La longitudine: tra il cane ferito ed il cronometro marino

di Carlo De Luca

Sino alla fine del Settecento, la determinazione della longitudine in mare aperto rimase una questione irrisolta. Nel frattempo, la navigazione continuava ad essere funestata da disastri con vascelli e bastimenti che naufragavano o si smarrivano nell’oceano con tutto il carico di uomini e di merci.

Il problema

Da ben prima di Tolomeo si era in grado di determinare la latitudine ovvero la posizione lungo i ‘paralleli’ che dall’equatore decorrono parallelamente l’uno all’altro in cerchi concentrici via via più piccoli sino a raggiungere i poli. La latitudine si poteva agevolmente calcolare misurando, con l’astrolabio prima ed il sestante poi, l’altezza del Sole o della stella polare sull’orizzonte.

Invece, la determinazione della longitudine, ovvero della posizione lungo i meridiani che decorrono da un polo all’altro, dove essi si congiungono, rimaneva molto aleatoria. Nelle ventisette mappe tolemaiche la longitudine era calcolata sulla base dei resoconti dei viaggiatori. L’individuazione della longitudine in mare aperto rimase un problema irrisolvibile per secoli.

La differenza fondamentale tra le due coordinate geografiche risiede nel fatto che la latitudine è fissata dalle leggi di natura ed il parallelo zero, l’equatore, è definito dalla linea a livello della quale di notte la stella polare si trova sull’orizzonte e di giorno il sole è allo zenit in occasione dei due equinozi annui. Misurando quindi l’altezza del sole e quella della stella polare si può calcolare la latitudine rispetto all’equatore ovvero al parallelo zero. Invece la longitudine di riferimento, il meridiano zero, non è individuabile attraverso un fenomeno naturale e rappresenta una scelta arbitraria. Rispetto ad un riferimento, l’individuazione dei meridiani della longitudine dipende dall’ora. In alto mare si può calcolare la longitudine conoscendo l’ora a bordo della nave e raffrontandola con l’ora in un luogo noto (ad esempio il porto di partenza) di cui si conosce la longitudine. La differenza oraria può essere tradotta in distanza geografica sapendo che la terra impiega ventiquattrore per compiere una rotazione completa di 360 gradi. Un’ora di differenza corrisponde quindi ad un ventiquattresimo di 360 gradi ovvero 15 gradi. All’equatore, dove massima è la distanza tra i meridiani, 15 gradi corrispondono a oltre mille miglia.  La distanza si riduce man mano che dall’equatore si passa ai paralleli che via via si avvicinano ai poli dove essa diviene pari zero. Il problema della longitudine, quindi, da questo punto di vista, diventava quello di costruire un orologio in grado di misurare accuratamente il tempo senza risentire delle variazioni climatiche e dei movimenti legati al rollio della nave. Un problema che per lungo tempo fu considerato impossibile da risolvere.

Il concorso del 1714

Nel 1714 il Parlamento britannico decise di indire un concorso per individuare il metodo che consentisse la determinazione accurata della longitudine in mare aperto offrendo una ricompensa di ventimila sterline d’oro (corrispondenti a circa dieci milioni di euro di oggi). Già in passato scienziati del calibro di Galilei, Cassini, Huygens, Newton e Halley avevano invano tentato ricorrendo ai calcoli astronomici. Anche in questa occasione, nonostante un miglioramento sostanziale dei metodi, i tentativi astronomici si rivelarono complessivamente inadeguati: troppo variabile la mappa degli astri nei ‘diversi cieli’ del mondo e troppo esposti i calcoli alle condizioni climatiche ed atmosferiche.

Alcuni dei metodi proposti erano molto fantasiosi e decisamente improbabili. Tra questi basti ricordare quello del cane ferito, citato anche in un romanzo di Umberto Eco, L’isola del giorno prima. L’assunzione di base era che la polvere simpatica, un preparato alchemico a base di vetriolo, fosse in grado di guarire una ferita a distanza. Così se si cospargeva con la polvere simpatica l’arma che aveva prodotto la ferita o le bende con le quali si era tamponato il sangue, avveniva una reazione anche a livello della ferita. Utilizzando questo dubbio principio si ritenne di poter stabilire la longitudine producendo una ferita ad un cane che poi veniva imbarcato. Tutti i giorni ad un’ora stabilita, supponiamo a mezzogiorno, nel porto di partenza di cui si conosceva la longitudine, la polvere simpatica sarebbe stata messa sulle bende e questo avrebbe dovuto produrre una reazione dolorosa da parte del cane. Allora chi osservava il cane avrebbe potuto sapere che ora era in quel momento nel porto di partenza e calcolare quanto tempo trascorreva prima che sulla nave il sole raggiungesse il mezzogiorno. Dalla differenza oraria si sarebbe potuto misurare la longitudine. Naturalmente il metodo si rivelò fallimentare. Ma anche quelli più scientifici si erano rivelati largamente inadeguati.

