Grazie a Galileo Galilei, tra l’estate e l’autunno del 1609 l’universo assume d’un tratto una fisionomia interamente nuova. Il cannocchiale consente infatti allo scienziato pisano di confermare le rivoluzionarie teorie di Nicolò Copernico: la Terra non è immobile al centro dell’universo, ma ruota su se stessa e orbita intorno al Sole. È l’annuncio di un’astronomia e di una visione del mondo destinate a provocare sconvolgimenti straordinari.

A 400 anni di distanza da quei giorni epocali, l’Istituto e Museo di Storia della Scienza dedica al telescopio di Galileo e alle sue osservazioni celesti una mostra spettacolare (http://brunelleschi.imss.fi.it/telescopiogalileo/indice.html), che inaugura la grande stagione delle celebrazioni galileiane del 2009. L’esposizione è promossa da Istituto e Museo di Storia della Scienza, Ministero dell’Università e della Ricerca, Regione Toscana, Ente Cassa di Risparmio di Firenze, con il patrocinio di Provincia di Firenze e Comitato Nazionale per le celebrazioni del IV centenario delle scoperte celesti di Galileo, e con la collaborazione di Officine Panerai, prestigioso marchio fiorentino di alta orologeria, e Opera Laboratori Fiorentini.

La mostra è curata da Giorgio Strano, storico dell’astronomia, con l’assistenza di un comitato scientifico formato da Filippo Camerota, Paolo Del Santo, Sven Dupré, Paolo Galluzzi, Pier Andrea Mandò, Giuseppe Molesini, Francesco Palla, Albert Van Helden e Marco Verità: storici della scienza e della tecnologia, fisici, matematici, astronomi. Un contributo determinante all’elaborazione del progetto scientifico è stato offerto dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), dall’Istituto Nazionale di Ottica Applicata (INOA), dall’Osservatorio Astrofisico di Arcetri e dalla Stazione Sperimentale del Vetro di Murano.

Divisa in 5 sezioni, la mostra presenta preziosi strumenti originali posseduti dal Museo di Storia della Scienza (fra cui la lente obbiettiva e i due unici cannocchiali di Galileo pervenutici), oltre a importanti documenti e manoscritti. Un contributo decisivo alla comprensione dei principi scientifici ottici e astronomici viene offerto da exhibits interattivi e applicazioni multimediali, che consentono ai visitatori di rivivere da protagonisti le straordinarie esperienze compiute da Galileo.

Ne risulta un appassionante viaggio nel tempo e nell’universo, lungo un percorso che ci permette di percepire la forte integrazione di scienza, cultura e religione tra Cinquecento e Seicento. La mostra illustra inoltre l’evoluzione delle tecniche per produrre lenti e specchi (anche per prestazioni ustorie), occhiali da vista e camere oscure.

Galileo derivò l’idea del telescopio da modesti tubi dotati di lenti – poco più che giocattoli – prodotti in Olanda e in vendita nelle strade di Venezia nel 1609. La mostra illustra le innovazioni apportate dallo scienziato toscano allo strumento e le sue eccezionali scoperte: la Via Lattea, che gli si svelò come un conglomerato di innumerevoli stelle, la natura irregolare della superficie lunare, i quattro satelliti orbitanti intorno a Giove, le macchie solari, le fasi di Venere. Scoperte conseguite grazie al nuovo metodo di osservazione e, soprattutto, a lenti dalle prestazioni elevate, delle quali la mostra rivela i segreti.

Galileo riuscì progressivamente a perfezionare il cannocchiale, rendendone le immagini più nitide e aumentandone il potere di ingrandimento. Nei decenni successivi un processo di continuo miglioramento consentì di potenziare ulteriormente l’efficacia dello strumento, grazie agli studi di ottica teorica di Keplero e all’abilità sviluppata nella lavorazione delle lenti da numerosi artefici. Gli sviluppi dello strumento dopo Galileo sono illustrati nella quinta e ultima sezione della mostra, che ricostruisce il processo attraverso il quale dal telescopio “a rifrazione” si passò a quello “a riflessione”, frutto di una geniale intuizione di Isaac Newton.


