Precessione

Semplificando al massimo: si parla di precessione ogniqualvolta qualcosa che dovrebbe conservare una direzione fissa non lo fa. E come vedremo, i fenomeni di precessione possono avere varie cause.

Partiamo da qualcosa che possiamo sperimentare facilmente: una trottola che gira. Quando il suo asse di rotazione inizia ad inclinarsi rispetto alla verticale, invece di una semplice caduta si produce un moto di precessione che fa descrivere allo stesso asse un moto conico.

L’intera Terra si comporta in questo modo, per due motivi legati alla rotazione giornaliera sul suo asse. A causa della forza centrifuga infatti la Terra si gonfia all’equatore e si schiaccia ai poli. Il Sole, che trattiene la Terra nella sua orbita, agisce su di essa con una forza di attrazione che è maggiore sul lobo orientato verso di esso rispetto a quella che agisce sul lobo opposto (forze analoghe vengono esercitate anche dalla Luna), con il risultato di avere una coppia torcente che tenderebbe a far raddrizzare l’asse di rotazione terrestre; ma la Terra, si torna lì, gira sul suo asse: ecco che quindi essa si comporta proprio come la trottola, con l’asse di rotazione che non si raddrizza ma compie un moto di precessione, che impiega circa ventiseimila anni per compiere un giro completo.

Il cambio di direzione dell’asse terrestre comporta almeno due conseguenze: la prima è che il polo nord celeste si sposta continuamente rispetto alle stelle fisse, e fra un migliaio d’anni non dovremo più fare affidamento sulla Stella Polare, ma su Alrai, nella costellazione del Cefeo. La seconda conseguenza ha invece a che fare con la misura delle coordinate celesti. Assieme all’asse terrestre si muovono anche il piano dell’equatore e la sua intersezione con il piano dell’eclittica, dando luogo ad una linea di intersezione, detta linea degli equinozi, che ruota rispetto alle stelle fisse alla velocità di oltre un grado per secolo; ma su questa linea si trova il punto vernale, fondamentale per la misura le coordinate celesti. E poiché ogni anno l’equinozio precede quello dell’anno precedente, ovvero si presenta con un leggero anticipo, è proprio da questo precedere che il fenomeno prende il nome di Precessione degli Equinozi. Questo fenomeno fu notato già nel II secolo a.C. da Ipparco di Nicea, allorché si avvide che le proprie misure astronomiche differivano sistematicamente di circa due gradi rispetto a quelle fatte da altri astronomi un secolo e mezzo prima di lui – il che vuol dire che l’astronomia era una scienza... molto esatta già a quei tempi!

Un secondo fenomeno per cui si parla di precessione in astronomia riguarda le orbite dei pianeti. Secondo le leggi dei moti planetari di Keplero, ogni pianeta dovrebbe percorrere sempre la stessa orbita ellittica. Ciò sarebbe vero solo se ci fosse un unico pianeta a girare intorno al Sole, ma il sistema solare è assai più complesso: non solo comprende molti pianeti in cui ciascuno esercita forze di attrazione gravitazionale sugli altri, ma addirittura abbiamo Giove con una massa tale da riuscire a spostare in modo sensibile il Sole dalla sua posizione di quiete apparente. Dunque la complessità del sistema solare fa sì che le orbite dei pianeti non siano stabili, ma cambino continuamente sia nella forma che nella direzione a cui punta il loro asse; e quest’ultimo fenomeno prende il nome specifico di Precessione del Perielio, perché ciò che viene effettivamente misurato è la direzione nella quale il pianeta si trova quando è più vicino al Sole.

I calcoli richiesti per descrivere ogni singolo dettaglio nei moti planetari del Sistema Solare è estremamente complesso, e ha messo alla prova i massimi matematici del XVIII e XIX secolo in uno sforzo collettivo che tuttavia non riusciva a far quadrare i conti del tutto, tant’è che ad un certo punto si sospettò che ci fosse qualcosa di sbagliato nelle leggi fisiche, come quella di gravitazione universale.

Il problema principale riguardava Mercurio, la cui velocità di precessione non tornava con i calcoli. Facendo le misure, si era scoperto che la direzione del suo perielio cambia alla velocità di circa 5600 secondi d’arco (circa un grado e mezzo) per secolo, mentre i calcoli restituivano un valore di soli 5557 secondi, con una differenza di 43: si tratta di circa un centesimo di grado per secolo, un’inezia! Ma era quanto bastava per turbare il sonno dei fisici e dei matematici.

Lo studio del problema andò avanti fino al XX secolo, quando un certo scienziato iniziò ad abbozzare una strana, innovativa teoria cosmologica, secondo la quale i conti finalmente sembravano tornare. La teoria appariva talmente stravagante che all’inizio furono in pochissimi a capirla e, soprattutto, a prenderla per buona; tuttavia nei decenni successivi trovò sempre più conferme sperimentali, e al giorno d’oggi è universalmente accettata: stiamo parlando niente meno che della Teoria della Relatività Generale di Albert Einstein – la quale in effetti trovò la prima conferma proprio al momento in cui risolse l’annoso problema della precessione del perielio di Mercurio. Da una discrepanza così piccola una conferma così importante! Non è straordinario tutto questo?