Notturnale

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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 3m 44s

Merak: 11h 1m 51s

Sole: 11h 3m 1s

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 20m .

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

La macchina di Antikythera

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La maggior parte delle nostre idee riguardo la cultura dell’antica Grecia si riconducono allo studio della geometria, filosofia e della logica: poca attenzione è riservata allo studio della “tecnologia” greca. Tuttavia grazie ad una curiosa circostanza è giunto fino a noi un artefatto particolare dell’antichità che testimonia come una civiltà remota abbia potuto raggiungere livelli particolarmente alti in campo tecnologico: stiamo parlando della Macchina di Antikythera, ad oggi il più antico esempio di sistema a ruote dentate ingranate fra loro montate con precisione in grado di riprodurre il moto dei pianeti, le fasi lunari, il calendario solare ed altro ancora.

Il ritrovamento dell’oggetto avvenne all’inizio del XX secolo, quando alcuni pescatori di spugne in cerca di riparo da una forte tempesta si rifugiarono sull’isola di Antikythera (situata fra la terraferma greca e l’isola di Creta). Al termine della tempesta i pescatori tentarono la fortuna nelle acque del luogo e, durante le loro immersioni, si imbatterono in un relitto di una nave partita da Rodi ed affondata nel I secolo a.C. circa con il suo carico di anfore da vino e statue. Mesi dopo, con l’autorizzazione del governo greco, vi tornarono per riportare alla luce questi tesori e fra questi vi era anche un blocco informe di metallo coperto da pesanti calcificazioni; quando successivamente si ruppe si rivelarono i resti di ruote dentate di bronzo ed un insieme di tavole ricoperte da iscrizioni in greco.

I tre frammenti del dispositivo. Fonte http://www.namuseum.gr/

Si dovette aspettare i primi del Novecento affinché si riuscisse a capire di cosa si trattava; in particolare fu il filologo tedesco Albert Rehm che nel 1905 fu tra i primi a capire che il meccanismo trovato ad Antikythera era una macchina per calcoli astronomici. Quello che oggi maggiormente sappiamo sul suo funzionamento lo dobbiamo invece allo storico della scienza Derek de Solla Price, il quale cinquanta anni dopo intuì che il meccanismo funzionava girando una apposita manovella posta su un lato e che l’uso principale consisteva nel calcolare le posizioni del Sole e della Luna rispetto alle stelle fisse.

Studi ancora più recenti, in particolare grazie anche alle scansioni a raggi X del congegno, effettuate nel 1974, ci hanno fornito maggiori dettagli sul suo funzionamento e sulla sua struttura. Nella macchina di Antikythera, delle dimensioni simili a quelle di un elenco telefonico (30 cm x 15 cm), vi sono al suo interno trenta ingranaggi, più altri di cui si è ipotizzata l’esistenza, mentre all’esterno vi sono tre quadranti, uno principale anteriore e due posteriori, oltre ad una serie di indicatori.

Sulla facciata anteriore era riportato:

  • Un quadrante principale con le dodici costellazioni lungo l’eclittica, ovvero il percorso del Sole nel cielo, ed esternamente ad esso, un calendario egizio che mostrava i 365 giorni dell’anno.

Sopra questo quadrante vi alloggiavano una lancetta lunare, un puntatore della data, un puntatore solare ed una serie di lancette planetarie (andate perdute) che servivano a mostrare le posizioni dei pianeti dell’antichità. In basso vi erano una serie di iscrizioni che indicavano gli orari in cui sorgevano e tramontavano le stelle più importanti.

Sul lato posteriore vi era posto per altri due quadranti:

  • un quadrante con il calendario metonico il quale indicava il mese su un ciclo a 235 mesi lunari disposti a spirale, con all’interno un quadrante più piccolo per l’indicazione dei giochi dell’antica Grecia (tra cui i giochi Olimpici).
  • un quadrante dell’eclissi lunare di Saros: tale quadrante indicava su una spirale i mesi in cui potevano verificarsi potenziali eclissi lunari e solari.

