Riassunto / Abstract

L’attività prevede la realizzazione di una meridiana solare zodiacale, uno strumento che indica le ore diurne dalle 8 alle 16 e il segno zodiacale corrispondente alla posizione apparente del Sole lungo l’eclittica. Costituisce con un set di altri modelli e dispositivi (vedi anche esperimento 63-Scienze), un ciclo di esperienze didattiche che permettono di “rovesciare” la presentazione tradizionale dei temi astronomici, costituendo la base sperimentale dell’osservazione e comprensione dei fenomeni naturali, collegati ai moti della Terra nello spazio, e all’interazione del pianeta con l’ambiente del Sistema solare, particolarmente la Luna e il Sole.

Scheda sintetica delle attività

La realizzazione della meridiana si effettua, per la fase di montaggio, attraverso una serie di semplici operazioni, utilizzando il materiale riportato nella sezione ‘Strumentazione necessaria’. La realizzazione può essere effettuata in aula o in laboratorio. Una volta allestito l’apparato, la disponibilità per l’utilizzazione didattica è permanente.

Risorse necessarie

• La meridiana (allegato 1);
• 1 foglio di cartoncino leggero;
• riga;
• forbici;
• colla stick;
• stuzzicadenti;
• ago;
• tappo di sughero;
• coltello;
• nastro adesivo;
• bussola.

Prerequisiti necessari

Nessuno

Obiettivi di apprendimento

La realizzazione del dispositivo consente di “modellizzare” un fenomeno, la cui descrizione teorica prevede un elevato livello di astrazione. Gli studenti saranno in grado di:

• comprendere il moto apparente del Sole e quindi la sua posizione sulla sfera celeste;
• apprezzare qualitativamente e quantitativamente i due moti di rotazione e rivoluzione del pianeta; 
• comprendere la misura del tempo in relazione alla longitudine e   latitudine della località di osservazione;
• comprenderela  differenza fra tempo vero, misurato dalla meridiana, e tempo medio, usato per scopi civili (ora dell’orologio).

Dotazioni di sicurezza

Nessuna

Svolgimento

• Si incolla su un cartoncino leggero la meridiana (allegato 1), (figura 2).

• Si ritaglia la scala laterale graduata (righello), con le latitudini da 0° a 90° (figura 3).

• Si piega il foglio lungo la linea centrale, aiutandosi con una riga, in modo che i due quadranti della meridiana rimangano verso l’esterno (figura 4).

• Si piega in senso opposto le due fasce grigie con i simboli delle costellazioni zodiacali, seguendo le linee estate-autunno e inverno-primavera (figura 5).

• Si forano dal retro le due facce in corrispondenza del centro dei quadranti con l’ago (figura 6).

• Misurare 48 mm sullo stuzzicadenti e segnare con un pennarello (figura 7).

• Si tagliano dal tappo di sughero due dischetti non troppo spessi e all’interno di ogni dischetto si inserisce uno stuzzicadenti fino al segno (figura 8).

• Si applica della colla sulla faccia del dischetto di sughero che andrà in contatto con il retro del cartoncino e incollare (figura 9).

• Si poggia il cartoncino piegato a forma di tetto sopra il righello, in modo che la base di uno dei quadranti sia allineata con il triangolino nero della scala graduata, mentre la base dell’altro quadrante sia allineata con la posizione della latitudine del luogo (per Roma 42°), (figura 10).

• Fissare il righello al cartoncino con del nastro adesivo (figura 11).

• Rivolgere a Sud la faccia corrispondente alla stagione corrente, con l’aiuto di una bussola (figura 12).

• La punta dell’ombra dello gnomone (stuzzicadenti) indicherà l’ora solare vera e il segno zodiacale in cui si osserva apparentemente il Sole (figura 12).

Note e storia

Note per la realizzazione

Lo scopo di questo modellino è la visualizzazione dei movimenti apparenti del Sole e quindi della  posizione del nostro pianeta lungo l’orbita (figura 13), la verifica sperimentale dell’ineguaglianza stagionale conseguente all’ellitticità dell’orbita, la comprensione della fondamentale differenza fra tempo vero, misurato dalla meridiana, e tempo medio, usato per scopi civili (ora dell’orologio).

Il Sole nel suo moto apparente, ritorna al meridiano dell’osservatore con periodi maggiori o minori di 24 ore, a seconda del periodo stagionale (figura 14). 

