) è una delle figure più rappresentative dell’astronomia secentesca. Nato il 28 gennaio del 1611 a Danzica, ricco borghese, rampollo di una famiglia di birrai di origine ceche, negli anni giovanili studiò in diverse città europee, a Leyden, Parigi e Londra, stringendo preziose amicizie con alcuni degli scienziati più famosi del tempo, quali il padre Marin Mersenne, Pierre Gassendi, Ismael Boulliaud.

Fig. 1 e Fig. 2

Dotato di una non comune abilità manuale dedicò buona parte del suo tempo allo sviluppo della tecnologia degli strumenti di precisione, perfezionandosi contemporaneamente nel disegno e nell’arte dell’incisione. Realizzò, con la collaborazione dell’ottico italiano Tito Livio Burattini (1617-1681), il gigantesco cannocchiale noto come maximus tubus, e numerosi quadranti e sestanti in dotazione alla specola, chiamata Stellaeburgum, che si era costruito nel 1641 su un ampio terrazzo sovrastante la propria abitazione, nel pieno centro mercantile di Danzica.

La Selenographia (1647)

In quegli anni fu affascinato dal grandioso progetto del filosofo Pierre Gassendi (1592-1655) e del ricco aristocratico provenzale Fabri de Peiresc (1580-1637) che  avevano elaborato un sofisticato metodo per trovare le differenze di longitudine in mare, basato sull’osservazione delle eclissi di Luna.

L’eclisse lunare del 27 agosto 1635 costituì l’occasione per attivare la prima rete d’osservazione astronomica simultanea a fini geografici. Grazie alle influenti conoscenze politiche di Peiresc, alcuni gesuiti, al Cairo, Aleppo, Cartagine, Malta e Italia, opportunamente addestrati nell’uso dei sestanti astronomici, eseguirono accurate osservazioni dell’eclisse. Il loro compito era di rilevare, con la massima precisione possibile, l’ora locale dell’inizio: la differenza dei tempi avrebbe fornito la differenza di longitudine tra le diverse località.

Le osservazioni raccolte, esaminate e confrontate, diedero un risultato che li lasciò allibiti: il Mediterraneo si estendeva in longitudine 20° in meno di quanto creduto da Tolomeo, le cui carte geografiche erano ancora ampiamente in uso. Con questa misurazione, il Mar Nostrum si restringeva di ben 1000 chilometri e si scoprì poi che l’errore tolemaico era nella lunghezza della sua parte più orientale, da Cartagine ad Alessandria, ampiamente sovrastimata.

Per una miglior precisione, il metodo delle eclissi richiedeva però la disponibilità di una cartografia dettagliata del nostro satellite. Le osservazioni della superficie lunare, a causa delle difficoltà nell’apprezzare il momento d’inizio dell’eclisse, avevano mostrato che era preferibile che due osservatori seguissero il procedere dell’ombra della Terra su mari e crateri sicuramente individuati e che, contemporaneamente, rilevassero il tempo locale di tali accadimenti; la differenza dei tempi d’occultazione faceva conoscere la differenza nella longitudine degli osservatori.

Il progetto di Peiresc e Gassendi, rimasto largamente incompiuto per la morte del nobile provenzale, prevedeva la preparazione di numerosi disegni delle fasi della Luna, e di una nomenclatura utile per riconoscere le diverse formazioni.

Esso condusse, nel 1636, alla pubblicazione di tre soli disegni eseguiti dall’incisore Claude Mellan (1598-1688) su precise indicazioni di Peiresc: una Luna piena, un primo ed un ultimo quarto.

Hevelius, affascinato dall’idea di cartografare la Luna, decise di realizzare una vasta raccolta di disegni, sottoponendosi a lunghe veglie al telescopio.

Fig. 3

Dal novembre 1643 all’aprile 1645 lavorò intensamente nella sua specola, poi si dedicò all’incisione delle tavole e, infine, alla redazione di un testo molto corposo, autentica summa delle conoscenze selenografiche del tempo. Al termine del lavoro, la sua accurata cartografia lunare, che non temeva il confronto con alcun altro lavoro precedente, fu pubblicata nel 1647 in uno splendido volume, Selenographia (fig. 3), subito considerato uno dei grandi monumenti della scienza secentesca.

Il successo dell’opera fu immediato e clamoroso: a Roma Niccolò Zucchi la mostrò al Papa, nascondendogli però che si trattava dell’opera di un protestante.

Nella Selenographia, Hevelius realizzò quattro cartografie generali e una splendida rassegna di ben quaranta aspetti delle fasi, ciascuna con la Luna di 16.5 cm di diametro, quattordici sono del 1643, ventidue del 1644, due del 1645, mentre altre due non portano indicazione di data. Le quattro carte generali, indicate con le lettere O, P, Q e R hanno invece dimensioni diverse: la prima un diametro di 16.5 cm, le altre 28 cm. Le figure O e P (fig. 4) presentano l’aspetto della Luna piena vista al cannocchiale. La carta topografica R mostra anche le zone intorno al bordo, visibili grazie all’effetto di librazione, e con le ombre tutte orientate nella stessa direzione come se la luce provenisse dall’ovest lunare.

