Il cielo dei navigatori - Alla scoperta del Nuovo Mondo

Da Commissione Divulgazione - Unione Astrofili Italiani.

Versione delle 16:34, 17 ott 2010

La navigazione nel medioevo

Il progresso verso un metodo di navigazione scientifico ed accurato è stato lungo e difficile. I naviganti medioevali si basavano sulla posizione del Sole di giorno e su quella delle stelle di notte. Li aiutava anche una diffusa conoscenza di venti, correnti, profili delle coste, che veniva tramandata oralmente da padre in figlio o dai capi barca più vecchi ai marinai più giovani. Solo alla fine del XV secolo si cercò di mettere per scritto tutto questo insieme di conoscenze e di darlo alle stampe.

Il primo strumento per navigare fu lo scandaglio, che poteva consistere o in una lunga pertica di legno o in un peso di piombo attaccato all'estremità di una corda in cui erano stati fatti dei nodi a distanza regolare. Lo scandaglio aveva anche la possibilità di prelevare del materiale dal fondo marino, in modo che i naviganti si rendevano conto se si stavano muovendo su fondali sabbiosi o rocciosi.

Rappresentazione fantastica dell'invenzione della bussola da parte di Flavio
Gioia da Amalfi. Nello "stanzino delle matematiche" in palazzo Vecchio a Firenze

L'invenzione della bussola costituì un grande progresso per l'affidabilità della navigazione. La tradizione vuole che sia stata inventata ad Amalfi, ma la prima documentazione scritta dell'esistenza di una bussola, si trova nell'opera di un monaco inglese, Alexander Neckham (1157-1217) risalente al 1187. A quel tempo l'ago magnetico veniva utilizzato solo in condizioni di cielo coperto, quando non si poteva vedere ne' il Sole ne' le stelle, come ci racconta il domenicano Vincent di Beauvais (1190-1264).

Carta Pisana del 1275 (circa), conservata presso la Biblioteca Nazionale di Parigi.
È il più antico esempio di portolano che, nonostante il suo nome è probabilmente di origine genovese.

Contemporaneamente all'uso della bussola, nella navigazione mediterranea inizia ad essere utilizzato il portolano. Si tratta di una carta delle coste, disegnata su una pergamena grande quanto la pelle intera di una pecora. I portolani erano molto accurati nel disegno delle coste e indicavano le rotte principali che collegavano i diversi porti. Solo quando la bussola fu perfezionata, e l'ago magnetico fu lasciato libero di muoversi su una punta di rame, i timonieri cominciarono a fidarsene sempre di più. Sembra che sia stata una nave inglese la prima a montare la bussola in modo permanente davanti alla ruota del timone in una struttura protettiva, che prese il nome di [[./V_METOD.HTM#binnacle|binnacle]], per proteggerla dagli elementi atmosferici, e dove trovava posto anche una lucerna.

Enrico II e la navigazione portoghese

I Portoghesi, guidati dal principe Enrico il Navigatore (1394-1460), affrontarono il problema della navigazione in modo innovativo, quando iniziarono i grandi viaggi di esplorazione lungo la costa occidentale dell'Africa. Nel 1420 furono colonizzate le Isole Canarie, e nel 1433 fu il turno delle isole Azzorre. In questo periodo fu studiato con cura il sistema di venti dell'Oceano Atlantico, e presto i marinai si convinsero che sarebbero sempre potuti tornare a casa, sia che si muovessero verso Sud, sia che navigassero verso Ovest. Infatti scoprirono che la direzione del vento dominante cambiava con la latitudine e con la stagione.
Questi viaggi venivano intrapresi principalmente per aggirare l'impero islamico e raggiungere l'Oriente e, in parte, per soddisfare il desiderio di scoperte del principe Enrico. Fu lo stesso principe a volere a Sagres una scuola, dove si insegnava ad usare i metodi più comuni di navigazione e l'uso di semplici strumenti astronomici.

