Le macchie solari

Le macchie solari sono aree scure di forma irregolare sulla superficie del Sole. La loro presenza, che varia in periodi ciclici a breve e lungo termine, fu confermata nel secolo scorso. Solitamente l'osservazione diretta del Sole è estremamente pericolosa, al tramonto però, quando il disco solare viene coperto da un tenue velo di nubi o polveri sospese nell'aria, essa diviene possibile.
Registrazioni di osservazioni eseguite in Cina ad occhio nudo risalgono almeno al 28 avanti Cristo, in Occidente invece, la datazione delle prime registrazioni appare assai più problematica, è possibile che il filosofo greco Anassagora osservò una macchia nel 467 aC. e sembra ci siano anche altre tracce sparse nella letteratura antica. Nel concetto cosmologico dominante all'epoca, quello aristotelico, si riteneva che il cielo fosse perfetto ed immutabile: una macchia che apparisse sul Sole e scomparisse in seguito avrebbe significato un cambiamento nel cielo.

Partendo da questo preconcetto ed assommando la difficoltà di osservare il Sole e la natura ciclica delle macchie, non sorprende che in Europa, le testimonianza sulla loro presenza siano quasi inesistenti, almeno fino al secolo XXVII. Una macchia di grandi dimensioni, visibile per non meno di otto giorni, nell'807 era semplicemente interpretata come il passaggio di Mercurio sul Sole, altre tracce di osservazioni di passaggi di macchie sul Sole furono ignorate sia dagli astronomi che dai filosofi.

Nel 1607, Johannes Kepler desideroso di osservare il previsto transito di Mercurio sul disco solare, ne proiettò l'immagine attraverso un picolo foro nel soffitto della sua casa (come una sorta di camera oscura [1]) ed osservò una macchia nera che ritenne essere il pianeta. Poiché Mercurio impiega solo poche ore a per attraversare il disco solare in uno dei suoi rari transiti, riuscendo il giorno seguente a ripetere l'osservazione e constatando ancora una volta la presenza della macchia, comprese che quello che aveva osservato non poteva essere Mercurio.

Lo studio scientifico delle macchie solari ha inizio in Occidente dopo l'ingresso, avvenuto nel 1609, del telescopio nell'astronomia. Anche se c'è ancora incertezza su quando e da chi vennero osservate per la prima volta attraverso il telescopio, possiamo con una certa sicurezza affermare che Galileo Galilei e Thomas Harriot furono i primi, intorno alla fine del 1610 e che Johannes e David Fabricius, oltre a Christoph Scheiner le osservarono per la prima volta nel marzo del 1611, Johannes Fabricius stesso fu il primo a redigere una pubblicazione sull'argomento, il suo libro De Maculis in Sole Observatis ("Delle macchie osservate nel Sole") apparve nell'autunno del 1611, ma rimase ignoto agli altri osservatori per qualche tempo ancora.

Macchie solari in un disegno di Harriot

Nel frattempo Galileo, nel corso della trionfale visita a Roma della primavera del 1611, aveva mostrato a diversi romani le macchie solari. Nonostante alcuni suoi corrispondenti avessero iniziato ad effettuare delle regolari osservazioni, Galileo non intraprese lo studio di questo fenomeno sino all'aprile del 1612. Scheiner iniziò lo studio serio delle macchie nell'ottobre 1611 ed il suo primo trattato, Tres Epistolae de Maculis Solaribus Scriptae ad Marcum Welserum ("Tre lettere sulle macchie solari scritte a Marc Welser") apparve nel gennaio 1612 sotto lo pseudonimo "Apelles latens post tabulam," ovvero "Apelle aspetta dietro il dipinto" [2]. Welser era studioso e banchiere ad Augsburg, oltre che mecenate degli studiosi del luogo.

Macchie solari, dal Tres Epistolae di Scheiner.

Scheiner, un matematico Gesuita presso l'Università di Ingolstadt (presso Augsburg), preferì preservare il concetto della perfezione del Sole e dei cieli, argomentando che le macchie solari erano satelliti del Sole: apparivano come macchie nere durante il passaggio sul Sole ma scomparivano negli altri punti dell'orbita e le loro orbite dovevano essere molto prossime alla stella poiché, approssimandosi al lembo visibile, la loro sagoma si riduceva di dimensioni. Scheiner osservò le macchie solari con un telescopio equipaggiato con lenti colorate.

