Il termine planetario si riferisce ad uno strumento ottico utilizzato per riprodurre in modo estremamente realistico la volta celeste su uno schermo di proiezione. Per estensione, spesso viene usato anche per indicare l'edificio che ospita tale apparecchiatura. Può inoltre riferirsi ad alcuni software informatici che permettono di riprodurre ed esplorare la volta celeste sul monitor di un computer.
Il planetario, inteso come apparato meccanico, è sostanzialmente un particolare tipo di proiettore che utilizza come schermo una cupola semisferica, il cui diametro può andare da 3 a 25 metri.
Storia Il tentativo di riprodurre l'aspetto del cielo stellato è assai remoto. Fin dal più lontano passato, egizi, babilonesi, arabi ed altre popolazioni dedite all'astronomia hanno osservato il cielo con attenzione e meticolosità, sia per trarne auspici e previsioni riguardo agli eventi della vita quotidiana, sia per motivi più strettamente pratici, come la definizione di calendari sempre più precisi. Parallelamente a ciò è nata anche l'esigenza di rappresentare l'aspetto del cielo notturno, per questioni religiose, artistiche e di registrazione storiografica, soprattutto in concomitanza di eventi celesti di particolare singolarità ed interesse.
I planetari antichi Il primo tentativo di costruzione di un globo celeste tridimensionale viene attribuito dalla tradizione ad Anassimandro, nel VI secolo a.C. Ma il primo di cui vi sia una prova certa fu quello operato da Arato di Soli, il poeta greco del III secolo a.C. autore del poema Fenomeni. Purtroppo il suo globo è andato perduto, ma nell'opera citata, basata sulle concezioni astronomiche di Eudosso (che pure, nel IV secolo a.C. aveva probabilmente costruito un globo celeste), esso è illustrato dettagliatamente; inoltre, di tale globo vennero costruite numerose copie, nel corso di circa un millennio, che quindi consentirono di verificare quale fosse l'antica tecnica di rappresentazione del cielo.
Vi sono notizie che anche Tolomeo, nel II secolo d.C., avesse realizzato un globo molto raffinato, anch'esso andato perduto. Questo, oltre a ruotare attorno all'asse di rotazione terrestre e su un asse orizzontale diretto da est a ovest, poteva ruotare anche attorno ai poli eclittici, mostrando quindi il fenomeno della precessione degli equinozi, scoperto da Ipparco di Nicea già intorno al 130 a.C. Analogamente sono andati perduti tutti gli antichi globi di legno, su cui le stelle erano dipinte o rappresentate in rilievi o incisioni.
Il globo più antico che è giunto fino a noi è probabilmente quello in marmo bianco facente parte di una statua nota come "Atlante Farnese", scoperta nel 73 a.C. e oggi al Museo archeologico nazionale di Napoli; gli archeologi attribuiscono quest'opera alla scuola ellenistica, datandola intorno al III secolo a.C. Essa rappresenta il mitico gigante Atlante che sorregge sulle spalle una sfera di circa 65 cm di diametro sulla quale, invece dei continenti, è rappresentata buona parte delle figure tradizionali delle 48 costellazioni della mitologia classica, ma non le stelle comprese in ciascuna costellazione; su di essa sono invece rappresentate l'eclittica e alcuni paralleli celesti.
Notizie incerte su un globo dello stesso genere si hanno anche riguardo a quello che pare sia stato costruito in Siria nell'VIII secolo d.C. Riguardo al tentativo di riprodurre anche i movimenti degli astri vaganti, una delle testimonianze più remote è quella di Cicerone, che in una sua opera afferma di aver visto uno strumento con tale capacità costruito da Archimede intorno al 250 a.C. Tale planetario primordiale sarebbe stato portato a Roma come bottino di guerra quando il console romano Marcello conquistò Siracusa, conquista che costò la vita allo stesso Archimede. Questa testimonianza è stata confermata da Ovidio, che descrive come, nel planetario archimedeo, il moto dei pianeti fosse prodotto con un ingegnoso meccanismo ad acqua. Tale strumento venne poi probabilmente copiato dai romani (pare che anche Nerone possedesse una "macchina planetaria") e, successivamente, anche dagli arabi.
Globi celesti e planetari tra Seicento e Settecento
Bisogna però attendere il Seicento per vedere un passo avanti significativo nella costruzione di globi celesti. Nel 1664, infatti, Andreas Busch (sulla base dei dati che gli fornì Adam Olearius) portò a compimento per il duca Federico III di Holstein-Gottorp, dopo un lavoro di circa vent'anni, il cosiddetto "Globo Gottorp". Si trattava di una grande sfera cava di rame di quasi quattro metri di diametro e del peso di oltre tre tonnellate, sulla superficie esterna della quale erano riprodotti i continenti e gli oceani terrestri, come su un mappamondo. Era però possibile, a una decina di persone per volta, entrare nella sfera attraverso un'apertura, e osservare le stelle che vi erano disegnate sulla superficie interna. La rappresentazione era un po' rozza: le stelle erano semplicemente disegnate, e dipinte di colore dorato, e gli spettatori dovevano farsi luce con candelabri per vederle. Tuttavia si trattava di uno stellarium vero e proprio, dato la sfera poteva venire ruotata per mezzo di congegni idraulici su un asse inclinato di 54,5 gradi (la latitudine del luogo nel quale lo strumento fu installato) nel corso delle 24 ore, simulando quindi l'effetto della rotazione terrestre. Il Globo Gottorp fu in seguito inviato in dono allo zar Pietro il Grande di Russia, che lo installò a Pietroburgo, benché tale città non si trovasse alla latitudine prevista per lo strumento in fase di costruzione ma circa 5 gradi più a nord.
