Sulla cresta dell'onda

Cronometro

Per la sicura condotta della navigazione è fondamentale conoscere la propria posizione in mare, attraverso una corretta determinazione della longitudine. Già nell'Antichità e fino al Settecento si usava il metodo delle eclissi lunari, che si sapevano prevedere e sono osservabili simultaneamente da tutti i punti della Terra aventi la Luna sopra l'orizzonte. Tuttavia il fenomeno, per la sua rarità, era di poca utilità per il navigante, anche per la difficoltà che presentava l'osservazione esatta dei contatti.

Un altro fenomeno celeste, che consentiva di determinare il tempo preciso di un'osservazione da cui dedurre la longitudine, fu scoperto e propugnato da Galileo nel 1610, come superiore all'antico metodo delle eclissi lunari: si trattava delle eclissi dei satelliti di Giove, tanto frequenti da poter essere osservate più volte ogni notte.

Un fenomeno che meglio si prestava alle osservazioni finalizzate alla determinazione del tempo era quello delle distanze lunari, proposto dagli astronomi rinascimentali. In sintesi si può dire che la Luna si muove in cielo come la lancetta di un orologio che ruoti sul "quadrante" della volta celeste, in modo tale che la sua posizione possa essere indicata in ogni momento mediante l'angolo, rapidamente variabile, che essa forma con un altro astro. Tale angolo è la "distanza lunare" e, dall'ora ad esso corrispondente, preventivamente calcolata per il meridiano di riferimento e indicata dalle effemeridi, si deduceva il tempo dell'astro rispetto al meridiano dell'osservatore (Capasso 1994).

Già nel Quattrocento le effemeridi erano compilate da astronomi che osservavano e studiavano i moti della luna per trovare le leggi che avrebbero consentito di prevedere e registrare, con le loro coordinate e con le successive ore solari, le posizioni dell'astro sulla sfera celeste.

Il problema era di grande rilevanza per le nazioni marinare, e nella seconda metà del Seicento sorsero importanti Osservatori astronomici, che si proponevano lo studio dei moti degli astri per la determinazione della longitudine: quello di Parigi, entrato in funzione nel 1671, nel 1679 iniziò la pubblicazione della Connaissance des temps (poi assunta del Bureau des Longitudes), che dava le prime distanze angolari della Luna dal Sole e dagli astri principali; quello di Greenwich, fondato da Carlo II nel 1675, propugnato e diretto da John Flamstéed, un secolo dopo avviò la pubblicazione del Nautical Almanac, per iniziativa dell'astronomo reale Nevil Maskelyne, subito adottato da tutte le nazioni marinare.

Osservatorio di Greenwich L'Osservatorio di Greenwich all'epoca della sua creazione, in un'acquaforte di Francis Place, conservata al National Maritime Museum

Ma tali metodi erano ancora insufficienti a risolvere il secolare problema, alla cui soluzione occorreva un orologio regolato sul tempo del meridiano di riferimento, che ne indicasse con precisione i valori, in qualunque condizione di navigazione. Si trattava di garantire la perfetta regolarità di funzionamento dell'orologio, nonostante i movimenti della nave e, una volta regolato lo strumento sull'ora del meridiano, era necessario che il cronometro la conservasse entro ordini di grandezza dei secondi di tempo: un errore di 4 secondi produceva un errore di 1' nella longitudine.

La prima idea di dotare le navi di un orologio di precisione risale al XVI secolo, e fa sorgere una questione di priorità tra Fernando Colombo, fratello di Cristoforo, e Gemma Frisius (1508-1555), professore all'Università di Lovanio, di cui fu allievo Mercatore. Il primo nel 1524 ne propose l'uso alla Commissione incaricata di fissare la linea di demarcazione tra i possedimenti spagnoli e quelli portoghesi, secondo il trattato di Tordesillas. Frisius ne espose i vantaggi nel trattato De principi astronomiae et cosmographiae (Anversa 1530), nel quale suggeriva l'impiego di piccoli orologi meccanici, in uso all'epoca.