Nell'inverno del 1611-12, Galileo era ammalato quando ricevette da Welser una copia del trattato di Scheiner, allegato ad una richiesta di commentarlo e le poche energie a disposizione le utilizzò per pubblicare il suo Discorsi sui corpi nell'acqua anche se poi, quando nell'aprile del 1612 fu in stampa, volse l'attenzione alle macchie solari con l'aiuto del suo protetto Benedetto Castelli, che in quel periodo si trovava a Firenze. Fu proprio Castelli che sviluppò il metodo della proiezione dell'immagine solare attraverso il telescopio, una tecnica che rende possibile lo studio dettagliato del Sole anche se si trova alto nel cielo. Galileo scrisse la sua prima lettera sulle macchie solari a Welser, arguendo che queste infatti, si trovavano sulla superficie del Sole o nella sua atmosfera e, anche se non fosse certo di cosa si trattasse, gli sembravano principalmente delle nubi.

Mentre Scheiner scriveva in latino, Galileo rispondeva in italiano e Welser dovette effetuare la traduzione affinché Scheiner potesse comprendere. Quest'ultimo continuò le osservazioni ed al momento in cui ebbe conoscenza del contenuto della missiva di Galileo, ne aveva già scritte altre due a Welser. Ne aggiunse anche una terza, nella quale commentava che le sue oservazioni coincidevano precisamente con quelle del pisano ma difendendo la sua valutazione sull'origine satellitare delle ombre. Questa seconda serie di lettere venne pubblicata da Welser nell'ottobre 1612 con il titolo De Maculis Solaribus . . . Accuratior Disquisitio ("Delle Macchie Solari...una Disquisizione Accurata"). Scheiner mantenne lo pseudonimo di Apelle "o, se preferite, Odisseo sotto la protezione di Aiace." Nel frattempo, nell'agosto del 1612, Galileo scrisse una seconda lettera a Welser. In questa descriveva un gran numero di osservazioni di macchie solari, tutte effettuate alla stessa ora del giorno, in modo che l'orientazione del Sole fosse pressapoco la stessa ed il moto delle macchie potesse essere seguito con facilità, come dimostra questa sequenza (48K JPEG). Una volta ricevuta la seconda di Scheiner ne scrisse anch'egli una terza, datata dicembre 1612, in cui ancora una volta attaccava le opinioni di Apelle. Alla fine dell'ultima lettera Galileo cita il Sistema Copernicano, dando origine a quello che molti biografi hanno inteso come il suo primo appoggio a questa teoria.

Le tre lettere di Galileo vennero pubblicate a Roma dall'Accademia dei Lincei nell'estate del 1613. Un terzo circa delle copie conteneva la ristampa dei due trattati di Apelle (la cui identità nel fratempo era divenuta nota) nella versione originale in latino. Ci fu un piccolo dubbio su chi fu il vincitore della contesa: il linguaggio utilizzato da Scheiner era complicato e Galileo non solo demolì le sue argomentazioni ma criticò il concetto utilizzato a priori da Scheiner per le sue tesi: "il Sole è perfetto e quindi non può avere macchie sulla sua superficie".

Su questo punto, le relazioni tra Galileo e Scheiner non furono però tese, Scheiner tratto Galileo con grande rispetto e Galileo fu cortese nelle sue parole. Dieci anni pià tardi, nel suo Il Saggiatore, Galileo criticò quelli che non gli attribuirono la priorità della scoperta, ricordando il caso delle macchie solari ma non menzionando Scheiner. E' quasi certo che Galileo altri autori di ricerche sulle macchie solari chhe non ricobbero la sua priorità. Scheiner, che all'epoca viveva a Roma, interpretò la critica di Galileo come un attacco a lui diretto e ne divenne un acerrimo nemico.

Ne contempo, Scheiner pubblicò diversi importanti libri sull'ottica e continuò gli studi sul Sole. Pubblicò i risultati sul tomo Rosa Ursina, ("La Rosa di Orsini") [3], che divenne per oltre un secolo il trattato di riferimento sulle macchie solari. Scheiner aveva abbandonato l'idea che fossero dei satelliti del Sole a favore del sistema di Tycho Brahe, lasciando quindi il concetto di perfezione dei cieli. Il suo metodo per illustrare il moto delle macchie singole sulla superficie del Sole divenne il metodo standard per tracciare il moto ed i cambiamenti morfologici delle macchie.

L'"Helioscopium" utilizzato da Scheiner per le sue ultime osservazioni.

Disegni di macchie solari dal Rosa Ursina di Scheiner.

Gli ultimi studi sulle macchie solari di Scheiner vennero proseguiti da altri. In Francia, Pierre Gassendi effettuò numerose osservazioni (non pubblicate fino al 1658); a Gdansk Johannes Hevelius (1647) ed a Bologna Giovanni Battista Riccioli (1651) fecero lo stesso. Per gli anni 1610-1645 ci sono quindi, un numero ragionevole di registrazioni di osservazioni.

