Il Sole e lo studio sulle ombre

Presentazionedi

Carmelo e Angelo Urfalino

Animazionedi

Anna Maria La Micela

Nel suo movimento di rotazione attorno al proprio asse, la Terracompie un giro completo in ventiquattro ore. Supponendo un osservatore posto sul Sole, nell’arco di ventiquattro ore, questi vede passare davanti a sé tutti i meridiani terrestri.

L’orologio Solare

Idealmente, se riducessimo la sfera terrestre ai suoi elementi essenziali, ossia, il cerchio equatoriale e l’asse terrestre, noi vedremmo l’ombra dell’asse proiettata sul cerchio equatoriale.

Il movimento apparente del Sole determinerà il movimento dell’ombra e quindi, ogni 15°, il succedersi delle ore.

Il piano su cui apparentemente orbita il Sole è chiamato piano eclittico. Come si può vedere dalla figura, il Sole orbita sull’emisfero Nord nel periodo che va dall’Equinozio di Primavera all’Equinozio d’Autunno; nell’Emisfero Sud, dall’Equinozio d’Autunno all’Equinozio di Primavera.

L’inclinazione del piano di rotazione della terra intorno al sole determina le stagioni.

Posizioni del Sole sul piano meridiano della sfera celeste durante l’anno

Questo strumento contiene sei quadranti solori di cui due equatoriali e quattro polari.

Un quadrante polare ha la caratteristica di avere il piano orientato parallamente all’asse di rotazione terrestre

Faccia orientale

Faccia settentrionale

In epoca romana furono costruiti numerosi modelli di orologi solari, come testimoniato da Vitruvio Pollione nel trattato Architettura dove, fra l'altro, ha descritto l‘Analemma.

Antichi strumenti astronomici

Analemma

Così dice Daniele Barbaro: Sul commentario all’architectura di Marco Vitruvio Pollione

Come per costruire un tempio si prende prima il modello, così nella costruzione di un orologio occorre l’Analemma. Perché prima di passare alla costruzione di un orologio, bisogna prendere in disegno gli effetti del Sole, e l’ombra dello gnomone sul piano.

Analemma

Metodo di Pyteas (ca 330 a.C)Se varia la durata delle ore del giorno e della notte, da cui discende il divenire e l’alternarsi delle stagioni, il motivo non poteva che essere attribuito all’inclinazione dell’asse terrestre rispetto al piano dell’eclittica. Pyteas fu il primo a determinare il valore di questa inclinazione.

Lo strumento di misura principe usato da Pyteas fu l’analemma, ribalto sul piano dell’orizzonte, solo per questione di comodità.

Pyteas usava il metodo dell’Analemma nel 350 a.C.

Quadrante universale

Gli orologi solari sono i più antichi strumenti di astronomia di cui si abbiano tracce documentate. Si ritiene che l'uso di orologi solari nella Grecia classica sia stato introdotto da Anassimandro di Mileto (VI secolo a.c.) ereditato probabilmente da Egizi e Babilonesi.

Nel Planisfero, Tolomeo (II secolo d.C.), proietta la superficie della sfera celeste sul piano equatoriale. Ponendo l’occhio dell’osservatore su uno dei poli, è possibile rappresentare su una superficie piana tutto l'emisfero settentrionale e parte di quello meridionale fino al tropico del Capricorno. Dei circoli della sfera, solo quello equatoriale resta uguale a se stesso, in quanto coincide con il piano di proiezione. Il tropico del Capricorno appare ingrandito e rappresenta il circolo più esterno della rappresentazione, mentre il tropico del Cancro è ridotto; l'eclittica, invece, appare come un circolo decentrato, che tocca i due tropici nei punti di solstizio.

Astrolabio orizzontale

Si tratta di uno strumento decisamente interessante, semplice da costruire e bello da vedere, ciononostante, come per la maggior parte dei quadranti azimutali, in passato non ha avuto molto successo. Questo strumento fu descritto per la prima volta da William Oughtred, nel 1636, e successivamente ripreso dal matematico Ozanam alla fine del ‘600 solo come teorica esercitazione.

Si tratta di uno strumento decisamente interessante, semplice da costruire e bello da vedere, ciononostante, come per la maggior parte dei quadranti azimutali, in passato non ha avuto molto successo. Questo strumento fu descritto per la prima volta da William Oughtred, nel 1636, e successivamente ripreso dal matematico Ozanam alla fine del ‘600 solo come teorica esercitazione.

Con la proiezione ortografica dei circoli della sfera celeste, è possibile tracciare su una superficie piana una rete di curve orarie e di declinazione (o giornaliere), così da poter leggere l’ora sull’intersezione tra ombra e curva di declinazione.

Da parecchi secoli, dopo gli studi di Claudio Tolomeo, Cristoforo Clavio, Attanasio Kircher, Oronzio Fineo, sembrava che tutto, nella scienza gnomonica, fosse già stato detto e realizzato. Eppure, nel 1923, ecco accadere l’imprevedibile: il tedesco Hugo Michnik inventa un tipo del tutto nuovo di orologio solare, l’orologio bifilare.

Fu un’idea geniale, utilizzando soltanto due fili orizzontali, posti ad altezze diverse secondo la latitudine del luogo. L’intersezione delle ombre dei due fili, disposti uno nella direzione Est-Ovest, l’altro verso Nord-Sud, è il punto che permette la lettura dell’ora. L'orologio bifilare con una teoria piuttosto complessa, in genere dimostrata con numerosi passaggi matematici, è il risultato degli effetti di due proiezioni d’ombra legati alla posizione del sole sopra l’orizzonte

Il computo delle ore secondo il metodo italico si è diffuso soprattutto nella nostra penisola, dal XIV° secolo   fino alla metà circa del XIX°, per poi essere sostituito da quello ad ore moderne. In questo metodo, il computo delle ore inizia al tramonto del Sole e si contano ventiquattro ore fino al tramonto successivo. In Italia, numerose sono le meridiane di questo tipo, ma non adeguatamente valorizzate. Spesso, soprattutto se eseguite ai primi dell’800, si presentano in coppia con un secondo quadrante ad ore moderne, cioè da mezzanotte a mezzanotte, allo scopo di facilitare la lettura delle ore secondo il nuovo sistema orario, che si impose in Europa dopo la Rivoluzione francese.

Quadrante a ore italiche

Quadrante italico su piano orizzontale

Nelle meridiane di recente costruzione viene spesso adottato il sistema ad ore residue, ulteriore variante  dell'italico. Infatti la differenza fra l'ora fissa 24 e l'ora segnata dall'orologio indica il numero delle ore che mancano al tramonto. Le stesse linee orarie vengono contrassegnate non con il numero delle ore trascorse dal tramonto bensì con quelle che mancano al tramonto, per facilitare l'utente ad una immediata lettura delle rimanenti ore di luce. 

Ore residue = 24 – italica

Ore rsidue