La sua struttura interna era molto più complicata: c’era un ingranaggio primario messo in moto dalla manovella esterna che a sua volta metteva in moto tutti gli altri ingranaggi; un giro completo di questo ingranaggio primario rappresentava lo scorrere di un anno.

All’interno della struttura c’erano altri tre tipi di ingranaggi ancorati a quello principale che ruotavano mediante un meccanismo ad incastro:

  • un treno di ingranaggi lunari: una serie di ruote epicicloidali simulava il moto lunare ruotando nello stesso tempo una sfera bianca/nera che mostrava le fasi lunari.
  • un treno di un ingranaggi eclissali: calcolava il mese nel ciclo di Saros a 223 mesi lunari delle eclissi ricorrenti ed indicava, tramite un indicatore, il mese sul quadrante omonimo.
  • un treno di ingranaggi metonici: serviva a calcolare il mese nel calendario metonico e veniva mostrato anche esso tramite una lancetta sul retro del dispositivo. Un perno situato sulla punta della lancetta seguiva la scanalatura a spirale presente sul quadrante posteriore e si estendeva in lunghezza raggiungendo i mesi annotati sulle spire successive. Ingranaggi ausiliari spostavano una lancetta sul quadrante dei cicli dei giochi olimpici.

Il funzionamento per l’utente finale era estremamente pratico: si selezionava una data sul calendario egizio sul davanti (spostando la lancetta corrispondente) oppure sul calendario metodico sul retro e quindi si leggevano le previsioni astronomiche per quel giorno (come ad esempio le fasi lunari) dagli altri quadranti. Oppure si girava la manovella per impostare un evento specifico su un quadrante astronomico per vedere di conseguenza in quale data si sarebbe verificato in un intervallo di diverse decine d’anni (nel futuro e nel passato); il quadrante di Saros per esempio dava previsioni accurate di allineamento del sistema Terra, Luna e Sole e quindi indicava tutte le potenziali eclissi solari e lunari.

(Fonte Massimo Mogi Vicentini)

L’importanza del ritrovamento di questa macchina ha mostrato che gli antichi greci sapevano come calcolare gli schemi ricorrenti delle eclissi lunari grazie anche a secoli di osservazioni effettuate dai babilonesi; in questo senso possiamo considerare la macchina di Antikythera come un antico computer che era in grado di eseguire i compiti per loro. Secondo Price inoltre questo ritrovamento apre una finestra sulle conoscenze astronomiche della Grecia Antica e sul livello di avanguardia tecnologica, conoscenza scientifica, complessità matematica e di meccanica allora raggiunto. Grazie alle conquiste di Alessandro Magno (356 a.C. – 323 a.C.) infatti, la civiltà greca si fuse con la culture mesopotamiche, egiziane e di altri popoli dando vita alla cultura ellenistica in cui si svilupparono e raggiunsero vette molto alte nel pensiero scientifico ed è quindi plausibile che i greci avessero acquisito le sufficienti nozioni di astronomia per realizzare questo gioiello della tecnologia antica.

Inoltre gli studiosi che hanno esaminato l’oggetto, ritengono che probabilmente non sia un unicum, in quanto non hanno rilevato errori nel meccanismo, ogni componente era funzionale ad uno scopo e ritengono che i greci potevano aver costruito altri meccanismi simili prima di quello attuale. Sfortunatamente il materiale di cui è costituito il reperto (oltre al bronzo era presente anche rame e si è ipotizzata una cornice di legno) veniva parecchio riutilizzato all’epoca in quanto facilmente lavorabile, di conseguenza il ritrovamento di oggetti di una certa antichità sono abbastanza rari.

Oggigiorno tre di questi frammenti sono conservati al Museo archeologico Nazionale di Atene; esiste anche un gruppo di ricerca (a Cardiff) sul meccanismo di Antikythera nato dalla collaborazione con il Ministero della Cultura della Grecia, il Museo Archeologico Nazionale di Atene ed altre Istituzioni.

Bibliografia

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