Progettazione e Realizzazione Meridiane e Orologi Solari Bartolini Simone - Gnomonista in Firenze

OROLOGI NOTTURNI STELLARI

L'orologio sidereo è uno strumento che per misurare l'ora di notte si serve delle stelle fisse del firmamento. Era chiamato "Horologium nocturnum" o "noctilabium" nei testi latini, "nocturnal" in inglese e "nocturlabe" in francese; in italiano oltre che "orologio notturno" possiamo chiamarlo "notturnale" o "notturlabio".
I primi esemplari di questo strumento risalgono al XV secolo e generalmente venivano realizzati in ottone finemente inciso.
La costruzione di un notturnale, come vedremo, è molto semplice; verrà comunque fatto un cenno dei concetti di base a cui fa riferimento l'impianto costruttivo di questo strumento.
Il movimento apparente delle stelle
Come tutti gli astri anche le stelle, per effetto del moto diurno della Terra, ruotano intorno all'asse polare e sulla volta celeste si vedono descrivere dei cerchi con centro nel punto che rappresenta il Polo Nord, e che nella nostra epoca praticamente coincide con la Stella Polare: quindi la volta celeste visibile nell'emisfero Boreale è come se fosse imperniata nella stella Polare e tutte le stelle le girano intorno in senso antiorario (fig.1).
Fig.1	Fig.2
Se ad esempio, potendo oscurare il Sole, si osserva l'Orsa Maggiore per un intero giorno vedremo che questa costellazione completa il suo percorso intorno alla Polare (polo celeste) in 24 ore.
Per questo motivo se prendiamo in esame una di quelle stelle che nel corso dell'anno rimangono sempre visibili per tutta la notte, possiamo immaginare nel cielo una lancetta d'orologio che, centrata sulla Stella Polare (fig.2), ruoti insieme con la nostra stella completando il giro della volta celeste in 24 ore circa.
A questo punto dobbiamo stabilire come deve essere disegnato nella volta celeste il quadrante su cui gira la lancetta. Bisogna anche ricordare una particolarità del moto delle stelle; va infatti notato che il Sole, astro mobile, "slitta" nel firmamento delle stelle fisse, compiendo sull'eclittica un giro completo della volta celeste in un anno; questo significa che sulla sfera celeste il Sole, pur partecipando al generale moto diurno apparente del firmamento, si sposta tra le stelle di 360° diviso 365 giorni (per completare il moto di rivoluzione di 360° intorno al Sole la terra impiega circa 365 giorni), cioè 0.99 gradi al giorno, restando "indietro" rispetto alle stelle di quasi 3m 56s al giorno; si può anche dire che in apparenza le stelle vanno avanti rispetto al Sole di 3m 56s al giorno.
A causa di questo anticipo delle stelle rispetto al Sole ne consegue che solo per un giorno l'anno la stella si trova sullo stesso angolo orario del Sole e quindi ad avere la stessa ora: in questo giorno la nostra stella assumerà l'ora 0 uguale al Sole, cioè quando il Sole si trova sull'antimeridiano del luogo (fig.3).
Fig.3	Fig.4
Nei giorni successivi all'ora 0 la stella sarà slittata in D1, D2, ecc.; quando il Sole è sull'antimeridia- no e saranno le ore 0 il traguardo che punta la stella dovrà ancora segnare le 0h, quindi la graduazione del nostro quadrante dovrà essere resa mobile e il suo 0 dovrà accompagnare la Stella mentre essa, giorno per giorno, slitta allontanandosi dal Sole (fig.4). In altri termini dovremo porre intorno allo strumento una graduazione di date che giri di 360° nei 365 giorni dell'anno e che ci indica dove si troverà lo "zero delle ore" nello specifico giorno in cui eseguiamo la misura del tempo.
Le stelle da scegliere
Prima di esaminare la costruzione del notturnale sulla base dei principi ora esposti, vediamo quale o quali stelle vanno scelte per essere inserite in questo tipo di strumento. Se, com'è ovvio, vogliamo che il nostro orologio sia valido per tutto l'anno, dobbiamo rivolgerci alle stelle che non vanno mai sotto l'orizzonte, cioè quelle stelle che non sorgono e non tramontano e che vengono chiamate "circumpolari".
Dalla figura 5 si vede che sono circumpolari le stelle che hanno declinazione maggiore della colatitudine (90° - Latitudine); la declinazione è una delle coordinate astronomiche in un sistema di riferimento assoluto. Facciamo un esempio: se ci troviamo a Firenze (Lat.= 44°) sono circumpolari le stelle che hanno declinazione maggiore di 46° N ( 90°- 44° = 46°). L'esame degli almanacchi stellari mostra che alle nostre fasce di latitudine, le principali stelle circumpolari sono tre: Dubhe - Merak, Schedir;

