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livello elementare
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ARGOMENTO: STORIA DELLA NAVIGAZIONE
PERIODO: XI – XVIII SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: il problema della longitudine
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Il problema della longitudine
Se la latitudine poteva essere ricavata relativamente facilmente questo non si poteva dire per la longitudine. Era necessario possedere dei cronometri sincronizzati e precisi. Tuttavia, gli orologi più precisi disponibili per quei primi navigatori erano solo delle clessidre, strumenti che restarono in servizio fino al 1839. Dai portolani antichi si arrivò a documenti sempre più completi, descrittivi delle coste, delle condizioni marine e oceanografiche. Nel 1584 Lucas Waghenaer pubblicò lo Spieghel der Zeevaerdt (The Mariner’s Mirror), che divenne il modello di tali pubblicazioni per diverse generazioni di navigatori, tanto famosi da esser chiamati dai marinai come “Waggoners“.
Nel 1537, Pedro Nunes pubblicò il suo Tratado da Sphera che diede origine ad una nuova disciplina scientifica: la “navigazione teorica o scientifica”. Nel 1545, Pedro de Medina pubblicò l’Arte de navegar che fu tradotto in francese, italiano, olandese e inglese. La cartografia fece però un passo avanti nel 1569 quando Gerardus Mercator pubblicò una mappa del mondo con una proiezione cartografica rivoluzionaria nella quale i paralleli ed i meridiani venivano rappresentati mediante un reticolato cartesiano di rette tra di loro ortogonali, nella quale veniva rispettata l’isogonia ovvero gli angoli uguali nella rotta. Questa proiezione, detta “di Mercatore“, è ancora usata per le carte nautiche odierne.
La scoperta del solcometro
Nel 1578, fu registrato un brevetto per un dispositivo che avrebbe misurato la velocità della nave contando i giri di una ruota montata sotto la linea di galleggiamento della nave. Avendo tempo, distanza e rotta si sarebbe potuto valutare la navigazione di altura con precisione. La velocità era infatti un dato fondamentale per poter effettuare la navigazione stimata (in inglese chiamata dead reckoning).
| Una curiosità: perché in inglese il solcometro è chiamato LOG? Il termine LOG in inglese significa tronco di legno; nel XVIII secolo si misurava la velocità della nave utilizzando un … tronchetto di legno legato ad una cima lungo la quale si vedevano a distanza regolare dei nodi … il numero di nodi fuori bordo in un certo tempo fisso di tempo indicava, approssimativamente, la velocità della nave. Così si comprende anche perché usiamo il termine nodi (o Knots) per misurare la velocità di una nave (da cui deriva anche la convenzione di indicare la velocità di una nave in nodi). |
Il Quadrante di Davis
Nel 1594, John Davis pubblicò un opuscolo di 80 pagine chiamato The Seaman’s Secrets che, tra le altre cose, descrisse la grande navigazione circolare, che era stata usata da Sebastiano Caboto nella traversata del Nord Atlantico. Davis descrisse anche un nuovo strumento, chiamato quadrante di Davis, che poteva essere usato dando le spalle al Sole – da cui il nome inglese di Back-Staff – per misurare l’altezza dell’astro senza esserne abbagliati.
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astrolabio, cross staff e back staff (o sestante di Davis) disegno pubblicato nel 1624 da Edmund Gunter Credit: Wellcome Library, London. Wellcome Images
Sempre nel XVI secolo fu ideato il Notturlabio, descritto per la prima volta nel 1581, impiegato per determinare l’ora anche di notte.
notturlabio, Vienna, Observatory of Paris Nocturlabe Vienne IMG 8668.jpg – Wikimedia Commons
Nel 1631, Pierre Vernier descrisse un quadrante da lui inventato che portava la precisione di misura ad un minuto di arco. In teoria, l’impiego della scala graduata avrebbe potuto fornire una linea di posizione entro un miglio nautico dalla posizione effettiva del navigatore. In realtà si trattava del perfezionamento del nonio, inventato da Pedro Nunes, matematico, cosmografo e cartografo portoghese.
