Mese: Settembre 2022

A partire dal ‘400 la crescita delle navi e quindi del loro costo e quello dei carichi, diede l’impulso al miglioramento delle tecniche di navigazione che si erano basate esclusivamente su una profonda conoscenza dei movimenti quotidiani del sole e di alcune stelle di cui si stimava ad occhio l’altezza per scegliere la direzione di rotta e determinare la posizione della nave quando si era lontani dalla costa. Fu così che durante il XV e il XVI secolo la ricerca di modi più precisi e meno soggettivi per compiere in mare le osservazioni astronomiche portò allo sviluppo di nuovi strumenti di navigazione, spesso adattamenti di strumenti già impiegati dagli astronomi.

Il primo strumento astronomico convertito all’uso nautico fu il quadrante a cui seguì, intorno alla fine del ‘400, l’astrolabio nautico, entrambi non di facile uso per la difficoltà di mantenere verticale il filo a piombo, nel primo strumento e a collimare una stella per il secondo, sul ponte ventoso di una nave soggetta a continue oscillazioni.

L’astrolabio nautico fu derivato da quello planisferico (a sua volta evoluzione in forma piana dell’ancora più antico astrolabio sferico), noto almeno dal IV secolo e considerato il più importante strumento astronomico del Medioevo.
Spogliato delle complesse scale e delle proiezioni stereografiche, l’astrolabio nautico conteneva solo una semplice scala graduata e un’alidada con due traguardi, le pinnule, un insieme utile a compiere la misura dell’altezza del sole e delle stelle, l’unica consentita dallo strumento, necessaria, con l’uso di tavole astronomiche, fondamentalmente di declinazione del sole, alla stima della latitudine.

Le osservazioni venivano condotte sospendendo da un anello l’astrolabio in posizione verticale (una parte più pesante dello strumento faceva da contrappeso riducendo le oscillazioni) poi, orientato il disco nel piano del verticale dell’astro, si faceva ruotare l’alidada fino a far collimare l’astro con i fori delle due pinnule.
Per il sole si regolava l’alidada in modo che il raggio dell’astro nel passare per il primo foro proiettasse la luce sull’altra pinnula in corrispondenza del relativo foro. Il vantaggio di misurare l’altezza del sole era quello di non dover sollevare lo strumento contenendo così le vibrazioni. Anche per ridurre l’azione del vento lo strumento era dotato di ampie aperture.
In ogni caso la precisione di una misura non scendeva mediamente sotto i 3°.

Numerose erano le forme e gli stili degli astrolabi nautici il cui uso fu adottato per primo dai portoghesi impegnati nell’esplorazione dell’Africa occidentale e poi dagli spagnoli.
Tipicamente il diametro era di 20 cm, realizzato in bronzo per un peso non inferiore ai 2,5 kg e spessore di 2 cm. Si realizzavano anche astrolabi in legno di maggiori dimensioni per misure a terra, fissati ad un tripode, come quello impiegato dal piloto della spedizione di Vasco de Gama per ottenere una misura di latitudine più precisa.
Anche Colombo ne fece uso (insieme al quadrante più semplice,ma meno preciso), pur rendendosi conto delle difficoltà nell’impiegarli con mare formato.

Se negli ordinari astrolabi nautici la risoluzione di lettura era di 1°, con il ‘600 comparvero strumenti forniti di scala ticonica, così detta perché introdotta dall’astronomo danese Tycho Brahe (1545-1601), la cui risoluzione raggiungeva i 10′, valori che potevano essere sfruttati solo in misure sulla terraferma.
A tal proposito si rimanda ad un approfondimento sulla storia dell’accuratezza degli strumenti nautici in altra parte del sito

Già in epoca ellenistica (IV sec. a.C.) erano noti i fenomeni legati ai moti della Terra (rotazione intorno al suo asse e rivoluzione intorno al Sole): in particolare i momenti dei solstizi e degli equinozi. Nei primi la durata di luce (il giorno) è massima (solstizio d’estate) o minima (solstizio d’inverno), negli equinozi (di primavera ed autunno) il tempo che intercorre tra il tramonto e il sorgere del Sole, la notte, è uguale al successivo intervallo tra il sorgere e il tramonto, il giorno, dal latino aequa nox, notte uguale (al giorno).

Come sappiamo la visione era però quella di una Terra ferma, mentre Sole ed astri le ruotano intorno, un movimento che diverrà apparente molti secoli dopo, ma che risulta ancora oggi il miglior schema di rappresentazione dell’astronomia nautica.

