Il peso della Terra

Il diciottesimo secolo fu pervaso da un intenso interesse scientifico per il nostro pianeta, si voleva scoprire l’esatta forma della Terra, la sua circonferenza, il suo diametro, la lontananza rispetto agli altri oggetti celesti del Sistema Solare e naturalmente il suo “peso” o più correttamente la sua massa. Insomma le dimensioni della Terra erano diventate una vera ossessione per gli scienziati del tempo.

La previsione di Newton

Il grande scienziato inglese aveva previsto nei suoi Principia che, se si sospende un filo a piombo accanto a una montagna, questo tende a inclinarsi leggermente verso di essa, influenzato non solo dalla massa gravitazionale della Terra, ma anche da quella della montagna. Misurando con precisione la deflessione sulla verticale oltre ad ottenere la costante gravitazionale universale, si poteva risalire alla massa della Terra. Si trattava di un costrutto teorico che Newton non affrontò mai sperimentalmente per certificarne la veridicità. Probabilmente l’estrema sicumera del poliedrico ed eccentrico scienziato inglese portava a ritenere la verifica sperimentale un inutile perdita di tempo. Per trent’anni questa idea rimase nel cassetto degli scienziati.

L’esperimento Schiehallion

A ritirare fuori la teoria anticipata da Newton fu Nevil Maskelyne (1732-1811), astronomo britannico che intuì che il buon esito dell’esperimento stava tutto nella ricerca di una montagna dalla forma regolare che favorisse così accurate misurazioni. Convinse la Royal Society a finanziare l’ingaggio di un “esperto” di montagne, l’astronomo e agrimensore, nonché suo caro amico Charles Mason (1728-1786).

Mason dopo attente ricerche individuò la montagna adatta. Si trattava di una montagna scozzese di forma sufficientemente regolare chiamata Schiehallion, nel Perthshire. L’esperimento scientifico consisteva nel misurare la piccola deviazione di un pendolo causata dall’attrazione gravitazionale di una montagna vicina. Dopo una ricerca tra diverse montagne candidate, lo Schiehallion venne considerato il luogo ideale, grazie al suo isolamento e alla forma quasi simmetrica.

Individuata la montagna Mason però si rifiutò di effettuare le misurazioni, compito che ricadde su Maskelyne. Nell’estate del 1774, quindi, per quattro mesi, Maskelyne visse sotto una tenda in una remota valle scozzese, passando le giornate a dirigere una squadra di topografi che effettuò centinaia di misurazioni da ogni possibile angolazione.

L’intuizione del matematico Hutton

I calcoli da effettuare erano tantissimi, noiosi e complicati per questo fu ingaggiato un matematico Charles Hutton. Per dare un ordine a questa ingarbugliata massa di numeri Hutton ebbe un’intuizione e inventò le curve di livello o isoipse. La curva di livello è quella curva che unisce punti con uguale quota, la quota 0 è definita al livello del mare, pertanto le curve di livello se sono sopra il livello del mare si chiameranno isoipse.

Hutton calcolò che la massa della Terra fosse pari a 5000 milioni di milioni di tonnellate; da qui riuscì poi a dedurre ragionevolmente la massa di tutti i principali corpi presenti nel sistema solare, Sole compreso. Il punto debole dell’esperimento di Schiehallion risiedeva nel fatto che era impossibile avere dati molto accurati senza conoscere la reale densità della montagna. Il valore che Hutton vi aveva arbitrariamente attribuito era di 2,5 volte quella dell’acqua.

Un geniale parroco di campagna

Del problema si interessò di un parroco di campagna di nome John Michell, che risiedeva nel solitario villaggio di Thornhill, nello Yorkshire. Come non raro all’epoca questo modesto parroco di campagna era anche una formidabile mente scientifica, al punto di godere di una vastissima considerazione tra i suoi contemporanei. Tra le tante altre cose, comprese la natura ondulatoria dei terremoti, condusse molte ricerche originali sul magnetismo e sulla gravità e – cosa straordinaria – ipotizzò la possibile esistenza dei buchi neri duecento anni prima di chiunque altro.

Michell inventò uno strumento per misurare la massa della terra. Si trattava di un insieme di pesi, contrappesi, pendoli, aste e cavi di torsione. Cuore della macchina erano due sfere di piombo da 158 chili l’una, sospese accanto a due sfere più piccole. L’idea era quella di misurare la deflessione gravitazionale delle sfere più piccole indotta su di esse da quelle più grandi: ciò avrebbe consentito la prima misurazione di quella forza elusiva nota come costante gravitazionale, dalla quale poteva poi essere dedotto il “peso” (e anche se sulla terra i due concetti portano a risultati simili, per essere precisi la massa) della Terra. Purtroppo Michell morì prima di poter utilizzare questo ingegnoso macchinario da lui progettato e realizzato. Lo strumento nelle sue disposizioni testamentarie veniva donato ad un altro grande e eccentrico scienziato inglese Henry Cavendish (1731-1810).

Entra in scena Cavendish

Cavendish fu uno degli scienziati più talentuosi del suo tempo ma anche uno dei più stravaganti. Secondo i suoi contemporanei era una persona talmente timida da impedirgli quasi ogni forma di socializzazione, alcuni studiosi ipotizzano che soffrisse di qualche disturbo riconducibile alla sfera autistica. Gli aneddoti sui suoi comportamenti eccentrici si sprecano. Una volta un ammiratore austriaco appena arrivato da Vienna si presentò nella sua grande casa di Clapham (Cavendish era di famiglia aristocratica e ricchissimo) e quando il padrone di casa aprì la porta, iniziò a balbettarne le lodi. Cavendish rimase inebetito per alcuni secondi poi incapace di resistere oltre fuggì oltre il cancello, lungo il viale, lasciando il portone spalancato e il suo ammiratore stravolto.

Nelle rare volte che era costretto a frequentare la società dell’epoca si consigliava a chi volesse scambiare qualche parola con lui di aggirarsi nelle sue vicinanze come per caso e di «fare come se parlassero al vuoto». Se Cavendish trovava meritevole di interesse quello che veniva detto al “vuoto” rispondeva con qualche frase smozzicata borbottando, altrimenti fuggiva rapidamente eclissandosi.

Grazie alla sua ricchezza e al carattere schivo e solitario, trasformò la grande casa di Clapham in un laboratorio dove condusse ricerche sull’elettricità, il calore, la gravità, i gas, qualsiasi cosa avesse a che fare con la composizione della materia. Per sapere qualcosa di più sulla personalità di Cavendish puoi cliccare qui.

Torniamo all’uso che tra il 1797 e il 1798 fece dello strumento lasciatogli in eredità da Michell. Cavendish condusse diciassette delicate misurazioni interconnesse tra loro, il cui completamento richiese quasi un anno di tempo. Quando concluse i calcoli Cavendish annunciò che la terra pesava sei miliardi di trilioni di tonnellate. Oggi con strumenti molto più sofisticati a disposizione gli scienziati affermano che la terra “pesa” 5,9725 miliardi di trilioni di tonnellate, una differenza di appena l’uno per cento rispetto al risultato di Cavendish.

Fonti:

Alcune voci di Wikipedia

Storia di quasi tutto di B. Bryson