La soluzione di John Harrison

Fu John Harrison (1693-1776), un orologiaio inglese, uomo dai bassi natali ed autodidatta, che sfidando il mondo accademico riuscì a risolvere la questione della longitudine. Dedicò quarant’anni della sua vita a costruire un orologio che conservasse accuratezza e precisione delle misurazioni nelle difficili condizioni della navigazione. E a dimostrare che il suo metodo funzionava realmente. Harrison costruì il suo primo orologio a 20 anni studiando i principi della meccanica e senza aver mai frequentato la bottega di un orologiaio. Da buon figlio d’arte – suo padre era falegname – Harrison costruì l’orologio quasi tutto in legno, compresi i meccanismi più complessi.

Nella sua ricerca del cronometro marino, Harrison abolì il pendolo ed inventò, attraverso tappe successive, un orologio nel quale gli attriti erano ridotti al minimo, i materiali – tra i quali il diamante – erano in grado di resistere sufficientemente alle variazioni di temperatura ed umidità ed i meccanismi non risentivano troppo dei cambiamenti di posizione legati ai movimenti della nave. Il primo cronometro, denominato Harrison 1 (H1), fu costruito nel 1735, occupava un volume di circa un metro cubo e pesava 34 chilogrammi. Per costruirlo Harrison aveva impiegato 8 anni.

Prima versione del cronometro marino di Harrison (H1)

L’orologio fu testato con ottimi risultati in un viaggio da Londra a Lisbona. Nel 1759 Harrison presentò la versione pressoché definitiva del cronometro marino, lo H4, delle dimensioni di dodici centimetri e pesante appena 1,3 Kg. Esso fu sperimentato in una traversata dall’Inghilterra alla Giamaica della durata di circa tre mesi, mostrando grande accuratezza e precisione. Tuttavia, la commissione preposta a valutare l’esito dell’esperimento, guidata da un astronomo ostile ad Harrison, oppose una serie di obiezioni pretestuose e mise in atto un vero boicottaggio nei suoi confronti. Durissima fu la battaglia che Harrison dovette affrontare per affermare la bontà del suo metodo contro una comunità scientifica che gli era in gran parte nemica e che cercava in tutti i modi di favorire gli astronomi a danno dei meccanici.

L’antieroe della vicenda fu il reverendo Nevil Maskelyne, astronomo reale e presidente della Commissione. Egli costrinse Harrison a consegnare i disegni, smontare e ricomporre l’orologio davanti ad una commissione di esperti, consegnare lo stesso alla Commissione. Infine, Maskelyne dispose che Harrison costruisse due copie dello H4 senza avere nemmeno i disegni del progetto che nel frattempo gli erano stati sequestrati. Quando nel 1770, dopo cinque anni, Harrison mise a punto la prima copia si rese conto che giunto all’età 79 anni non avrebbe più avuto il tempo di costruire una seconda copia ed attendere che ambedue fossero sperimentate. Fu allora che decise di rivolgersi a re Giorgio III per illustrare la sua vicenda.

Così nel 1772, e soltanto in virtù delle pressioni esercitate dal re, la Commissione riconobbe ad Harrison la metà del premio previsto. Comunque, era ormai chiaro che, a prescindere dai riconoscimenti ufficiali, Harrison era riuscito a costruire il cronometro marino, l’orologio in grado di misurare con precisione ed accuratezza l’ora in alto mare risolvendo definitivamente la questione della determinazione della longitudine. Altri, dopo di lui, poterono perfezionare lo strumento e produrlo in serie a costi accessibili in modo da renderlo fruibile per tutti. Il libro di Dava Sobel è dedicato alla ricostruzione di questa vicenda che rappresentò certamente uno dei percorsi attraverso i quali si realizzò l’avvento della modernità.