Note su Nord-Sud-Est-Ovest
Enrica Giordano e Nicoletta Lanciano - febbraio 2008 – (revisione 2011)
Tutto questo testo è scritto in riferimento all’emisfero Nord del pianeta
Le cose devono essere apprese solo
per essere nuovamente disimparate, oppure,
cosa più probabile, per essere corrette.
R. Feynman
Non si capisce una cosa se non
la si capisce in più di un modo.
L. Minsky
Introduzione
Prima di tutto un commento generale valido per ogni argomento di fisica che ci apprestiamo a
studiare: le cose si possono affrontare e capire a più livelli, di precisione, di complessità e di
astrazione.
Questo vale per noi, quando cerchiamo di capire, e a maggior ragione deve valere per i
ragazzi a cui insegniamo o insegneremo.
In particolare in fisica si parla di approssimazioni, spesso legate agli strumenti di misura che
si hanno a disposizione. Così nell’approssimazione, dovuta all’uso di uno strumento, due cose
possono coincidere, mentre con un altro strumento si possono vedere come due cose distinte
(ad esempio quella che ad occhio nudo sembra una sola stella si rivela invece una coppia di
stelle se osservata con un binocolo).
Le note che seguono sono suggerimenti a diversi livelli di approssimazione, per cercare di
capire i cosiddetti punti cardinali.
Il linguaggio utilizzato si riferisce ad osservazioni fatte nell’emisfero Nord.
In prima approssimazione, guardandoci intorno.
1. Possiamo parlare di Nord - Sud - Est - Ovest come di quattro zone.
Il "cerchio" dell’orizzonte intorno a noi può essere diviso in quattro settori, uno rivolto verso
Est (oriente) la parte da cui sorge il Sole. Analogamente si trova l’Ovest (occidente) legato al
tramontare del Sole. C’è poi il Sud (meridione) che è la zona del cielo in cui il Sole si trova
intorno alle ore 12 e infine il Nord (settentrione) che è la zona opposta al Sud, è la zona verso
cui sono rivolte le nostre ombre intorno a mezzogiorno.
Ma se si parla di punti cardinali e non di zone ci chiediamo quali sono questi punti, come sono
definiti, come si possono trovare in pratica.
2. Il Sole non sorge sempre nello stesso punto sull’orizzonte: durante l’anno, alle nostre
(40°- 45° Nord) latitudini, il punto in cui sorge subisce spostamenti in un angolo di circa 60°:
se siamo rivolti ad oriente il Sole sorgerà più a destra, ossia verso Sud in Autunno e in
Inverno, o più a sinistra, ossia verso Nord in Primavera e in Estate, rispetto ad un punto
centrale, allontanandosene fino a circa 30° di qua e di là. L’Est è proprio questo punto
centrale: il Sole vi sorge agli Equinozi, a tutte le latitudini.
Analogamente per il tramonto, l’Ovest è il punto in cui il Sole tramonta sull’orizzonte
astronomico agli equinozi. L’Est e l’Ovest sono dunque due punti sul piano orizzontale, e
sulla linea dell’orizzonte.
Se invece di guardare di giorno osserviamo di notte diciamo, che il Nord è identificato da un
punto nel cielo, nella nostra approssimazione possiamo dire che è il "punto" in cui di notte si
vede la stella Polare e attorno al quale tutto il cielo si vede ruotare.
In seconda approssimazione, guardando da Terra verso il cielo.
Ogni osservatore poggia i suoi piedi sul piano orizzontale delimitato per lui dall’orizzonte e
sta in posizione eretta, verticale (perpendicolare al piano orizzontale). Sopra di sé ha il cielo,
quella che viene chiamata la sfera celeste e che spesso si rappresenta con una "cupola".
Nota: La sfera celeste è una superficie sferica immaginaria, a grande distanza dalla Terra, con
la Terra al suo centro.
Si parla di Equatore Celeste (dove il piano che passa per l’Equatore della Terra incontra la
sfera celeste); di Polo Nord e di Polo Sud celeste (punti di intersezione dell’asse terrestre con
la sfera celeste); di cerchio massimo (ad esempio per i due poli); di Zenit (dove la verticale
per l’osservatore incontra la sfera celeste); di meridiano celeste (cerchio per il poli e lo Zenit).
3 Quando il Sole si vede spostarsi durante il giorno fa un percorso in cielo, sulla sfera
celeste, a forma di arco. In Italia questo arco non incontra mai la verticale. Durante l’anno
questo arco può essere più breve (in corrispondenza del solstizio d’inverno si ha il minimo) o
più lungo (in corrispondenza del solstizio d’estate si ha il massimo).
Al punto più alto di questo percorso, raggiunto ogni giorno sull’orizzonte locale (detto punto
di culminazione), si associa un preciso istante di tempo: il mezzogiorno solare locale, e una
direzione nello spazio che indica il Sud.
Ma come definirlo più precisamente e come ottenere quattro punti cardinali sul piano
orizzontale (e raccordarsi alle zone dell’approssimazione precedente)?
I vari punti di culminazione del Sole sull’orizzonte sono disposti, come in figura,
lungo uno stesso meridiano celeste: il Nord e il Sud, come punti sono gli estremi di questo
arco sul piano orizzontale locale. La direzione Nord - Sud è dunque la direzione dell’ ombra a
mezzogiorno, inteso come istante in cui il Sole si trova nel punto più alto del suo percorso
sull’orizzonte.
In terza approssimazione, guardando la Terra nel suo complesso (usiamo il mappamondo).
