Il classico mappamondo, frequentemente con un diametro di 30 cm, inclinato secondo l'obliquità (23° 27') dell'asse di rotazione della Terra, è uno strumento didattico diffuso. Le informazioni contenute nei globi geografici fisici, politici o tematici, sono comunque preziose per stimolare la conoscenza della Geografia, e abituare lo studente a considerare il Pianeta come un modello rappresentabile in scala, a definire i rapporti fra le masse continentali e le estensioni marine e oceaniche, la collocazione delle fasce climatiche e molto altro ancora. Rimane tuttavia esclusivamente uno strumento su cui leggere dati e ricavare informazioni.

Lo scopo di questa esperienza è dimostrare come una diversa utilizzazione dei globi geografici li possa trasformare in strumenti di laboratorio, su cui effettuare esperienze e dimostrazioni.

Il modello del globo orientato rende possibili diverse attività e esperienze misurabili:

osservare e/o fotografare il reale cerchio di illuminazione nel giorno e all'ora prescelto, ripetendo l'esercizio in diversi periodi dell'anno;
verificare l'ora solare vera della località dell'esperimento, come in qualunque altra longitudine nell'emisfero illuminato;
confrontarne le differenze orarie fra due o più località, con le relative longitudini;
misurare la lunghezza variabile del dì;
osservare e/o fotografare i fenomeni stagionali ai circoli polari;
misurare la diversa altezza del Sole secondo la latitudine delle località, dall'equatore ai poli;
ripetere qualitativamente e/o quantitativamente la prima misura del meridiano terrestre, realizzata da Eratostene nel III sec. A.C.

Globo;
cartonicino;
bussola;
righello;
forbici;
filo di lana;
goniometro;
stuzzicadenti;
bastoncini legno da spiedini;
pongo;
colla;
stampa delle meridiane (appendice 1).

Nessuno

Comprendere l'assetto spaziale della Terra;
comprendere l'origine della stagionalità;
saper determinare l'ora solare vera;
comprendere l'origine della lunghezza variabile del dì.

Nessuna

Introduzione

L'orientamento della Terra è dovuto all'inclinazione di 23,5° dell'asse di rotazione rispetto al piano dell'orbita, o piano dell'eclittica. Tale caratteristica, evidenziata nei globi didattici, è fondamentale per la comprensione dell'assetto spaziale del Pianeta, per le cause della stagionalità e per la geometria variabile del cerchio di illuminazione.

Un ulteriore passo nella comprensione dell'assetto della Terra nello spazio, è realizzabile tenendo conto della latitudine dell'osservatore nell'osservazione dei fenomeni diurni e stagionali. In qualunque luogo della Terra l'osservatore ha come piano di osservazione l'orizzonte locale con i riferimenti dei punti cardinali, e la cupola celeste che lo sovrasta. Questo ulteriore passo è realizzabile simulando l'osservazione dei fenomeni astronomici dall'orizzonte locale, ovvero la posizione dell'osservatore sulla sfera terrestre. A tale scopo l'esperimento prevede che il globo sia localmente allineato al polo celeste nord (latitudini boreali) e disposto all'illuminazione diurna con cielo sereno, come per l'utilizzazione di una meridiana.

Nella nostra esperienza il modo per ottenere questa posizione 'privilegiata', è liberare il globo dal suo asse di rotazione meccanico, e orientarne il polo geografico nord verso il nord celeste, secondo la latitudine della località (es., per Roma a circa 42° N). La località d'osservazione deve coincidere con la sommità geometrica del globo, si realizza così la simulazione dell'orizzonte dell'osservatore.

Con un qualunque supporto, per esempio un cilindro di cartoncino cavo, si è in grado di orientare il globo nel modo predetto.

L'intera sfera terrestre così rappresentata, restituisce la nostra percezione degli eventi diurni, e la reale posizione del globo nello spazio. I fenomeni descrivibili comprendono:

il reale cerchio di illuminazione del pianeta nel giorno e all'ora prescelto,
l'ora solare vera della località dell'esperimento, come di qualunque altra longitudine nell'emisfero illuminato, con la possibilità di verificare le diverse ore solari vere, dall'alba al tramonto, e confrontarne le differenze orarie con le relative longitudini
la lunghezza variabile del dì'
i fenomeni stagionali ai circoli polari
la diversa altezza del Sole secondo la latitudine delle località, dall'equatore ai poli.

