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Galileo osservò Nettuno casualmente nel dicembre 1612 e nel febbraio 1613, mentre era impegnato a tabulare le posizioni dei pianeti medicei! Questa è l’esplosiva scoperta di Charles T. Kowal dell’Osservatorio di Mount Palomar e dello storico della scienza Stillman Drake, comunicata con una lettera alla rivista Nature, 287, 311-313 (25.9.1980). Seguì poi un articolo più esteso su Scientific American, 243, p.74 (1980).
Kowal era impegnato nella ricerca di antiche osservazioni di Nettuno, perchè era rimasto colpito dal fatto (che discuterò in un prossimo capitolo) che Lalande aveva registrato la posizione di Nettuno nel 1795, 51 anni prima della sua scoperta ufficiale, con una differenza di posizione di 7″ rispetto al valore calcolato con le effemeridi disponibili nel 1980. L’errore era da imputare alle misure di Lalande, o c’era un difetto teorico nelle effemeridi? Sarebbe stato interessante trovare delle altre osservazioni pre-scoperta, ancora più antiche. Kowal si alleò con il grande esperto di ricerche storiche, Drake, e si avvalse dell’eccellente lavoro pubblicato da Steven C. Albers: “Mutual Occultations of Planets: 1557 to 2230″, Sky and Telescope, 57, issue 3 (March 1979), pp. 220-222. Albers trovò che nel passato Nettuno era stato implicato in una occultazione due volte, sempre ad opera di Giove: 4 gennaio 1613, e 19 settembre 1702. Nel 1702 molti astronomi avevano osservato con precisione Giove, mentre nel 1613 probabilmente solo Galileo. Questo era il punto: l’astronomo pisano poteva essere stato in grado di osservare Nettuno quando era in vicinanza di Giove, e di segnarne la posizione con una precisone ulizzabile per gli studi moderni?
Secondo studi di Drake e Kowal, il telescopio con cui osservò Giove nel 1613 doveva avere 18 ingrandimenti, un potere risolutivo massimo di 10″ ed un campo probabilmente di 17′. Solo dopo la morte di Galileo fu introdotto il micrometro a filo, che tuttavia può essere applicato solo a telescopi ad oculare convergente (kepleriani) che forniscono immagini reali. L’ultimo giorno di gennaio 1612, quando Galileo misurò il diametro di Giove in 41″, scrisse nei suoi appunti che aveva incominciato ad usare uno strumento per prendere gli intervalli e distanze esquisiti, non che lo strumento sia fatto ancora con molta precisione. Purtroppo non sappiamo nulla di questo strumento, anche se il suo discepolo G. A. Borelli lo menzionò nel 1666, descrivendolo come un reticolo costruito con precisione su cui Galileo sovrapponeva otticamente l’immagine telescopica. Drake e Kowal fecero quest’ipotesi: Galileo osservava un reticolo applicato esternamente al cannocchiale con l’occhio sinistro e guardava dentro l’oculare con l’occhio destro: l’immagine di Giove si sovrapponeva al reticolo, come un disegno su un foglio di carta quadrettata, ed era facile valutare le posizioni dei satelliti, ogni quadretto essendo largo come un diametro di Giove. Inoltre, con un calcolo trigonometrico, dalla distanza del reticolo dall’occhio, si poteva dedurre il diametro di Giove in secondi d’arco.
Secondo Drake e Kowal le misure del diametro apparente del disco di Giove realizzate da Galileo erano accresciute sistematicamente del 10%, perchè le sue lenti attribuivano al pianeta un bordo sfocato; tenendo conto di tutte queste considerazioni, si accinsero a discutere le misure realizzate dall’astronomo nel 1612-1613, confrontandole con quelle delle effemeridi; ammisero un errore raramente superiore a 20″, e spesso inferiore a 10”.
In base alle effemeridi calcolate al Jet Propulsion Laboratory di Padadena, Kowal e Drake trovarono che fra il 28 dicembre 1612 e il 30 gennaio 1613 Nettuno si sarebbe trovato entro il campo del telescopio di Galileo, qualora lo strumento fosse stato puntato esattamente su Giove. Aiutato da Drake, Kowal sfogliò le pagine di appunti di Galileo per quel periodo.
Nell’epoca in questione, Galileo era probabilmente ospite dell’amico Filippo Salviati alla Villa delle Selve a Signa, presso Firenze. Il 27 dicembre 1612 alle 15.46 a. m. (pari nella misurazione moderna al 28 dicembre 1612 alle 3.46 del mattino, perchè allora si contavano le ore da mezzogiorno) Galileo disegnò le posizioni di Europa, Ganimede e Callisto in sorprendente accordo con le effemeridi del JPL, ed in più segnò una linea tratteggiata che andava a finire sul margine del foglio, dove scrisse “fixa” (stella fissa). La linea stava ad indicare che l’oggetto era visibile nel campo del telescopio, ma non si poteva fare stare dentro i margini del foglio, con una rappresentazione in scala.
Più tardi nel mattino disegnò una configurazione analoga, ancora con la fixa segnalata fuori dal bordo del foglio. Secondo le effemeridi consultate da Kowal e Drake, Nettuno era vicino allo stato stazionario, con una magnitudine 7.8m facilmente alla portata dello strumento di Galileo, e inoltre si trovava nel prolungamento della linea tracciata da Galileo, ad una distanza di 41 raggi gioviani; anche se l’astronomo non segnò il suo valore della distanza, l’identificazione della fixa con Nettuno risultò attendibile, perchè l’esame delle moderne carte stellari dimostrò che non c’era alcuna stella fissa osservabile dal cannocchiale in quella zona di cielo.
