Il modo in cui i pianeti si muovono è una delle prime domande che gli scienziati antichi si sono posti nel tentativo di determinare le regole dell’universo. Le prime teorie postulavano che la Terra fosse il centro dell’universo e che tutti gli oggetti celesti orbitassero attorno ad essa. Con le scoperte di Galileo, è stato rivelato che il sole, non la Terra, era il centro del nostro sistema solare e che i pianeti si muovevano attorno ad esso con velocità e angoli variabili. Le teorie odierne del moto planetario si basano sul lavoro dell’astronomo tedesco del XVI secolo Johannes Kepler.
Usando il lavoro del suo mentore, Tycho Brahe, come base per le sue teorie, Keplero ha cambiato il mondo dell’astronomia e della fisica attraverso le sue tre leggi del moto planetario. Sebbene all’epoca fossero noti solo sei pianeti, le sue teorie furono confermate più di un secolo dopo da Newton e hanno retto bene per oltre 400 anni. Sebbene le sue teorie siano in qualche modo sconcertanti per il non astronomo, hanno notevolmente cambiato il campo di gioco per il mondo della scienza planetaria.
La prima legge che Keplero determinò fu che il moto planetario è ellittico piuttosto che ciclico. Invece di muoversi secondo uno schema circolare attorno al sole, ogni pianeta si muove in un’orbita di forma ovale. Questa legge era in completo disaccordo con le teorie prevalenti sul moto planetario che esistevano dai tempi di Aristotele, ma alla fine prove scientifiche schiaccianti dimostrarono che la nuova teoria di Keplero era vera.
La seconda legge di Keplero riguarda la velocità con cui i pianeti si muovono mentre seguono la loro orbita. I pianeti cambiano velocità rispetto alla loro posizione rispetto al sole; quando sono più vicini accelerano e quando sono più lontani rallentano. La seconda legge di Keplero afferma che per periodi di tempo uguali, un pianeta si muoverà di una distanza uguale. Fondamentalmente, la distanza che percorrerebbe in un mese è più lunga ma a una velocità maggiore quando è vicino al sole, mentre lontano dal sole si muoverebbe più lentamente ma avrebbe meno distanza da coprire. Secondo questa legge del moto planetario, la velocità bilancia la distanza, quindi un pianeta coprirà quasi sempre la stessa distanza in un dato periodo di tempo.
La terza legge del moto planetario che Keplero indovinò è di natura più matematica e complicata. Mentre le prime due leggi si occupano di come un pianeta si muove rispetto al sole, la terza legge confronta i movimenti di un pianeta con altri pianeti. In sostanza, se elevi il quadrato del tempo impiegato da un pianeta per completare un’orbita e lo dividi per la distanza media al cubo del pianeta dal sole, otterrai un rapporto quasi identico per ogni pianeta. Ciò significa che il tempo di orbita di un pianeta è direttamente proporzionale a quanto è grande l’orbita, quindi il rapporto è quasi esattamente lo stesso, indipendentemente dal pianeta che viene descritto.
Il moto planetario aiuta a descrivere le regole del sistema solare, ma la sua utilità non finisce qui. Oltre a spiegare come si muovono i pianeti, aiuta anche gli scienziati moderni a determinare i modelli orbitali dei satelliti e di altri oggetti creati dall’uomo messi nello spazio. Le leggi di Keplero hanno anche aiutato a spiegare il modello orbitale di nuovi pianeti appena scoperti dalla tecnologia avanzata, anche se non possiamo osservarli visivamente.