La Terra gira intorno al Sole, in senso antiorario, secondo un’ellisse di ridotta eccentricità, in cui l’astro occupa uno dei fuochi, e con l’asse terrestre di rotazione inclinato rispetto al piano dell’orbita di circa 23° 27′, un angolo noto come obliquità dell’eclittica (in origine il percorso apparente del Sole nell’arco di un anno sulla sfera celeste), un valore probabilmente già noto nel V sec. a.C. (in origine valutato in 23° 44′).
Anche il moto apparente del Sole sulla volta celeste avviene in senso antiorario (moto diretto), nello stesso senso del moto di rivoluzione della Terra, da ovest verso est lungo lo zodiaco, in senso opposto a quello diurno dovuto alla rotazione della Terra, da est verso ovest. Lo spostamento giornaliero del Sole verso est è mediamente di circa 1° (360°/365gg), vale a dire se il Sole passa al meridiano insieme a una stella, il giorno dopo passerà circa 1° (4 min) dopo quella stella. Una condizione simile si verifica con la levata eliaca (la prima apparizione all’alba nel cielo orientale di una stella), resa possibile quando, dopo qualche giorno, il Sole si è allontanato dalla stella rendendola visibile. Altro esempio in cui tale scostamento si manifesta è quello per cui andando verso oriente il Sole sorge 4 min prima per ogni grado di longitudine.

Per quest’ultimo caso vale un episodio della famosa spedizione intorno al mondo di Magellano-Elcano. All’arrivo a Capo Verde, dopo tre anni, l’equipaggio si stupì che la data registrata a bordo del 9 luglio 1522 era di un giorno indietro rispetto alla data locale del 10 luglio 1522. Eppure ogni giorno avevano riportato la data nei registri di bordo.
Avevano viaggiato verso oriente perdendo così un giorno, nella stessa direzione del moto apparente del Sole.
E pensare che tale “fenomeno” era stato già indicato dagli arabi in testi di geografia tradotti in latino. Sarà il cardinale Gasparo Contarini (1483-1542), molto interessato alle scienze, in particolare all’astronomia, ambasciatore alla corte dell’imperatore Carlo V (1500-1558), il finanziatore dell’impresa, a fornire qualche tempo dopo la spiegazione del fenomeno, inizialmente considerato un castigo divino.

Nel corso di un anno (continuando in una esposizione geocentrica) i raggi del Sole raggiungono la Terra (considerata ferma e con l’asse dritto) con una inclinazione rispetto all’equatore terrestre variabile da un valore massimo di 23° 27′ nord a un valore di 23° 27′ sud passando per 0° . In astronomia l’inclinazione degli astri rispetto all’equatore celeste (il piano ortogonale all’asse attorno al quale le stelle fisse appaiono ruotare) prende il nome di declinazione costituendo con l’ascensione retta la coppia di coordinate equatoriali. Se le stelle presentano ognuna una coppia di coordinate che muta poco negli anni, Sole, Luna e pianeti le hanno variabili, ma tali da trovarsi all’interno dello zodiaco (da zoo, animale, per il maggior numero di costellazioni dal nome di animale), una fascia di 16° della sfera celeste a cavallo dell’eclittica suddivisa in 12 parti (già in uso presso i babilonesi-VI sec. a.C.), ognuna larga 30°, costituenti i segni dello zodiaco: Ariete, Toro, Gemelli, Cancro, Leone, Vergine, Bilancia, Scorpione, Sagittario, Capricorno, Acquario e Pesci.

Il moto apparente del Sole, per convenzione, viene fatto partire dall’equinozio di primavera che corrisponde all’entrata del Sole nel segno dell’Ariete (in realtà tale era la costellazione di oltre 2000 anni fa, oggi nella costellazione dei Pesci per il fenomeno di precessione degli equinozi). Tale punto iniziale è detto punto gamma, primo punto d’Ariete o punto vernale (dal lat. ver, primavera). Il punto gamma è un riferimento importante in astronomia nautica, origine del computo dell’anno tropico e dell’ascensione retta.

