L'attività prevede la realizzazione semplificata di un'armilla, uno strumento costituito da un cerchio meridiano e un orizzonte mobile in grado di rappresentare i fenomeni celesti diurni, quali il moto apparente del Sole e degli astri a qualsiasi latitudine e per qualsiasi data, le posizioni di levata e tramonto degli stessi, la loro culminazione, la durata dell'arco diurno e di visibilità, i fenomeni astronomici notevoli ai poli e all'equatore.

Lo strumento qui proposto, l'armilla (figura 1) è realizzato in cartoncino, o fogli di plastica, di uso comune, e, sia pure nella sua semplicità costruttiva (disponendo solo di due cerchi) è in grado di consentire la rappresentazione e comprensione di molti aspetti astronomici diurni, quali levata, tramonto, culminazione del Sole e degli astri, per qualsiasi latitudine del globo.  L'attività di montaggio dell'armilla si effettua in aula o in laboratorio. La disponibilità dello strumento per l'utilizzazione didattica è permanente: insieme con un set di altri modelli e dispositivi, consente di realizzare un ciclo di esperienze didattiche che permettono di “rovesciare” la presentazione tradizionale dei temi: tali esperienze possono costituire, infatti, la base sperimentale per l'osservazione e la comprensione di fenomeni naturali collegati ai moti della Terra nello spazio e all'interazione del pianeta con l'ambiente del Sistema solare, particolarmente con la Luna e il Sole.

Conoscenze base dell'astronomia;
aver acquisito manualità.

Nessuna

L'armilla da costruire, avente un diametro max di 15 cm, si compone di due cerchi (figura 2):

La caratteristica del dispositivo è costituita dal disco inclinabile, che consente di posizionare e simulare l'orizzonte alle diverse latitudini. Il disco meridiano riporta una tripla gradazione: la latitudine da 0°-90°, e la declinazione, su un lato da -23,5° a +23,5°, per la traiettoria solare, e sull'altro da -90° a 90° per la declinazione degli astri.

Questo dispositivo, costituisce, come altri simili, p.e. il planisfero celeste, una sorta di computer analogico, per il calcolo e la rappresentazione visuale dei principali fenomeni diurni:

Inoltre, il dispositivo disposto al Sole consente un funzionamento immediato come “bussola meridiana”.

Vengono di seguito descritte nel dettaglio le fasi per la realizzazione del modellino:

 

 

 

Tutti i dati degli azimuth di levata, tramonto e altezza del Sole o di astri, possono essere confrontati con quelli di un programma planetario per computer (quale, per esempio, Stellarium).

1) Determinazione per Roma, degli azimuth di levata, tramonto, e misura di culminazione del Sole alle date degli equinozi e solstizi.
Il disco d'orizzonte è collocato a 42° lat N (figura 5a), il cursore del disco verticale è disposto sulla data del 21 marzo/23 settembre (figura 5b), il dispositivo è sistemato orizzontalmente sulla linea di vista dell'osservatore. Sul disco graduato si osserva che la levata e il tramonto si verificano esattamente a Est e Ovest (figura 5c e 5d) e che l'altezza max del Sole al mezzodì sull'orizzonte Sud è di 48° (figura 5e), la durata del dì è di 12 ore.

Il disco d'orizzonte è collocato a 42° lat N, il cursore del disco verticale è disposto sulla data del 21 dicembre (figura 6a), il dispositivo è sistemato orizzontalmente sulla linea di vista. Sul disco graduato si osserva che la levata e il tramonto si verificano in corrispondenza circa degli azimuth 220° e 130° (figura 6b e 6c) e che l'altezza max del Sole al mezzodì sull'orizzonte Sud è di circa 24° (figura 6d).

Il disco d'orizzonte è collocato a 42° lat N, il cursore del disco verticale è disposto sulla data del 21 giugno (figura 7a), il dispositivo è sistemato orizzontalmente sulla linea di vista dell'osservatore. Sul disco graduato si osserva che la levata e il tramonto si verificano in corrispondenza circa degli azimuth 50° e 320° (figura 7b e 7c) , l'altezza max del Sole al mezzodì sull'orizzonte Sud è di circa 71,5° (figura 7d).

2) Determinazione per il polo settentrionale, degli azimuth di levata, tramonto, e misura di culminazione del Sole alle date degli equinozi e solstizi
Il disco d'orizzonte è collocato a 90° lat N e il cursore del disco verticale, lato sx, è disposto sulla data del 21 marzo/23 settembre (figura 8a e 8b), il dispositivo è sistemato orizzontalmente sulla linea di vista dell'osservatore. Sul disco graduato si osserva che il disco solare si mantiene sull'orizzonte per l'intero arco diurno (figura 8c, 8d e 8e).

Il disco d'orizzonte è collocato a 90° lat N, il cursore del disco verticale è disposto sulla data del 21 dicembre , il dispositivo è sistemato orizzontalmente sulla linea di vista dell'osservatore. Sul disco graduato si osserva che il disco solare si mantiene costantemente sotto l'orizzonte, di 23.5°, producendo l'effetto della notte polare (figura 9a, 9b e 9c).

