Navigazione astronomica

La navigazione astronomica trova la posizione di una nave dall'altezza del Sole, della Luna e delle stelle sull'orizzonte. La latitudine si ricava dalla stella Polare, che i piloti portoghesi misuravano col quadrante verso il 1460, o dal Sole di mezzogiorno; la longitudine richiede l'ora di un meridiano di riferimento, che dagli anni 1760 fornirono i cronometri e le tavole lunari.

Che cos’è

Fuori vista della costa, la bussola e la velocità stimata tengono la rotta, ma gli errori si sommano. Il cielo offre un controllo, perché l’altezza di una stella o del Sole sull’orizzonte dipende dal punto in cui ci si trova.

La latitudine, cioè la distanza a nord o a sud dell’equatore, viene prima: i piloti dell’oceano Indiano la ricavavano dalla Polare con le dita o con il kamal, e gli europei portarono in mare quadranti e astrolabi nel Quattrocento. La longitudine dipende dall’ora e resta un problema difficile fino al Settecento. La tavola mostra un sestante e un cronometro marino di quest’ultima epoca.

Come funziona

La stella Polare si trova vicinissima al punto del cielo sopra l’asse terrestre. Al polo nord sta quasi allo zenit; all’equatore, quasi sull’orizzonte. In mezzo, la sua altezza corrisponde più o meno alla latitudine. Ai tempi di Colombo distava 3,5° dal polo e i piloti correggevano la lettura; oggi lo scarto è sotto il grado.

A sud dell’equatore si usa il Sole al mezzogiorno vero, quando è più alto. Il suo angolo dall’equatore celeste, la declinazione, oscilla nel corso dell’anno tra circa 23,4° N e 23,4° S e si calcola in anticipo. Con il Sole di mezzogiorno a sud, la latitudine è 90° meno la sua altezza, più la declinazione, con il sud negativo. Con il Sole a nord, come sempre a sud dei tropici, la latitudine è la declinazione meno (90° meno l’altezza).

L’astrolabio nautico era fuso pesante e traforato perché il vento non lo facesse oscillare.

Sul primo quadrante un filo a piombo pende davanti a una scala mentre si traguarda la stella lungo un bordo. L’astrolabio nautico pende da un anello; per il Sole il navigatore ruota l’alidada finché un raggio passa dal foro in alto e cade su quello in basso. Entrambi oscillano su un ponte che rolla, ed errori di parecchi gradi erano comuni.

L’ottante e il sestante misurano invece dall’orizzonte del mare. La luce del Sole colpisce lo specchio grande sul braccio mobile, si riflette sullo specchio piccolo ed entra nel cannocchiale. Metà dello specchio piccolo è trasparente: l’orizzonte si vede attraverso, accanto al Sole riflesso. Con i vetri colorati inseriti, il navigatore sposta il braccio finché il lembo inferiore del Sole tocca l’orizzonte e legge il limbo. Delle tavole correggono poi l’altezza dell’occhio, la rifrazione e il semidiametro del Sole, circa 16′. La doppia riflessione raddoppia l’angolo, così un arco di un sesto di cerchio misura fino a 120°.

Per la longitudine, la Terra ruota di 15° all’ora. Se il Sole passa al meridiano locale quando un orologio regolato su Greenwich segna le 15, la nave è circa 45° a ovest di Greenwich, prima della correzione dell’equazione del tempo: secondo la stagione, il Sole anticipa o ritarda fino a 16 minuti. Il difficile era un orologio che restasse esatto in mare. L’altro metodo, la distanza lunare, confronta l’angolo misurato tra la Luna e una stella brillante con tavole stampate per ricavare l’ora di riferimento.

Tra un’osservazione e l’altra, la stima fatta con bussola, solcometro e orologio si traccia sulla carta; ogni punto astronomico la corregge.

Come fare

Un quadrante di cartone dà la latitudine con un errore di uno o due gradi, cioè da 100 a 200 km.

Si traguarda nella cannuccia e si legge dove il filo incrocia la scala.

Costruire il quadrante. Ritagliare da un cartone rigido un quarto di cerchio di circa 15 cm di raggio. Con un goniometro, graduare l’arco da 0 su un bordo dritto a 90 sull’altro. Fissare una cannuccia lungo il bordo segnato 90. Appendere all’angolo un filo con un dado. Il filo indica allora l’angolo della cannuccia sopra l’orizzontale.

Misurare la Polare. In una notte serena nell’emisfero nord, prolungare di circa cinque volte la linea che unisce le due stelle in fondo al carro dell’Orsa Maggiore per trovare la Polare. Traguardarla nella cannuccia, lasciare fermare il filo e leggere. La media di cinque letture dà una latitudine approssimata.

Oppure misurare il Sole di mezzogiorno con l’ombra. Non traguardare mai il Sole. Piantare un bastone dritto su un terreno piano e controllare con il filo a piombo che sia verticale. Verso mezzogiorno, segnare la punta dell’ombra ogni cinque minuti: l’ombra più corta indica il mezzogiorno vero, che di rado cade alle 12 dell’orologio. L’altezza del Sole è l’angolo la cui tangente è l’altezza del bastone divisa per quell’ombra; si può anche disegnare il triangolo in scala e misurare l’angolo col goniometro.

Correggere secondo la data. Cercare la declinazione del Sole del giorno in effemeridi, positiva a nord. A nord dei tropici, latitudine = 90° − altezza + declinazione. L’11 aprile la declinazione è di circa +8°. Se un bastone di 100 cm proietta un’ombra minima di 77 cm, l’altezza è circa 52,4° e la latitudine 90 − 52,4 + 8 = 45,6° N, vicina ai 45,8° di Lione. Poi confrontare con una carta.

Sicurezza. Non guardare mai il Sole, né a occhio nudo né attraverso una cannuccia, un tubo, un binocolo o un mirino, neanche per un attimo; gli occhiali da sole non proteggono e il danno è permanente. Di notte uscire in due, portare una torcia e stare lontani da bordi di scogliere, banchine, argini e dalla riva.

Storia ed evoluzione

I navigatori del Pacifico viaggiavano senza strumenti, orientandosi sui punti dove sorgono e tramontano le stelle e stimando la latitudine dall’altezza della Croce del Sud. Nel 1976 Mau Piailug guidò così la canoa Hōkūleʻa dalle Hawaii a Tahiti.

Il kamal: ogni nodo corrispondeva all’altezza della Polare in un porto noto.

Con il kamal dei piloti dell’oceano Indiano, un nodo stretto tra i denti fissava la distanza di una tavoletta i cui bordi andavano dall’orizzonte alla stella. Ahmad ibn Majid, dell’Oman, mise per iscritto questo sapere nel 1490.

Diogo Gomes racconta di aver preso la Polare col quadrante in un viaggio in Guinea verso il 1460, ma le sue date sono incerte. Passato l’equatore, negli anni 1470, i portoghesi si affidarono al Sole di mezzogiorno, all’astrolabio e alle tavole di declinazione di Abraham Zacuto, stampate a Leiria nel 1496. Seguirono la balestriglia e, verso il 1594, il quadrante di Davis. John Hadley presentò il suo ottante alla Royal Society nel 1731. L’orologio H4 di John Harrison fu provato in mare nel 1761; il Nautical Almanac di Nevil Maskelyne, uscito nel 1766 per l’anno 1767, conteneva tavole lunari. I segnali orari regolari via radio cominciarono nel 1904, e il GPS divenne pienamente operativo nel 1995.