Moto dei pianeti: teoria geocentrica
La teoria geocentrica più completa fu sviluppata da Tolomeo, astronomo della Scuola alessandrina, vissuto intorno al 150 d.C. Secondo la teoria geocentrica descritta nell'Almagesto, i pianeti si muovono su una circonferenza (epiciclo) il cui centro ruota intorno alla Terra su una seconda circonferenza (deferente). La traiettoria descritta dai pianeti prende il nome di epicicloide. Per rendere più precisa la sua teoria, Tolomeo dovette apportare correzioni spostando la Terra dal centro del deferente.
Moto dei pianeti: teoria eliocentrica
Nella sua opera più importante (De revolutionibus orbium coelestium), Copernico propose la teoria eliocentrica, in base alla quale la Terra e i pianeti ruotano su orbite circolari intorno al Sole, ritenuto immobile al centro dell'universo. Anche se dal punto di vista filosofico e religioso il modello copernicano mise in crisi la concezione dell'Universo e la centralità dell'uomo suscitando notevoli dispute, dal punto di vista strettamente scientifico il modello non era in perfetto accordo con le osservazioni astronomiche e non rappresentava quindi un significativo progresso nella comprensione del moto dei pianeti.
Moto dei pianeti: leggi di Keplero
Utilizzando i dati sperimentali dell'astronomo danese Tycho Brahe, che misurò con altissima precisione la posizione dei pianeti sulla sfera celeste per circa venti anni, Keplero riuscì a scoprire le tre famose leggi che portano il suo nome. Egli, affascinato dalla potenza dei numeri e della matematica, fu ossessionato dal problema di trovare una legge che descrivesse i moti del sistema planetario. Meditò su questo soggetto con tutta l'energia della sua mente, dedicando la sua vita all'analisi delle tavole delle posizioni dei pianeti che Tycho gli aveva lasciato. Inizialmente trovò un legame tra le sei orbite dei pianeti allora conosciuti e i cinque poliedri regolari. Keplero era estasiato e scriveva: "Il piacere intenso che ho provato per questa scoperta non potrà mai essere espresso a parole. Non mi preoccupavo più del tempo perduto, non sentivo nessuna stanchezza, non risparmiavo nessuna fatica di calcolo, passavo giorni e notti a calcolare, fino a che non fui in grado di vedere se la mia ipotesi era in accordo con le orbite di Copernico, o se la mia gioia sarebbe svanita nell'aria". La storia ha tuttavia dimostrato che queste ipotesi non avevano nessun valore scientifico. Keplero continuò a studiare il moto dei pianeti e dopo numerossimi tentativi riuscì a trovare uno schema che si adattava bene ai fatti sperimentali. Subito dopo si accorse però che tra i suoi calcoli e i dati sperimentali di Brahe vi era una discrepanza di otto minuti d'arco (un angolo piccolissimo). Consapevole che Tycho non avrebbe potuto mai sbagliare di una simile quantità, egli rinunciò alla sua teoria e ricominciò daccapo (quale grande omaggio fu questo all'abilità sperimentale del maestro!). Rinunciando all'antica idea del moto circolare uniforme, dopo numerosi tentativi e calcoli molto laboriosi, Keplero giunse finalmente a formulare le tre leggi sul moto dei pianeti che portano il suo nome. Scrisse: "... ciò che sedici anni fa insistevo si dovesse investigare... ciò per cui mi unii a Tycho Brahe... ho riportato alla luce e ne riconosco la validità al di là di ogni mia più avanzata aspettativa... Il dado è tratto, il libro è scritto e potrà essere letto ora o in futuro. Non mi preoccupo per questo: si può ben aspettare un secolo per un lettore giacché Dio ha aspettato seimila anni per un osservatore".
La legge di gravitazione universale di Newton
Nella sua opera Philosophiae Naturalis Principia Mathematica del 1687 Newton così si espresse: "... e nello stesso anno [1666] incominciai a pensare alla gravità estendendola all'orbita lunare... Dedussi che le forze che mantengono i pianeti nelle loro orbite dovessero essere inversamente proporzionali al quadrato delle loro distanze dai centri attorno ai quali ruotano: quindi paragonai la forza necessaria a mantenere la Luna nella sua orbita con la forza di gravità alla superficie terrestre e trovai che corrispondono abbastanza bene". La legge di gravitazione universale di Newton (guarda lo storico documentario a cura del PSSC: parte 1, parte 2, parte 3) è valida senza eccezioni per tutti i corpi, siano essi pianeti, stelle, oggetti comuni oppure molecole e atomi. Essa è alla base di una delle più grandi teorie fisiche di tutti i tempi. Richard S. Westfall, grande studioso dello scienziato inglese, scrive: "Il risultato finale dei miei studi su Newton mi ha convinto che, nei suoi riguardi, non vi è misura possibile. Egli è diventato per me qualcosa di totalmente altro, uno di quei geni supremi, estremamente rari, che hanno foggiato le categorie dell'intelletto umano; un uomo non riducibile ai criteri con i quali ci sforziamo di comprendere il nostro prossimo".