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IL PROBLEMA DELLA MISURA DEL TEMPO
Alexandre Koyrè, (1892 – 1964), nel suo trattato: “Dal mondo del pressapoco all' universo della precisione” fa notare come sarebbe stato facilitato e quali progressi avrebbe compiuto Galileo Galilei se per i suoi esperimenti sull'isocronismo del pendolo, la caduta dei gravi e sul moto uniformemente accelerato, avesse avuto a disposizione un buon cronometro da marina. Galileo invece poteva avvalersi essenzialmente di clessidre e dei battiti del suo polso.
Era quello il periodo in cui le attività umane si svolgevano dall'alba al tramonto, col mezzogiorno quale punto di divisione, un quarto d'ora in più od in meno nelle azioni della giornata non cambiava nulla.
Ma fisici, meccanici ed astronomi, per elaborare le loro teorie e stabilire le leggi della meccanica razionale, avevano bisogno di uno strumento di precisione.
La necessità era ancor più avvertita per le esigenze della navigazione, ove per la determinazione della longitudine era necessario disporre di uno strumento capace di conservare con precisione l'ora del meridiano di origine.
Quando, nel 1714, la squadra navale comandata da sir Cloudesley Shovell naufragò sulle isole Scilly - mentre egli pensava di veleggiare nella Manica, a oltre cento miglia di distanza e morirono circa 2000 persone - l'ammiragliato inglese si decise ad organizzare un Consiglio per la longitudine. Questi emise il celebre Longitude Act, con il quale offriva un premio di ventimila sterline a chi avesse inventato un orologio in grado di avere un margine di errore di meno di due minuti in un viaggio di andata e ritorno dalle Indie Orientali.
John Harrison, un carpentiere autodidatta dello Yorkshire, presentò al concorso, nel 1735, un orologio (pesante oltre trenta chili), che continuerà a migliorare per oltre 30 anni. Nel 1761 il figlio di Harrison intraprese un viaggio di prova fino a Giamaica, con il cosiddetto Harrison N.4, il quarto prototipo sviluppato dall'originale. Dopo 81 giorni di navigazione il cronometro aveva solo cinque secondi di ritardo! Un duplicato di questo modello, fu poi utilizzato da James Cook nel suo secondo viaggio, che durò dal 1772 al 1775: dopo tre anni di navigazione il ritardo segnato era di soli sette minuti e quarantacinque secondi.
Il nostro conterraneo, il lunigianese Alessandro Malaspina (1754 – 1810), per la sua spedizione scientifica del 1789, durata oltre cinque anni, imbarcherà cinque cronometri, desumerà l'ora esatta dalla loro media e ne controllerà periodicamente la precisione, osservando e cronometrando da terra i passaggi dei satelliti di Giove, (essendo nota la durata del fenomeno). Inoltre, secondo il metodo messo a punto da Galileo, con i satelliti di Giove si poteva determinare la longitudine del luogo, per poi di giorno, osservare il passaggio del sole al meridiano superiore per quella longitudine, ottenendo l'ora locale da confrontare con quella dei cronometri.
Nel 1884 durante la Conferenza Internazionale dei Meridiani, organizzata a Washington, venne adottata una convenzione, accettata universalmente, per mettere fine ai diversi standard adottati nel mondo per la cartografia e per la navigazione. Infatti, fino al 1884, venivano utilizzati, a seconda dei paesi, diversi meridiani fondamentali: il meridiano di Ferro (isola delle Canarie), quello di Parigi, quello di Greenwich, quello di Monte Mario a Roma, Pisa, Copenaghen, Gerusalemme, San Pietroburgo e Filadelfia.
Le carte nautiche adottavano come meridiano di riferimento, a seconda della Nazione che le aveva predisposte, o il meridiano di Greenwich o quello di Parigi.
Sì decise definitivamente che il meridiano fondamentale sarebbe stato quello passante dall'Osservatorio di Greenwich, che fu scelto per dare un riconoscimento alla storica funzione per la quale venne fondato nel 1675 l'osservatorio: risolvere il problema della determinazione della longitudine in mare.