Fig. 4

La selenografia moderna, pur rappresentando la Luna convenzionalmente con l’illuminazione unica, ha invece adottato la convenzione della luce proveniente dall’est lunare.

Nella carta R, la quantità di configurazioni che in realtà non esistono è consistente. Spesso, anche i crateri realmente esistenti hanno dimensioni e disposizioni errate. Esempi di scarso rispetto della topografia si riscontrano nel Mar Imbrium, nei pressi di Archimede, Aristillo e Autolico: Thimocharis è raffigurato molto più grande del vero, come pure la miriade di piccoli crateri a nord di Copernico che crateri non sono, bensì massicce strutture montuose. D’altra parte, sono improbabili e assai fantasiosi anche gli strani raggi intorno a Stevinus A e Furnerius A, con la loro forma a “orecchie di coniglio”.

Fig. 5

Analizzando la carta R, si ha la viva impressione che Hevelius, quando la tracciò, fosse suggestionato dalla particolare rilevanza fotometrica di alcune strutture lunari che spesso non è però direttamente proporzionale alle loro reali dimensioni. Nella mappa indicata con Q, disegnata con la fantasiosa tecnica cartografica del tempo, è riportata la sua toponomastica, con una lista che comprende ben 274 formazioni. Inizialmente aveva deciso di usare i nomi di astronomi antichi e moderni, quali: Mar Kepplerianum, Lacum Galilei, Oceanum Coperniceum, ma vi rinunciò per timore di farsi dei nemici tra i contemporanei a causa di sempre possibili dimenticanze. La scelta cadde quindi su innocui soggetti geografici, come Appennini, Alpi, Carpazi, che, tra l’altro sono tra i pochissimi tuttora conservati.

Fig. 6

Il Maximus Tubus di Hevelius

Hevelius aveva un particolare interesse per la tecnologia costruttiva dei telescopi ed era sempre alla ricerca di metodi che gli consentissero la realizzazione di telescopi sempre più potenti.

A quel tempo però, i cannocchiali a lenti singole, sia di tipo galileiano che kepleriano, subivano gli effetti nefasti delle aberrazioni sferica e cromatica, che potevano essere ridotte solo usando obbiettivi di grande distanza focale e di piccola apertura. Già si sapeva che utilizzando lenti di diametro relativamente piccolo si escludevano i raggi extra-assiali, principale causa dell’aberrazione sferica, mentre, ingrandendo l’immagine, si riducevano gli effetti dell’aberrazione cromatica.

Gli ottici avevano proposto delle regole empiriche per dimensionare opportunamente il diametro e la focale dei cannocchiali. Ad esempio, l’olandese Nicolas Hartsoeker (1656-1725) consigliava di adottare la regola della focale dell’oculare uguale al diametro dell’obbiettivo e un rapporto focale (cioè il rapporto tra la focale e il diametro obbiettivo) compreso tra 50 e 500. Nei rifrattori moderni tale rapporto è generalmente compreso tra 8 e 15.

Così, un cannocchiale di 4 centimetri di diametro doveva avere una focale di 2.7 metri, un oculare di 4 centimetri di fuoco ed un ingrandimento di 63 volte. Il costruttore napoletano Francesco Fontana (1585 circa – 1656) osservava i pianeti con un cannocchiale di circa 11 metri di focale, mentre Eustachio Divini (1610-1685), nel 1649, aveva disegnato la sua carta lunare con un obbiettivo di 10 metri circa.

Fig. 7

La lunghissima focale dei cannocchiali produceva, però, dei gravi problemi di tipo strutturale  a livello di flessioni e torsioni della struttura. Inoltre, per poterli puntare, spesso si ricorreva alla forza di molti uomini e risultava sommamente difficile tenere centrato l’oggetto celeste nel campo di vista.

I tubi che congiungevano l’ottica principale all’oculare erano realizzati in carta, latta o legno, e la loro sezione poteva essere circolare, quadrata od ottagonale. In tutti i casi, per evitare che la struttura si incurvasse, avevano bisogno di un sostegno che corresse per tutta la loro lunghezza.

Il sostegno e la manovra dei lunghi tubi fu studiato da alcuni dei maggiori astronomi e costruttori ottici del Seicento. Christiaan Huygens (1629-1695), nel 1659, osservò Saturno con un telescopio di latta lungo 7.2 metri, sostenuto da pertiche congiunte in cima. Il tubo, sorretto da una fune che scorreva in una carrucola posta al vertice del treppiede, poggiava, dalla parte dell’oculare, su di un piede portatile regolabile in altezza.

