Meridiana

La meridiana, detta anche orologio solare o quadrante solare, è uno strumento di misurazione del tempo basato sul rilevamento della posizione del Sole. In senso stretto, con meridiana si deve intendere unicamente l'indicatore del passaggio del Sole a mezzogiorno, anche se nella sua accezione più generale il termine viene utilizzato per indicare, erroneamente, gli orologi solari presenti sui muri degli edifici.Una grande meridiana si trova sul pavimento della Basilica di San Petronio a Bologna. Etimologia Il termine "quadrante solare", che caratterizza gli orologi solari, trae la sua origine dal latino quadrans che indicava nel Rinascimento la quarta parte di cerchio sulla quale veniva generalmente tracciato un orologio solare portatile, denominato appunto quadrante. Tuttavia, il suo significato è stato generalizzato nel linguaggio popolare, in tempi moderni, divenendo sinonimo di meridiana e orologio solare.

A differenza dell'orologio solare, la meridiana indica ogni giorno, lungo una linea retta, l'istante in cui il Sole transita sul meridiano del luogo.

Introduzione

Gli orologi solari e le meridiane erano già conosciuti nell'antico Egitto e presso altre civiltà, e successivamente tra quella dei Greci e dei Romani. L'origine di questa scienza è tuttavia ancor più antica rispetto alla civiltà egizia e le prime testimonianze risalgono addirittura al Neolitico.

Lo studio degli orologi solari è chiamato gnomonica o, meno frequentemente, sciaterica.

Nella forma tradizionale l'orologio solare è uno stilo, detto gnomone, che proietta la sua ombra su una superficie orizzontale o verticale, detta quadrante, indicando l'ora solare locale. Lo gnomone di un quadrante può essere di diversi tipi, per esempio: ortostilo, stilo polare, a camera oscura, bifilare, a riflessione. Nei quadranti verticali gli gnomoni più usati sono l'ortostilo e lo stilo polare:

l'ortostilo è piantato ortogonale alla parete e indica l'ora con la punta dello gnomone, lo stilo polare è invece posizionato in modo da risultare parallelo all'asse di rotazione terrestre, quindi punta il polo celeste e la sua ombra coincide con la linea oraria in tutta la sua lunghezza.

Mentre nella meridiana il Mezzogiorno locale è indicato sopra una linea retta, nell'orologio solare l'ora locale è definita in modo più esteso sopra un quadrante nel quale l'angolo orario di tutte le ore è un multiplo di 15°. Infatti il Sole compie una apparente rotazione completa attorno alla Terra (360°) in 24 ore, spostandosi di 15° ogni ora (1° ogni 4 minuti).

Principio di funzionamento Il principio di funzionamento di un orologio solare è legato al moto apparente del Sole nel cielo di una data località.

L'orario solare indicato dalla meridiana differisce dall'orario dell'orologio che portiamo al polso per due motivi: l'equazione del tempo e la longitudine della località.

Equazione del tempo Il giorno solare, ovvero l'intervallo tra due transiti del Sole su uno stesso meridiano, dura in media ventiquattro ore. A causa della differente velocità di rivoluzione della Terra attorno al Sole e dell'obliquità dell'eclittica, la durata del giorno non è costante, cioè il giorno vero non dura mai ventiquattro ore come il giorno medio, ma è un po' più lungo o un po' più corto. Le differenze, sommandosi tra loro, generano un divario tra il tempo vero e il tempo medio che arriva a ±15/16 minuti, determinando la cosiddetta Equazione del tempo (Edt), così definita:

Edt = Tempo solare medio - Tempo solare vero (o viceversa).

Longitudine della località L'ora media di ogni paese ha uno o più meridiani di riferimento. In Italia il meridiano di riferimento è quello di longitudine 15° Est rispetto a Greenwich. La differenza tra il transito del Sole sul meridiano centrale e quello del meridiano locale di longitudine L ha un valore costante di (15-L)*4 minuti. Per confrontare un quadrante a ora vera locale con l'orologio questa differenza va integrata con l'equazione del tempo.

