Di realizzazione relativamente semplice questo strumento permette di stabilire con buona approssimazione la linea meridiana del luogo, cioè la congiungente fra i punti cardinali Nord e Sud. A partire da un asta (gnomone) verticale di 20 cm di altezza, piantata nel terreno, sono raffigurate tre circonferenze concentriche di raggio via via crescente. In una mattina soleggiata si attenda fino a che l'ombra proiettata dallo gnomone tocchi (sia tangente) una delle circonferenze disegnate sul terreno. In quell'istante si segni il punto della circonferenza ove questo sia avvenuto (es.: punto A nella figura). Nel pomeriggio dello stesso giorno si attenda fino a che l'ombra dello gnomone tocchi (sia tangente) la stessa circonferenza dalla parte opposta. Presa nota di questo secondo punto (es.: punto B nella figura) è sufficiente effettuare la bisettrice dell'angolo compreso fra i raggi che uniscono i due punti trovati con il centro delle circonferenze per tracciare la linea meridiana Nord-Sud. Per una misura più precisa effettuare la stessa misura in giorni diversi oppure, nel corso della stessa giornata, prendere nota dei punti di tangenza di più circonferenze.
Questi "orologi solari" permettono di determinare l'ora solare vera osservando l'ombra che uno gnomone verticale proietta su una serie di righe opportunamente tracciate. A seconda del sistema orario disegnato ( - ora moderna "astronomica", detta anche "alla francese", che prevede il computo delle ore a partire dalla mezzanotte; - ora "italica" che, diffusa nel nostro paese durante il Medio Evo, prevede il computo delle ore a partire dal tramonto del Sole; - ora "canonica", che prevede il computo delle ore a partire dall'alba e la suddivisione del giorno, in qualunque periodo dell'anno, in 12 ore di luce e 12 di buio, con il risultato di avere un'ora di durata diseguale, più corta in inverno e più lunga in estate) è possibile leggere l'ora del sistema orario corrispondente e capire come la misura odierna dello scorrere del tempo sia frutto di convenzioni e consuetudini consolidate. Inoltre, su tutti e tre i quadranti, l'estremità dell'ombra indica anche il giorno dell'anno. L'ombra è sempre racchiusa nello spazio delimitato dalle due iperboli estreme; più lunga in inverno e più corta in estate. Durante i giorni degli equinozi l'ombra percorre la retta disegnata sui quadranti, il giorno del solstizio d'inverno l'ombra percorre l'iperbole più lontana dallo gnomone mentre il giorno del solstizio d'estate percorre l'iperbole più vicina allo gnomone.
Il plinto descritto dal grande astronomo Tolomeo, vissuto in Egitto nel II secolo d.C., era un blocco di pietra squadrato e levigato. Disposto con il suo lato più lungo sulla linea Nord-Sud, il plinto volge le sue facce più ampie verso est e verso ovest. Su ciascuna delle facce, in vicinanza dello spigolo superiore, verso sud, viene posto uno gnomone la cui ombra a mezzogiorno, nell'istante in cui il Sole raggiunge la sua massima altezza, si proietta sul settore circolare graduato e permette di misurare l'altezza del Sole. Tale strumento permetteva di determinare l'alternarsi delle stagioni e la latitudine del luogo ove veniva costruito. Per far ciò occorre conoscere una coordinata del Sole - la declinazione - che si può ricavare da tabelle astronomiche. Calcolando la differenza di altezza del Sole a mezzodì fra un equinozio e un solstizio è anche possibile, con plinti di notevoli dimensioni capaci di misure molto fini, ricavare l'inclinazione dell'asse terrestre. Sulle due facce sono poi raffigurati uno spaccato dell'interno del Sole, che illustra il percorso della radiazione solare dal nucleo fino alla superficie della nostra stella (lato esposto a levante) e un diagramma H-R (dal nome di due astronomi, Hertzsprung e Russell) che è di fondamentale importanza per la teoria dell'evoluzione stellare (lato esposto a ponente).
Su un disco sottile sono disegnate su entrambe le facce le linee orarie a distanza di 15 gradi l'una dall'altra. Il disco posto sul terreno è attraversato da un'asta (stilo polare) che lo tiene fissato sul piano su cui giace l'equatore celeste, ossia la proiezione dell'equatore terrestre sulla volta del cielo. Questo fa si che l'angolo tra lo stilo e il terreno sia pari alla latitudine del luogo. Il Sole, nel periodo compreso fra l'equinozio d'autunno e quello di primavera, giace sempre sotto il piano dell'equatore celeste e proietta quindi l'ombra nella faccia inferiore del disco. Dall'equinozio di primavera a quello d'autunno, al contrario, il Sole si trova sempre al di sopra dell'equatore celeste e l'ombra si proietta allora sulla faccia superiore. Nei due giorni degli equinozi (all'inizio della primavera e all'inizio dell'autunno) il Sole si trova esattamente sull'equatore celeste e lo stilo non proietta allora nessuna ombra. Prima della riforma del calendario operata da Papa Gregorio XIII (1582), strumenti come questo venivano usati per determinare il giorno dell'equinozio di primavera, la cui conoscenza è indispensabile per il calcolo della data della Pasqua, che ancora oggi cade nella prima domenica successiva al primo plenilunio di primavera.
