La vita di Giovanni Keplero e l’origine delle tre leggi sul movimento dei pianeti

Giovanni Keplero, nome italianizzato di Johannes Kepler, è stato tantissime cose: in primis un amante e studioso del cosmo (astronomo, astrologo, cosmologo), ma anche un matematico e un teorico musicale (cose che spesso vanno di pari passo), nonché un filosofo e teologo. Di origine tedesca, è noto per aver formulato le tre famosissime leggi a lui omonime, le leggi di Keplero e i suoi scritti furono fondamentali per la formulazione della teoria gravitazionale da parte di Newton. Ma qual è la vita di uno dei protagonisti della rivoluzione scientifica? Scopriamolo in questo articolo.

Le origini e la formazione

Johannes nasce nell’attuale Germania a Weil der Stadt il 27 dicembre del 1571, in una famiglia la cui ricchezza era in declino nonostante fosse il nipote del sindaco della città. Il padre di lavoro fa il mercenario e abbandona la famiglia quando Johannes ha solo cinque anni, la madre è invece una guaritrice ed erborista.
La passione per le stelle inizia a sei anni, quando la mamma lo porta in un luogo elevato per osservare la Grande Cometa del 1577 e poi, a nove anni, osserva un'eclissi lunare e dichiara che la luna "appariva piuttosto rossa".

Purtroppo il piccolo Johannes si ammala di vaiolo, malattia che gli rovina la vista e le mani, limitando la sua possibilità di osservare gli astri.
Dopo aver frequentato il ginnasio, la scuola di latino e il seminario Johannes si iscrive all'Università di Tubinga dove studia filosofia e, allo stesso tempo, si dimostra un superbo matematico e si guadagna la reputazione di abile astrologo. Pensate che dedica parte del suo tempo libero a fare oroscopi ai suoi compagni di corso! Qui viene a conoscenza sia del sistema tolemaico che del sistema copernicano e diventa un sostenitore del secondo.

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Le tre leggi di Keplero, la spiegazione semplice per comprendere i movimenti dei pianeti

Il modello cosmologico del Mysterium Cosmographicum

A soli 22 anni Johannes diventa Professore presso la scuola protestante di Graz. Durante questo periodo pubblica molti calendari e pronostici astrologici che accrescono la sua reputazione di astrologo. In realtà nutre sentimenti contrastanti nei confronti di questa “disciplina” e denigra molte delle pratiche abituali degli astrologi, ma allo stesso tempo crede profondamente in una connessione tra il cosmo e l'individuo.

Molte delle sue tesi vengono pubblicate nel 1596 nel Mysterium Cosmographicum, in cui presenta il suo modello astronomico basato su rapporti geometrici rintracciabili nelle distanze tra i pianeti i quali  ruotano attorno al Sole, immobile al centro. Johannes è in qualche modo convinto del fatto che proprio in quelle stesse proporzioni geometriche si nascondesse il disegno di Dio.
Dopodiché decide di voler scrivere quattro libri aggiuntivi: uno sul Sole e le stelle fisse, uno sui pianeti e i loro moti, uno sulla natura fisica dei pianeti e sulla formazione delle caratteristiche geografiche e uno sugli effetti dei cieli sulla Terra.

I rapporti con Tycho Brahe

Per portare avanti il suo programma richiede il parere di molti astronomi a lui contemporanei, tra cui Galileo Galilei, ma anche Reimarus Ursus che era a sua volta un acerrimo rivale di Tycho Brahe.
Brahe sosteneva una teoria geocentrica particolare: pensava che il Sole girasse attorno alla Terra e che tutti gli altri pianeti ruotassero attorno al Sole. Una volta ricevuta la lettera da Johannes, Ursus decide di pubblicarla per contrastare il suo nemico Tycho, insomma: la sfrutta per portare acqua al suo mulino.

In questo modo Tycho viene a sapere di Johannes e scrive lettere anche a lui, criticando duramente il suo sistema. Attraverso la loro corrispondenza, Tycho e Johannes discutono un'ampia gamma di problemi astronomici, specie di fenomeni lunari e della teoria copernicana (in particolare sulla sua validità teologica).  Il grande problema di Johannes è il fatto che non ha delle misurazioni affidabili su cui basarsi, mentre Tycho ha la possibilità di sfruttare dati molto più precisi.
Il 4 febbraio 1600, Johannes incontra Tycho Brahe che lo ospita a Praga per i due mesi successivi. Brahe rimane impressionato dalle tesi di Johannes, tanto che gli permette un maggiore accesso ai suoi dati; Johannes progetta di testare la sua teoria del Mysterium Cosmographicum sulla base dei dati a disposizione su Marte, ma stima che il lavoro avrebbe richiesto fino a due anni. Dopo un’accesissima discussione i due riescono a riconciliarsi, ma in giugno Johannes torna a Graz per riunirsi alla sua famiglia.