Realizzazione

Svincolare il globo dal supporto, sfilando prima il vincolo presente in corrispondenza del Polo Nord (figura 2a)

Figura 2: smontaggio del globo dal supporto

e poi quello del Polo Sud al quale è generalmente associata anche una piccola lampadina (figura 2b).
Al termine di questa operazione si avrà il globo separato dal supporto (figura 2c).

Disegnare sul cartoncino un rettangolo di 38 cm (l) x 15 cm (h) e ritagliarlo;
nella parte centrale superiore di quest’ultimo disegnare un rettangolo più piccolo di 5 cm (l) x 4 cm (h) cm e ritagliarlo (figura 3).

Figura 3: realizzazione del nuovo supporto

Unire i due lati corti del rettangolo più grande con lo scotch per ottenere la base, sulla quale dovrà essere posizionato il globo (figura 4)

Figura 4: supporto completato e globo sul nuovo supporto

Posizionare una porzione di pasta da modellare di dimensione idonee a riempire il foro in corrispondenza di ciascun foro presente ai poli del globo (figura 5).

Figura 5: porzione di pasta da modellare posizionata in corrispondenza di ciascun foro presente ai poli del globo

Identificare il centro della porzione di pasta ottenuta aiutandosi con le linee meridiane riportate sul globo e in corrispondenza del centro inserire il bastoncino da spiedino (figura 6a).

Ripetere l’operazione per entrambe i Poli ottenendo in questo modo la rappresentazione dell’asse terrestre (figura 6b).

Figura 6: realizzazione della rappresentazione dell’asse terrestre

Stendere della colla sul bastoncino inserito in corrispondenza del Polo Sud (figura 7a).

Figura 7: a) Applicazione della colla sul bastoncino inserito in corrispondenza del Polo Sud; b) Incollaggio del filo di lana al bastoncino.

Incollare il filo di lana al bastoncino facendolo ruotare a spirale intorno ad esso (figura 7b).
Misurare 1 cm sulle punte di ciascuno stuzzicadenti, segnare con un pennarello e spezzare con l’aiuto delle forbici le punte degli stuzzicadenti in corrispondenza dei segni realizzati (figura 8a).

Figura 8: a) realizzazione degli gnomoncini; b) preparazione delle meridiane.

Ritagliare le meridiane (allegato 1); (figura 8b).
Orientare il globo Nord - Sud, con l’aiuto di una bussola (figura 9a).

Figura 9: a) orientazione del globo Nord-Sud; b) Inclinazione del globo di un angolo pari alla latitudine del luogo di osservazione.

Distendere il filo e con il goniometro inclinare il globo di un angolo pari alla latitudine del luogo di osservazione (es., per Roma 42°) (figura 9b).
Inserire le porzioni di stuzzicadenti in piccole palline di pasta da modellare per realizzare gli gnomoncini e posizionarli sul globo (figura 10a)

Figura 10: a) posizionamento degli gnomoncini sul globo con la pasta da modellare; b) lettura dell’ora solare vera dei luoghi in cui vengono posizionati gli gnomoncini.

Per la lettura dell’ora solare vera del luogo in cui è stato posizionato lo gnomoncino, posizionare una piccola porzione di pasta da modellare ed incollarci sopra la meridiana precedentemente ritagliata (figura 10b).
In questo modo è possibile visualizzare le differenti ore solari vere per località di differente longitudine (figura 11a).

Figura 11: a) visualizzazione delle differenti ore solari vere per località di differente longitudine; b) visualizzazione delle diverse lunghezze dell'ombra per differenti latitudini.

Posizionando gli gnomoncini lungo il medesimo meridiano è possibile misurare delle diverse lunghezze dell'ombra per differenti latitudini (figura 11b).