Fig. 8

La mancanza di soluzioni meccaniche adeguate, capaci di garantire saldezza e rigidità ai lunghi cannocchiali della metà del Seicento, indusse Leopoldo de’ Medici ad indire una gara tra gli accademici del Cimento per la miglior soluzione del problema. Il progetto di Candido Del Buono (1618-1676, presentata all’Accademia dal fratello Anton Maria, vinse la gara. Questo gigantesco cannocchiale, noto come l’Arcicanna, non fu però mai realizzato.

Leopoldo inviò a studiosi di tutta Europa il progetto di del Buono, e tra questi Huygens, che l’approvò pienamente: sono ammirato dall’ingegno dell’autore che ha risolto con rara abilità un problema così complesso.

L’arcicanna costituì uno dei primi tentativi per eliminare la canna telescopica, ma la sua struttura, ancora troppo pesante e sostenuta in modo precario da una semplice fune, non costituiva certamente una soluzione efficace contro le flessioni e le torsioni della struttura e non eliminava la sorgente delle vibrazioni che produceva il fastidioso tremolio dell’immagine.

All’arcicanna si ispirarono anche Hevelius e l’italiano Tito Livio Burattini (1617-1681). Quest’ultimo soggiornò a lungo in Polonia, dove ricoprì l’incarico di architetto reale e ricevette in appalto le miniere d’argento di Olkusz. Annoverava tra i suoi migliori amici, Paolo, uno dei fratelli del Buono, morto prematuramente nel 1659.

I gravosi incarichi istituzionali, non impedirono a Burattini di occuparsi con successo, della costruzione di lenti e di supporti per i grandi cannocchiali. Nel 1665 realizzò uno strumento, chiaramente derivato dall’arcicanna, lungo 20 metri e 750 chilogrammi, lo ponevano tra i più massicci cannocchiali mai realizzati.

E’ nota la sua collaborazione con Hevelius, tanto che il maximus tubus, lo strumento di maggiori dimensioni costruito dall’astronomo di Danzica, fu realizzato su suo progetto. Questo straordinario cannocchiale, lungo 46 metri (fig. 9), eretto da Hevelius sulla spiaggia di fronte alla città, dovette dare notevoli grattacapi di natura tecnica ed operativa se, dopo molti mesi dalla sua realizzazione l’astronomo non era ancora riuscito a provarlo. La soluzione costruttiva inventata da Burattini era particolarmente ingegnosa: egli aveva utilizzato delle lunghe assi congiunte per una costola ad angolo retto, formando una sezione ad “L”; in questo modo riduceva la flessione delle tavole.

La lunghezza di questo enorme cannocchiale non è ancora stata superata e forse non lo sarà mai: le moderne tecnologie ottico-meccaniche consentono, infatti, di ridurre la distanza tra l’obbiettivo ed il piano focale entro dimensioni meccaniche contenute ma con prestazioni ottiche enormemente superiori a quelle dei giganteschi e traballanti strumenti in uso nel Seicento.

Fig. 9

Le opere di Hevelius

Nel 1656 Hevelius scrisse una dissertazione sulla forma di Saturno e delle sue “strane protuberanze”, la  Dissertatio de Nativa Saturni facie, nella quale sosteneva che  il pianeta era composto da un corpo centrale ovoidale da cui sporgevano due oggetti in forma di luna. La rotazione di questa figura attorno ad un asse longitudinale  spiegava, a parere di Hevelius, il succedersi delle apparenze osservate al telescopio (fig. 10). Christiaan Huygens, uno dei maggiori scienziati del Seicento, confutò le idee di Hevelius, proponendo un nuovo modello di Saturno, a grandi linee tuttora accettato: Saturno è un globo circondato da un anello di forma ellittica, solido (!) e di spessore consistente, inclinato sul piano dell’eclittica. Secondo Huygens, l’apparenza tricorporea di Saturno era dovuta ad osservazioni al limite della risoluzione strumentale. Un suo cannocchiale, di ottima qualità, svelò il mistero di Saturno.

Il transito di Mercurio del 3 maggio 1661 trovò ben preparato Hevelius che, da Danzica, seguì le fasi del fenomeno, in seguito descritte nell’opera Mercurius in Sole visus (Mercurio visto sul Sole). Egli vide l’ingresso di Mercurio sul Sole ma non l’uscita, perché i due astri si trovavano ormai sotto l’orizzonte. Il diametro apparente di Mercurio, ricavato da Hevelius tramite l’osservazione del transito, fu una delle più accurate determinazioni del Seicento: differiva dal valore vero a meno di 0”.5.

