Il problema della longitudine (Prima parte)
	di Marco Murara (Associazione Astrofili Trentini)

Trovare un modo per calcolare la longitudine di una nave in mezzo al mare è stato un problema che ha attratto l'attenzione degli astronomi europei per almeno tre secoli, dalla fine del Quattrocento agli ultimi decenni del Settecento. In due puntate, in questo e nel prossimo Notiziario, cercheremo di tracciare un quadro di questa storia affascinante.

Nel 1492, la scoperta dell'America segnò l'inizio dell'età delle grandi esplorazioni. I navigatori, che non potevano più restare in vista delle coste, si trovarono di fronte ad un grosso problema. Non c'erano, in primo luogo, mappe con le quali navigare; ma anche se le mappe fossero state disegnate, era comunque necessario essere capaci di determinare con una certa precisione la posizione sulla Terra. Si poteva trovare un qualche metodo praticabile?

Spagna e Portogallo erano due dei Paesi maggiormente coinvolti nelle prime grandi esplorazioni. Non appena venne scoperto il "nuovo mondo", Spagnoli e Portoghesi vollero stabilire le rispettive sfere di influenza sui territori d'oltreoceano: nel 1493, papa Alessandro VI, con la bolla Inter caetera, diede una soluzione alla controversia. Tracciò un meridiano a cento leghe ad ovest dalle Azzorre e assegnò alla Spagna tutte le terre inesplorate ad occidente della linea, mentre al Portogallo attribuì tutte le terre ad oriente. Una soluzione chiara ed eccellente, se solo ci fosse stato qualcuno capace di determinare dove fosse esattamente quel meridiano a cento leghe ad ovest delle Azzorre.

Nel 1514 Johann Werner pubblicò una traduzione della Geografia di Tolomeo. Nel suo commentario a proposito del quarto capitolo, Werner propose quello che poi divenne noto come il metodo della distanza lunare. Tale sistema sfrutta il fatto che la Luna si muove abbastanza rapidamente rispetto alle stelle di fondo, percorrendo il suo diametro apparente in circa un'ora. Se si fossero compilate delle tavole contenenti la distanza della Luna da certe stelle in un dato tempo assoluto, sarebbe stato possibile determinare la longitudine comparando il tempo assoluto, ricavato dall'osservazione della Luna rispetto alle stelle, con il tempo locale. Werner propose anche di usare una specie di asta graduata per misurare la distanza della Luna da una data stella. Egli scrisse: "Il geografo andrà in un certo luogo e di là, in un dato momento, rileverà per mezzo di questa asta la distanza tra la Luna e una delle stelle fisse, scelta tra quelle che distano poco o nulla dall'eclittica".

Il metodo della distanza lunare è teoricamente corretto, ma il problema della longitudine non poteva essere effettivamente risolto in quanto l'asta graduata non consentiva di compiere misurazioni sufficientemente accurate. E inoltre non c'era ancora nessuna teoria matematica sull'orbita della Luna: perciò la compilazione delle tavole lunari era possibile soltanto raccogliendo enormi quantità di dati e tentando di predire le posizioni future in base a quelle passate.

Nel 1530 Gemma Frisius propose di trovare la longitudine usando un orologio. In sostanza l'orologio, predisposto al momento della partenza, doveva tenere un tempo assoluto che poi sarebbe stato comparato con il tempo locale. Scrisse Gemma Frisius: "[...] mentre saremo in viaggio dovremo badare che il nostro orologio non si fermi mai. Dopo aver completato un percorso di 15 o 20 miglia, potremo provare a trovare la differenza di longitudine tra il punto che abbiamo raggiunto e il nostro luogo di partenza. Dovremo allora aspettare fino a quando la lancetta del nostro orologio toccherà un'ora precisa e nello stesso istante, per mezzo di un astrolabio, dovremo calcolare il tempo del luogo ove ci troveremo". Gemma Frisius fornisce poi istruzioni precise per tradurre la differenza oraria in distanza percorsa. Questo metodo era del tutto impraticabile, visto che gli orologi dell'epoca non erano abbastanza accurati: comunque esso è assolutamente corretto.