Piano della Mostra /


Sezione 1 - La preistoria dell’invenzione del telescopio


1.0 – Introduzione – La prima sezione delinea il livello raggiunto dall’ottica prima della comparsa degli “occhialetti” olandesi e dell’attività di Galileo come costruttore di telescopi. In generale, la sezione descrive l’approccio scientifico del XVI secolo all’ottica e alla catottrica (processo della visione, geometria dei raggi visivi e luminosi, comprensione delle leggi di rifrazione e riflessione, ecc.), l’attività materiale e i problemi della lavorazione delle lenti e della fabbricazione degli specchi, e l’utilizzo di tali oggetti nella produzione di occhiali, specchi ustori, ecc.


1.1 – L’eredità delle conoscenze ottiche – Questa sotto-sezione fornisce una visione d’insieme delle conoscenze ottiche sulla luce e sulla visione fino al XVI secolo. In rilievo testi e oggetti che enfatizzano il rapporto tra l’ottica geometrica dell’antichità e del mondo islamico e la sua rielaborazione nel XV e XVI secolo.


1.2 – Le conoscenze tecniche su specchi e lenti nel XVI secolo – La sottosezione offre un’idea complessiva di come le conoscenze ottiche al tempo delle prime osservazioni al telescopio di Galileo fossero usate per spiegare la formazione delle immagini negli specchi e nelle lenti. Sono esposti oggetti connessi a Galileo: libri della sua biblioteca, copie di opere di ottica contemporanee da lui consultate e manoscritti noti per aver circolato nella comunità scientifica fiorentina.


1.3 – Tra camera oscura e telescopio – Sono qui presentati strumenti che utilizzano lenti o specchi per produrre immagini. Gli strumenti di proiezione, come la camera oscura, erano impiegati soprattutto dagli artisti per rendere più facile il loro lavoro. Venivano utilizzati anche per intrattenere e divertire gli ospiti di nobili e signori.


1.4 – L’arte della fabbricazione delle lenti – Questa sotto-sezione delinea processi e conoscenze tecniche legati alla lavorazione del vetro e alla fabbricazione di specchi e lenti al tempo dell’invenzione del telescopio. Ne emerge una panoramica sulla distribuzione dei fabbricanti di occhialetti a Firenze, sulla fabbricazione di specchi di vetro convessi e sulle difficoltà connesse alla creazione di specchi concavi di vetro e di metallo, con particolare riferimento al problema di determinarne la forma e al ruolo delle abilità artigianali rispetto alle attrezzature tecniche. Inoltre, la sotto-sezione mette in evidenza come Galileo abbia trasferito materiali e conoscenze dalla fabbricazione degli specchi a quella delle lenti da telescopio.



Sezione 2 - Il telescopio di Galileo


2.0 – Introduzione – La seconda sezione descrive l’attività di Galileo come costruttore di telescopi e astronomo. La prima parte è dedicata alla comparsa dei primi occhialetti olandesi e alla loro ricezione nel mondo scientifico dell’epoca. Il telescopio di Galileo viene esaminato con l’aiuto di sezioni di repliche dello strumento, che ne rivelano la struttura interna e le caratteristiche ottiche. La sezione introduce infine alla serie di scoperte celesti compiute da Galileo tra il 1609 e il 1611, da lui descritte in manoscritti autografi e libri a stampa.




2.1 – Notizie sui primi occhialetti – Probabilmente il telescopio non ebbe un unico ‘inventore’. All’inizio del XVII secolo diversi occhialai olandesi richiesero una patente esclusiva per la costruzione di uno speciale congegno, costituito da un tubo e due lenti, che ingrandiva due o tre volte gli oggetti lontani. Gli Stati Generali d’Olanda rifiutarono di concedere il brevetto, perché il congegno era troppo facile da copiare. Sono esposti documenti che contengono le prime rivendicazioni dell’invenzione del telescopio.