Quando la declinazione del Sole è 23° 27′ nord i raggi solari sono perpendicolari (a meno di errori dovuti alla non perfetta sfericità della Terra) al parallelo di eguale latitudine denominato tropico del Cancro (dal lat. tardo tropĭcus, circolo e Cancro il segno zodiacale in cui nel IV sec. a.C. entrava il Sole del solstizio). Analogamente i raggi sono perpendicolari al tropico del Capricorno nel solstizio d’inverno. I luoghi presenti nella fascia tra i due tropici sperimentano in due giorni dell’anno il sole allo zenit (senza ombre a mezzogiorno). Analogamente nelle zone a nord del circolo polare artico e a sud di quello antartico, che hanno latitudine complementare a quella dei tropici (66°33’), si verifica che in qualche giorno dell’anno il Sole non sorge o non tramonta.

Durante l’anno l’arco di cielo percorso dal Sole si modifica in posizione ed altezza (facendo riferimento all’Emisfero settentrionale):
– equinozio di primavera (20-21 marzo) levata ad est e tramonto ad ovest. l’altezza del sole a mezzogiorno corrisponde alla latitudine del luogo
– il Sole si sposta più verso Nord, descrivendo un arco via via più alto e il giorno dura più a lungo
– solstizio d’estate (20-21 giugno) il Sole raggiunge la massima altezza sull’orizzonte
– la declinazione decresce, il Sole descrive un arco via via più basso
– equinozio di Autunno (22 o 23 Settembre) valgono le condizioni dell’altro equinozio
– il Sole si sposta più verso Sud, descrivendo un’arco sempre più basso sull’orizzonte
– solstizio d’inverno (21 o 22 dicembre), in cui il Sole è alla minima altezza a mezzogiorno con un minimo di ore di luce
– la declinazione torna a crescere e il punto in cui sorge il Sole comincerà a tornare verso il punto cardinale Est

Il tracciamento manuale sulle carte nautiche dei rilevamenti e delle rotte è facilitato da strumenti di disegno di varia forma, comparsi nel corso degli ultimi 200anni, tutti derivati da quelli che sono le attrezzature di base, la riga e il cerchio graduato. L’unico strumento di disegno che non ha subito variazioni è il compasso. L’introduzione di nuovi attrezzi si rese necessaria per rendere più veloce e preciso il tracciamento sulle carte, quello che gli inglesi chiamano brevemente plotting.
Oggi, con l’avvento delle carte elettroniche e dei sistemi di posizionamento satellitare, carteggiare sembra necessario solo all’esame di patente.

Alle suddette attrezzature di base, verso la fine del ‘700 fece la comparsa sulle navi la riga parallela con cui si poteva eseguire più rapidamente il trasporto di una rotta o di un rilevamento, operazione base del carteggio.
In effetti l’invenzione originaria della riga parallela, datata 1584, fu del matematico italiano Fabrizio Mordente (1532-1608), meglio noto per un altro suo strumento, il compasso ad 8 punte, un particolare compasso appartenente alla classe dei compassi proporzionali o di proporzioni che, basandosi sulle proprietà dei triangoli, permisero di compiere, a partire dalla fine del ‘500, le prime operazioni matematiche, dalle radici quadrate al calcolo delle circonferenze.
La parallela, composta da due righe unite da due bracci (o tre per i modelli più grandi) che ne permettono l’avvicinamento o l’allontanamento mantenendole parallele, venne migliorata con l’aggiunta lungo il bordo di una scala goniometrica, facilitando così la lettura di rilevamenti e rotte. Una tale semplice idea venne a un capitano di marina inglese William Andrew Field (1796?-1871) che a poco più di 30 anni aveva lasciato la vita di marinaio per quella di contadino in una campagna della costa del Galles. Nel febbraio del 1833, mentre era intento al lavoro nei campi vide una nave incagliata sul basso fondale oltre la scogliera di protezione della sottostante spiaggia, con lo scafo spezzato in due, gli alberi divelti e le onde che si frangevano sul relitto e i suoi occupanti. Non si perse di coraggio; si tuffò nell’acqua gelida seguito poco dopo da due volontari. Fecero più volte il tratto agitato di mare tra la scogliera e il relitto riuscendo a portare a terra le 18 persone di bordo, tra marinai e passeggeri, di quello che rimaneva della nave, il brigantino siciliano Felicita. Purtroppo 4 di esse non sopravvissero per le ferite provocate dagli urti sulla scogliera. Due anni dopo Field e i due volontari ricevettero una medaglia d’argento dalla RNLI (Royal National Lifeboat Institution).

Una variante di riga traslabile parallelamente sulla carta è il modello “a rulli” (in ingl. Rolling Parallel Ruler) la cui invenzione è antecedente (1771) a quella di Field, accreditata all’inglese A. George Eckhardt (1740-1810) che la ideò per l’impiego nel disegno tecnico.