Intanto il commercio fioriva e grandi ricchezze venivano accumulate grazie alle navi che ritornavano in patria cariche di spezie e di altre merci preziose: ma molte imbarcazioni, incapaci di stabilire la loro posizione, andarono perdute. La necessità di determinare la posizione in mare e disegnare mappe accurate si faceva sentire con sempre maggior urgenza: il fatto che nessuna soluzione a questo problema fosse stata ancora trovata stava costando agli Stati europei somme enormi. Così numerosi sovrani cominciarono ad offrire denaro, premi e pensioni a chi avesse proposto un sistema praticabile, nella convinzione che matematici e astronomi sarebbero stati capaci, prima o poi, di trovare un qualche metodo.

Il primo sovrano a mettere in palio un premio fu il re di Spagna Filippo II, nel 1567. Allo "scopritore della longitudine" venivano offerti un dono di 6000 ducati e una rendita vitalizia di 2000 ducati, nonché 1000 ducati per coprire le eventuali spese. Uno dei concorrenti all'aggiudicazione del premio fu Galileo Galilei, che nel 1616 scrisse alla corte spagnola proponendo un sistema di misurazione del tempo assoluto tramite i satelliti di Giove. Galileo osservò per la prima volte le lune gioviane nel 1610: e verso la fine del 1612 era riuscito a compilare le tavole dei loro movimenti, con le quali si riusciva a prevedere la loro posizione con un anticipo di parecchi mesi. Una corrispondenza durata più di sedici anni non riuscì a persuadere gli esperti spagnoli delle virtù di questo metodo.

Così, nel 1636, quando l'Olanda offrì un grosso premio "all'inventore di un metodo affidabile per scoprire la longitudine in mare", Galileo tentò di convincere gli Stati Generali, cioè il corpo di delegati che rappresentavano le Province Unite d'Olanda. Venne istituita una commissione e la proposta fu presa in seria considerazione. Ma in quel periodo Galileo, a seguito del processo intentatogli dal Sant'Uffizio, era agli arresti nella casa di Arcetri: e quando uno dei commissari olandesi tentò di fargli visita, l'Inquisizione lo impedì. Gli Stati Generali smisero di interessarsi al sistema galileiano un paio di anni più tardi, quando lo scienziato fiorentino morì.

Nel 1634 Jean-Baptiste Morin fece una proposta che interessò lo stesso cardinale Richelieu, primo ministro di Luigi XIII di Francia, il quale istituì una apposita commissione con il compito di esaminare l'idea. Morin non credeva nel metodo dell'orologio suggerito un secolo prima da Gemma Frisius: "Non so se il diavolo sarà capace di fare un segnatempo adatto alla longitudine, ma per l'uomo è senza dubbio una follia tentare". Morin propose invece una variante del metodo lunare, che tra l'altro prendeva in considerazione anche l'effetto della parallasse. Nonostante la commissione avesse giudicato questo sistema impraticabile, nel 1645 il cardinale Mazzarino, successore di Richelieu, fece dono a Morin di 2000 lire in riconoscimento dei suoi sforzi.

Nella primavera del 1666, il ministro Jean-Baptiste Colbert convinse Luigi XIV a fondare l'Académie Royale des Sciences, con lo scopo generale di incentivare un'ampia gamma di attività scientifiche, ma con l'obiettivo specifico di migliorare le mappe e di far progredire la scienza della navigazione. Poiché si riteneva che fossero la matematica e l'astronomia a tenere in mano la soluzione a questi problemi, Colbert era convinto che l'Académie dovesse ospitare i migliori scienziati del mondo: perciò invitò personalmente, con cospicue offerte di denaro, numerosi astronomi e matematici, tra cui anche Huygens, Leibniz, Hevelius e Newton.

