Giovanni Keplero nel 1610
Johannes Kepler, l'astronomo che scoprì le leggi del moto planetario, nacque nel 1571 nella città di Weil der Stadt, in Germania, esattamente ventotto anni dopo la pubblicazione del De revolutìonibus orbium coele-stium, la grande opera in cui Copernico presentava la teoria secondo la quale i pianeti ruotano intorno al sole e non intorno alla terra. Studiò all'università di Tubinga, ottenendovi un primo diploma nel 1588, e infine la laurea tre anni dopo. La maggior parte degli scienziati dell'epoca si rifiutava di accettare la teoria eliocentrica di Copernico; ma Keplero la sentì esporre in modo intelligente mentre era all'università, e ne divenne un convinto sostenitore.
Dopo aver lasciato Tubinga, per molti anni insegnò nel ginnasio di Graz, scrivendo, nel frattempo, il suo primo libro sull'astronomia (1596). Anche se la teoria da lui avanzata allora si rivelò poi del tutto inesatta, questa sua opera metteva in luce così chiaramente le capacità matematiche e l'originalità di pensiero dell'autore che il grande astronomo danese Thyco Brahe lo invitò a fargli da assistente presso il suo osservatorio, che sorgeva nelle vicinanze di Praga.
Keplero accettò l'offerta, e raggiunse Brahe nel gennaio del 1600. Ma l'anno seguente Brahe moriva; nel frattempo Keplero aveva suscitato un'impressione tanto favorevole nell'imperatore Rodolfo n da essere nominato suo successore nella carica di matematico imperiale, che doveva coprire per il resto della vita.
Subentrando a Brahe, Keplero ereditò i voluminosi appunti in cui l'astronomo aveva raccolto le attente osservazioni dei pianeti cui si era dedicato per anni e anni. Brahe, l'ultimo grande astronomo vissuto prima dell'invenzione del telescopio, era stato l'osservatore più accurato e attento sino ad allora esistito, e i suoi appunti erano preziosissimi. Keplero ritenne che, se fossero stati sottoposti a una precisa analisi matematica, sarebbe stato possibile determinare una volta per tutte quale delle teorie circa il moto planetario fosse quella corretta: se la teoria eliocentrica di Copernico o la teoria geocentrica di Tolomeo; o se ancora la terza teoria, proposta dallo stesso Brahe. Dopo anni di difficilissimi calcoli numerici, Keplero si accorse con sgomento che le osservazioni del suo vecchio maestro non collimavano con nessuna di queste teorie.
Sistema solare secondo Keplero nel Mysterium Cosmographicum (1596).
In seguito Keplero abbandonerà questo modello
« L'orbita descritta da un pianeta è un'ellisse,
di cui il Sole occupa uno dei due fuochi. »
Successivamente, si rese conto di quale fosse il problema: Brahe, Copernico, tutti gli astronomi classici e lui stesso, avevano presunto che le orbite planetarie consistessero di cerchi, o di combinazioni di cerchi. Le orbite planetarie, invece, non erano circolari, ma ellittiche
Anche dopo aver fatto questa scoperta fondamentale, dovette trascorrere ancora molti mesi eseguendo calcoli noiosi e laboriosissimi per essere certo che la sua teoria corrispondesse alle osservazioni di Brahe. Infine, nella grande opera intitolata Astronomia nova (Astronomia nuova), pubblicata nel 1609, enunciò le prime due leggi del moto dei pianeti. La prima stabilisce che ogni pianeta si muove intorno al sole percorrendo un'orbita ellittica, della quale il sole occupa uno dei fuochi. La seconda stabilisce che un pianeta si muove tanto più velocemente quanto più è vicino al sole; la velocità di un pianeta varia in maniera tale che il raggio che unisce il pianeta a questa stella copre aree uguali in uguali intervalli di tempo. Dieci anni dopo pubblicò la terza legge: più un pianeta è lontano dal sole, più tempo impiega a completare la sua rivoluzione, e il quadrato della durata della rivoluzione è proporzionale al cubo della distanza dal sole.