Dal 28 dicembre al 1° gennaio il cielo fu troppo coperto per consentire osservazioni attendibili; un appunto di Galileo del 29 dicembre fu cancellato, con la scritta “dubia ob nubes” (dubbia a causa delle nubi). Ma il 2 gennaio ritornò il sereno e a mezzanotte Galileo registrò una stella ad ovest e a nord di Giove a “48 semid. ♃” (pari a 52.8, ammettendo la correzione del 10%). Kowal e Drake l’anno identificata questa volta non con Nettuno, ma con la stella SAO 119234 di 7.1m (visuale) della Vergine, alla distanza di 52 raggi gioviani. Galileo si sforzò a misurare quella stella molto distante (ai limiti del campo visivo) probabilmente perchè era alla caccia della fixa (Nettuno) segnata il 28 dicembre; stranamente, non la vide (era alla sua portata, vicino a Giove), ma ne vide un’altra. Per la prima ed unica volta (a conoscenza di Drake) Galileo si applicò ad uno studio delle stelle fisse superate da Giove nel suo moto apparente. Forse il cielo velato gli consentì solo una visione parziale, per cui non fu in grado di confermare l’avvistamento dell’astro che sappiamo essere Nettuno.
Galileo riprese le osservazioni il 20 febbraio; il giorno 25 segnò la stella SAO119234 (in accordo con le effemeridi), ma ancora una volta non si accorse di Nettuno, che era alla sua portata, ma molto distante; proseguì a segnare la stella anche i giorni 26 e 27. Il 28 gennaio verso le 11 di notte Galileo segnò la posizione di Nettuno, realizzando un disegno complesso.
Per la prima volta nel suo taccuino, è indicata la “scala esatta” di 24 raggi gioviani [Haec est scala semidiametros 24 exacte sumpta], lunga circa 47 millimetri. Poi, al termine di una linea tratteggiata lunga 29 raggi gioviani (ovvero, con la correzione di Kowal e Drake, 32 raggi) c’è indicata una stella “a” con l’iscrizione: Post stellam fixam a. alia in eadem linea sequebatur ita ut est b quae etiam praecedenti nocte observata fuit; sed videbantur remotiores inter se [oltre alla stella fissa a ne seguiva un’altra sulla stessa linea, come qui c’è b, la quale fu osservata anche la notte precedente; ma sembravano più lontane fra loro]. A destra di questa iscrizione c’è il disegno della distanza reciproca di a e b, che si misura essere circa 3.75 raggi gioviani. Kowal e Drake trovarono che “a” era la stella SAO 119234, mentre “b” aveva una posizione molto simile a quella di Nettuno.
Secondo l’effemeride del JPL, fra il 27 e il 28 gennaio Nettuno si spostò di 2.5 raggi verso la stella SAO 119234, la sua distanza passando da 6.25 a 3.75 R. La cura con cui Galileo si dette a fare un disegno in scala di Nettuno contrasta con l’assenza di registrazioni delle due stelle nelle notti seguenti; forse ci furono problemi di visibilità. Passati quei giorni, Galileo perse la possibilità di ritrovare le stelle, perchè non erano più contenute nello stesso campo visivo, insieme a Giove.
Secondo Kowal e Drake la stella “b” doveva essere certamente Nettuno, perchè non esisteva alcun altro oggetto visibile in quella posizione; però nasceva un problema: i calcoli moderni davano una distanza di circa 2′ fra il pianeta e la stella, mentre Galileo ne segnò una poco superiore a 2′. Secondo Kowal e Drake, la differenza è da giudicarsi una quantità abbastanza grande in termini astronomici, e se l’errore non è tutto dalla parte delle misure, l’effemeride di Nettuno è sbagliata di una quantità notevole, il che potrebbe giustificare una revisione dei dati orbitali del pianeta e suggerisce l’esistenza di una perturbazione sconosciuta.
Queste conclusioni furono contestate, facendo notare che gli errori di Galileo rispetto alle effemeridi si verificavano solo in direzione radiale, come se tutto dipendesse dal fattore di scala, che Kowal e Drake avevano cercato di stimare, ma solo in modo approssimativo. Fra i critici ci fu E. Myles Standish, del Jet Propulsion Laboratory, autorità nel calcolo delle effemeridi; circa dieci anni dopo, elaborando i dati della sonda Voyager 2, Standish si avvalse delle nuove misure delle masse planetarie per migliorare alquanto l’attendibilità delle effemeridi del JPL, e la loro concordanza con le osservazioni storiche. Nel 1993 Standish con la collaborazione di Anna Maria Nobili riesaminò gli appunti di Galileo. In un disegno del 6 gennaio 1613 riscontrarono una macchiolina nera di forma irregolare, non evidenziata da nessuna scritta; la Nobili verificò al microscopio che si trattava di una macchia intenzionale d’inchiostro. Essa non appare nella riproduzione litografica del Vol. III (parte II) delle opere di Galileo, forse perchè prima della stampa l’immagine fu ripulita dalle “impurità”. Tale puntino appare trovarsi ad appena 15″ dalla posizione teorica di Nettuno. Standish E.M., Nobili A.M., “Galileo’s Observations of Neptune”, Baltic Astronomy, 6, {ad} pp. 97-104 (1993).]