Il disco d'orizzonte è collocato a 90° lat N, il cursore del disco verticale è disposto sulla data del 21 giugno, il dispositivo è sistemato orizzontalmente sulla linea di vista dell'osservatore. Sul disco graduato si osserva che il disco solare si mantiene costantemente sopra l'orizzonte durante il dì, a un'altezza di 23,5°, dando origine al fenomeno del giorno polare (figura 10).

3) Determinazione per l'equatore, degli azimuth di levata, tramonto, e misura di culminazione del Sole alle date degli equinozi e solstizi.
Il disco d'orizzonte è collocato a 0° lat (figura 11a), il cursore del disco verticale, lato sx, è disposto sulla data del 21 marzo/23 settembre, il dispositivo è sistemato orizzontalmente sulla linea di vista dell'osservatore. Sul disco graduato si verifica che il disco solare compie l'arco diurno da Est a Ovest passando per lo zenith, la durata del dì è di 12 ore (figura 11b, 11c, 11d)

Il disco d'orizzonte è collocato a 0° lat, il cursore del disco verticale, lato sx, è disposto sulla data del 21 giugno, il dispositivo è sistemato orizzontalmente sulla linea di vista dell'osservatore. Sul disco graduato si osserva che il disco solare compie l'arco diurno da Est a Ovest passando per il tropico del cancro (figura 12), la durata del dì è di 12 ore.

Analogamente, il disco d'orizzonte è collocato a 0° lat, il cursore del disco verticale, lato sx, è disposto sulla data del 21 dicembre, il dispositivo è sistemato orizzontalmente sulla linea di vista dell'osservatore. Sul disco graduato si osserva che il disco solare compie l'arco diurno da Est a Ovest passando per il tropico del capricorno la durata del dì è di 12 ore.
 

4) Fenomeni celesti relativi alle stelle circumpolari, ovvero visibili permanentemente (stelle con declinazione > di 90° lat), per una latitudine data.
Per la lat di Roma, circa 42°N, p.e.: alfa Cas (Scheat) decl. 58°. Si porta il cursore stellare del disco verticale, sul lato dx, in corrispondenza intermedia fra la gradazione 55°-60° (figura 13a).
Si osserva che la stella compie un giro diurno, senza toccare l'orizzonte (figura 13b, 13c e 13d). La sua visibilità sull'orizzonte Nord è pertanto permanente.

5) Fenomeni celesti relativi alle stelle, non circumpolari, ovvero visibili stagionalmente (stelle con declinazione < di 90° lat), per una latitudine data.
Per la lat di Roma, circa 42°N, p.e.: alfa Ori (Betelgeuse) decl 9°. Si porta il cursore stellare del disco verticale, sul lato dx, in corrispondenza della gradazione 10° (figura 14a). Si osserva che la stella si leva con azimuth di 140° e tramonta con azimuth di 230° (figura 14b, 14c e 14d), arriva alla culminazione di 58° sull'orizzonte Sud al transito meridiano. La sua visibilità è quindi stagionale.

La necessità di rappresentare in forma schematica i moti e le suddivisioni della sfera celeste, è connessa con l'origine dell'Astronomia scientifica nella Grecia classica (VI-IV sec A.C.) e nel periodo ellenistico (323-31 A.C.). In tale contesto storico, si realizzarono diversi strumenti di precisione, quali cerchi meridiani, diottre, regoli, astrolabi, sfere con cerchi dette “armille” (dal latino armilla: cerchio, bracciale) (figura 15).

Questi strumenti, in taluni casi perfezionati, furono usati fino al XVI secolo dagli astronomi europei, arabi e cinesi, per l'acquisizione di dati astronomici, particolarmente relativi alle coordinate celesti del Sole e degli astri. Fra i realizzatori di questi strumenti, si annoverano Ipparco (circa 190-125 A.C.) e Tolomeo (70-131 D.C.). Proprio nell'Almagesto di Tolomeo, sono infatti riportate gli schemi per la realizzazione di una sfera armillare, “astrolabio armillare”, con sette cerchi e dotata di mire (figura 16) per l'acquisizione dati, e il riferimento a un analogo congegno costruito da Ipparco.

Si suppone che con strumenti simili, Ipparco realizzò il primo catalogo stellare di 1080 stelle e Tolomeo ne curò la revisione. Schematicamente è possibile suddividere le sfere armillari in strumentali e dimostrative. L'utilizzazione delle armille dimostrative è proseguita fino al presente. Spesso le armille, dette anche "astrolabi armillari" vengono confuse con gli “astrolabi piani” (figura 17a), i quali ne rappresentano la proiezione stereografica di tipo polare (figura 17b).

Gli astrolabi piani, con sistema di mira detta “alidada” (figura 18), erano usati per acquisire dati di posizione o misure astronomiche, oppure per previsione di fenomeni celesti. Oggi, realizzati senza sistema di mira, sono noti più correttamente come planisferi celesti a cerchio mobile. In Italia sono generalmente commercializzati con il nome di astrolabi.

Chirri Maurizio
Lombardi Livia