Nunes aveva accertato nel 1534 la natura corretta della linea di rotta, ponendo le basi per il calcolo della navigazione lossodromica. Il Nonio venne poi chiamato verniero dal nome del matematico francese Pierre Vernier che nel 1631 perfezionò l’idea originale di Pedro Nunes. Ma esiste anche un’altra teoria per la quale il nome deriverebbe dal latino nonus, poiché i noni decimali avevano inizialmente una scala di nove linee di fede. In pratica, il nonio (ancora utilizzato su calibri, micrometri, sestanti, telescopi e in generale su ogni strumento a scala graduata quando sia richiesta buona precisione di lettura) è un corsoio mobile che scorre a lato della scala graduata principale, sul quale è incisa una seconda scala graduata di ampiezza complessiva pari ad una frazione di quella principale.
Unico nonio esistente in versione originale di Pedro Nuñez Nonio originale.jpg – Wikimedia Commons
Ottante
Nel 1731 John Hadley presentò alla Royal Society il primo strumento costruito sul principio della doppia riflessione: l’Ottante, anche detto quadrante riflettente, che aveva l’ampiezza di un ottavo di circonferenza e permetteva di misurare angoli fino a 90°. Sperimentato in mare nel 1732, poteva fornire dei dati con una precisione di 1-2 primi, fino ad allora impensabili. In pratica Hadley montò uno specchio indice sul braccio indice. Sullo strumento erano poi presenti due specchi d’orizzonte: montando i due specchi ad angolo retto, l’uno rispetto all’altro, con il movimento del telescopio, il navigatore poteva quindi misurare angoli da 0 a 90 ° con uno specchio e da 90 ° a 180 ° con l’altro.
l’ottante di Hadley. L’ottante, chiamato anche quadrante riflettente, è uno strumento riflettente utilizzato nella navigazione. Il nome ottante deriva dal latino ottans che significa L’ottava parte di un cerchio. Il nome quadrante riflettente deriva dal fatto che lo strumento utilizzava specchi per riflettere il percorso della luce verso l’osservatore e, così facendo, raddoppiava l’angolo misurato. Ciò consentiva allo strumento di utilizzare un ottavo di giro per misurare un quarto di giro o quadrante.Hadley’s reflecting quadrant.png – Wikimedia Commons
Ma il problema della longitudine permaneva.
Se da un lato potevano essere effettuate delle misure di altezza degli astri molto precise, mancava la possibilità tecnologica di misurare il tempo dell’osservazione con precisione. Nel 1714 il Parlamento inglese istituì il Board of Longitude e offrì un cospicuo premio in denaro (Longitude rewards) a chiunque fosse stato in grado di trovare un metodo semplice e pratico per la determinazione precisa della longitudine di una nave. Tra il 1737 e il 1828, la Commissione erogò numerosi premi, per oltre 100000 sterline.
Navigare in maniera accurata – photo credit Caryn B. Davis
Una svolta molto importante per un’accurata determinazione della longitudine arrivò finalmente a seguito dell’invenzione del cronometro marino da parte di John Harrison, un carpentiere dello Yorkshire. Harrison presentò un progetto nel 1730 e, nel 1735, inventò un orologio basato su una coppia di travi contro-oscillanti collegate da molle, il cui movimento non era influenzato dalla gravità o dal movimento di una nave.
