La meridiana

L'ombra e il moto apparente del Sole

Una meridiana è uno strumento che misura il tempo osservando l'ombra del Sole. Ha due parti principali: lo gnomone (detto anche stilo), cioè l'asta che proietta l'ombra, e il quadrante, la superficie su cui l'ombra cade e dove sono segnate le linee delle ore.

Il Sole sembra spostarsi nel cielo da est a ovest. In realtà è la Terra che ruota su sé stessa da ovest verso est: per questo parliamo di moto apparente del Sole. Poiché l'ombra si forma sempre dalla parte opposta al Sole, anche lei si sposta, ma nel verso contrario: mentre il Sole va da est a ovest, l'ombra va da ovest a est.

Osserva: al mattino l'ombra punta verso nord-ovest, a mezzogiorno punta a nord, la sera punta verso nord-est. Nel nostro emisfero (boreale) il Sole a mezzogiorno è a sud, quindi l'ombra è a nord.

Il mezzogiorno solare e la direzione nord-sud

Durante la mattina il Sole sale nel cielo e l'ombra si accorcia. Dopo il mezzogiorno il Sole scende e l'ombra si allunga di nuovo. Il momento in cui il Sole raggiunge la sua massima altezza sull'orizzonte si chiama mezzogiorno solare, e in quell'istante l'ombra è la più corta della giornata.

C'è di più: a mezzogiorno solare il Sole si trova esattamente sul meridiano del luogo, cioè sulla linea immaginaria che va da nord a sud. Per questo la meridiana si chiama così. L'ombra più corta indica dunque la direzione nord-sud, e nell'emisfero boreale punta verso il nord.

Altezza del Sole e lunghezza dell'ombra

Anche a mezzogiorno l'ombra non ha sempre la stessa lunghezza: in estate è molto più corta che in inverno. Il motivo è l'altezza del Sole, cioè l'angolo tra i raggi solari e l'orizzonte. In estate il Sole a mezzogiorno sta più in alto, in inverno più in basso (le stagioni sono spiegate nel paragrafo Rotazione, rivoluzione e stagioni).

Il gnomone e la sua ombra sono i due cateti di un triangolo rettangolo: il raggio solare è l'ipotenusa. Più il Sole è alto, più l'ombra è corta rispetto all'altezza dell'asta. Per confrontare due situazioni calcola il rapporto $\dfrac{\text{altezza dell'asta}}{\text{lunghezza dell'ombra}}$:

• rapporto maggiore di 1: l'ombra è più corta dell'asta e il Sole è alto (più di $45^\circ$);

• rapporto uguale a 1: ombra e asta sono uguali e il Sole è a $45^\circ$ (il triangolo è rettangolo isoscele);

• rapporto minore di 1: l'ombra è più lunga dell'asta e il Sole è basso (meno di $45^\circ$).

Questo rapporto cresce al crescere dell'altezza del Sole: lo puoi usare per confrontare giorni e stagioni anche senza misurare l'angolo.

Ora solare, ora dell'orologio e longitudine

La Terra compie un giro completo ($360^\circ$) in 24 ore. In un'ora ruota quindi di

e in un grado di rotazione passano $60\ \text{min} : 15 = 4\ \text{min}$. Il Sole è alla massima altezza prima nei luoghi più a est e dopo in quelli più a ovest, perché la Terra gira verso est: i luoghi orientali «incontrano» il Sole per primi. Ogni $1^\circ$ di longitudine corrisponde a una differenza di 4 minuti nel mezzogiorno solare.

Per questo ogni località ha il suo mezzogiorno solare (ora solare locale). Sarebbe scomodo usare orari diversi per ogni città, quindi gli orologi seguono i fusi orari. L'Italia usa il fuso dell'Europa centrale, riferito al meridiano $15^\circ$ est, che passa vicino all'Etna. In estate si aggiunge un'ora con l'ora legale. La meridiana indica invece l'ora solare locale.

Ecco perché una meridiana può differire dall'orologio:

• la città è a est o a ovest del meridiano di riferimento del fuso;

• in estate c'è l'ora legale, $+1\ \mathrm{h}$;

• durante l'anno il Sole «anticipa» o «ritarda» di alcuni minuti (fino a circa 16) per l'inclinazione dell'asse terrestre e la forma ellittica dell'orbita.

In sintesi

• La meridiana usa l'ombra dello gnomone, l'asta che la proietta, per misurare il tempo; il quadrante porta le linee delle ore.

• Il Sole si muove da est a ovest in modo apparente, a causa della rotazione terrestre; l'ombra, opposta al Sole, si sposta da ovest a est.

• A mezzogiorno solare il Sole è alla massima altezza e l'ombra è la più corta: indica la direzione nord-sud, con il nord verso la punta dell'ombra nell'emisfero boreale.

• Il rapporto $\dfrac{\text{altezza}}{\text{ombra}}$ cresce quando il Sole è più alto: 1 vuol dire $45^\circ$; l'ombra è più corta in estate e più lunga in inverno.

• La Terra ruota di $15^\circ$ all'ora, cioè $1^\circ$ ogni 4 minuti: le città più a est hanno il mezzogiorno solare prima.

• L'ora dell'orologio segue i fusi orari e l'ora legale, quindi differisce dall'ora solare della meridiana.

Vuoi tornare alla piazza di Firenze? Il palo non si muove: è la Terra che ruota, e l'ombra più corta segna il mezzogiorno solare e la linea nord-sud.