All'alba della civiltà gli uomini impararono a misurare il tempo con gli orologi naturali: il Sole, la Luna e le stelle, ma quanto le nuvole nascondevano gli astri c'era l'esigenza di affidarsi ad altri strumenti in grado di contare il trascorrere del tempo in modo il più possibile costante. La parola greca klepsydra significa ladro d'acqua e si riferisce al lento gocciolare dell'acqua da un recipiente all'altro. Secondo alcuni storici l'orologio ad acqua o appunto clessidra sarebbe stato ideato dagli Egizi, maestri nel controllare il fluire delle acque del Nilo per irrigare le coltivazioni. La clessidra poteva essere ad afflusso o a deflusso, a seconda se le variazioni di un liquido in un recipiente avvenivano per accumulo o per progressivo svuotamento.
È costituito da un solo recipiente che col passare del tempo si svuota attraverso un foro praticato sul fondo. In un recipiente simile il deflusso dell'acqua non è però costante: risulta molto rapido quando il recipiente è pieno, ma poi col calare del livello la pressione diminuisce e l'acqua defluisce più lentamente. In molti di questi orologi il problema del diverso afflusso veniva risolto utilizzando una graduazione non lineare.
È costituito da due recipienti: dal primo l'acqua defluisce con sgocciolio costante nel secondo recipiente dove un modellino galleggiante, misurando il riempimento del contenitore, indica il trascorrere del tempo man mano che l'acqua sale di livello. Per ovviare al problema della variazione del deflusso causata dalla diminuzione della quantità d'acqua contenuta nel vaso superiore, sono state trovate varie soluzioni. Nel caso dell'orologio ad acqua del Giardino del Sole il primo contenitore viene continuamente riempito per mantenere il livello costante. L'acqua in eccesso viene eliminata grazie ad un foro praticato sull'imboccatura del recipiente. L'orologio ad acqua a deflusso viene custodito all'interno dell'Osservatorio e utilizzato solo in presenza di personale esperto.
Utilizzando un ago magnetizzato posto nell'acqua i ragazzi possono osservare le proprietà del magnetismo e ammirare alcuni rudimentali modelli di bussole cinesi. L'invenzione della bussola si attribuisce infatti ai cinesi, sembra che già dal secondo secolo avanti Cristo essi essi utilizzarono questa scoperta soprattutto per scopi divinatori.
L'imperatore "Figlio del Cielo" usava probabilmente bussole rudimentali.costituite da un ago libero di ruotare che si disponeva sempre nella direzione del nord, per identificare la sua posizione spaziale che doveva essere in armonia con quella degli astri del cielo. La bussola venne adottata in Europa solo nel medioevo dove venne immediatamente utilizzata per la navigazione, il primo uso di tale strumento nel Mar Mediterraneo è stato attribuito all'italiano Flavio Gioia
Lo sai che si può leggere l'ora osservando le stelle ? Di giorno il moto di rotazione della Terra attorno al proprio asse origina il movimento apparente del Sole sulla volta del cielo. Ma a causa della rotazione della Terra anche le stelle, durante la notte, si spostano da oriente a occidente. Osservando con attenzione il loro moto apparente è possibile accorgersi che esse ruotano attorno a un punto fisso, detto Polo Nord Celeste, che è individuato dalla presenza, nelle sue vicinanze, della Stella Polare. Le stelle compiono una rotazione completa attorno al Polo Nord Celeste in 23 ore, 56 minuti e 4 secondi (giorno sidereo). Per via dei quasi quattro minuti d'anticipo sul giorno solare medio, che dura 24 ore, giorno dopo giorno, se osservate alla medesima ora, le stelle appaiono via via più spostate in senso antiorario. L'accumulo degli spostamenti giornalieri comporta, lungo l'anno, un'ulteriore intera rotazione attorno al Polo Nord celeste. Le rotazioni apparenti annua e diurna delle stelle vennero utilizzate a partire dal XV secolo per determinare l'ora della notte grazie a uno strumento costruito in varie fogge, detto notturlabio. La lancetta di questo singolare orologio è costituita da due delle sette brillanti stelle che formano il Grande Carro. L'allineamento di questi due astri (Dubhe e Merak, dette anche puntatori) con la Stella Polare, costituisce una sorta di enorme lancetta che spazza il cielo a velocità costante, così come la lancetta delle ore di un normale orologio meccanico ne spazza il quadrante. È quindi sufficiente associare la posizione di questa lancetta ad un cerchio graduato di riferimento per determinare l'ora in base al suo angolo di rotazione a partire da un punto fisso.