Dopo avere cominciato a lavorare per l'Académie Royale a Parigi, Huygens tentò di perfezionare l'uso dei suoi orologi a pendolo. Allo scienziato venne data una casa presso il convento dei Cordiglieri e furono preparati vari strumenti astronomici, come un quadrante, un sestante e una grande meridiana: il luogo, però, non era molto adatto per gli scopi di Huygens. Così Colbert ottenne dal re una concessione per costruire un osservatorio a Faubourg, nel quartiere di Saint Jacques, abbastanza lontano da Parigi per evitare luci e altri problemi. Il 21 giugno 1667 l'osservatorio aprì ufficialmente e furono subito compiute delle osservazioni per determinarne l'esatta ubicazione: e il meridiano dell'osservatorio diventò il meridiano ufficiale di Parigi.

I tentativi di Huygens non ebbero un esito molto positivo. Nel 1668, un orologio a pendolo venne portato su una nave in viaggio da Tolone a Creta: la differenza di longitudine trovata fu di 20°30', contro l'effettivo valore di 19°13'; un errore di circa 100 chilometri. Il difetto degli orologi a pendolo era la loro estrema sensibilità al moto causato dalle onde. Frattanto, negli anni tra il 1667 e il 1670, vari membri dell'Académie Royale des Sciences fecero numerose osservazioni della Luna, nella speranza di poter migliorare il sistema suggerito qualche decennio prima da Morin. Ma si convinsero che i calcoli matematici per determinare la posizione della Luna erano troppo difficili per risultare utili nella soluzione del problema della longitudine.

Nello stesso periodo, Gian Domenico Cassini, professore di astronomia presso l'università di Bologna, riprese in considerazione il metodo dei satelliti di Giove proposto da Galileo; nel 1668 egli pubblicò le Ephemerides Bononienses Mediceorum Syderum, frutto di ben sedici anni di osservazione delle lune gioviane. La precisione del suo lavoro suscitò l'interesse di Colbert, che l'anno successivo lo invitò a Parigi come direttore del neonato osservatorio.

Cassini iniziò ad usare il metodo dei satelliti di Giove per disegnare una mappa della Terra. Entrò in corrispondenza con scienziati di molti altri Paesi e raccolse dati precisi sulla posizione di centinaia di città. Al terzo piano dell'osservatorio parigino sistemò un planisfero, cioè una mappa del mondo che usava una proiezione azimutale con il Polo Nord al centro: sebbene ciò distorcesse assai la forma dei continenti, tuttavia latitudini e longitudini erano esatte. Una corda con un cursore mobile fu attaccata al centro: il cursore individuava la latitudine e la corda, ruotando, indicava la longitudine. Il Re Sole, Colbert e tutta la Corte vennero a vedere questa meravigliosa creazione dell'Académie Royale des Sciences.

Cassini scrisse una descrizione particolareggiata di come dovevano essere eseguite le misurazioni della longitudine. Grande cura era necessaria nel segnare il tempo delle eclissi delle lune gioviane, e in particolare di Io, la più interna delle quattro. Si utilizzavano sei fasi dell'eclisse, al fine di aumentare la precisione dei calcoli: la prima osservazione si faceva quando Io si trovava ad una distanza da Giove uguale al suo diametro, la seconda quando toccava il pianeta, la terza quando era completamente eclissata, la quarta quando cominciava ad apparire da dietro il pianeta, la quinta quando stava per staccarsi da esso, la sesta e ultima quando era nuovamente separata da Giove da una distanza pari al suo diametro. Quindi si poteva calcolare la longitudine usando la differenza tra il tempo locale e il tempo assoluto trovato con i tempi delle eclissi e con apposite effemeridi.

L'Académie Royale des Sciences, utilizzando il metodo suggerito da Galileo e perfezionato da Cassini, aveva così risolto il problema della longitudine per i luoghi sulla terraferma. I dati raccolti con la soprintendenza di Cassini erano sorprendentemente accurati e permisero per la prima volta una conoscenza più precisa della geografia terrestre. Tuttavia c'era ancora il problema di poter calcolare la longitudine in mare: da questo punto di vista, infatti, il metodo delle lune di Giove non era di nessuna utilità, giacché il movimento incessante della nave impediva di utilizzare un telescopio per osservare e registrare i tempi delle eclissi.

Fine prima parte. Continua sul prossimo numero...