Fig. 10

Fig. 11

La variabilità della stella Mira Ceti fu scoperta, dopo una serie di osservazioni, da David Fabricus  a partire dal 3 agosto 1596.  Durante le sue osservazioni di Mercurio, Fabricius ebbe bisogno di una stella di riferimento per misurarne la posizione, e scelse una vicina stella anonima di terza magnitudine. Quando la riosservò il 21 agosto di quell’anno, si accorse che la stella era diventata di prima magnitudine mentre in ottobre era così debole da scomparire alla vista. La rivide il 16 febbraio 1609. Hevelius la osservò decenni dopo, e la chiamò Mira (che significa “meravigliosa”) nel suo lavoro Historiola Mirae Stellae del 1662, perché si comportava come nessun’altra stella. Il periodo di Mira fu perfezionato da Ismail Bouillaud che lo ritenne pari a 333 giorni, sbagliando di meno di un giorno rispetto al valore moderno di 332.

Nell 1665 esce il Prodromus Cometicus, opera composta dall’astronomo polacco per raccogliere le sue osservazioni sulla grande cometa apparsa nei cieli europei nell’inverno 1664-1665.  Due tavole della stessa opera, contrassegnate con le lettere a e b, raccolgono 28 disegni della cometa vista al telescopio dall’inizio della sua apparizione il 14 dicembre 1664 fino alla sua scomparsa il 18 febbraio 1665. In queste due tavole è interessante notare, oltre all’evoluzione della coda cometaria, anche l’evolversi del suo nucleo e della sua chioma. La comparsa di questa cometa luminosa nei cieli Europa è stato uno degli eventi astronomici più studiati del periodo. In Inghilterra , Christoher Wren, John Wallise Robert Hooke osservarono la cometa. In Italia, gli osservatori furono numerosi, da Giovanni Domenico Cassini a Geminiano Montanari. Fu anche la prima cometa ad ispirare Isaac Newton, che ne annotò sul suo taccuino l’osservazione, il 23 dicembre 1664.

Fig. 12

Nel 1668 pubblicò la Cometographia, nella quale, per analogia con il moto dei proiettili sulla Terra, teorizzava per le comete traiettorie paraboliche. In quest’opera descrive e commenta con dovizia di particolare le comete del 1652, 1661, 1664 e 1665.

Il primo volume della Machinae coelestis, uscito nel 1679, descrive l’apparato osservatorio astronomico di Hevelius presso Danzica, che era, fino all’incendio di quello stesso anno, tra i più attrezzati in Europa. I disegni contenuti nella Machinae – in particolare quelle per i telescopi – sono di grande interesse. Il secondo volume dell’opera, diviso in due parti, conteneva una notevole collezione di dati osservativi e riduzioni di ogni genere, un’autentica miniera di informazioni illustrate con mappe stellari e diagrammi.

Questo secondo volume è una delle opere astronomiche più rare, a causa di un incendio che il 26 settembre 1679 distrusse l’osservatorio, la stamperia, la casa di Hevelius, e la maggior parte delle copie delle opere contenute nella biblioteca. Qualcuno afferma che meno di 100 copie del secondo volume sopravvissero.

Fig. 13

Nell’opera Annus Climactericus (1685), Hevelius descrive l’incendio del 1679, e include le osservazioni fatte sulla stella variabile Mira nonché un catalogo di 1564 stelle. Il fatto che egli  preferisse utilizzare i grandi strumenti di misura astrometrica (quadranti, sestanti, ecc., vedi fig. 11) privi di cannocchiale innescò una vivace polemica con Robert Hooke.

Hevelius continuava ad usare i metodi tradizionali di osservazione ad occhio nudo con strumenti come quadranti, sestanti e sfere armillari. Edmund Halley gli fece visita a Danzica e lavorò per circa sei mesi con lui, al suo rientro scrisse una relazione alla Royal Society, sostenendo che i metodi di Hevelius erano così accurati che egli avrebbe difficilmente potuto far di meglio.

Il Firmamentum Sobiescianum (1690), è l’ultima opera di Hevelius, pubblicata postuma dalla seconda moglie. Si tratta di uno splendido atlante di 56 fogli, corrispondente al suo catalogo stellare, che contiene sette nuove costellazione che sono ancora in uso.

Hevelius è stato un grande osservatore, ancora non pienamente convinto delle potenzialità del telescopio per le misure astrometriche degli astri. Al tempo circolavano i primi rozzi, e non certo affidabili, micrometri che solo dagli inizi del Settecento furono impiegati per migliorare le misure di posizione delle stelle. I suoi pazienti lavori sulla Luna, il Sole, ed i pianeti gli valsero una meritata fama tra i suoi contemporanei e l’ammirazione incondizionata dei posteri.

Rodolfo Calanca

è direttore editoriale di EANweb.

Da anni si occupa di comunicazione scientifica
e di divulgazione astronomica.

Notizie biografiche nel sito dell’autore.

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