La Stella Polare costituisce il perno del notturlabio, il quale, se inclinato, permette di traguardarla attraverso il foro centrale. Per individuarla velocemente sulla volta del cielo si possono utilizzare proprio i puntatori, ovvero l'allineamento che abbiamo utilizzato per lancetta nel nostro notturlabio: unendo Merak a Dubhe, per raggiungere la Stella Polare è sufficiente seguire la direzione individuata prolungando per cinque volte la distanza che separa i due astri.
Il notturlabio può essere arricchito dalla presenza di un cerchio esterno che misura l'ora delle stelle, ossia il tempo impiegato dagli astri per ruotare attorno al Polo Nord Celeste. Il Tempo Siderale viene calcolato a partire dal passaggio sopra il punto cardinale Sud di un particolare punto del cielo chiamato punto gamma. Situato all'interno della costellazione dei Pesci, il punto gamma corrisponde alla posizione occupata dal Sole all'inizio della primavera (equinozio di primavera). L'ora che leggiamo sul cerchio esterno del notturlabio ci dice quindi da quanto tempo il punto gamma è transitato sopra il punto cardinale Sud; a causa della differenza tra Giorno Solare Medio e Giorno Siderale tale transito avviene tutti i giorni ad ore differenti e i due tempi (siderale e solare) coincidono soltanto una volta all'anno, alla mezzanotte del giorno dell'equinozio d'autunno.
Il notturlabio del Giardino del Sole di compone di tre cerchi: sul cerchio più interno sono rappresentate le sette stelle del Grande Carro e le cinque stelle più brillanti della costellazione di Cassiopea; entrambe queste raffigurazioni celesti sono circumpolari alle nostre latitudini, ossia ruotano attorno alla Stella Polare senza mai tramontare e si possono quindi individuare tutte le notti dell'anno. Sul secondo cerchio sono raffigurati i mesi e i giorni dell'anno solare e le ore del giorno. Il cerchio esterno rappresenta invece le ore del Tempo Siderale.
Ruota il disco del datario facendo corrispondere la data del giorno in cui ti trovi alla freccia posta in basso sul cerchio più esterno;
Osserva in cielo la posizione del Grande Carro o della costellazione di Cassiopea e ruota la lancetta (alidada) in modo tale da disporre le due figure sul disco come le osservi in cielo;
Ora puoi leggere sul cerchio più esterno l’ora siderale e sul bordo del cerchio interno l’ora civile, ossia quella segnata dal tuo orologio. Ricorda però che se è in vigore l’ora legale devi aggiungere un’ora a quella che ti indica il notturlabio !
Una sfera armillare è un modello della sfera celeste ossia di una rappresentazione geocentrica dell'universo utile a visualizzare i moti apparenti degli astri. Inventata da Eratostene nel 255 a.C, il suo nome deriva dal latino armilla (cerchio, braccialetto), poiché ha uno scheletro composto da cerchi metallici graduati che collegano i poli e rappresentano l'equatore, l'eclittica, i meridiani e i paralleli. Una sfera al centro rappresenta la Terra, che in questo caso viene immaginata al centro dell'universo. Le sfere armillari vennero sviluppate dai greci e furono usate come strumento didattico già nel III secolo a.C.. Con forme più grandi e precise erano usate anche come strumenti di osservazione, essendo le preferite di Tolomeo.
Le sfere armillari divennero nuovamente popolari nel tardo medioevo; l'astronomo danese Tycho Brahe (1546-1601) costruì diversi di questi strumenti. Scienziati rinascimentali e altre figure pubbliche spesso si facevano ritrarre con in mano una sfera armillare, che rappresentava le vette della saggezza e della conoscenza. Una rappresentazione della sfera armillare è presente nell'attuale bandiera portoghese ed è stata un simbolo nazionale fin dal regno di Manuele I del Portogallo.
Realizzato da Mariella Forlini il Mappamondo Parallelo permette di vedere come il Sole illumina le diverse regioni della Terra in tempo reale, aiutando a comprendere i fusi orari. Permette inoltre di comprendere l’alternarsi delle stagioni nel nostro pianeta e può aiutare ciascuno di noi a considerare in maniera più equa tutti i Paesi del mondo.Il mappamondo parallelo può essere posizionato con un nuovo supporto fisso o mobile (adattabile a diverse latitudini) e con possibilità di leggere la latitudine in modo diretto.