Lo strumento astronomico, comunemente utilizzato, era un quadrante di legno con due mire fissate su un lato e un filo a piombo, che permetteva di rilevare l'altezza di un astro. Si raccomandava agli ufficiali di osservare la stella Polare nel porto di partenza e di segnare il punto in cui il filo a piombo passava sul bordo dello strumento, cioè di conservare questa misura. Durante il viaggio il navigante prendeva nota della posizione della polare corrispondente a fiumi, promontori ed estuari, in modo che il cartografo potesse ricavarne la latitudine e riportarli correttamente sulla carta geografica. A causa del moto apparente della Polare attorno al polo nord celeste, si raccomandava al navigante di osservare la stella quando le Guardas, cioè le ultime due stelle del Piccolo Carro, fossero state in una posizione assegnata, in modo da tener conto del fatto che la polare non coincide esattamente con il Polo Nord Celeste.

La costellazione dell'Orsa Minore con la posizione della stella
polare e delle "guardas" rispetto al polo nord celeste

Con questo sistema, quando il navigante voleva recarsi in un luogo la cui altezza polare fosse riportata sul suo quadrante, non doveva fare altro che navigare verso Nord o verso Sud fino a che la Polare non avesse avuto l'altezza voluta e poi muoversi verso Est o verso Ovest, a seconda di casi. In seguito fu insegnato ai naviganti come convertire le differenze di gradi di altezza in leghe, per conoscere di quanto si era navigato nella direzione Nord-Sud, moltiplicando i gradi per 16 e due terzi.

Nel 1471 fu attraversato l'Equatore, e quindi la stella Polare non poteva più essere utilizzata per navigare. Re Giovanni II del Portogallo nominò una commissione che, nel 1485, risolse il problema. Fu pubblicata una tabella che riportava l'[[./ST_LAT.HTM#altezza|altezza]] del Sole, al passaggio al meridiano, nei diversi giorni dell'anno, alle diverse latitudini.

Il quadrante, con il suo filo a piombo, non era uno strumento molto pratico da usarsi in mare. Ben presto fu soppiantato dall'astrolabio e dalla [[./WERNER.HTM#balestriglia|balestriglia]]. Inventata dall'astronomo provenzale Levi Ben Gerson, la sua introduzione a bordo delle navi portoghesi segue di poco il grande viaggio di Vasco de Gama del 1498 che, nella sua traversata dell'Oceano Indiano, aveva conosciuto il kamal ,uno strumento arabo di caratteristiche simili.

L'astrolabio è uno strumento di calcolo oltre che di misura e contiene, inoltre, la posizione del Sole e delle principali stelle in coordinate [[./EQ_ASS.HTM|equatoriali assolute]]. Il cerchio eccentrico nella fotografia rappresenta l'eclittica, cioè il cammino apparente annuo del Sole. Conoscendo la data è possibile ricavare l'ascensione retta e la declinazione dell'astro. Le fiammelle rappresentano alcune stelle, si riconosce Spica della costellazione della Vergine.

I nuovi metodi di navigazione adottati dai portoghesi si diffusero velocemente in Spagna e in tutte le marinerie occidentali.

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Colombo e la navigazione oceanica per punti stimati

Colombo era di Genova, un porto del Mediterraneo, e quindi la sua tecnica di navigazione era quella per punti stimati, ampiamente utilizzata dai piloti genovesi. Ma dato che trascorse anche un certo periodo in Portogallo, si può supporre che fosse a conoscenza delle nuove tecniche di navigazione astronomica , anche se non ne era un esperto. Infatti, durante i suoi viaggi, fece numerosi tentativi per misurare la latitudine con metodi astronomici, con risultati sempre deludenti.

