OROLOGI & LONGITUDINE

Longitudine & Orologi

Cenni storici su come la realizzazione del Cronometro di Precisione sia stata promossa dalla necessità di navigare il mare aperto su rotte sicure.

La conquista del mondo fù dovuta innanzitutto alla navigazione a vela, che rappresentò per secoli 
una delle più avanzate forme di cultura umana.
La Scienza della Navigazione si basa innanzitutto sulla determinazione del "punto nave", che consente di localizzare dove ci si trova e quindi traciare una rotta andando in giro per mari ed oceani sconfinati.

Punto nave: schema di calcolo.

Oggi per farlo basta avere un qualunque smartphone attrezzato con GPS (Global Positioning System ), costo a partire da neppure 100 euro, che collegandosi con  gli appositi satelliti indica in tempo reale il punto in cui l'utilizzatore è ubicato, su di una mappa elttronica già predisposta nel software.
Cioè una forma di "magia" inimmaginabile solo pochi decenni fa !
Impensabile esserne dotati 30 anni fa. quando seguii il corso per la patente nautica oltre le 12 miglia, vela e motore. Allora s'imparava a calcolare il "punto nave" utilizzando due strumenti, da secoli essenziali per la navigazione: 
il Sestante ed il  Cronometro.

Classico Sestante moderno

Il primo deriva dall'Astrolabio, una specie di elaborato goniometro, utile per calcolare l'angolo formato tra l'orizzonte marino, il battello in navigazione ed il sole allo zenit cioè a mezzogiorno, nel punto più alto del cielo. Ciò che permetteva di calcolare la "latitudine", cioè la distanza dall'equatore in cui si trovava la nave in quel momento della navigazione. 
Distanza misurata in Gradi, Primi e Secondi

Il cielo delle stelle equatoriali

Di notte si poteva fare riferimento alle stelle, in particolare a quella Polare (che indica il Nord Geografico), la cui altezza sull'orizzonte e maggiore o minore in misura della distanza a cui ci si trova dal Polo Nord. Se c'erano le nuvole occorreva attendere il ritorno del sereno.
Il globo terrestre è suddiviso un due Emisferi, Nord e Sud, ciascuno composto da 90° (novanta gradi), ad ogni grado corrisponde un PARALLELO, linea circolare lungo la superfice terrestre, parallela all'Equatore, che forma un circolo tanto più breve quanto più ci si avvicina ai Poli. All'Equatore corrisponde il parallelo Zero, ai Poli corrispondono i 90° di Latitudine, Nord e Sud. Ogni Grado è pari a c.a 112 km.e si suddivide in 60' (sessanta primi), ogni primo in 60" (sessanta secondi).

Sul planisfero terrestre s'intersecano Paralleli (orizzontali) e Meridiani (verticali)

Tutte le carte geografiche, assolutamente quelle "Nautiche", riportano il disegno della superfice terrestre su di un reticolato che corrisponde a Paralleli e Meridiani, sui quali è possibile identificare il "Punto Nave" e quindi "tracciare una Rotta".
I Meridiani, analogamente ai Paralleli, formano una serie ideale di 180 cerchi, 90 ad Est e 90 ad Ovest di un punto che per convenzione internazionale fu definito il Meridiano Zero, che si trova a Greenwich, sede di uno storico Osservatorio astronomico, a breve distanza da Londra.
I Meridiani definiscono la "Misura della Longitudine", cioè la distanza di ogni località sulla superfice della terra dal Meridiano Zero. Per misurare la Longitudine fino a pochi decenni or sono, cioè sino all'avvento del GPS, c'era un unico strumento: il Cronometro ad alta precisione.

CronometroNautico ad alta precisione

Ma per oltre mille anni chi navigava in mare aperto poteva disporre unicamente di un solo dato, dei due necessari a definire il "Punto Nave" e quindi la "Rotta di Navigazione", quello dellla Latitudine, calcolabile con l'uso del Sestante. Ed era inibito a conoscere l'unico altro dato indispensabile per sapere davvero dove  si trovasse: la "Longitudine".
 A dire il vero un'alternativa c'era, ma occorreva essere superdotati in matematica ed avere un'infinita pazienza ed una buona dose di fortuna, per fare i calcoli astronomici necessari  nell'uso delle tabelle delle "efemeridi", elaborato e complicato sistema di verifica della posizione degli astri in funzione della geografia terrestre. Calcoli complicatissimi e comunque aleatori, in definitiva solo vagamente indicativi.