Macchie solari disegnate da Gassendi.

Macchie solari in un disegno di Hevelius.

Dopo questo periodo, l'attività delle macchie solari si ridusse drasticamente . Quando, nel 1671, venne osservata una gigantesca macchia solare, si trattò di un evento episodico. L'attività solare aumentò circa dopo il 1710. Il periodo di scarsa attività è noto come Minimo di Maunder, da Edward Walter Maunder (1851-1928), uno dei primi astronomi moderni che studiò il ciclo a lungo terminde delle macchie. Lo studio moderno di questa materia è nato con l'ascesa dell'astrofisica, intorno all'inizio del secolo. Il principale studioso del fenomeno è stato, negli Stati Uniti, George Ellery Hale (1868-1938), che costruì il primo elio-spettrografo e gli osservatori Yerkes e Monte Wilson, che comprende il telescopio di 5 metri di Monte Palomar.

[1] camera oscura -- dispositivo simile ad una scatola nera nel quale le immagini degli oggetti all'esterno, ricevute attraverso un'apertura, sono proiettate con i loro colori naturali su una superficie debitamente predisposta.

[2]La leggenda vuole che il famose pittore graco Apelle una volta si fosse posto dietro ad un suo lavoro per ascoltare nascosto ciò che in proposito diceva la gente. Quando un calzolaio apprezzò il modo in cui Apelle aveva disegnato le scarpe nella pittura, l'artista si rivelò e ringraziò il calzolaio per i complimenti ma quest'ultimo iniziò ad esprimere opinioni non proprio favorevoli sugli altri aspetti dell'opera. Apelle rispose Apelles answered "Let the shoemaker stick to his last."

[3]La rosa indica il Sole, il Cardinale Orsini fu colui che patrocinò la stampa.

Sull'attività solare all'inizio del secolo XXVII consultare Sunspots Cycles (Stroudsburg, PA: Hutchinson Ross, 1983) di D. Justin Schoveand e "The Solar Activity in the Time of Galileo" di Kunitomo Sakurai su Journal for the History of Astronomy n. 11 (1980), pp. 164-173. Sulle osservazioni pre-telescopiche delle macchie solari, di Schove e George Sarton: "Early Observations of Sunspots?" Isis, 37 (1947): 69-71. Parte di Istoria e Dimostrazioni intorno alle Macchie Solari e loro Accidenti si trova nel libro di Stillman Drake, Discoveries and Opinions of Galileo (Garden City, NY: Doubleday, 1957), pp. 89-144. Vedere anche di Drake: "Sunspots, Sizzi, and Scheiner," in Galileo Studies: Personality, Tradition and Revolution (Ann Arbor: University of Michigan Press, 1970), pp. 177-199; Keith Hutchison, "Sunspots, Galileo, and the Orbit of the Earth," Isis, n. 81 (1990), pp. 68-74; Jean Dietz Moss, "The significance of the Sunspot Quarrel" in Moss, Novelties in the Heavens: Rhetoric and Science in the Copernican Controversy (Chicago: University of Chicago Press, 1993), pp. 97-125; John D. North, "Thomas Harriot and the First Telescopic Observations of Sunspots", John W. Shirley ed. e Thomas Harriot: Renaissance Scientist (Oxford: Clarendon Press, 1974), pp. 129-165; William R. Shea, Galileo, Scheiner, and the Interpretation of Sunspots (Isis 61 (1970),498-519 e Shea, Galileo's Intellectual Revolution, Middle Years (New York: Science History Publications, 1972); Mark Smith, "Galileo's Proof for the Earth's Motion from the Movement of Sunspots," Isis 76 (1985), pp. 543-551; Adriaan W. Vliegenthart, "Galileo's Sunspots: Their Role in 17th-Century Allegorical Thinking," Physis, 7 (1965), pp. 273-280.

In alto: NASA.
Disegni di Harriot: West Sussex Records Office, HMC 241/8, f. 36). Copyright, Lord Egremont. Autorizzazione concessa.
Disegni di Scheiner: Tres Epistlae de Maculis Solaribuis Scriptae ad Marcum Welserum (1612).
Helioscopium ed immagini delle macchie: Christoph Scheiner, Rosa Ursina (1630).
Disegni di Gassendi: Pierre Gassendi, Opera Omnium, vol. IV (Lione, 1658).
Disegni di Hevelius: Johannes Hevelius, Selenographia (1647).

Rielaborazione ed adattamento da "The Galileo Project" con il consenso dell'autore.