Ad esempio, in un luogo avente longitudine 12° Est, nel 2015 la differenza massima tra l'orologio da polso e un quadrante a ora vera locale si verifica l'11 febbraio: l'equazione del tempo in quel giorno è pari a 14' 11,5" la differenza dovuta alla longitudine è pari a (15-12)*4=12',

comportando uno scarto totale di 26' 11,5".

In alcuni casi le linee orarie della meridiana, anziché indicare l'ora vera locale, indicano l'ora vera del fuso di riferimento. In questi quadranti, quando l'ombra segna le 12, il Sole transita sul meridiano centrale. Pertanto per confrontare l'ora indicata da queste meridiane con quella di un orologio da polso è sufficiente apportare solo la correzione dell'equazione del tempo.

Una meridiana verticale a ora vera locale si riconosce rispetto a una a ora vera del fuso osservando la linea del mezzogiorno, perfettamente verticale nel primo caso, leggermente ruotata nel secondo.

Analemma Su molti orologi solari le differenze tra l'ora del quadrante e quella media dell'orologio da polso sono riprodotte in una tabella, oppure sono sintetizzati in un grafico. In alcuni casi nel quadrante è tracciato l'analemma (o lemniscata), ossia la curva a forma di otto che indica l'ora media del fuso e permette di leggere direttamente l'ora dell'orologio senza ricorrere alla correzione dell'equazione del tempo e della differenza di longitudine.

Orologio solare fisso Orologi equatoriali o equinoziali La più semplice forma di orologio solare è costituita da un disco inclinato parallelo con il piano dell'equatore, sulle cui due facce sono tracciati dei segni che indicano il trascorrere delle ore. Coassiale ad esso è presente una barra collocata parallelamente all'asse terrestre, che fuoriesce dal disco su entrambe le facce formando due gnomoni. Normalmente il mezzogiorno è collocato nella parte più bassa del disco, le 6 al bordo ovest e le 18 al bordo est. In estate solo la faccia nord del disco è illuminata dal sole e funge da quadrante; il nodo è l'estremità a nord dello gnomone. In inverno al contrario è illuminata solo la faccia sud ed è su di essa che viene letto l'orario; il nodo è l'estremità a sud dello gnomone.

Sul disco possono essere tracciati una serie di cerchi concentrici per evidenziare la posizione del nodo ogni giorno, permettendo di usare l'orologio come calendario.

Uno svantaggio di questa soluzione è che agli equinozi i raggi solari giungono parallelamente al disco e lo strumento è difficilmente leggibile, perché l'ombra dei due gnomoni non viene proiettata su nessuna delle due facce.

Orologi solari orizzontali da giardino

L'orologio solare da giardino si basa sullo stesso principio del precedente, ma le linee del disco sono proiettate per mezzo della trigonometria su un piano parallelo al suolo. L'originale è stato pubblicato nel 1965 con il titolo: Les Cadrans solaires, Gauthier-Villars (Montrouge, France). Il principale vantaggio di questo sistema è di mostrare l'ora tutto l'anno, poiché il quadrante non è mai completamente in ombra. I numeri sono in senso orario nell'emisfero settentrionale e in senso antiorario nell'emisfero meridionale. Il quadrante può essere tracciato sulla pavimentazione di una piazza oppure su un disco di vetro traslucido visibile dal basso.

Dalla base dello gnomone verso il bordo del quadrante sono tracciate le linee corrispondenti alle ore. Gli angoli di queste linee sono calcolati con la formula:

L'inclinazione dello gnomone rispetto al quadrante è pari alla misura in gradi della latitudine del posto in cui ci troviamo. Lo strumento ovviamente deve essere orientato, cioè occorre ruotare il quadrante in modo che lo gnomone sia parallelo all'asse terrestre.

Orologi verticali o murali Sebbene oggigiorno siano una rarità, un tempo gli orologi solari tracciati sulle pareti esterne degli edifici erano comuni, poiché visibili a distanza ed economici da realizzare.