Qualche anno prima, nel 1653, lo stesso Busch aveva costruito uno strumento meccanizzato, detto "Sfera armillare Gottorp", in grado di mostrare il moto del Sole e dei sei pianeti allora conosciuti, rappresentati da sei angeli d'argento. Le sfere armillari, già utilizzate nell'antichità dagli astronomi alessandrini, furono i primi veri "strumenti" dell'astronomia; erano delle strutture, in genere di legno o di metallo, costituite da diversi cerchi che rappresentavano i vari cerchi celesti fondamentali, tra i quali l'orizzonte, l'equatore, l'eclittica e così via. La parte della sfera di Gottorp che comprendeva l'equatore era fatta in modo da ruotare rispetto allo zodiaco a una velocità corrispondente a una rivoluzione ogni 26.000 anni, che è approssimativamente il periodo del moto di precessione della Terra.
Circa un secolo dopo, nel 1758, Roger Long, professore di astronomia e geometria presso il Pembroke College di Cambridge, elaborò l'idea del globo di Busch, costruendo nella sua città una sfera di 5,5 metri di diametro, nella quale potevano trovare posto circa 30 persone. Nel suo globo, chiamato "Uranium", le posizioni delle stelle, invece che essere disegnate, erano riprodotte per mezzo di piccoli fori, attraverso i quali poteva entrare la luce esterna dando l'illusione della sottile luce delle stelle. In realtà sembra che già quasi un secolo prima di Gottorp, nel 1584, anche il celebre astronomo danese Tycho Brahe, attento osservatore delle posizioni dei pianeti, avesse costruito una sfera simile ai globi citati, anche se di soli 1,8 metri di diametro, in legno ricoperto di bronzo.
Il celebre cartografo olandese G. Blaeuw costruì un globo celeste di modeste dimensioni simile a un mappamondo, nel quale cioè le costellazioni erano viste dall'esterno, nel 1622. Anche Christiaan Huygens progettò un planetario meccanico, che fu realizzato nel 1682 da Johannes van Ceulen, allo scopo di mostrare la fondatezza del sistema eliocentrico copernicano. In esso il moto dei pianeti era prodotto da una serie di ruote dentate, il numero di denti delle quali era proporzionale al periodo orbitale di ciascun pianeta. Le orbite inoltre erano eccentriche, in modo da simulare le reali orbite ellittiche dei pianeti. L'idea di Huygens, come vedremo, verrà ripresa in epoca moderna.
Gli orreries del XVIII secolo
L'inizio del Settecento vide il proliferare della costruzione di planetari meccanici. Il progredire della tecnologia, infatti, stimolava la realizzazione di strumenti sempre più precisi per la rappresentazione dei corpi del sistema solare, e incentivava a cimentarsi nella loro costruzione i migliori orologiai dell'epoca. Non bisogna infatti dimenticarsi che in quel periodo era straordinariamente vivace la corsa per la costruzione di orologi sempre più esatti e affidabili, indispensabili per risolvere il fondamentale problema della determinazione delle longitudini in mare che tanto angustiava le potenze marittime per i loro commerci. Chi ci fosse riuscito per primo avrebbe avuto immensi vantaggi economici, e ciò spinse le migliori menti dell'epoca a lavorare sul problema. Basti pensare che il celeberrimo Osservatorio di Greenwich, presso Londra, fu fondato nel 1675 da re Carlo II con il preciso scopo di risolvere tale problema, e Londra divenne il centro principale per la costruzione di orologi astronomici.
Tra il 1704 e il 1709, George Graham, l'inventore del pendolo compensato e famoso meccanico e costruttore di orologi londinese, e Thomas Tompion, anch'egli costruttore di orologi, realizzarono diversi modelli dinamici del Sole, della Luna e della Terra (il primo di essi fu costruito per il principe Eugenio di Savoia ed è tuttora in esposizione all'Adler Planetarium di Chicago). Tra i collaboratori di Graham vi era un tecnico, John Rowley, che tenne per sé una copia degli strumenti realizzati e che venne poi incaricato da Charles Boyle, quarto conte di Orrery, in Irlanda, di costruire una grande macchina che, benché rappresentasse solo uno o due corpi celesti, fu venduta a re Giorgio I per mille ghinee. Da allora questi strumenti meccanici sono noti come orreries, perché Richard Steele, in un lavoro dal titolo A New and General Biographical Dictionary, pubblicato nel 1761, attribuì la loro invenzione al conte di Orrery, e i compilatori della Enciclopedia Britannica ne seguirono poi il suggerimento. Orrery è oggi sostanzialmente sinonimo di "planetario meccanico".
Gli orreries diventarono ben presto veri e propri gioielli meccanici, a metà tra l'opera d'arte e la curiosità scientifica, e molti costruttori di strumenti iniziarono a realizzarli. Thomas Wright, nel suo negozio "London Orrery and Globe", progettò e costruì il cosiddetto "Grand Orrery", uno strumento che mostrava i movimenti della Terra, della Luna e degli altri cinque pianeti noti, nel periodo, tra il 1730 e il 1740, in cui gli orreries raggiunsero il vertice della loro maturità. Nel 1770, David Rittenhouse costruì il primo orrery americano che è oggi visibile al Franklin Institute di Philadelphia. Orreries manuali apparvero in Inghilterra intorno al 1775, nei quali per mezzo di una manovella si poteva ‘mettere in moto’ il sistema solare. Qualche piccolo accorgimento o aggiunta poteva trasformare gli orrery in "lunarium" o in "tellurium", se mostravano in particolare, rispettivamente, i moti della Luna o della Terra.