Cronometro marino H1 di John Harrison. Harrison impiegò circa cinque anni per sviluppare questo cronometro. La sua prova in mare ebbe luogo nel 1735 sulla HMS Centurion diretta a Lisbona e sulla HMS Orford di ritorno in Inghilterra. Pesa 34 chilogrammi (75 libbre) ed era originariamente alloggiato in una custodia di legno smaltato di circa 120 centimetri (3,9 piedi) di ciascuna dimensione. Invece del pendolo, impiega una coppia di barre oscillanti con sfere all’estremità e vincolate da molle elicoidali. Il movimento uguale e contrario di queste barre era meno suscettibile di essere influenzato dal movimento di una nave rispetto a quanto lo sarebbe stato un pendolo. Lo scappamento a cavalletta di Harrison collega le barre al resto del meccanismo. Alcune ruote dentate sono realizzate in legno che ha proprietà autolubrificanti. I Gridiron forniscono la compensazione della temperatura modificando la lunghezza effettiva delle molle elicoidali. Per questa invenzione Harrison ricevette 250 sterline (rispetto alle 20.000 sterline offerte per una soluzione completa) dal Board of Longitude.
H1 low 250.jpg – Wikimedia Commons
Inizialmente il geniale inventore realizzò due orologi marini (H1 e H2 nel 1741) ma risultarono essere troppo sensibili alla forza centrifuga per cui non sarebbero mai stati abbastanza precisi in mare a causa delle oscillazioni legate al moto ondoso. Nel 1761, Harrison risolse creando un cronometro di dimensioni molto minori rispetto ai primi modelli. Il cronometro utilizzava un bilanciere controllato da una molla a spirale con compensazione delle variazioni di temperatura. Queste caratteristiche dei cronometri marini restarono in uso fino alla creazione degli oscillatori elettronici.
L’ammiraglio John Campbell, avendo utilizzato l’ottante di Hadley nelle prove in mare del metodo delle distanze lunari, scoprì che l‘angolo di 90°, sotteso dall’arco dello strumento, era insufficiente per misurare alcune delle distanze angolari richieste dal metodo. Suggerì di aumentare l’angolo a 120°, ottenendo il sestante. John Bird realizzò il primo sestante di questo tipo nel 1757 – Sestante d’epoca della metà del XX secolo. Questo mostra un design standard del telaio a tre anelliExperienced sextant.jpg – Wikimedia Commons
Sestante
Nel 1757 John Bird realizzò il primo sestante che sostituì il quadrante di Davis e l’ottante e divenne il principale strumento di navigazione. Il sestante permetteva di applicare un metodo di calcolo della longitudine basato sulla distanza lunare ovvero sulla distanza angolare tra la Luna e un altro corpo celeste con maggiore precisione. Tramite questo angolo ed un almanacco nautico (effemeridi) era quindi possibile calcolare il tempo di Greenwich. Quel tempo calcolato poteva essere usato per risolvere, partendo dalle altezze misurate degli astri, le rette di altezza e risolvere il triangolo sferico. In condizioni favorevoli, gli osservatori esperti potevano misurare distanze lunari entro un quarto di minuto dall’arco, con un errore fino a un quarto di grado in longitudine. Una soluzione interessante ma limitata nel caso il cielo fosse nuvoloso o in caso di novilunio. Il metodo, pubblicato nel 1763, fu utilizzato fino al 1850 quando fu sostituito dall’introduzione del cronometro marino di Harrison. Finalmente i naviganti potevano calcolare la longitudine con una precisione maggiore.
fine parte IV – continua
Andrea Mucedola
in anteprima un astrolabio persiano in ottone del XVIII secolo, conservato presso il Whipple Museum of the History of Science a Cambridge, Inghilterra. L’astrolabio è costituito da un disco su cui sono incise le posizioni dei corpi celesti. Astrolabe-Persian-18C.jpg – Wikipedia
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ammiraglio della Marina Militare Italiana (riserva), è laureato in Scienze Marittime della Difesa presso l’Università di Pisa ed in Scienze Politiche cum laude all’Università di Trieste. Analista di Maritime Security, collabora con numerosi Centri di studi e analisi geopolitici italiani ed internazionali. È docente di cartografia e geodesia applicata ai rilievi in mare presso l’I.S.S.D.. Nel 2019, ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia delle Scienze e Tecniche Subacquee per la divulgazione della cultura del mare. Fa parte del Comitato scientifico della Fondazione Atlantide e della Scuola internazionale Subacquei scientifici (ISSD – AIOSS).
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