La terra, suddivisa in 24 fusi orari di 15 gradi di ampiezza, avrà in Greenwich il riferimento ed il custode dell'ora esatta, ove con precisi cannocchiali meridiani verrà costantemente determinato il passaggio del sole al meridiano superiore del luogo, convenzionalmente coincidente col mezzogiorno locale.
La situazione migliorò ulteriormente ai primi del 900, con l'avvento della radio, le stazioni radio degli osservatori astronomici nel mondo e quelle di bordo poterono ricevere il segnale orario da Greenwich per determinare l'errore giornaliero dei rispettivi cronometri, tutti fasati sull'ora del meridiano fondamentale, il Greenwich Mean Time (GMT) o Tempo Universale (TU), che con buona approssimazione deriva dal Tempo Solare, il cui giorno viene definito come: il tempo che intercorre tra due successivi passaggi in meridiano del SOLE(23ore 56 primi e 04 secondi).
Nel corso di un giro completo attorno al Sole (un anno) i ritardi giornalieri si accumulano sino a corrispondere ad un giro completo di rotazione 360° = un giorno, creando sfasamenti nel calendario.
Per rifasare il calendario nel 46 a.c., Giulio Cesare (calendario Giuliano) assegnò la durata di 408 giorni a detto anno e stabilì che l'anno fosse di 12 mesi per un totale di 365 giorni, con un anno bisestile di 366 giorni ogni 4 anni.
Nonostante l'intervento di Giulio Cesare, il calendario civile non coincideva ancora con l'anno solare poiché quest'ultimo è circa undici minuti più corto di 365 giorni e un quarto. Questa piccola differenza produce il divario di un giorno intero in circa 128 anni.
Nel 1582 papa Gregorio XIII (calendario Gregoriano) stabilì che dovessero essere comuni (anziché bisestili) quegli anni secolari che non fossero divisibili per 400, ciò comporta la differenza di un giorno dopo circa 30 secoli.
Con l'attuazione della riforma gregoriana si provvide anche a correggere gli errori che s'erano sommati nel passato: il giorno successivo a quello di giovedì 4 ottobre 1582 divenne venerdì 15 ottobre, attuando così un salto di 10 giorni.
Oggi il tempo viene misurato mediante orologi atomici che si basano sulla frequenza di risonanza degli atomi di cesio, il Tempo Atomico Internazionale (TAI).
Al fine di non creare eccessivo sfasamento con la scala del tempo legata alla rotazione terrestre è
stato definito il Tempo Universale Coordinato (UTC) che ha le stesse caratteristiche metrologiche del TAI ma viene corretto ogni tanto affinché la differenza sia sempre minore di 0.9”.
L’UTC viene diffuso in tutto il mondo tramite i segnali orari del tempo, con la precisione di 1ms.
L’ International Earth Rotation Service monitora l’attività della Terra e decide quando è opportuno aggiungere un secondo, il leap second alla nostra scala temporale.
Secondo i ricercatori, il leap second va eliminato perché rischia di mandare in tilt i sistemi che necessitano di una scala temporale di riferimento stabile e continua. Il leap second sta condizionando le reti globali di telecomunicazioni per le quali la sincronizzazione è essenziale; è problematico per i protocolli di sincronizzazione degli orologi di computer in rete che devono evitare sfasamenti così come per i servizi finanziari gestiti da hardware e software sofisticati capaci di analizzare la situazione ed eseguire una transazione nel giro di una frazione di secondo.
Il problema riguarda anche gli operatori dei sistemi di navigazione globale, il Global Navigation Satellite Systems, ( come quello russo Glonass ed il nostro Galileo) che lavorano sull' ordine dei milionesimi di secondo ed abbisognano di una sincronizzazione perfetta. Una perfetta sincronizzazione non appare comunque possibile perché, i movimenti della terra non sono perfettamente omogenei e regolari, subendo anche l'influenza gravitazionale di altri astri quali Luna, Sole ed altri pianeti. Per contro, chi si oppone all’eliminazione del leap second, crede che il rimedio sia peggiore del male. Se si aboliscono i leap seconds , l’UTC si allontanerà dal tempo scandito dalla rotazione terrestre sempre di più.
TEMPUS FUGIT SICUT NUBES, QUASI NAVES VELUT UMBRA
Franco MAGAZZU'