Effemeridi Lunari

Ma da un certo momento della storia, ai tempi in cui iniziarono le grandi scoperte della navigazione, quando Colombo scoprì le Americhe e fu chiaramente sancita la sfericità della terra, si iniziò a comprendere che il sistema più probabile e semplice per 
il calcolo della Longitudine poteva essere riferito al "calcolo dei tempi" di rotazione terrestre. Cioè ai FUSI ORARI !
Dato infatti che la rotazione avviene completamente in 24 ore, la suddivisione in MERIDIANI, Est ed Ovest, permetteva di calcolare la distanza di ogni punto della superfice terracquea rispetto ad un punto fisso predefinito, conoscendo l'ora di entrambe le località. L'esatta differenza di orario avrebbe indicato, in termini di Meridiani e loro frazioni, la giusta posizione in cui si trovava il battello in corso di navigazione, ovunque in giro per gli oceani.

I Fusi Orari (e/o Meridiani) in cui è suddiviso il planisfero terrestre.

Tentando di semplificare: se io ho un Cronometro regolato sull'ora di Greenwich, cioè del Meridiano Zero,
su cui leggo che sono le sei del mattino mentre dove mi trovo io è mezzogiorno (sole allo zenit, cioè nel suo punto più alto), essendo ogni ora corrispondente a 15 gradi, realizzo che le 6 ore di differenza fanno 90° di Longitudine, cioè mi trovo sul 90° Meridiano ad Est di Greenwich, cioè all'altezza di Calcutta.
E questo è il primo dato per fare il Punto Nave.

Calcolo Punto Nave

Contemporaneamente punto le due estremità dell'angolo formato dal mio Sestante, una sull'orizzonte marino, l'altra sul sole allo Zenit e vi leggo la misura di 10°, Latitudine Nord (con il supporto delle tabelle stagionali che parametrano l'inclinazione dell'asse terrestre in funzione della data). Realizzo quindi facilmente di essere ubicato in navigazione nell'Oceano Indiano, a sud del Golfo del Bengala. c.a 300 km. ad Ovest delle Isole Andamane...Esattamente a 90°20'36"Long.Est, 10°42'09"Lat.Nord.
Ma la certezza di questo dato, da cui può dipendere la mia salvezza, quella della nave, del suo equipaggio e del suo carico, consegue l'esattezza degli strumenti di cui dispongo.

Clipper in navigazione

Già 5 secoli fa, andando alla scoperta delle Americhe, Cristoforo Colombo disponeva di un attendibile Sestante per calcolare la Latitudine, ma gli strumenti per il calcolo della Longitudine, cioè quellli utili per la "misurazione del tempo" proprio non c'erano, se non un abbozzo di effimere...effemeridi...
Con le tabelle astronomiche già citate.
Il TEMPO allora si soleva misurare da millenni con le Meridiane (utilizzabili solo in postazioni fisse), con improbabili clessidre a sabbia, acqua...od apparati meccanici perfino ingegnosi ed altamente elaborati (v. ad esempio gli orologi e perfino i "robot" progettati da Leonardo da Vinci), ma del tutto improbabili ai fini della precisione.

L'Orologio di Leonardo

Nei secoli successivi furono sopratutto i falegnami a dedicarsi alla costruzione di "orologi". Grossi, pesanti ed ingombranti apparecchi la cui precisione era costantemente inficiata, se non da primitivi concetti costruttivi, dai materiali impiegati, soggetti a deformazioni, a causa di usura e/o dilatazioni a causa del variare delle temperature.
Notevoli progressi furono fatti con gli Orologi a Pendolo, ma era ovviamente inimaginabile poterli usare a bordo dei vascelli, continuamente sottoposti al movimento delle onde, quando non agli stravolgimenti delle tempeste !
Bisogna inoltre considerare, ai fini di un attendibile calcolo della Longitudine, la necessità di disporre di strumenti di precisione tale da poter garantire l'assenza di errori nei termini di  pochi
secondi su base annua !

Ciò in quanto la velocità di rotazione terrestre è tale che potrebbe indicare un errore di posizionamento di  30 km.per ogni minuto di tempo.
Strumenti di cotanta precisione furono per molti secoli totalmente fuori della portata dei possibili costruttori, sia per il tipo di materiali ed attrezzi necessari a realizzarli che per i i concetti adatti a progettarli.