Baracca di Willem Barentsz Ricostruzione della baracca di Willem Barentsz in The Threshold of the unknown region, London 1876, (Istituto Idrografico della Marina)

Secondo la tradizione, tali orologi furono impiegati la prima volta dal navigatore olandese Willem Barentsz (1550-1597), nella sua spedizione verso le regioni polari. Nel resoconto della spedizione polare di C. R. Markham, un'illustrazione rappresenta la baracca di Barentsz, così come descritta dal capitano norvegese Elling Carlsen, che la ritrovò nel 1871, nella quale fu appunto rinvenuto, appeso alla parete, un orologio, probabilmente a molla.

Orologio Porcellotti Orologio a pendolo costruito dall'orologiaio E. Porcellotti alla fine dell'Ottocento, secondo i progetti di Galileo (Firenze, Museo di Storia della Scienza)

I primi orologi meccanici, con peso, risalgono al Medio Evo e furono seguiti da orologi a molla, che si svilupparono nella seconda metà del Seicento con l'applicazione del pendolo, secondo i progetti di Galileo. Nel 1659 Christian Huyghens (1629-1695) costruì orologi a pendolo sospesi a un congegno cardanico, che avrebbe dovuto mantenerli verticali durante la navigazione. Le sperimentazioni si dimostrarono tuttavia insoddisfacenti e il progetto fu abbandonato.

Nel 1714 si era costituita in Inghilterra, su iniziativa del matematico W. Whiston, una Commissione - il Board of Longitude - che, con l'apposito Longitude Act, istituì premi di entità variabile, dalle 10.000 alle 20.000 sterline in funzione della precisione ottenuta, per chi avesse inventato un cronometro marino in grado di determinare la longitudine con l'approssimazione da 1° a 0°,50.

La "sfida" fu accettata da John Harrison (1693-1776), originario dello Yorkshire, figlio di un falegname, il quale, allettato dal premio, costruì il suo primo cronometro marino nel 1715, composto essenzialmente da parti di legno.

Il primo cronometro Harrison Il primo cronometro per l'uso di bordo, presentato da John Harrison nel 1735. (Greenwich, National Maritime Museum)

Nel 1735 egli presentò il cosiddetto number one, uno strumento massiccio azionato non da un pendolo, ma da due bilancieri, collegati da fili metallici in modo che i rispettivi movimenti fossero opposti l'uno all'altro, così da neutralizzare gli effetti del movimento della nave. Tra le altre innovazioni, disponeva di un nuovo tipo di scappamento, due molle, un congegno che ne consentiva il funzionamento anche durante la ricarica, e un sistema di compensazione per le variazioni di temperatura.

Lo strumento fu sperimentato durante una traversata da Londra a Lisbona sulla nave "Centurion" ma, sebbene il risultato fosse positivo, la piccola differenza di longitudine tra le due località non ne garantiva le prestazioni, e quindi Harrison ottenne solo un modestissimo anticipo sul premio promesso, a titolo di incoraggiamento per la messa a punto di un secondo modello, che pure ricevette un secondo premio parziale. Gli ci vollero più di diciassette anni per presentare il terzo esemplare che tuttavia, come pure il secondo, era di poco meno ingombrante del number one, che pesava circa 31 kg.

John Harrison in un quadro di King John Harrison in un quadro di King, presso lo Science Museum di Londra (Da R. T. Gould, The marine chronometer: its history and development , London 1923, consultabile presso la Biblioteca dell'Istituto Idrografico della Marina)

E' quindi sorprendente che il suo quarto cronometro, il famoso number four, fosse un bel cronometro piatto del diametro di circa 12 cm, non molto diverso dagli orologi da taschino usati fino a qualche decennio fa.

Fu sperimentato la prima volta sulla nave Deptford in viaggio verso le Indie Occidentali, con grande successo, e una seconda sulla Tartar, ma il premio completo ancora non venne corrisposto (e gli venne riconosciuto solo nel 1773 sul finire della vita), perché il Board volle una verifica degli ingranaggi del cronometro da parte di un gruppo di esperti, uno dei quali era l'orologiaio Larcum Kendall (1721-1795).