Nella navigazione per punti stimati il navigante determina la sua posizione rilevando la rotta e misurando la distanza percorsa a partire da una posizione nota. I marinai dovevano, ogni giorno, riportare la direzione e la distanza percorsa su di una carta, marcando la posizione raggiunta, punto di partenza per il giorno successivo. Per la direzione della rotta si faceva uso della bussola, che era nota in Europa dal 1183. Invece la misura della distanza percorsa era più complessa, richiedendo la misura di un intervallo di tempo e della velocità della nave; dopo di che si moltiplicava la velocità della nave (in miglia per ora) per il tempo trascorso dall'ultima osservazione.
Lo scorrere del tempo veniva misurato con la clessidra o con l'arenario; si tratta di due strumenti simili costituiti da due camere comunicanti attraverso uno stretto passaggio e contenenti il primo acqua ed il secondo sabbia. Supponendo che il flusso da una camera all'altra sia costante e non dipenda dalle condizioni esterne, la quantità di sabbia o di acqua passata è proporzionale al tempo trascorso.
Comunque la clessidra o l'arenario non sono strumenti particolarmente affidabili perchè il flusso dipende dalla stabilità dello strumento, dalla temperatura e, per l'arenario, anche dall'umidità dell'aria. Inoltre andavano tarati e verificati continuamente e, per fare questo si ricorreva all'Astronomia usando il [[./NOTTURN1.HTM|notturnale]], con il quale si poteva stabilire il momento della mezzanotte di Tempo Solare Locale.

Dalla mezzanotte si partiva a misurare l'ora con la clessidra o con l'arenario, ed era compito preciso del mozzo "girare" lo strumento ogni mezzora. Comunque si avevano a disposizione altri tre istanti della giornata che potevano fornire un controllo orario: il sorgere, il culminare e il tramontare del Sole la cui occorrenza, in Tempo Solare Vero Locale, veniva ricavata da tabelle, per le diverse latitudini.
[[La velocità delle navi era misurata gettando in mare un galleggiante. Lungo il bordo del parapetto vi erano due segni, uno verso prora l'altro verso poppa, che indicavano una lunghezza nota, quando il galleggiante passava in corrispondenza del primo segno, il pilota iniziava a cantare una veloce cantilena e si interrompeva quando il galleggiante passava in corrispondenza del secondo segno (le parole esatte di queste cantilena facevano parte di una perduta tradizione orale risalente alla navigazione medioevale). Il pilota prendeva nota di quale era l'ultima sillaba cantata prima di interrompersi, ogni sillaba corrispondeva ad una determinata velocità in miglia orarie. Ovviamente questo metodo non era applicabile durante le tempeste, oppure durante le bonacce perchè con la velocità troppo bassa la cantilena finiva prima che il galleggiante arrivasse al secondo segno. L'ufficiale di guardia prendeva nota della velocità e della direzione ogni ora su di una tavoletta portatile. Questa era una tavoletta con fori che si irradiavano dal centro verso ogni direzione, la registrazione avveniva inserendo un cavicchio lungo la direzione della rotta in una posizione proporzionale alla distanza percorsa. Dopo quattro ore, alla fine del turno di guardia, un altro cavicchio segnava la direzione e la distanza complessiva percorsa. Alla fine della giornata la rotta risultante e la distanza percorsa veniva riportate sulle carte.]]

[[Colombo fu il primo navigante, per quanto ne sappiamo, a tenere un accurato giornale di bordo dei suoi viaggi. In questo giornale registrava tutti i giorni la rotta e le distanze percorse. Dei diversi giornali di bordo che ha scritto a noi è pervenuto completo, anche se non in originale, solo quello del ]]primo viaggio. Dall'esame del giornale possiamo affermare con sicurezza che Colombo seguiva la navigazione per punto stimato, infatti il giornale di bordo riporta con grande cura tutte le variazioni di rotta e le velocità tenute dalla nave in ciascuna rotta. Se Colombo avesse fatto uso di tecniche di navigazione astronomica, avremmo dovuto trovare annotazioni astronomiche sul giornale ma, dal momento che non esistono, possiamo concludere che non facesse uso di queste tecniche.