2.2 - Galileo costruttore di strumenti – Le scoperte astronomiche di Galileo nascono da una straordinaria sintesi tra curiosità scientifica, indagine filosofica e abilità artigianale. Quando era a Padova, Galileo disegnò e realizzò diversi strumenti, compreso il suo celebre compasso geometrico e militare. La sua competenza tecnica lo aiutò a capire l’importanza dell’occhialetto olandese e gli permise di migliorarne la struttura per realizzare il telescopio. Su questa scia, Galileo fece anche alcuni fruttuosi tentativi di trasformare il telescopio in strumento di precisione.


2.3 – Le osservazioni di Galileo – La sotto-sezione fornisce una visione d’insieme delle principali scoperte di Galileo grazie ai suoi telescopi perfezionati: la natura terrestre della Luna, i satelliti di Giove, le macchie solari, le fasi di Venere e l’aspetto ‘tricorporeo’ di Saturno. Con l’osservazione, Galileo scoprì come usare le aperture (piccola per Venere, più ampia per la Luna), riuscì a misurare piccole distanze angolari per mezzo di un micrometro e, seguendo i suggerimenti di Benedetto Castelli, sviluppò la tecnica di proiezione che rese possibile la ricerca sulle macchie solari.



Sezione 3 - La qualità delle lenti galileiane


3.0 – Introduzione – La terza sezione si fonda sulle analisi scientifiche eseguite sulle lenti di Galileo, Torricelli, Mariani, Campani e Divini dall’Istituto Nazionale di Ottica Applicata (INOA) e dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) di Firenze. In particolare, questa sezione mette a fuoco i principi scientifici alla base dei metodi di analisi utilizzati e i risultati ottenuti applicando tali metodi. Viene dato risalto all’applicazione pratica di tali risultati nella produzione delle lenti destinate alle repliche del telescopio di Galileo, utilizzate per riprodurre specifiche osservazioni astronomiche.


3.1 - Analisi ottica delle lenti – Questa parte della mostra prende in esame i principi fisici, la metodologia e i risultati dei test scientifici condotti sulle lenti dei primi telescopi dall’INOA. In particolare, la sezione si concentra sull’analisi microscopica delle lenti, sulle prove interferometriche condotte per accertarne le caratteristiche ottiche e la qualità e sul test di trasmittanza spettrale per individuare la composizione del vetro.


3.2 - Analisi delle lenti con la fluorescenza a raggi X – Questa sotto-sezione completa la precedente esponendo i test eseguiti dall’INFN. In particolare, l’analisi delle lenti con la fluorescenza a raggi X serve a rivelare l’eventuale presenza di piombo nel vetro. Viene inoltre illustrato il lavoro interdisciplinare che ha permesso di ricostruire fedeli repliche delle lenti di Galileo con l’aiuto di esperti del Laboratorio Sperimentale del Vetro di Murano.



Sezione 4 - Osservare con il telescopio di Galileo


4.0 – Introduzione – Il nucleo della sezione è l’uso interattivo di repliche del telescopio, del micrometro e dell’elioscopio. Lo scopo è, in particolare, mostrare le difficoltà materiali incontrate da Galileo nelle osservazioni astronomiche. Il visitatore può così sperimentare direttamente alcuni strani risultati delle prime osservazioni, come nel caso di Saturno. La sezione prende in considerazione anche le aspettative di Galileo e la peculiare fisiologia dei suoi occhi nella percezione dei corpi celesti.