Questo è conseguenza della rotazione annuale della Terra che si compie, secondo la Legge di Keplero, a velocità variabile. In effetti nel solstizio invernale la durata del giorno solare è di 24 h 11 s, nel solstizio estivo è di 23 h 34 s. La differenza fra tempo vero, misurato dalla meridiana, e tempo medio, usato per scopi civili (ora dell’orologio), si ricava dalla cosiddetta Equazione del Tempo (E.T.), che esprime graficamente la differente durata del dì in relazione all’orbita della Terra. Come si può vedere nel grafico in figura 15, la piccola differenza fra la durata del giorno solare vero e quello civile si accumula giorno dopo giorno, variando fra due massimi e due minimi, quindi per trovare l’ora civile è necessario sottrarre all’ora della meridiana il valore espresso dall’E.T. giorno per giorno, che si ricava dal grafico in figura 15.

Inoltre, se la località dell’osservatore non si trova lungo il meridiano centrale del fuso orario di appartenenza, l’ora della meridiana deve essere ulteriormente corretta, aggiungendo (se si trova a Ovest) o sottraendo (se si trova ad Est) la differenza dovuta alla longitudine, pari a 4 minuti per ogni grado.

Per esempio: Roma ha longitudine 12° 30’ Est, per cui la differenza rispetto al meridiano centrale del fuso, posto a 15° E, è di 2° 30’, pari a 10 minuti, poiché Roma si trova ad Ovest del fuso centrale, questi minuti vanno sommati all’ora solare vera.

Note storiche

Alcuni fenomeni astronomici sono alla base della misura del tempo: il giorno connesso alla rotazione del pianeta sul proprio asse, la misura del mese basata sulla lunazione e dell’anno sul ritorno apparente del Sole all’equinozio di primavera.

Giorno, mese, anno sono periodi  tra loro in rapporti non esprimibili con numeri interi, quindi costruire i calendari per il computo del tempo ha impegnato  gli sforzi di numerose generazioni di osservatori. L’osservazione dei  moti diurni e periodici della Luna ed il Sole, sono stati utilizzati per la realizzazione di orologi e calendari sempre più precisi.
 I primi osservatori  riscontrarono  che il continuo variare di lunghezza e di direzione dell’ombra prodotta dai raggi solari su una stele naturale, un arbusto, un bastone,  poteva essere utilizzato per misurare il tempo. Nacque così la Gnomonica, termine che indica lo studio degli orologi solari o “scienza delle ombre”, derivante dalla parola greca “γνομον” (indicatore), indicante l’asta o elemento analogo solido che produce l’ombra solare.

Semplici meridiane  erano già utilizzate nell’antico Egitto come nelle civiltà orientali, dall’Anatolia alla Mesopotamia. L’origine di questa scienza è tuttavia ancor più antica rispetto alla civiltà egizia e le prime testimonianze risalgono fino al Neolitico.

L’autore greco del quale per primo abbiamo notizie a proposito della gnomonica fu Erodoto di Alicarnasso (484-426 a.C.), il quale riporta che i greci avevano ereditato la suddivisione del giorno in dodici parti dai babilonesi. I greci quindi consideravano un’ora come la dodicesima parte dell’arco diurno percorso dal sole; dal momento però che tale arco cambia nel corso dell’anno, anche la durata dell’ora cambia. Per questa ragione questo sistema è anche definito a ore canoniche, o  ore disuguali. I Romani, a loro volta ereditarono questo sistema di divisione del giorno dai Greci. Plinio il Vecchio  (ca. 23-79 DC) nel suo  Historia Naturalis, parla della storia dell’orologio che l’imperatore Augusto fece costruire nell’area del Campo Marzio, utilizzando un obelisco.

L’Orologio di Augusto (“Horologium Augusti”) era la meridiana più grande del mondo antico (figura 16) e fu realizzato fra il 12-10 A.C. per celebrare ulteriori conquiste romane in Gallia e Spagna. 