Il metodo per punto stimato era estremamente aleatorio quando ci si trovava in mare aperto, perché qualsiasi fattore non facilmente valutabile, come ad esempio le correnti marine o le deviazioni magnetiche, portava a commettere errori, per non parlare del rischio di incontrare violente tempeste che, impedendo di procedere al rilievo del tempo o della velocità, faceva saltare tutta la catena di misure. Queste difficoltà hanno convinto molti che Colombo non poteva aver affrontato l'oceano senza l'aiuto dell'Astronomia e, per questo, suggeriscono che egli usasse comunque la navigazione astronomica e che tenesse le sue osservazioni nascoste per motivi sconosciuti (quest'ipotesi è fondamentale per alcune teorie sull'esatta collocazione dell'isola del primo sbarco). Ma questa ipotesi non può essere sostenuta, le navi di Colombo erano pilotate da un timoniere alla barra che era collocata sotto il cassero, quindi il timoniere non poteva vedere il cielo e l'unico modo per seguire una rotta era la bussola.
Si potrebbe supporre che Colombo facesse dei controlli astronomici sistematici sulla latitudine, ma in questo caso si sarebbe accorto che il fenomeno della declinazione magnetica lo stava spingendo verso Sud, rispetto all'esatta direzione Ovest e avrebbe corretto la rotta. In altre parole se Colombo avesse fatto osservazioni astronomiche di controllo, si noterebbe tutta una serie di piccole correzioni periodiche di rotta, in modo da restare su di una precisa latitudine. Queste correzione avrebbero dovuto essere fatte almeno ogni tre o quattro giorni, ma il giornale di bordo non mostra nessuna di queste correzioni. Colombo nel suo primo viaggio seguì ostinatamente la rotta magnetica verso Ovest anche per settimane. Solo tre volte abbandonò questa rotta, una volta a causa di venti contrari e due volte per investigare su falsi segnali di terre, in nessuno di questi casi mostrò interesse a ritornare alla latitudine precedente.

Qualcuno ha suggerito che Colombo avesse corretto in precedenza la sua bussola, confrontandone le indicazioni con osservazioni astronomiche, questo sarebbe stato possibile in teoria, ma vi sono indizi che questo non è avvenuto. Nel suo viaggio di ritorno, nel 1493, Colombo partì dalla baia di Samana nel nord di Hispaniola e prese terra nell'isola di Santa Maria nelle Azzorre. Noi possiamo ricostruire la sua rotta dalle registrazioni riportate sul giornale di bordo e se Colombo avesse usato una bussola corretta per la declinazione magnetica, seguendo le indicazioni riportate si passerebbe a circa 200 miglia a sud delle Azzorre. Il solo modo per arrivare alle Azzorre, seguendo le indicazioni del giornale, è quello di usare una bussola non compensata.

Abbiamo tratto dati ed immagini da alcuni siti in rete a cui, pagina per pagina, vi rimandiamo:

• Columbus and Dead Reckoning (DR) navigation (NON FUNZIONA)

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Colombo e la navigazione astronomica

Durante i suoi viaggi, Colombo sperimentò saltuariamente tecniche di navigazione astronomica, tuttavia questi esperimenti furono senza successo e in alcuni casi, come nelle misure di longitudine, forse i risultati furono volutamente alterati. L'unica misura astronomica regolarmente possibile ai suoi tempi era quella di latitudine attraverso l'osservazione della posizione dei corpi celesti (Sole, Luna e pianeti), con metodi noti fin dall'antichità.