Cronometro number four Il cronometro marino number four realizzato da Larcum Kendall nel 1769

Kendall a sua volta produsse un cronometro sul modello del number four, introducendo migliorie, sperimentato nel 1772 sulla "Resolution" da James Cook, che ne fu entusiasta e lo utilizzò nuovamente nel terzo viaggio. Fu anche impiegato da J. Vancouver nel 1791, nel corso del suo memorabile viaggio di circumnavigazione e di ricerca, lungo le coste americane nord-occidentali, del passaggio di Nord-Est.

Su richiesta del Board, Kendall progettò e produsse nel 1772 e poi nel 1774, altri due cronometri, con ulteriori modifiche rispetto al prototipo di Harrison. Il Kendall n.2 ebbe una storia avventurosa e romantica: fu prestato al cap. Phipps per la sua spedizione polare del 1773 e, nel 1787, fu affidato al cap. Bligh.

Il cronometro del Bounty Il cronometro del Bounty: sul quadrante la scritta "Larcum Kendall, London" (Da R. T. Gould, The marine chronometer: its history and development, London 1923)

Rimasto in mano degli ammutinati del "Bounty", restò a Pitcairn fino al 1808, quando fu acquistato dal comandante di una baleniera americana. Rubato a questi, riapparve anni dopo a Conception in Chile, dove fu comprato da un avventuriero spagnolo. Alla morte di questi, nel 1840, fu alla fine venduto a un ufficiale britannico che lo riportò in Patria: dopo oltre sessant'anni il cronometro era ancora funzionante, nonostante le sue peripezie.

Poiché i cronometri di Harrison e Kendall erano di complessa costruzione e non si prestavano ad altri perfezionamenti, il Governo inglese offrì un'ulteriore ricompensa a chi avesse migliorato lo strumento.

L'offerta fu accolta da Thomas Mudge (1715-1794), altro famoso orologiaio che nel 1765 aveva fatto parte della commissione incaricata di valutare il cronometro di Harrison. Nel 1774 egli presentò il suo primo modello che aveva un'autonomia di otto giorni, e altri due modelli, sperimentati negli anni Ottanta, e noti come "Blue" e "Green", dal colore della cassa, che non riscossero tuttavia l'approvazione di Maskelyne.

Il perfezionamento di quei primi cronometri deve essere ascritto al francese Pierre Le Roy (1717-1785) e a Ferdinand Berthaud (1729-1807), nato nel cantone di Neuchatel, poi divenuto uno dei maggiori centri di produzione della Svizzera.

Il primo presentò il suo cronometro all'Académie des Sciences nel 1766 e lo sperimentò con successo a bordo della fregata L'Enjouée nel 1768, in una traversata da Le Havre a Terranova e ritorno. Il suo contributo fondamentale all'evoluzione del cronometro sta nell'aver egli inventato un innovativo tipo di scappamento che definì "à détente", cioé "a trattenuta", e il bilanciere compensato.

Berthaud si trasferì a Parigi nel 1745 e nel 1762 cominciò a dedicarsi all'orologeria; fu in assoluto il più prolifico autore di trattati di orologeria e il produttore versatile di una moltitudine di cronometri di tipo diverso.

Cronometro Frodsham L'Istituto Idrografico della Marina possiede un Frodsham, il n.5013, sulla cui targhetta è inciso l'indirizzo, Charles Frodsham 84 Strand London, dove era già situata l'azienda di Arnold. E' un cronometro a mezzi secondi con scappamento libero e bilanciere compensato, alloggiato in una cassetta di legno su sospensione cardanica

Tuttavia il tempo di realizzazione di un cronometro andava dai tre ai due anni e i costi erano proibitivi, anche perché l'orologiaio era un inventore solitario e riservato. Quei primi cronometri erano, quindi, strumenti preziosissimi per uso esclusivo delle Autorità governative e venivano solo dati in prestito ai grandi esploratori-idrografi in occasione delle loro traversate.