Solo due mesi dopo, Johannes rifiuta di convertirsi al cattolicesimo (la situazione religioso-politica era tesissima), insieme alla sua famiglia viene bandito da Graz e durante l’anno successivo torna a Praga.
A due giorni dall'inaspettata morte di Tycho, avvenuta il 24 ottobre 1601, Johannes viene nominato suo successore come matematico imperiale con la responsabilità di completare il suo lavoro incompiuto. I successivi 11 anni ricoprendo quel ruolo sarebbero stati i più produttivi della sua vita.

Il ruolo da matematico imperiale e la formulazione delle leggi

In qualità di matematico imperiale (si tratta del Sacro Romano Impero), Johannes deve fornire consigli astrologici all'imperatore, fare gli oroscopi per alleati e leader stranieri e suggerire delle mosse all'imperatore nei momenti di difficoltà politica.

La seconda legge di Keplero

Proprio mentre occupa questo ruolo e grazie agli studi di Tycho, nel 1602, Johannes formula la sua famosissima seconda legge (che storicamente è stata scoperta per prima). Questa legge prevede che i pianeti si muovano seguendo le loro orbite con moti non uniformi: vanno più velocemente se sono più vicini al Sole e più lentamente se la loro distanza dal Sole aumenta.
La formulazione della seconda legge di Keplero è:

Il segmento che unisce il centro del Sole con il centro del pianeta descrive aree uguali in tempi uguali.

Alla fine del 1604 a Johannes viene in mente un’altra cosa: l’idea di un'ellisse. Scopre che un'orbita ellittica si adatta molto bene ai dati che ha a disposizione su Marte e ipotizza che tutti  i pianeti si muovano seguendo traiettorie ellittiche, con il Sole al centro.

La prima legge di Keplero

Ecco che giunge a elaborare la sua prima legge del moto planetario così formulata:

L'orbita descritta da un pianeta è un'ellisse, di cui il Sole occupa uno dei due fuochi.

Alla fine dell'anno Johannes completa la sua seconda grande opera, l'Astronomia Nova, in cui rientrano le prime due leggi. Quest’opera non viene pubblicata fino al 1609 a causa di controversie legali sull'uso delle osservazioni di Tycho che ancora sono di proprietà degli eredi.
Nel 1611 il clima di tensione politico-religiosa a Praga giunge al culmine, il potere imperiale è in crisi, la moglie di Johannes contrae la febbre pezzata ungherese, i loro tre figli si ammalano tutti di vaiolo e Fredrich, il figlio di 6 anni, purtroppo muore. Dopo questa tragica perdita Johannes prova a cercare qualcuno che potesse finanziarlo, visti i problemi della corona, e perfino l'Università di Padova – su raccomandazione del partente Galileo – si muove per potergli affidare la cattedra di matematica. Johannes però rifiuta e resta a Praga fino alla morte dell'imperatore nel 1612, per poi essere mandato dal successore al trono a Linz.

La terza legge e gli ultimi anni

Nel 1613 Johannes viene scomunicato dalla Chiesa protestante perché osa sostenere che la Luna sia un corpo solido e poco dopo sua madre, visto il periodo storico e la sua mansione come "guaritrice", viene arrestata con l'accusa di stregoneria sempre dalla Chiesa. A difenderla in tribunale c'è proprio Johannes, presente per sei lunghi anni, finché non viene scagionata (evitandole il rogo).

Il 15 maggio 1618 è il giorno in cui Johannes scopre la terza legge che prende il suo nome. Questa viene presentata al pubblico l'anno successivo nell'opera Harmonices Mundi in cui tratta delle somiglianze tra l'armonia musicale, la congruenza nelle forme geometriche e i fenomeni fisici. Nella parte finale di quest'opera c'è la formulazione della legge:

I quadrati dei tempi che i pianeti impiegano a percorrere le loro orbite sono proporzionali al cubo del semiasse maggiore.

Johannes Kepler muore in povertà e disgrazia a soli 58 anni a Ratisbona nel 1630. Nel 1632 la sua tomba viene distrutta durante la guerra dei trent'anni, ma resta famoso l'epitaffio sulla sua lapide in latino:

Mensus eram coelos, nunc terrae metior umbras. Mens coelestis erat, corporis umbra iacet.

Ovvero: "Misuravo i cieli, ora fisso le ombre della terra. La mente era nella volta celeste, ora il corpo giace nell'oscurità."