Notturnale

Il notturnale (o notturlabio) è un antico strumento astronomico usato sin dal XV secolo per la misura del tempo, ed essendo di costruzione molto semplice e pratico è usato ancora oggi soprattutto per fini didattici. Si tratta di uno strumento che consente di ricavare, con discreta approssimazione, l’ora civile basandosi sull’osservazione in cielo di un gruppo di stelle di riferimento. Dato che il suo scopo è quello di fornire un metodo per la lettura dell’ora durante tutto l’anno, le stelle di riferimento devono essere per forza circumpolari, e quindi anch’esse sempre visibili; nel nostro caso si tratta di due stelle dell’’Orsa Maggiore, la quale come sappiamo alle nostre latitudine (circa 45°) è sempre circumpolare.

L’uso del notturlabio era quindi prettamente notturno (di giorno si potevano usare altri strumenti quali meridiane od astrolabi), e costituiva uno strumento di uso quotidiano che faceva parte del bagaglio di conoscenze di ogni marinaio.

Così come gli astrolabi, anche i notturnali potevano essere realizzati in varie forme, incisioni e con materiali differenti, a seconda dell’abilità del costruttore tanto da essere delle vere e proprie opere d’arte come quello conservato presso il Museo della scienza di Firenze qui sotto riportato.

Notturlabio - Museo delle Scienze, Firenze

Notturlabio – Museo delle Scienze, Firenze

Il principio alla base del notturlabio è legato ai moti fondamentali della Terra, ovvero alla rotazione apparente della sfera celeste ogni 24 ore. Sappiamo che le stelle percorrono un cerchio completo attorno alla Stella Polare ogni 24 ore circa;  fra tutte queste, consideriamone la Stella Polare e due stelle dell’Orsa Maggiore: Dubhe e Merak (chiamate anche i Puntatori) e tracciamo un’ipotetica linea che passa per queste tre stelle. Esse rappresentano la lancetta delle ore del nostro orologio cosmico.

Supponiamo inoltre di conoscere anche l’ora di riferimento associata ad un particolare allineamento di queste tre stelle in cielo; sapendo che ogni 24 ore (circa) le stelle percorrono un angolo giro, allora possiamo suddividere il cielo in piccoli settori circolari e associarle un orario in funzione di dove di trova la nostra linea di riferimento.

E’ necessario trovare un’ora di riferimento a partire dalla quale numerare le altre; sfruttiamo quindi un momento dell’anno in cui queste tre stelle possiedono la stessa longitudine celeste del Sole (ovvero sono sullo stesso cerchio orario): precisamente ciò accade la mezzanotte (ora solare) del 7 Settembre.

Infatti l’ascensione retta (A.R.) dei due Puntatori e del Sole in tale data è la seguente:

Dubhe: 11h 344s

Merak: 11h 151s

Sole: 11h 31s

e questo ci conferma che esse sono allineate con la stella Polare.

Fatto questo suddividiamo il cerchio in 24 settori (uno per ogni ora) in modo tale che ad ogni settore separato da 360 / 24 = 15° corrisponde un’ora del giorno; misurando quindi l’angolo che la lancetta celeste forma con i Puntatori tramite una proporzione si può ricavare l’ora solare locale.

Analizziamo meglio il principio di funzionamento del notturlabio: per fare questo dobbiamo considerare i due moti principali della Terra; quello di rotazione e quello di rivoluzione.

  • Moto di rotazione: finora abbiamo ipotizzato la durata della giornata di 24 ore; in realtà se prendiamo come riferimento le stelle di fondo cielo la Terra non percorre un giro su se stessa in 24 ore, ma un pò meno e precisamente 23h 56m; questo tempo si chiama periodo siderale ed influisce sulla costruzione del nostro orologio, e significa che ogni giorno la lancetta dell’orologio celeste si muove più velocemente dell’ora segnata dal nostro orologio di quattro minuti.
  • Moto di rivoluzione: per semplicità immaginiamo la Terra immobile e consideriamo il moto apparente del Sole rispetto alle stelle di fondo cielo. Il Sole si muove o meglio ‘slitta’ rispetto ad esse di circa 1° ogni giorno in modo che in capo ad un anno ritorna nella stessa posizione di riferimento, ovvero ad avere la stessa longitudine celeste dei Puntatori. Se prendiamo un intervallo di tempo di due mesi, ad esempio,  e potessimo vedere le stelle che il Sole oscura con la sua luminosità, vedremmo che  quest’ultimo ritarda rispetto alle stelle di 60°. Questa caratteristica va tenuta in conto nel funzionamento del nostro strumento; infatti la nostra lancetta di riferimento sarà in anticipo rispetto al Sole della stessa quantità di tempo per quel giorno.