Fig.5	Fig.6

a)	Dubhe, in declinazione 62° Nord, è la più luminosa dell'Orsa Maggiore; ha il vantaggio che con la vicina Merak forma una linea il cui prolungamento passa per la Polare; quindi la coppia Dubhe-Merak materializza proprio la "lancetta" dell'orologio siderale che ruota intorno alla Polare.
b)	Schedir, in declinazione 56° N, è la stella più luminosa della costellazione di Cassiopea, che a forma di W o M, ruota sulla volta celeste in posizione opposta a quella dell'Orsa Maggiore rispetto alla Polare (fig.6).

Sono appunto queste le tre stelle (soprattutto le prime due) che vennero utilizzate dai "meridianisti notturni" del passato nella costruzione dei notturnali.

Costruiamo il notturnale

Il nostro notturnale, per quanto detto sopra, sarà quindi composto da tre pezzi che ora costruiamo.

1) Disco di sostegno con il manico avente una scala di date che faccia il giro completo in 365 giorni.
Procuriamoci un cartoncino dello spessore di circa 1 mm e ritagliamo un cerchio del diametro di circa 15 cm. Con l'ausilio di un goniometro, il cui centro lo facciamo coincidere con il centro del cerchio di cartone, suddividiamo la circonferenza per riportare la scala delle date. Per eseguire tale suddivisione impostiamo il goniometro con il suo zero in un punto qualsiasi e iniziamo a riportare gli angoli corrispondenti ai mesi, partendo da gennaio, proseguendo in senso antiorario, in modo tale che per i mesi di 31 giorni riportiamo un angolo di 30,6°, per i mesi di 30 giorni un angolo di 29,6° e per febbraio un angolo di 27,6° (fig.7). Di seguito suddividiamo ogni mese in intervalli di 5 giorni ciascuno, a cui corrisponderà un angolo di circa 4,9° (fig.7). Procuriamoci un'asticella di legno lunga circa 10-15 cm larga 2 cm e avente lo spessore di circa 0,5 cm; questa asticella la incolliamo in modo tale che la sua parte più lunga sia disposta in direzione del raggio che passa sul 1° di gennaio, in modo che sporga dal cerchio di cartone di 5-8 cm: avremo così realizzato il manico per tenere in mano il nostro strumento (fig.8). Successivamente pratichiamo nel centro un foro del diametro di 5-6 mm.
Ovviamente la suddivisione delle date la possiamo eseguire anche su di un foglio a parte, delle stesse dimensioni del nostro cartoncino, che poi incolleremo sul cartoncino stesso.
Fig.7	Fig.8
2) Un disco concentrico, più piccolo da sovrapporre, con la scala delle 24 ore.
Usando sempre lo stesso cartoncino disegniamo un cerchio del raggio di circa 6 cm. Con l'ausilio di un goniometro, il cui centro lo facciamo coincidere con il centro del cerchio appena tracciato, suddividiamo la circonferenza per riportare la scala delle ore. Per eseguire tale suddivisione impostiamo il goniometro con il suo zero in un punto qualsiasi e iniziamo a riportare gli angoli corrispondenti alle ore partendo da 0h, proseguendo in senso antiorario, arrivando fino a 23h, tenendo presente che ad ogni ora corrispondono 15° sul nostro cerchio(fig.9). Successivamente riportiamo anche le mezz'ore corrispondenti ad un angolo di 7°30' e i quarti d'ora corrispondenti ad un angolo di 3°45' (fig.9). Su questa graduazione oraria riportiamo il valore dell'ora 0 delle stelle già menzionate Dubhe-Merak e Schedir; questi valori, convertiti in ore per essere riportati lungo la graduazione oraria, sono rispettivamente 16 h 27 m per Dubhe-Merak e 5 h 55 m per Schedir. Quindi sulla graduazione delle ore, in corrispondenza dei due valori appena trovati, riportiamo un segnalino come indicato in fig.10 con il nome della stella corrispondente e il disegno della costellazione di appartenenza. A questo punto possiamo ritagliare il cerchio con i due segnalini sporgenti di circa 1,5 cm e praticare un foro di 5 mm di diametro al centro del cerchio.

