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MISURARE IL TEMPO
La nozione di tempo, di un tempo che come un fiume scorre senza sosta e inesorabilmente dal giorno della nascita a quello della morte, forse è sempre esistita nella mente dell'uomo, ma l'esigenza di misurarne la durata deve essere sorta in un momento successivo e cioè solo quando, dopo essersi organizzato in gruppi, l’uomo sentì la necessità di ripartire la giornata tra il periodo da riservare al lavoro e quello da dedicare alle cerimonie religiose e al riposo.
L'uomo, allora, si deve essere guardato intorno alla ricerca di qualche fenomeno naturale che, evolvendo in modo ritmico ed uniforme, potesse essere utilizzato come indicatore del tempo che passa. E' noto che qualsiasi evento che si ripeta con regolarità nel corso di lunghi periodi, o qualsiasi meccanismo naturale o artificiale che si muova di moto uniforme, può essere utilizzato per misurare lo scorrere del tempo: potrebbe andar bene allo scopo, ad esempio, l'oscillare di un pendolo, il sorgere e il tramontare periodico del Sole, il defluire dell'acqua entro una clessidra, o il semplice battito del cuore.
Ora, fra tutti i fenomeni naturali, con i quali l’uomo primitivo era quotidianamente a contatto, il moto regolare della volta celeste sembrava essere il più evidente indicatore dello scorrere del tempo. Ancora oggi infatti accade che quando una persona si abitua a non portare l'orologio al polso, il modo più naturale e spontaneo per sapere l'ora, sia quello di guardare il cielo. Il moto degli astri, e del Sole in particolare, deve aver quindi rappresentato per l'uomo primitivo una specie di orologio naturale sempre disponibile e della cui immutabilità poteva essere certo. Da questo orologio era possibile trarre, in modo diretto, un'unità di misura del tempo: essa, senza dubbio, all'inizio, fu il «giorno», un lasso di tempo che oggi possiamo definire in due modi diversi a seconda del punto di riferimento che si adotta per misurarlo. Vediamo allora come si può fare per determinarne la durata.
1. IL GIORNO SIDEREO E IL GIORNO SOLARE
Se in una notte serena si guarda in alto in cielo, verso nord, per un tempo sufficientemente lungo, ci si accorge che le stelle si muovono, tutte insieme, intorno ad un punto, coincidente, quasi esattamente, con la Stella Polare. Il «Piccolo Carro», ad esempio, gira intorno alla Stella Polare, che è la prima del suo timone, come fosse la lancetta di un orologio (in verità molto originale) che si muove però in senso contrario a quello delle lancette dei nostri orologi. Quando il Piccolo Carro, insieme alle altre stelle, ha compiuto un giro completo attorno alla Stella Polare (che, come sappiamo, rappresenta il punto d’incontro del prolungamento dell’asse terrestre con la volta celeste) noi diciamo che è trascorso un giorno.
Per determinare però, con precisione, la nostra unità di misura, è indispensabile individuare in cielo il cosiddetto meridiano del luogo: l'operazione non è difficile. Si segna, innanzi tutto, il punto che si trova esattamente sulla verticale dell'osservatore: quel punto si chiama zenit da un termine arabo che significa "sopra la testa". Si traccia quindi, idealmente, una semicirconferenza che da nord passando per lo zenit arrivi a sud. Questa linea che divide il cielo in due metà uguali è denominata meridiano, termine che deriva da una parola latina che significa, letteralmente, "metà del giorno", perché quando è attraversata dal Sole, a metà del suo viaggio diurno da est ad ovest, è, per l'appunto, metà del giorno, ossia "mezzogiorno". Anche gli altri astri, nel loro spostarsi da oriente ad occidente, attraversano quella linea a metà del loro cammino. La Stella Polare, invece, sta permanentemente su quella linea, ad un’altezza, alle nostre latitudini, intermedia fra l’orizzonte e lo zenit.
Una volta individuato il meridiano del luogo, possiamo definire con rigore quello che viene chiamato il giorno sidereo, ossia il giorno determinato con riferimento ad una stella. Esso è l'intervallo di tempo che intercorre fra due passaggi successivi della stessa stella sul meridiano del luogo. Questo lasso di tempo dura esattamente 23 ore, 56 minuti primi e 4 minuti secondi (23h 56’ 4”).
Prima di continuare, è bene chiarire che il moto delle stelle intorno ai poli è solo un moto apparente perché ciò che si muove realmente è la Terra intorno al proprio asse. Quindi il giorno sidereo in realtà non è altro che il tempo impiegato dalla Terra per compiere una rotazione completa su sé stessa, e questo movimento, come abbiamo appena detto, può considerarsi di durata praticamente costante.
Ma l'uomo, di notte, generalmente dorme e se non dorme difficilmente si sofferma a guardare le stelle, quindi il giorno sidereo non viene utilizzato dalla gente comune come misuratore del tempo che passa. La vita civile oggi, come in passato, normalmente si svolge di giorno ed è quindi regolata dal movimento del Sole e non da quello delle stelle.
Ora viene da chiedersi: se per definire la durata del giorno anziché far riferimento ad una stella qualsiasi ci si rivolgesse al Sole, si otterrebbe lo stesso risultato? In altri termini, il giorno misurato rispetto ad una stella lontana ha la stessa durata del giorno misurato rispetto al Sole?
