CALCOLATORIA |
il calcolo prima dell'era digitale |
La navigazione degli antichi |
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Ripercorriamo la strada che i naviganti hanno faticosamente tracciato per arrivare a conoscere la propria posizione. Oggi basta un rapido sguardo al GPS. |
Gli esordi |
I primi marinai navigavano sempre sottocosta, aiutandosi spesso con lo scandaglio: "Quando trovate 11 braccia siete ad un giorno da Alessandria", scriveva Erodoto, ma per avventurarsi in mare aperto era necessario osservare il Sole; la direzione da cui sorgeva era il riferimento principale ed ancora oggi ci si "orienta" per ritrovare la strada. Anche i nomi di Asia ed Europa derivano dalle denominazioni fenicie dell'Est (Asu) e dell'Ovest (Ereb). |
Di notte si affidavano alle stelle. Per raggiungere un porto basta navigare sul suo parallelo e, misurando col braccio teso l'altezza sella Polare, ottenevano facilmente la latitudine. I Romani chiamavano le stelle dell'Orsa Minore "Septem Triones", e da qui la parola "Settentrione" per indicare il Nord. In seguito gli Arabi inventarono il Kamal, un rettangolo di legno dal quale pendeva una cordicella con dei nodi, ciascuno corrispondente alla latitudine di un porto. Il capitano prendeva fra i denti il nodo relativo alla sua destinazione allineando il Kamal con l'orizzonte: se la Polare si trovava più in alto bisognava cambiare la rotta verso Nord, se al di sotto verso Sud. |
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Kamal |
Come tutti sanno la latitudine di un luogo è la distanza angolare dall'equatore, facilmente determinabile osservando l'ombra proiettata a terra da uno stilo. La longitudine è invece la distanza angolare da un meridiano convenzionale detto "primo meridiano", dal 1884 quello di Greenwich, ed è molto difficile da misurare. Ipparco risolse il problema nel 200 a.C. con calcoli astronomici, ma bisognerà attendere quasi duemila anni per poterla calcolare sul mare. Ipparco inventò inoltre l'astrolabio, divise i circoli massimi della terra in 360 gradi e determinò la posizione di tutte le stelle. |
Sfericità e dimensioni della terra erano già note ai Greci sin dall'epoca classica, assai prima dei tempi di Colombo. Queste conoscenze furono dimenticate nel Medioevo e dovettero essere faticosamente riscoperte. |
La navigazione oceanica |
I Vichinghi portavano a bordo degli uccelli che, liberati, indicavano col loro volo la terra. I Polinesiani sfruttavano la direzione predominante delle onde, in Pacifico estremamente regolare, aiutandosi con carte fatte di corde e conchiglie che riportavano le variazioni del moto ondoso rifratto dalle isole. Disponevano di carte stellari e capivano i più piccoli segni del mare. Dicevano infatti: "Se sai leggere l'oceano non ti perderai mai". |
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Sistema di orientamento polinesiano |
Le carte |
Anticamente si utilizzavano delle raccolte di informazioni nautiche, chiamate Peripli, poi evolutisi nei magnifici portolani italiani. Le prime carte furono disegnate nel II° secolo d.C. da Tolomeo che, basandosi su empirici rapporti come: "navigando dieci giorni verso Nord abbiamo raggiunto....", riuscì a calcolare le latitudini e le longitudini, sia pure approssimate. La sua proiezione conica, perfezionata, è tuttora in uso per le mappe terrestri. |
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Particolare di una mappa tolemaica |
Attorno al 1200 apparvero carte più moderne ma la svolta si ebbe nel 1569 con l'introduzione, da parte di Mercatore, della proiezione cilindrica isogonica che permette di tracciare la rotta con angolo costante, tuttora la più diffusa nella cartografia nautica. Da quella data le coste furono disegnate sfruttando precisi rilevamenti astronomici e molte carte del 1800 sono sempre in commercio, ancora valide nell'era del GPS. |
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La California, Pieter Goos, 1668, appaiono i meridiani ed i paralleli |
La bussola |
Nel secolo XIII° si diffuse in Europa l'uso della bussola cinese, che impiegò diversi decenni per affermarsi: la si credeva animata dalla magia ed a quei tempi i marinai utilizzavano solo strumenti facilmente comprensibili. Nel 1400 gli Italiani introdussero la rosa dei venti divisa in 32 rombi, oggi in 360°. |
Si era notato che l'ago puntava la Polare e non il Nord, ma si pensava che l'angolo così formato fosse immutabile. Colombo vide invece che, spostandosi verso Ponente, diminuiva fino a zero per poi aumentare in senso opposto. Credette di aver trovato un sistema per calcolare la longitudine ma in realtà aveva scoperto la declinazione magnetica, differenza fra la direzione del Nord geografico e quella del Nord magnetico, diversa da luogo a luogo e che muta col tempo. La declinazione fu identificata già nel 1600 e subito si pubblicarono le tavole di correzione per la bussola. |
La navigazione era un'arte, basata sull'interpretazione dell'ambiente e sulla sensibilità personale. Nondimeno già nel 2000 a.C. tutto il mondo era esplorato ed abitato. |
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La rosa dei venti |
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Dall'astrolabio al GPS |