L'Osservatorio di Greenwich, cui corrisponde il MERIDIANO ZERO

Ma l'esigenza di un Cronometro in grado di permettere la misurazione della Longitudine fu sempre più crescente, sopratutto fra coloro che maggiormente erano dediti alla navigazione, cioè le maggiori potenze mondiali affacciate sui mari. Prima fra tutte l'Inghilterra, la cui vocazione marinaresca aveva portato a realizzare le più importanti flotte militari e mercantili, proiettata alla conquista di gran parte del Mondo, già noto e sopratutto sconosciuto che fosse, cioè da scoprire e colonizzare.

Trafalgar: la superiore flotta Inglese al comando di Nelson sconfigge Napoleone

Nel 1714 il Parlamento Inglese stanziò un premio di 20mila sterline (20 milioni di euro attuali) per chi avesse scoperto un metodo semplice ed efficace per determinare la Longitudine !

Già nei secoli precedenti avevano cercato invano di risolvere 
quel problema anche le menti più brillanti della scienza, da Galileo a Newton.
Stimolati dalla posta in palio ci provarono allora molti altri, realizzando proposte di fatto impraticabili, quando non palesemente assurde. Nel migliore dei casi prevedevano macchinosi calcoli astronomici basati sulla variabilità della distanza dalla Luna. Nel frattempo numerose navi e vite umane continuarono a perdersi in rotte sbagliate, trovando la morte per naufragio su scogliere di coste che secondo i calcoli (errati) dei loro piloti non avrebbero dovuto essere li.

Tragico naufragio di veliero fuori rotta.

Il problema fu infine risolto dall'inglese Jhon harrison, un orologiaio autodidatta, ex falegname, secondo cui bastava che ogni nave fosse equipaggiata con un cronometro in grado di segnare sempre l'ora "esatta", ad esempio quella di Londra e con un semplice confronto con l'ora locale avrebbe istantaneamente fornito il "Fuso Orario" e dunque la "Longitudine" indispensabile, unitamente alla Latitudine rilevata con il Sestante, per determinare esattamente il "Punto Nave" ! 

Prima versione ufficiale del cronometro Harrison.

Ma a Jhon Harrison occorsero ben 40 anni di ricerca, determinazione e tanto, tanto lavoro, per riuscire infine a realizzare un "Cronometro" attendibile, ufficialmente testato tale, talmente preciso da poter essere utilizzato a quello scopo.
Cronometro in grado di funzionare sempre, anche in situazioni assai "movimentate"quali sono tipiche di una nave in alto mare. Non solo, ma realizzato con materiali inattacabili alla salsedine ed insensibili a variazioni anche assai notevoli di temperatuta ed umidità.

Jhon Harrison

Il geniale artigiano riuscì nell'intento solo dopo aver eseguito un'infinità di prove e tentativi, costruendo nei decenni numerosi cronometri, via via sempre più esatti, spesso cambiando materiali, meccanismi, soluzioni.
Non solo: egli dovette anche confrontarsi con la sufficienza e disistima atribuitagli dall'intellighenzia ufficiale, patentata e paludata, sdegnosamente sostenitrice di una soluzione "matematica ed astronomica" che non riuscì mai a concretizzare. Ma il cui potere d'intrallazzo, al servizio dell'avidità per il premio in palio e della gelosia per il modesto artigiano, che altrimenti aveva dimostrato di poter risolvere il problema, non gli risparmiarono colpi bassi e boicottaggi di ogni tipo

4^ e definitiva versione del Cronometro Harrison

L'avvincente storia di Longitudine e Cronometro è stata assai ben raccontata da Dava Sobel, giornalista scientifica del New York Times, nel suo bel libro "Longitudine" (Rizzoli 1996).
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D.Sobel Longitudine

I cronometri di Jhon Harrison sono conservati ed ammirabili presso il National Maritime Museum di Greenwich.

Installazione testimonial del Meridiano Zero di fronte al Museo dell'Osservatorio di Greenwich.

Apprezzabile testimonial a cavallo della linea del Meridiano Zero, presso l'Osservatorio di Greenwich.

The lonely dolphin, 2 Feb. 2016.