Prima di rispondere vediamo di definire il giorno rispetto al Sole così come si è fatto rispetto ad una stella lontana. In questo caso diremo che il giorno solare è l'intervallo di tempo che intercorre fra due passaggi successivi del Sole sul meridiano del luogo. La sorpresa si ha quando si va a misurare questo intervallo di tempo: si scopre innanzitutto che esso dura circa 24 ore, quindi circa quattro minuti in più del giorno sidereo e poi che non ha sempre la stessa durata nel corso dell’anno. Come mai queste differenze?
Il motivo della discordanza fra giorno solare e giorno sidereo risiede nel fatto che la Terra, mentre ruota su sé stessa, si muove anche, e nello stesso senso antiorario, intorno al Sole, spostandosi, rispetto ad esso, in modo apprezzabile. La Terra non si sposta invece, nel corso dell’anno, in modo apprezzabile, rispetto alle stelle fisse, le quali, essendo lontanissime, appaiono occupare sempre la stessa posizione quando vengono osservate dai diversi punti nei quali si viene a trovare il nostro pianeta nel suo viaggio intorno al Sole.
A causa del movimento di rivoluzione della Terra, un osservatore vede il Sole cambiare posizione, giorno dopo giorno, rispetto allo sfondo delle stelle fisse. Per la verità le stelle, in pieno giorno, non sono visibili, però è ugualmente possibile conoscere la loro posizione anche quando il Sole illumina il cielo. Al mattino presto, ad esempio, poco prima dell’alba, o alla sera tardi, poco dopo il tramonto, è possibile osservare nel corso dell’anno le diverse stelle che stanno vicino al Sole; ricercando quindi gli stessi raggruppamenti di stelle sulle mappe del cielo notturno, si possono identificare anche quelle che si trovano in pieno giorno immediatamente dietro ad esso. Ebbene, questo sfondo di stelle, sul quale si staglia il Sole, cambia gradualmente durante l'anno. Per la precisione, in 365,2422 giorni solari (365 giorni e 6 ore circa), il Sole percorre il circuito completo del cielo (conseguenza del movimento della Terra intorno ad esso), cioè copre un arco di 360° (alla velocità di circa un grado al giorno: 360°:365g ≈1° al giorno). Durante questo viaggio la Terra avrà ruotato su sé stessa un po’ più di 366 volte: saranno in pratica passati esattamente 366,2422 giorni siderei. In altre parole, in circa 365 giorni la Terra ruota su sé stessa un po’ più di 366 volte.
Per capire bene il motivo della differenza di durata fra giorno sidereo e giorno solare, immaginiamo di vedere, a mezzogiorno, insieme al Sole che passa (o "culmina", come anche si dice) sul meridiano del luogo, una stella che gli stia esattamente sopra la testa, e quindi anch'essa sullo stesso meridiano. Dopo un giorno sidereo, cioè dopo che la Terra avrà effettuato una rotazione completa su sé stessa, la stella ripasserà esattamente sul meridiano del luogo (dove si trovava il giorno prima), ma non ripasserà per quel punto il Sole perché in ritardo: esso si trova infatti spostato di circa un grado verso est (si tratta, come abbiamo detto più volte, di un moto apparente perché è la Terra che in realtà si è spostata avendo percorso, nel tempo di una rotazione su sé stessa, un breve tratto della sua orbita intorno al Sole). La Terra dovrà quindi girare su sé stessa ancora di circa 1 grado (e lo farà in circa 4 minuti) per potersi riallineare con il Sole. Il giorno seguente, per trovarsi di nuovo allineata con il Sole, dopo la culminazione della nostra stella di riferimento sul meridiano del luogo, la Terra dovrà spostarsi di due gradi sull'orbita e per farlo impiegherà circa 8 minuti, perché ora dovrà girare su sé stessa di ulteriori due gradi, e così via. Dopo sei mesi, quando rispetto alla nostra stella di riferimento sarà mezzogiorno, e cioè quando questa stella culminerà sul meridiano del luogo, rispetto al Sole sarà mezzanotte, e cioè esso culminerà sul meridiano opposto (quello che a mezzogiorno sta alle nostre spalle). Dopo un anno, la Terra avrà fatto una rotazione in più su sé stessa rispetto a quelle necessarie per mantenersi in sintonia con il Sole. La conseguenza di tutto ciò è che l'anno consiste di 366,2422 giorni siderei, ma di soli 365,2422 giorni solari.
Per chiarire ancor meglio il concetto facciamo un esempio concreto immaginando che la giornata lavorativa si fondi sul tempo sidereo anziché sul tempo solare. Che cosa accadrebbe se, per contratto, venisse stabilito che il lavoro debba iniziare alle 8 del mattino (ora siderea)? Succederebbe che il primo giorno si andrebbe al lavoro effettivamente allo spuntare del Sole ma, dopo sei mesi, le 8 del mattino(?) capiterebbero al calare della notte. Ciò sarebbe, per l'appunto, conseguenza del fatto che l'orologio sidereo è un po’ più veloce dell'orologio solare perché le ore, i minuti e i secondi dell’orologio sidereo sono un po’ più brevi di quelli dell’orologio solare. Per la precisione, ad ogni giorno che passa, l'orologio sidereo guadagna circa 4 minuti su quello solare e alla fine dell'anno avrà guadagnato un giorno intero (4' x 365g = 1.460' = 24 ore circa). Con questo esempio si chiarisce anche il motivo per il quale la misurazione del tempo debba necessariamente fondarsi sul movimento del Sole, e non su quello delle stelle.
....fine I parte
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