Le leggi di Keplero, che forniscono una descrizione completa ed esatta del moto dei pianeti intomo al sole, risolvono uno dei problemi basilari dell'astronomia, la cui soluzione era sfuggita persino a geni del calibro di Copernico e Galileo. Naturalmente Keplero non aveva spiegato perché i pianeti si muovono seguendo queste orbite; a questo ci penserà anni più tardi Isaac Newton.
Mappa mondiale in: "Tabulae Rudolphinae: quibus astronomicae...." di Giovanni Keplero.
« Il segmento (raggio vettore) che unisce il centro del Sole
con il centro del pianeta descrive aree uguali in tempi uguali. »Ma le sue leggi hanno rappresentato un prologo di importanza fondamentale per la grande sintesi di Newton. («Se sono stato in grado di vedere più lontano di altri uomini» disse Newton una volta, «è perché sono salito sulle spalle di giganti». Senza dubbio Keplero è stato uno di questi giganti).
Il contributo da lui dato all'astronomia è quasi paragonabile a quello di Zopemico. Anzi, sotto alcuni punti di vista colpisce ancora di più, in quanto il suo apporto fu più originale, e le difficoltà matematiche che dovette superare furono immense, visto che le tecniche matematiche dei suoi tempi non erano avanzate come lo sono oggi, e non esistevano calcolatrici con cui potersi aiutare.
Considerata l'importanza dei traguardi da lui raggiunti, sorprende che siano stati dapprima quasi ignorati, persino da scienziati famosi come Galileo. (La disattenzione di quest'ultimo tanto più ci meraviglia in quanto i due astronomi intrattenevano una corrispondenza, e in considerazione del fatto che le leggi di Keplero avrebbe aiutato Galileo a confutare la teoria tolemaica). Ma se i contemporanei furono lenti nell'apprezzare la portata della sua opera, dal canto suo l'astronomo tedesco ne era ben consapevole; in un impeto di esultanza scrisse:"Mi abbandono a un'estasi sovrumana [...] il mio libro è scritto per essere letto ora o nella posterità - non m'importa quando. Potrà aspettare anche mille anni il suo lettore, dal momento che Dio stesso ha aspettato seimila anni l'osservatore dell'opera sua."
Gradualmente però, nel corso di pochi decenni, l'importanza delle leggi di Keplero divenne evidente per la comunità scientifica. Più avanti nel secolo, uno dei principali argomenti in favore delle teorie di Newton fu che da esse potevano essere dedotte le leggi di Keplero. Per converso, date le leggi del moto di Newton, è possibile dedurre in modo rigoroso le leggi gravitazionali di Newton dalle leggi di Keplero. Per fare questo, sarebbero necessarie tecniche matematiche più avanzate di quelle disponibili ai tempi di Keplero; ma anche senza disporre di queste tecniche, quest'ultimo si rivelò tanto perspicace da ipotizzare che i moti planetari fossero controllati da forze emanate dal sole.
Oltre alle leggi sul moto dei pianeti, Keplero diede numerosi contributi minori all'astronomia, e altri più significativi all'ottica. Gli ultimi anni della sua vita furono purtroppo offuscati da problemi personali. La Germania stava per precipitare nel caos della guerra dei Trenta anni, ed erano molto poche le persone che non incontrassero gravi difficoltà.
Uno dei principali problemi dell'astronomo era quello di farsi corrispondere lo stipendio che gli era dovuto. Gli imperatori non erano solleciti nei pagamenti neppure nei periodi migliori, ma in tempo di guerra l'importo dei suoi arretrati aumentò in modo preoccupante. Dal momento che si era sposato due volte e aveva dodici figli, le sue difficoltà economiche erano veramente gravi. Un altro problema era rappresentato dalla madre, che nel 1620 era stata arrestata con l'accusa di essere una strega; Keplero riuscì a impedire che venisse torturata, ottenne la revisione del processo e infine la fece liberare, ma per tutto questo gli ci volle più di un anno di tempo.
Morì nel 1630 a Regensburg, in Bavaria. Nel tumulto della guerra dei Trenta anni, la sua tomba venne distrutta; ma le sue leggi sul moto dei pianeti si sono dimostrate un monumento più duraturo di qualunque mausoleo di pietra.