Fu progettata dall’architetto Facundus Novius, (Historia Naturalis, Libro XXXVI, par. 35). Il monumento, al Campo Marzio (Regio IX),  era formato da una vasta piazza di circa 160 x 75 metri, con un’ellisse in travertino con il tracciato delle linee orarie e zodiacali. Resti delle linee sono stati rinvenuti, fra via di Campo Marzio e p.zza S.Lorenzo in Lucina.  Utilizzava come gnomone l’Obelisco di Psammetico II in Eliopoli.  L’obelisco all’equinozio d’autunno, giorno natale di Augusto,  proiettava l’ombra verso l’Ara Pacis. L’utilizzazione del grande orologio, fu breve. La meridiana in pochi decenni  andò fuoriuso, per concomitanti cause:  piene del Tevere,  probabili cedimenti statici dovuti a subsidenza da carico, e  alcuni sismi intercorsi (Historia Naturalis, Libro XXXVI, par. 73). Dopo alcuni tentativi di riparazione avvenuti in epoca Flavia (70-80 D.C.), la meridiana rimase  inutilizzata. L’obelisco crollò forse nel IX sec, rompendosi in cinque pezzi. Riscoperto nel XV sec., fu riedificato e collocato nell’attuale posizione, in p.zza Montecitorio, dall’arch. Giovanni Antinori nel 1792 (figura 17). La funzione di meridiana è stata ripristinata con l’ultimo restauro, realizzato nel 1998.

Dal V-VI sec D.C.,  fino all’epoca dei grandi astronomi arabi (IX-XI sec.), la gnomonica, come molte altre scienze, ebbe un periodo di arresto.

Solo grazie al grande lavoro di traduzione dall’arabo di opere scientifiche greche e di astronomi islamici, compiuto da numerosi autori fra il XII-XIV sec.,  fra i quali Gherardo da Cremona, Platone Tiburtino, si recuperarono le conoscenze matematiche per realizzare nuove meridiane. Le meridiane non solo divennero strumenti scientifici sempre più precisi e sofisticati ma anche oggetti d’arte; basti pensare al notevole esempio della Meridiana clementina (figura 18) a “foro gnomonico,” realizzata nel 1702  nella basilica di Santa Maria degli Angeli a Roma, progettata dall’architetto, matematico e astronomo Francesco Bianchini (1662-1729).

L’ evoluzione dell’orologeria meccanica nel secolo XVII, rese obsoleti i dispositivi solari a uso personale, per la misura del tempo. Tuttavia dal XIX sec., i numerosi ritrovamenti archeologici di orologi solari di età classica, il recupero e i censimenti locali dei quadranti più recenti,  hanno condotto a un sensibile incremento degli studi gnomonici, e alla recente realizzazione di molte meridiane, alle più diverse latitudini. 
La meridiana più remota si trova  in Meridiani Planum, su Marte, funziona ormai dal 2004,  a bordo del rover Opportunity, consentendo studi di dettaglio sulla fisica dell’atmosfera marziana, reca l’iscrizione “Two worlds, one Sun”, “Due mondi, uno stesso Sole” (figura 19).

Bibliografia

• Enrico del Favero, “Meridiane – Tecniche di Lettura Progettazione e Costruzione”, De Vecchi Editore, 1999.
• G. Bosca, P. Stroppa. “Meridiane e orologi solari. Storia e interpretazione, metodi grafici e informatici per realizzarli. Guida pratica.” Edizioni de Il Castello, 1992.
• Nicola Severino, “Storia della Gnomonica”, Roccasecca, 1992-1994.
• http://www.gnomonicaitaliana.it/
• http://www.nicolaseverino.it/

Autori

Chirri Maurizio 
Parotto Maurizio 

Lombardi Livia    

Schede / Allegati

• Allegato 1

Prove di verifica

• Verifica prerequisiti
• Verifica conoscenze in itinere
• Verifica conoscenze acquisite

Specifiche esperimento Materia Scienze della Terra Classi a cui è rivolto 1° biennio Tipologia di laboratorio Povero Reperibilità del materiale Uso quotidiano Materiale specifico Stampa di una meridiana, bussola, foglio di cartoncino leggero, righello, forbici, colla, stuzzicadenti, ago, tappo di sughero, coltello, scotch Durata esperimento in classe 1 h Capacità di bricolage/assemblaggio Sì Necessità lavorazioni meccaniche/elettroniche No Necessità PC per acqusizione/analisi dati No Necessità di uno smartphone No Parole chiave Scienze della Terra Astronomia Moti della Terra e del Sole Eclittica