Quadrante nautico

Continuando lungo la costa di Cuba, tentò ancora una lettura del quadrante, il 21 novembre, ed ottiene 42°, misura riportata sul giornale, anche se era conscio che fosse sbagliata. Il 13 dicembre del 1492, quando era in una baia a Nord di Haiti, fece due tentativi per misurare la latitudine, utilizzando due metodi differenti. Aveva letto nei lavori di Tolomeo che la lunghezza del giorno era determinata dalla latitudine del luogo. Il 13 dicembre (secondo il calendario giuliano, allora in vigore) era il giorno dopo il solstizio d'inverno, ed era l'occasione giusta per una misura di latitudine. Trovò che il giorno, in quel luogo, durava 10 ore, risultato abbastanza errato e che non venne tradotto in una misura di latitudine, probabilmente perché Colombo non aveva le conoscenze trigonometriche necessarie o, forse, non era convinto del risultato.

Quella notte eseguì un secondo tentativo per ottenre la latitudine, misurando l'altezza della Polare con il quadrante; questa volta la misura risultò di 34°, ben lontana da quella reale che è di circa 19°. Infine il 3 febbraio 1493, durante il viaggio di ritorno, tentò di determinare l'altezza della Polare con il quadrante e l'astrolabio, ma le onde erano talmente alte da impedire la misura.

Astrolabio nautico

Per spiegare le misure riportate da Colombo, qualcuno pensa che egli sbagli l'identificazione della Polare, ma questo è difficile da sostenere perchè l'identificazione delle stelle attorno al polo nord celeste era necessaria per l'uso del notturnale e la determinazione dell'ora. Recentemente è stata avanzata l'ipotesi che Colombo avesse semplicemente sbagliato a leggere l'indicazione del suo quadrante. Infatti molti quadranti dell'epoca, conservati nei musei, riportano al posto dell'angolo, il valore della sua "tangente Astrolabio nauticotrigonometrica", moltiplicata per cento per evitare il punto decimale e quindi favorire la lettura. Se seguiamo questa ipotesi, le misure di Colombo risultano errate di solo un paio di gradi. In ogni caso Colombo si dimostrò non particolarmente abile nell'uso delle tecniche astronomiche e nell'uso degli strumenti; non sorprende, quindi, che nel suo secondo viaggio non ci siano stati ulteriori tentativi di misure astronomiche, se si eccettuano le contestate misure di longitudine con il metodo delle eclissi lunari.

Nel 1498 Colombo salpò dalla Spagna con sei navi di approvvigionamenti per i coloni di Hispaniola. Questo è l'unico viaggio in cui Colombo tentò di fare regolari e seri tentativi di navigazione astronomica. Tuttavia i risultati che ottenne sono molto miseri, anche se confrontati con la precisione dei tempi. Quando raggiunge le isole Canarie, Colombo divise la flotta, tre navi viaggiarono verso WSW, dirette verso Hispagnola, mentre Colombo stesso con tre navi prese una rotta verso Sud fino alle isole di Capo Verde e poi verso Ovest. Nel passaggio a Ovest di Capo Verde, eseguì una serie di osservazioni della stella Polare per determinare la latitudine. Secondo Colombo l'altezza della stella Polare variava da 5 a 15 gradi a secondo dell'ora della notte. A quei tempi la Polare distava circa 3,5 gradi dal polo celeste, cosicchè il movimento in altezza sarebbe dovuto essere di sette gradi e non dieci, cosa ben nota ai naviganti dell'epoca, esperti in navigazione astronomica.

L'isola di Trinidad è posta vicino alle coste del Venezuela, ed è separata dal continente da due stretti, che Colombo battezzò Boca del Sierpe e Boca del Drago. Colombo tentò di misurare la distanza fra questi due stretti usando osservazioni astronomiche e trovando l'altezza della Polare nel primo stretto di 5°, mentre nel secondo di 7°. Le altezze della Polare da quelle posizioni avrebbero dovuto essere, nel 1498, rispettivamente 12.8 e 13.5°, con un errore, rispettivamente, di circa 8 e 6° un risultato veramente misero anche secondo la precisione del tempo!

Poco dopo queste misure Colombo si ammalò e non ci sono altre registrazioni di tentativi di osservazioni astronomiche per il resto del viaggio.

Per ulteriori approfondimenti su questo argomento consultare in rete:

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