Tra i diversi tipi di orologi solari noti dall'età classica, Vitruvio nel “De Architectura” libro IX (25 A.C.) ne descrive 13 tipi fondamentali. Non si rinvengono notizie su meridiane sferiche, alle quali appartiene la tipologia dei globi orientati. Si tratta di orologi solari sferici, perché il loro funzionamento qualunque ne sia la base, semplice sfera o globo geografico, assume le sue funzioni in condizione di illuminazione solare diurna. Tuttavia i ritrovamenti archeologici verificatisi nel 1939 a Nauplion (Grecia), e nel 1985 a Matelica nelle Marche, hanno riportato alla luce due globi la cui funzione era sicuramente di orologio sferico. Il globo di Matelica (figura 12), risalente probabilmente al II sec A.C. è stato studiato dettagliatamente e dimostra che le funzioni di globo orientato e delle numerose informazioni che se ne ricavano erano note in ambiente classico.

Il globo di 29 cm di diametro (da sottolineare che la dimensione è circa la medesima dei più comuni globi da tavolo, corrispondente alla scala 1:40.000.000) è costituito da una sfera di marmo, e presenta un foro rivolto al polo celeste N, con un'inclinazione di circa 44° rispetto al cerchio d'orizzonte (figura 13), in discreto accordo con la latitudine della località di rinvenimento (Matelica lat N 43,5°).

Figura 13: globo di Matelica: foro con inclinazione di circa 44° rispetto al cerchio d'orizzonte.

Il dispositivo riporta iscrizioni in greco, sia per la numerazione che per la nomenclatura astronomica (nomi di costellazioni zodiacali), i cerchi fondamentali sono l'orizzonte e il meridiano, inoltre tre cerchi concentrici (figura 14), con il centro coincidente con l'asse rivolto al Nord, hanno funzione calendariale. Il dispositivo utilizzava per le misure dell'ora e data, la visualizzazione del terminatore, il cerchio massimo che divide la zona illuminata da quella in ombra. Infatti il cerchio del terminatore durante il dì assumeva sulla sfera posizioni diverse rispetto alla linea meridiana permettendo la lettura oraria, e giorno per giorno si mostrava con angolazioni differenti, consentendo di riconoscere il mese dell'anno (figura 14).

Figura 14: globo di Matelica: i tre cerchi concentrici con funzione calendariale.

Con il tratto d'ellisse intersecante i cerchi concentrici (figura 15) era possibile ricavare la lunghezza variabile del dì e della notte durante le stagioni, e misurare la differenza delle ore temporarie (ore diurne e notturne variabili in lunghezza a seconda della stagione) con le ore equinoziali (ore eguali per il giorno e la notte).

Figura 15: globo di Matelica: curva per la misura delle ore temporarie

Il globo di Matelica come quello di Nauplion, sono importanti per la storia della scienza, non solo per l'originalità costruttiva, ma anche perché la loro realizzazione, successiva alla prima misura del la circonferenza terrestre di Eratostene (circa 265 A.C.), sottintende il concetto di Terra nello spazio, un globo sospeso nel cosmo che riceve i raggi della stella posta a distanza remotissima. In questo è molto più che un orologio solare, è un modello del nostro pianeta.

“Una sfera misteriosa”, D. Baldini, A.Carusi, rivista Archeo n.80, ottobre 1991, Ed. De Agostini (scaricabile pdf http://www.globolocal.net/download/una_sfera_misteriosa.pdf)
“Il globo di Matelica”, D. Baldini, A. Carusi, rivista l'Astronomia n.92, ottobre 1989 (scaricabile pdf, http://www.antiqui.it/archeoastronomia/globo.htm)
“Movimentoper la liberazione dei mappamondi”, Nicoletta Lanciano, AA.VV., http://www.unibz.it/it/organisation/organisation/administration/didacticsresearch/documents/lanciano.pdf
“Il mappamondo orientato di Roma Tre”, A.Altamore, E. Bernieri http://webusers.fis.uniroma3.it/astrogarden/pdf/poster.pdf

Chirri Maurizio
Lombardi Livia

Il globo orientato: realizzare un modello della Terra nello Spazio

Riassunto / Abstract

Scheda sintetica delle attività

Risorse necessarie

Prerequisiti necessari

Obiettivi di apprendimento

Dotazioni di sicurezza

Svolgimento

Introduzione

Realizzazione

Note e storia

Bibliografia

Autori

Schede / Allegati

Prove di verifica