Cronometro Poole L'Istituto Idrografico possiede anche il cronometro J. Poole n. 5063, acquistato nel 1878 e impiegato in occasioni importanti, come la Spedizione De Filippi all'Himalaja, le campagne idrografiche in Mar Rosso e la spedizione polare della "Città di Milano". La prestigiosa manifattura John Poole era ubicata a Londra, in Fenchurch Street.

La produzione su vasta scala per uso generalizzato, e quindi la soluzione al problema di sempre del navigante, si deve agli inglesi John Arnold (1736-1799) e Thomas Earnshaw (1749-1829).

Arnold migliorò le innovazioni introdotte da Le Roy; ed ebbe la lungimiranza, a differenza dei suoi predecessori, di fondare un'azienda nella quale si avvaleva di operai specializzati (che poi, a loro volta, diventavano maestri orologiai) per la realizzazione dei componenti, riservando a sé la meccanica dello strumento. In tal modo alla fine del Settecento aveva prodotto un migliaio di cronometri a costi contenuti, molti dei quali erano impiegati a bordo. Alla sua morte l'azienda fu portata avanti dal figlio John Roger e, alla morte di questi nel 1843, fu rilevata da Charles Frodsham.

Ad Earnshaw viene attribuito il merito di aver ulteriormente perfezionato lo scappamento e il bilanciere, all'incirca come li conosciamo oggi.

Cronometro Poole
Un altro cronometro della manifattura John Poole è conservato presso il Galata Museo del Mare a Genova, impiegato alla fine dell'Ottocento dal capitano Enrico d'Albertis, a bordo del suo cutter "Il Corsaro".
Cronometro McGregor
Presso l' Osservatorio Astronomico GIUSEPPE S. VAIANA di Palermo è conservato il cronometro McGregor n. 186, 1868 ca, custodito in una cassa in noce, con chiusura a gancio, imbottita internamente, con cinghie in cuoio per il trasporto e fori per le viti di fissaggio.
All'interno si trova la cassetta dell'orologio, in mogano scuro, di cm 17,5 x 17,5 x 19, con maniglie e finiture in ottone. All'esterno, un ovale di avorio conteneva forse l'indicazione del nome del costruttore. La faccia superiore della cassetta si apre, potendosi così esaminare l'orologio attraverso una finestra in vetro. La cassetta si apre anche in due metà incernierate a libro, per dare accesso all'orologio.
Quest'ultimo è montato su di una sospensione cardanica che può essere bloccata per mezzo di una levetta, bloccata a sua volta da una manopola a vite. L'orologio può essere facilmente capovolto per caricarlo con una chiavetta custodita in un apposito alloggiamento nella cassetta.
Il quadrante, del diametro di 11,5 cm, e' in metallo argentato, con le ore in cifre romane. I secondi vengono segnati da un piccolo quadrante eccentrico, mentre un secondo quadrante in alto segnala lo stato di carica dell'orologio.
Cronometro Naviquartz Cronometro Naviquartz di proprietà dell'Istituto Idrografico della Marina.
Il quadrante ha le lancette per i minuti e per le ore in acciaio, quelle per i secondi e lo stato di carica in acciaio brunito. E' firmato
D. Mc GREGOR & Co
Makers to the Admiralty
GLASGOW & GREENOCK

Pochi decenni fa il cronometro meccanico è stato sostituito da quello al quarzo, che conserva l'aspetto tradizionale, nella sua elegante cassetta di mogano, mentre il movimento ha poco in comune con i cronometri del passato: l'elemento regolatore del tempo è rappresentato da un cristallo di quarzo inserito in un circuito oscillante, la cui elevata stabilità di frequenza assicura una base di tempo molto stabile, regolando il movimento delle lancette con una precisione di qualche decimo di secondo al giorno. L'alimentazione è a pile e la durata di carica è di almeno un anno.

Un ulteriore vantaggio è che i cronometri al quarzo sono, in pratica, insensibili al movimento della nave e a qualsiasi tipo di perturbazione. Inoltre, nella funzione di centralina oraria, possono comandare un alto numero di orologi ripetitori dislocati nei vari locali di bordo, in modo da assicurare l'ora esatta a tutti gli ospiti della nave.

A cura di Paola Presciuttini
en