Fig.9	Fig.10

3) Un traguardo o alidada.
Dopo aver disegnato sul cartoncino un asta delle dimensioni e della forma come indicate nella figura 11, ritagliatelo e praticateci un foro del diametro di 5 mm al centro del cerchio.
Fig.11
Dopo aver realizzato i tre pezzi del nostro notturnale non ci rimane che comporlo sovrapponendo il cerchio più piccolo, con la graduazione delle ore, al cerchio più grande con il manico; sopra ad entrambi posizioniamo il traguardo, facendo coincidere i fori di ogni pezzo realizzato.
Prendiamo un fermacampione con il diametro della testa di 8 mm e pratichiamoci, con il trapano dotato di una punta a ferro, un foro del diametro di 5 mm (fig.12).
Per unire i tre pezzi in modo che possano ruotare uno rispetto all'altro usiamo il nostro fermacampione così modificato.
Fig.12	Fig.13

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Uso del notturnale

Per usare uno strumento così congegnato dobbiamo ruotare il disco delle date in modo tale che il segnalino relativo alle stelle Dubhe-Merak coincida con la data del giorno di lettura dell'ora, se queste stelle non fossero visibili, a causa di una nuvola, una montagna, un albero ecc., portiamo a coincidenza della data l'altro segnalino relativo alla stella Schedir; se ad esempio ci troviamo nei dintorni di Firenze e il giorno 10 giugno vogliamo trovare l'ora, non facciamo altro che ruotare il segnalino relativo alle stelle Dubhe-Merak fino a quando indicherà il 10 giugno (fig.13). A questo punto impugniamo il manico e guardiamo la Stella Polare attraverso il foro praticato al centro dei dischi; lo strumento va tenuto in modo tale che sia perpendicolare all'immaginaria retta che unisce il nostro occhio alla Polare, cioè parallelo al piano equatoriale (fig.14). Quindi portare il lato più lungo del traguardo rotante tangente alla stella prescelta, così facendo il traguardo indicherà l'ora solare sul disco delle ore.

Per ottenere l'ora dell'orologio dobbiamo sommare o sottrarre il valore relativo alla differenza di longitudine del luogo di osservazione, espressa in minuti, rispetto al meridiano centrale del fuso orario.

Va notato che questo strumento, essendo indipendente dalla latitudine, è universale e quindi utilizzabile in qualsiasi luogo senza ulteriori modifiche.

Fig.14

Per concludere osserviamo che la precisione con cui si può ottenere l'ora con strumenti di questo tipo è sempre piuttosto modesta, oltre che per le loro dimensioni, necessariamente piccole, anche perché la doppia collimazione notturna stella Polare/stella utilizzata e l'orientamento del quadrante in modo perpendicolare all'immaginaria retta che unisce il nostro occhio alla Polare al momento della misura possono essere fatti in modo approssimativo.

 

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