4.1 – Riproduzione delle osservazioni di Galileo – Questa sotto-sezione introduce i risultati delle osservazioni condotte dall’Osservatorio Astrofisico di Arcetri e dall’IMSS usando una replica fedele del telescopio di Galileo. La registrazione di ogni osservazione – ottenuta utilizzando un occhio elettronico posto dietro l’oculare o proiettando le immagini su uno schermo elettronico – viene confrontata con i disegni e le incisioni di Galileo.


4.2 – Analisi delle prime osservazioni – Qui si riesaminano, da diversa prospettiva, le osservazioni degli inizi del Seicento. L’abbassamento della risoluzione delle immagini ad alta definizione di alcuni corpi celesti (Luna, Saturno, Giove e Marte) rivela i limiti della resa dei primi telescopi e l’intrinseca abilità del singolo osservatore. Il processo spiega l’emergere di una serie di osservazioni che oggi possono apparire bizzarre.


4.3 - Osservazioni con le repliche interattive del telescopio di Galileo –La sotto-sezione è tutta interattiva è consente di replicare le più importanti osservazioni astronomiche di Galileo. Lo scopo è di rendere i visitatori consapevoli delle difficoltà connesse all’uso di telescopi con lente oculare convessa, facendo loro apprezzare l’impatto pratico della soluzione tecnica adottata da Galileo.



Sezione 5 - Da Galileo a Newton


5.0 – Introduzione – L’ultima sezione della mostra ripercorre l’evoluzione del telescopio nel XVII secolo. Appena un anno dopo il Sidereus nuncius, Johann Kepler pubblicò la Dioptrice, nella quale descrive lo schema ottico di un nuovo tipo di telescopio. Invenzione puramente teorica, il telescopio kepleriano costituì la base per una serie di realizzazioni di Eustachio Divini, Giuseppe Campani e Christiaan Huygens. Esso presentava però alcuni problemi ottici che furono provvisoriamente risolti costruendo telescopi molto lunghi e, successivamente, “a riflessione”.


5.1 – La concezione di nuovi telescopi – Nel corso della sua attività come costruttore di strumenti, Galileo sviluppò il suo telescopio fino al massimo delle possibilità ottiche. Grazie a un approccio completamente differente – l’accurato studio dell’ottica geometrica – Kepler fu in grado di progettare un nuovo telescopio con un diverso sistema di lenti. Questo telescopio presentava un vasto campo visivo, ma capovolgeva l’immagine (un difetto astronomicamente irrilevante) e aumentava gli effetti dell’aberrazione cromatica.


5.2 – La costruzione di telescopi a metà del XVII secolo – Per circa 40 anni dall’invenzione, i costruttori dei telescopi furono principalmente gli stessi filosofi naturali che li usavano nelle proprie osservazioni: Galileo, Evangelista Torricelli, Francesco Fontana. Un notevole miglioramento qualitativo nella costruzione degli strumenti si ebbe solo alla metà del Seicento, quando emerse la figura dell’ottico specializzato, un artigiano dotato di laboratori perfettamente attrezzati nei quali costruire telescopi per soddisfare le richieste sia di scienziati che di istituzioni. Queste nuove figure professionali, fra cui spicca Giuseppe Campani, erano anche in grado di trovare soluzioni tecnologiche innovative non solo nella realizzazione delle lenti, ma anche nella loro combinazione.


5.3 – Prima evoluzione del telescopio – Per ovviare ai difetti del telescopio kepleriano, gli ottici trovarono due soluzioni. Da un lato, Eustachio Divini e Giuseppe Campani crearono i telescopi “terrestri”, introducendo un nuovo sistema di lenti per raddrizzare le immagini. Dall’altro, i costruttori di telescopi realizzarono strumenti molto lunghi e “aerei” per diminuire l’effetto prismatico della lente obbiettiva e, con esso, l’aberrazione cromatica. Fu però Isaac Newton a elaborare la soluzione ‘finale’ per evitare tale aberrazione: egli dimostrò che la tecnologia del tardo XVII secolo permetteva ormai di costruire un telescopio “a riflessione”.