Altro strumento da carteggio fu lo staziografo (in ingl. station pointer), inventato nel 1801 da Joseph Huddart (1741-1816), idrografo e ingegnere inglese, all’epoca apprezzato anche per aver perfezionato le tecniche di fabbricazione dei cordami di marina, impiegato sulle navi (specie in attività idrografiche) per determinare il punto nave con due differenze di rilevamento di tre punti cospicui (un tempo il metodo più preciso per la determinazione del punto nave nella navigazione costiera). La tracciatura sulla carta veniva resa più sicura e soprattutto veloce (la tracciatura avviene con nave in movimento) usando proprio tale attrezzo di disegno costituito da un cerchio graduato fornito di tre aste o braccia di cui la centrale fissa, mentre le laterali possono essere ruotate mediante viti micrmetriche con cui impostare i due valori Δα.
Posizionato lo staziografo sulla carta (come da schema), con la punta di una matita in un foro, di cui è fornito il centro del cerchio graduato, ovvero mediante un bottoncino a molla corredato di matita, veniva segnato il punto nave.

Quando divenne matura la tecnologia della plastica con prodotti stabili (nelle dimensioni e nei segni), sicuri (la celluloide, il primo esempio di plastica, nata nella seconda metà dell’800, era facilmente infiammabile), trasparenti per consentire la coesistenza di righe e goniometri in un unico strumento di tracciatura, furono ideati diversi attrezzi, di cui il più noto è la squadretta nautica (in ingl. navigation protractor triangle), più diffusa da noi e meno tra gli anglosassoni che hanno preferito le parallele. La squadretta nautica (disponibile a coppia per gli spostamenti paralleli) ha la forma di un triangolo isoscele con angoli di 45°. Il lato più lungo, l’ipotenusa, è la linea di tracciamento con una scala graduata in mm, mentre sul corpo trasparente è visibile un goniometro a semicerchio la cui scala graduata in gradi si estende fino ai cateti per permettere le misure angolari sulla carta. In Italia sono le uniche attrezzature (oltre al compasso) richieste per sostenere gli esami di patente nautica per vela e motore.

Oltre alle squadrette sulle imbarcazioni da diporto (specie quelle francesi) si possono trovare dei regoli, sempre in materiale plastico trasparente, di più facile impiego (comunque meno precisi) tra cui il regolo Cras, dal nome dell’inventore, il francese Jean Émile Paul Cras (1879-1932) che lo ideò intorno al 1920 e il regolo bretone, impiegato per la sua faciltà d’uso soprattutto sulle piccole unità, un’invenzione del 1979 del bretone Yvonnick Gueret, capitano di marina mercantile, insegnante di navigazione nello yachting. A Cras è riconosciuto il merito di aver dedicato la vita alla marina fino a divenire contrammiraglio, senza abbandonare l’altra sua passione, quella di autore di composizioni musicali ispirate dalla sua nativa Bretagna e, soprattutto, dai suoi viaggi per mare.

Per concludere qualche nota sul termine compasso. Derivato da compassare (dal lat. passus (con), nel senso di misura), misurare con precisione, un termine ormai scomparso, da cui compassato, detto di colui che agisce con eccessiva ponderazione, controllo, misurato. Oggi il termine compasso identifica quegli attrezzi a due aste impiegati per tracciare archi di cerchio o per rilevare una misura o eseguirla (compasso proporzionale). Noto pure come sesta, un termine in uso anche nella nautica, corrispondente alla sagoma di una parte (in genere le coste) di una barca.
Anticamente altro significato era quello assegnato a un fregio geometrico a linee curve, un rosone, un termine che nel Medioevo venne assegnato a quel particolare reticolato che ricopriva le carte portolaniche che in qualche modo ne ricordavano la forma. Per estensione il termine fu anche assegnato ai portolani, tra cui il più antico è proprio chiamato Lo Compasso de navegare (1250-1260). Nel ‘300 nella nostra penisola il nuovo strumento di orientamento, detto, prima bossola, poi bussola per il suo originario contenitore in legno di bosso, venne corredato di rosa, il compasso, termine che in altre marinerie (inglese, tedesca, olandese) è stato assunto ad indicare lo strumento intero (compass, kompass). I francesi adoperano indifferentemente boussole o compas.
Un’ulteriore curiosità riguarda lo strumento da disegno che mentre in italiano è sempre compasso, nella lingua inglese è divider lo strumento a due punte mentre compass è quello in cui una gamba è corredata di punta di matita per tracciare.