Meccansmo realizzato da Mariella Forlini in grado di mostrare il moto dii precessione della Terra. Consente di osservare come varia la posizione delle 13 costellazioni dello Zodiaco Astronomico rispetto ai mesi dell'anno e ai Segni Astrologici durante il ciclo di 25920 anni detto anche Anno Platonico.
Planetario orrery ad alta precisione, prodotto in ottone massiccio e metallo ottonato riproduce i moti planetari permettendo di osservare gli effetti della terza legge di Keplero.
La meridiana del pastore o orologio solare d'altezza è un orologio solare che utilizza l'altezza del sole per la misura dell'ora. Il nome deriva dal fatto che veniva effettivamente utilizzato dai pastori nel tardo Rinascimento, ma era anche molto in voga fra pellegrini e viandanti; sicuramente molto usato in zone isolate dei Pirenei e dei Paesi Baschi. Si tratta di un cilindro con incise delle linee verticali indicanti la data e delle curve trasversali che segnano le ore. Sulla sommità di questo corpo vi è uno stilo libero di ruotare col compito di gnomone; da notare la possibilità di essere ripiegato, in modo che, quando non si usa, né sia d'ingombro né si possa rompere.
La necessità di misurare l'altezza degli astri sull'orizzonte, per determinare la latitudine quindi la propria posizione in mare, è stata avvertita fin dall'Antichità. La Balestriglia, chiamata anche scala di Giacobbe, consisteva in un bastone perfettamente squadrato, con due o quattro traverse chiamate castagnole, con cui viene misurata l'altezza di un astro.
E' un orologio luminoso capace di segnalare l'ora su tutta la Terra mostrrando in quali regioni splende il sole e dove è notte. La sua meccanica di precisione permette di osservare dove avviene il tramonto in un dato istante e dove si deve andare per avere il Sole sopra la testa. Questo ottimo strumento didattico permette di ottenere dettagliate informazioni astronomiche sulla rotazione della Terra, sui Fusi Orari e sulle Stagioni.
Come ben sappiamo è possibile ricavare energia elettrica dal sole, però non tutti sanno che con l'energia emessa dalla nostra stella è anche possibile cucinare ottimi manicaretti. Per darne dimostrazione il Giardino del Sole dispone di una Cucina ad Energia Solare da 140 cm di diametro capace di erogare una potenza di circa 690W e quindi di portare ad ebollizione tre litri di acqua in circa 25 minuti.
Lo Staff dell'Osservatorio ci ha già cucinato uova e bruschette! Visto il successo della cucina ha anche realizzato un piccolo forno per cuocere i biscotti.
Per comprendere come è possibile orientarsi con gli astri su un'imbarcazione dove il moto ondoso impedisce l'utilizzo di uno gnomone, il laboratorio del Giardino del Sole mostra l'utilizzo del Sestante, strumento atto a misurare l'angolo di elevazione di un oggetto celeste sopra l'orizzonte. La misura si effettua facendo collimare l'oggetto con l'orizzonte. Il sestante è stato utilizzato per orientarsi durante la navigazione. La scala di un sestante è di 60°, pari ad 1/6 di circonferenza; è da qui che deriva il suo nome, altri strumenti nautici come l'ottante disponevano di una scala più piccola pari ad 1/8 di circonferenza, o 45°. Il sestante sfrutta il principio della doppia riflessione: se un raggio luminoso subisce una doppia riflessione sullo stesso piano, l'angolo di deviazione è il doppio dell'angolo formato dalle superfici riflettenti. La scala del sestante è di 60° reali ma e graduata in maniera doppia in modo da leggere direttamente il doppio dell'angolo formato dai due specchi.
Ottimi strumenti didattici che consentono la visione del disco solare in tutta sicurezza.
Osservando il disco solare i ragazzi possono rendersi facilmente conto del moto di rotazione della Terra e osservare le Macchie Solari effettuandone un conteggio.
Questo cerchio di un metro di diametro mostra le Costellazioni e i Segni Zodiacali dimostrando come tra di essi esista una profonda differenza. Grazie a questo bellissimo gioco realizzato dallo Staff dell'Osservatorio i ragazzi possono osservare il percorso apparente del Sole tra le costellazioni e sperimentare il fenomeno della Precessione.
Così appare la Terra dallo spazio, un globo di luce azzurra che in questo bellissimo strumento didattico appare illuminato in maniera differente a seconda delle stagioni edell'ora del giorno.
Una serie di differnti strumenti consente agli operatori dell'Osservatorio di scomporre la luce proveniente dal sole e dagli altri astri per mostrare le righe di assorbimento lasciate dagli elementi chimici presenti nei corpi celesti