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Astrolabio astronomico e nautico |
Con l'inizio delle navigazioni oceaniche apparvero le tavole di declinazione del Sole, che consentono di trovare la latitudine misurandone l'altezza meridiana, ed il quadrante e la balestriglia per effettuare le osservazioni. Nel 1595 Davis costruì il backstaff, che evitava di mirare direttamente al Sole, ma gli strumenti restavano difficili da usare e la ricerca di precisione e praticità portò Hadley, nel 1731, a sfruttare una idea di Newton con l'invenzione dell'ottante a specchi, graduato a 90° (1/8 di cerchio), trasformatosi pochi anni dopo nel moderno sestante graduato a 120°. |
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Quadrante di Davis |
Per conoscere la velocità si lanciava in mare una tavola, legata a una corda provvista di nodi a distanze regolari, contando poi i nodi che passavano nella mano in un dato tempo. Questo sistema fu sostituito nelll'800 dai solcometri ad elica, ma le velocità in mare sono ancora espresse in nodi! |
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Solcometro a elica |
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Il cronometro e la longitudine |
L'ottante rivoluzionò le misurazioni, Lacaille battezzò una costellazione in suo onore, ma per trovare l'ora esatta e determinare la longitudine si impiegava il metodo delle distanze lunari, soggetto a notevoli errori. Il problema era così importante che il governo inglese istituì l'ingente premio di 20.000 sterline per chi l'avesse risolto. |
Il premio fu vinto nel 1776 da Harrison con un precisissimo cronometro che, testato durante i viaggi di Cook, fece esclamare al celebre capitano: "ormai la navigazione è diventata semplice e precisa come non mai". Avendo a bordo un cronometro regolato sul tempo del primo meridiano si può, da un'osservazione di sole, determinare l'ora locale e risalire con facilità alla longitudine. |
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Un ottante ed il cronometro di Harrison |
La navigazione astronomica moderna |
Nel 1837 il capitano Sumner, sospinto dalla tempesta in una zona pericolosa, segnò sulla carta il risultato di tre frettolose osservazioni di sole ed unendole con una retta intuì che la nave doveva trovarsi in un punto qualsiasi della stessa. Pubblicò le sue riflessioni e nel 1875 l'ammiraglio Marcq de St.Hilaire perfezionò questo metodo, che permette di trovare rapidamente la latitudine e longitudine con due sole misure di altezza e di tempo di un astro qualsiasi. In quegli anni apparvero inoltre tavole di declinazione ed effemeridi senza errori e di immediata comsultazione. |
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Moderni sestanti nautici ed aeronautici |
La navigazione astronomica era diventata accessibile a tutti, così precisa da essere utilizzata anche sugli aerei e nei voli spaziali nonostante dalla metà del '900 fosse apparsa la navigazione radioassistita. |
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James Lowell prende una retta di altezza sull'Apollo 8 |
La navigazione radioassistita |
Questa tecnologia rileva la direzione da cui perviene un radiosegnale oppure misura le differenze di tempo o fase nella ricezione di segnali trasmessi da più stazioni. I principali sistemi furono il radiogoniometro, il Loran e l'Omega, sviluppati durante la II° Guerra Mondiale ed oggi surclassati dal GPS. |
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Radiogoniometro |
La navigazione satellitare |
Nel 1959 gli Stati Uniti misero in orbita i 6 satelliti del sistema Transit, in grado di fornire il punto nave solo ogni 90 minuti. Poco pratico per la navigazione aerea fu sostituito nel 1991 dall'attuale NAVSTAR-GPS, 24 satelliti e diverse stazioni a terra, che calcola il tempo impiegato da un segnale a percorrere la distanza satellite-ricevitore determinando continuamente posizione, altitudine, rotta e velocità con uno scarto di pochi centimetri. L'antico sogno di tutti i naviganti si è finalmente avverato. |
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La rete satellitare del GPS |
Il GPS è però fuori dal controllo degli utenti, può guastarsi, essere disattivato dal gestore o fornire dati falsati, anche volutamente. Finito il tempo in cui si diffidava della bussola quale strumento misterioso, oggi la maggior parte dei marinai recepisce acriticamente la posizione letta sul display. Questa tecnologia non si è infatti affiancata alle vecchie conoscenze ma le ha cancellate, ormai pochi sanno "orientarsi" senza elettronica, e qualora il servizio venisse meno si navigherebbe con minor sicurezza di una nave fenicia. La navigazione astronomica, precisa entro "soli" 400 metri, insegnava ad essere autosufficienti ed a compenetrarsi col mondo, in contatto con le bellezze del firmamento. Oggi non è più così, come già diceva l'astronomo Flammarion: |
"La mente si smarrisce quando realizzo che la maggior parte degli uomini non ha mai alzato lo sguardo al cielo" |
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Ricevitore GPS con cartografia integrata |
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Nicola Marras 2010
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