Perché i pianeti non cadono sul Sole?

È una domanda che può sorgere spontanea: perché i pianeti non cadono sul Sole? Le domande dei curiosi iniziano sempre con “perché”. Del resto, le persone curiose mostrano un’ottima intelligenza. Sicuramente il geniale Isaac Newton si domandò perché la mela fosse caduta dall’ albero, ammesso che questo fatto sia avvenuto davvero. Fu così che, rispondendo a questa (ipotetica) domanda, nel XVII elaborò la sua legge della gravitazione universale. I pianeti che gravitano intorno alla stella obbediscono alle leggi della fisica, pertanto è necessario conoscere cosa afferma la teoria del genio inglese per comprendere perché essi non cadano sul Sole.

La gravità di Newton

Newton intuì che fosse la Terra ad attrarre la mela, ma capì anche che la mela attraesse la Terra in egual misura. Non osserviamo la terra “cadere” sulla mela a causa dell’elevatissima differenza di massa tra i due corpi. L’entità dell’attrazione è la stessa, ma l’effetto che genera sul corpo è tanto più piccolo quanto la massa è grande. Conseguentemente il nostro pianeta si sposta di una quantità praticamente nulla.

Entrambi i corpi si attraggono in una mutua interazione gravitazionale semplicemente perché dotati di massa. Due masse si attraggono tanto più intensamente quanto più sono grandi e vicine. Attenzione a non confondere la massa con il peso di un oggetto! La massa è una quantità intrinseca che non muta ovunque l’oggetto si trovi, mentre il peso non è altro che la manifestazione della gravità che agisce sull’oggetto, proprio per il semplice fatto che è dotato di massa. Quindi il peso dipende dall’attrazione gravitazionale e cambia da luogo a luogo. Pertanto, una persona sulla Luna peserebbe un sesto rispetto alla stessa persona sulla Terra, ma la massa è sempre la stessa.

La mela e il pianeta

La differenza tra la mela che cade verso la Terra e tra i pianeti che sono attratti dal Sole sta nel fatto che questi non vi cadono sopra. Fortunatamente. Ciò è dovuto a una forza che entra in gioco quando un oggetto si muove attorno ad un punto che tutti hanno sperimentato almeno una volta: la forza centrifuga. La si può “sentire” quando si percorre una curva in macchina o su una giostra al luna park. Essa tende a spingerci verso l’esterno.

Legando una palla a un filo e facendolo roteare, si può facilmente capire perché un pianeta non cada verso la stella. La pallina ruota perché è “vincolata” dal filo che esercita una forza (la gravità, nel caso del pianeta) rivolta verso il centro del cerchio che questa descrive durante il suo moto. Ma, proprio come su una giostra, la palla “sente” anche la forza centrifuga che invece tende a portarla verso l’esterno. Ed è proprio questa forza che permette ai pianeti di descrivere le loro orbite ellittiche senza andare incontro a un triste destino. Bilanciando la forza di gravità, che li farebbe precipitare, non permette ai pianeti di cadere sul Sole .

La forza centrifuga si manifesta perché il pianeta si muove con una certa velocità lungo una traiettoria curva. Tale velocità deriva da quando il sistema solare altro non era che una nube di gas e polvere in rotazione. I pianeti l’hanno semplicemente conservata.

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Una spiegazione più raffinata

La teoria di Newton era il meglio che un uomo del XVII secolo potesse fare, ma era solo un approssimazione della realtà. Una teoria della relatività accurata è stata presentata solo agli inizi del XX secolo da Albert Einstein, ovvero la teoria della Relatività generale. Ad oggi ha ricevuto numerosissime conferme sperimentali e le sue predizioni sono accuratissime.

Molto semplicisticamente, secondo questa teoria, la forza di gravità non è altro che la manifestazione della curvatura dello spazio-tempo in prossimità di una grande massa (come il Sole). Si parla di spazio-tempo perché spazio tridimensionale e tempo sono legati indissolubilmente, sono dimensioni che non devono essere distinte. Non si può influenzare l’uno senza influire sull’altro. È possibile immaginare il tessuto spazio temporale come un tappetino elastico. “Appoggiando” una palla da bowling, essa incurverà il tappetino nelle sue vicinanze tanto più è massiccia. Allo stesso modo il Sole e le altre stelle piegano lo spazio-tempo.

Ed ecco il fatto eccezionale. I pianeti effettivamente cadono dritti verso il Sole, ma poiché lo spazio è curvo ciò che sarebbe una traiettoria in linea retta non è altro che l’orbita circolare che osserviamo!

In altre parole, i pianeti stanno continuamente cadendo verso il Sole. Essi cercano di seguire una traiettoria rettilinea proprio come la mela di Newton, ma le traiettorie rettilinee nello spazio-tempo curvato dalla massa del Sole non sono altro che le traiettorie curvilinee: le famose orbite ellittiche dei pianeti. L’unica differenza con la mela è che essa partiva da ferma, mentre i pianeti si sono formati da una nube in rotazione che aveva già una certa velocità iniziale.