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Lo strumento è costituito da tre cerchi concentrici sovrapposti:

  • un disco sul quale sono impresse delle tacche che rappresentano ognuna un giorno dell’anno del nostro calendario. Dato che ci son 365 giorni in un anno, ogni tacca viene rappresentata con un angolo di (360/365)°. Visto che il 7 Settembre i Puntatori condividono la stessa longitudine celeste del Sole e quindi son sullo stesso cerchio meridiano, tale data si  trova sulla verticale in basso. Sempre in basso ci può essere anche un impugnatura.
Disco calendariale di un notturnale

Disco calendariale di un notturnale

  • Sopra il disco del calendario giace una seconda lamina mobile suddivisa in 24 settori, che rappresentano le 24 ore della giornata e numerate anch’esse in senso antiorario; essendo il notturlabio uno strumento di uso notturno vengono riproposte solo quest’ultime. La lamina è mobile e tramite un segnaposto possiamo posizionare il disco  in modo tale che il segnaposto sia allineato con la data corrente segnata sul disco calendariale.
Disco orario con ore notturne - Centro Osservazione e Divulgazione Astronomica - Siracusa

Disco orario con ore notturne – Centro Osservazione e Divulgazione Astronomica – Siracusa

  • Sopra il disco del calendario c’è un’alidada (asta mobile) che rappresenta la nostra lancetta dell’orologio (ovvero rappresenta l’allineamento mobile delle tre stelle di riferimento).
Alidada

Alidada

Il funzionamento dello strumento è il seguente: si fa scorrere il disco orario sul disco calendariale finché il segnaposto non sia allineato con la data corrente sul disco calendariale, si guarda la Stella Polare dal foro centrale dello strumento tenendolo per l’impugnatura con braccio teso ed in modo che esso sia idealmente perpendicolare alla linea di osservazione. Si individuano i Puntatori in cielo e si muove quindi l’alidada finché non sono allineati l’alidada. Se per qualsiasi motivo, una di queste due stelle non fosse visibile (per esempio un calo di visibilità dovuto al passaggio di una nuvola), è possibile allineare l’alidada con un puntatore alternativo come un’altra stella visibile e circumpolare, ad esempio α Cassiopea (Schedir) ed infine si legge sul disco orario l’ora solare del luogo. Ovviamente alla lettura dell’ora sul disco orario bisognerà aggiungere la differenza in ore fra l’ascensione retta di Dubhe e quella di Schedir, pari a 10h 20.

L’ora che fornisce lo strumento è la stessa che si legge con una meridiana, e non rappresenta l’ora del nostro orologio.

Per ottenere quest’ultima bisogna:

  • aggiungere/sottrarre l’intervallo di tempo specificato dall’equazione del tempo (dato che il moto apparente del Sole non è costante durante l’anno).
  • aggiungere/sottrarre la differenza fra la longitudine locale ed quella del meridiano centrale dell’ora del fuso (quindi rispetto a Greenwich).

A questo punto otteniamo l’ora del nostro orologio, ovvero il tempo medio locale.

Ecco QUI, il notturnale (modificato) che ho autocostruito.

Bisogna dire che, a causa degli errori/approssimazioni insiti nella misura, l’ora che si legge è solo approssimativa, ma questo non sminuisce la potenzialità dello strumento; infatti il suo utilizzo è universale, non dipende dalla latitudine del luogo, contrariamente ad altri strumenti d’uso in passato come l’astrolabio.

Riferimenti