I due punti Nord e Sud ottenuti col metodo delle ombre appartengono al meridiano che passa
per il punto in cui si trova l’osservatore e quindi indicano la direzione del Polo Nord e del
Polo Sud rispettivamente. Sono i punti di intersezione dell’asse terrestre con la superficie
della Terra e, prolungandolo, con la sfera celeste.
La direzione Est - Ovest è la direzione perpendicolare a quella Nord - Sud e quindi è la
direzione di ogni parallelo locale.
4 Tutto questo in teoria, ma in pratica? Quale direzione trovare sperimentalmente e come?
Con la bussola
E perché? La Terra si può immaginare come una grande calamita con due poli magnetici Nord
e Sud che per coincidenza, al momento attuale, si trovano molto vicini ai poli geografici Nord
e Sud di cui abbiamo parlato prima. Quindi se si trova il Polo Nord magnetico si trova anche
quello geografico - astronomico. La bussola serve proprio a indicare i poli magnetici, perché
il suo ago (una piccola calamita anch’esso) tende a orientarsi proprio con le punte dirette
rispettivamente verso Nord e Sud (magnetico).
Una volta determinata sperimentalmente la direzione Nord - Sud con la bussola si potrebbe
verificare che questa coincide, in prima approssimazione (entro la sensibilità e la precisione
dei nostri strumenti di misura), con la direzione che si ottiene con metodi astronomici.
Conviene poi determinare la direzione Est - Ovest, come perpendicolare alla linea Nord - Sud.
La determinazione diretta è complicata perché il punto esatto del sorgere e tramontare del
Sole agli equinozi è per molti motivi (orizzonte non piatto, effetto della rifrazione della luce
del Sole da parte dell’atmosfera...) quasi impossibile da determinare.
Con i Cerchi Indù.
Siamo all’aperto e fissiamo, perpendicolarmente al terreno (piano orizzontale) un bastone in
posizione verticale (gnomone). A partire dal piede dello gnomone tracciamo un serie di cerchi
concentrici di raggio diverso. Al mattino, prima di mezzogiorno, aspettiamo che l’ombra dello
gnomone tocchi un cerchio e segniamo questa posizione. Dopo mezzogiorno ci sarà un
momento in cui di nuovo l’ombra dello gnomone tocca lo stesso cerchio. Segniamo anche
questa posizione. Lo stesso procedimento si ripete per tutti i cerchi.
Ragionando sul movimento del Sole nel cielo dall’alba al tramonto e sul relativo spostamento
delle ombre sul terreno, si deduce che le coppie di punti sullo stesso cerchio corrispondono a
momenti in cui l’altezza del Sole sull’orizzonte è la stessa e per ogni coppia di punti sulla
stessa circonferenza risulta una simmetria rispetto all’ombra corrispondente al mezzogiorno
solare.
Trovando i centri delle corde relative alle varie coppie di punti di simmetria e congiungendoli
col centro dei cerchi si trova la direzione del meridiano astronomico; oppure si usano le
bisettrici degli angoli formati dalle coppie di punti che sono sulla stessa circonferenza
Ne emergono considerazioni sul ruolo della simmetria nello spazio e nel tempo.
Con il filo a piombo
Con un filo a piombo messo al Sole nel momento esatto del mezzogiorno vero locale (vedi
Appuntamenti ed eventi per sapere come calcolarlo) : la sua ombra dà la direzione del Nord.
Potremmo essere più precisi?
Certamente: la Polare non si trova esattamente nello stesso punto del Polo Nord celeste; il
Polo Nord magnetico non coincide esattamente con quello geografico astronomico;
andrebbero definiti meglio meridiani, paralleli, latitudine, longitudine...
Ci torneremo.
5 Trovare il Nord
- di notte con la stella Polare, che si trova sul proprio meridiano ad un’altezza dal piano
orizzontale, pari all’angolo della latitudine del luogo - di giorno con il Sole: - con i Cerchi
Indù
- aspettando l’ombra del mezzogiorno vero locale che va calcolato tenendo conto della
longitudine e dell’equazione del tempo
Le parole del Nord:
- settentrione, da septem triones i sette buoi che tirano il carro, rimanda al mito, alle sette
stelle dell’Orsa Maggiore (visibili nell’emisfero Nord)
- tramontana, rimanda ai venti, al vento di tramontana che spira dal Nord
- mezzanotte, a metà della notte, come simmetrico del mezzogiorno (momento in cui il Sole
passa a Sud a metà del giorno)
i punti cardinali sono i punti cardine dell’orizzonte
Non trascuriamo anche le risorse in rete
In rete, sul WWW, c’è un bellissimo sito
http://www.fourmilab.ch/cgi-bin/uncgi/Earth
che presenta le foto della Terra vista dal Sole o da un satellite posto a diverse latitudini, in
diversi giorni e ore dell’anno.
Sostituiscono l’esperienza diretta che in questo caso non è possibile.
Occorre un pò di tempo sia per caricare le immagini che per capire cosa si sta vedendo e quali
sono i parametri che conviene cambiare.
C’è poi un altro sito interessante
http://solar.physics.montana.edu/YPOP/Classroom/Lessons/Sundials/sundials.html
dove si possono trovare rappresentazioni del percorso del Sole sulla sfera celeste a
diverse latitudini, come quella riportata più sopra.
http://didascienze.formazione.unimib.it/senisquipo/luce/index.htm
per esperienze dal progetto SENIS
per la declinazione magnetica in ogni punto del pianeta
http://www.magnetic-declination.com/
E in carta
N. Lanciano, Strumenti per i giardini del cielo, ed Junior, 2009, per le esperienze
Sull’orizzonte locale e i Cerchi Indù