Il quadrante è semplicemente dipinto sul muro oppure ricavato su una lastra di marmo o pietra; esso viene collocato sulle pareti esposte a sud se ci si trova nell'emisfero settentrionale e sulle pareti esposte a nord nell'emisfero meridionale. Principale svantaggio di questi strumenti è che sono in grado di mostrare l'ora solamente per il periodo dell'anno e del giorno in cui il muro è direttamente illuminato dal sole: per questo si usava collocare quattro orologi sul tetto o sulle pareti perimetrali di una torre, in modo da avere l'indicazione per tutto l'anno. Era abitudine incidere sul quadrante un motto.

La progettazione è molto simile a quella dei modelli orizzontali; la formula per un quadrante esposto a sud è:

Lo gnomone è uno stilo di ferro o di ottone, oppure un tripode di metallo, per maggiore robustezza; l'inclinazione dello gnomone è uguale alla latitudine.

Orologio negativo solare Negli orologi solari convenzionali lo gnomone proietta l'ombra su un quadro di riferimento, l'orologio negativo è quello che proietta i raggi di luce attraverso una fessura.

Orologi solari portatili A partire dal periodo ellenistico furono elaborati strumenti astronomici e orologi solari portatili.

Romani

Tra il I e il VII secolo, in ambito romano furono sviluppati numerose meridiane portatili, alcune delle quali erano definite pros pan clima, «per tutte le latitudini», in quanto potevano essere regolate su latitudini differenti.Vitruvio, Architettura, ix.ix.42.

Le meridiane portatili romane sono classificate in 6 categorie:

1. Meridiana a sospensione - tipo «Prosciutto di Portici» Nota in un unico esemplare ritrovato ad Ercolano, è a forma di prosciutto e su di un lato ha inciso un quadrante 2. Meridiana a disco a sospensione Si tratta di un disco che si sospende per un anello dopo aver inserito lo gnomone nel foro corrispondente al mese corrente 3. Meridiana cilindrica Nota in due esemplari, consiste in una meridiana raffigurata sulla parete del cilindro; lo gnomone viene fatto ruotare in corrispondenza del mese corrente 4. Meridiana a scatola 5. Meridiana ad anello Nota in un solo esemplare ritrovato a Filippi, permette di leggere l'ora per quattro latitudini differenti grazie alle quattro scale di cui è dotata 6. Meridiana pros pan clima Permette di variare la latitudine della meridiana in maniera continua, correggendo per la posizione corrente, oltre che per il mese corrente.

Posteriori A dittico Un tipo molto comune è costituito da due piccoli pannelli (un dittico) di legno o avorio bianco intarsiato, incernierati in modo da potere essere chiudibili a formare una scatola facilmente trasportabile. Lo gnomone è realizzato con un filo di lino, seta o canapa teso tra le due tavole: quando l'orologio è aperto con il filo teso, le due tavole costituiscono due quadranti, uno orizzontale e uno verticale. Inserita nella tavola orizzontale è presente una piccola bussola, che permette di allineare lo strumento verso sud al momento di leggere l'ora. In alcuni modelli nella tavola verticale sono presenti dei piccoli fori che permettono di variare l'inclinazione del filo i base alla latitudine in cui ci si trova: il filo deve infatti mantenersi sempre parallelo all'asse terrestre per fornire un dato attendibile.

A mezzogiorno, al tramonto e all'alba, la variazione di latitudine non influisce sull'ora mostrata dall'orologio solare portatile, ma alle 9 e alle 15 ogni grado di errore nella latitudine produce una differenza di quattro minuti nell'ora mostrata sui due quadranti. Ne consegue che può essere usato come un astrolabio o un sestante per determinare la latitudine. Alcuni strumenti comprendono una scala con un filo a piombo su cui leggere la latitudine, mentre altre includono una rosa dei venti. Orologi solari di questo tipo di grandi dimensioni (oltre il metro) erano usati per la navigazione.

Ad elevazione