Umbracle

El gnòmon és, sens dubte, l’instrument astronòmic més simple i antic: una simple barra perpendicular a terra que projecta l’ombra sobre un pla horitzontal.  Vol dir pal o bastó en grec. Amb una peça tan senzilla podem observar com es mou l’ombra del gnòmon al llarg del dia i com la longitud varia al llarg de les estacions.

Les hipèrboles dibuixades en terra marquen la trajectòria d’eixa ombra al llarg de cada dia en diverses èpoques de l’any. La corba més pròxima al gnòmon correspon al recorregut de l’ombra durant el solstici d’estiu, quan el Sol arriba més amunt sobre l’horitzó; per això l’ombra és la més curta de totes. En canvi, la més llarga correspon al solstici d’hivern, quan el Sol va més baix.

La prolongació de cada línia cap a l’Est i l’Oest indica el lloc per on el Sol ix i es pon al llarg de l’any. Este lloc només coincidix amb eixos punts cardinals en els equinoccis, quan el dia i la nit tenen la mateixa duració. 

La línia que recorre l’ombra del gnòmon durant eixe dia no és una hipèrbola, sinó una línia recta.

No necessites absolutament res per a saber l’hora solar. En tens prou amb tu mateix, perquè en este instrument tu formes el gnòmon i la teua ombra indica l’hora solar.

No patisques si l’ombra que fas és massa curta i no arriba a tocar les xifres horàries; pots allargar-la alçant un braç verticalment per damunt del cap. Les hores, en esta classe de rellotge horitzontal, van traçades sobre una el·lipse de gran dimensió en què l’eix major queda orientat en direcció Est-Oest. En la placa situada al centre, sobre l’eix menor d’esta el·lipse, hi ha els mesos de l’any.

Perquè l’operació siga correcta hem de situar-nos sobre la data de hui i la nostra ombra ens indicarà quina hora és. 

Situa’t sobre la placa central i busca la data de hui. Quina hora marca l’ombra?

Este instrument, denominat plint o sòcol de Ptolemeu, va ser descrit per Claudi Ptolemeu al segle ll dC i servix per a mesurar l’altura màxima del Sol sobre l’horitzó. Al migdia, quan assolix el punt més alt del recorregut, el Sol creua el meridià del lloc.

Eixa altura depén de la latitud, però també varia al llarg de l’any; és màxima en el solstici d’estiu i mínima en el solstici d’hivern. A la latitud de València, l’altura màxima que assolix el Sol durant el solstici d’estiu és de 73° 57’; mentre que durant el solstici d’hivern només arriba a 27° 5’.

Si observem l’ombra de l’agulla indicadora a les 12.00, hora solar, obtenim la declinació solar d’eixe dia; és a dir, l’angle que el Sol forma amb l’equador celeste. I com que la declinació del Sol és diferent per a cada dia de l’any, el plint també es pot usar com un calendari anual de precisió, però només a eixa hora exacta: el migdia solar.

Amb el plint podem saber quan es produïxen els solsticis i els equinoccis: només cal observar l’ombra al migdia solar, que coincidix amb la marca corresponent.

El Sol es mou al llarg del dia, però també ho fa al llarg de períodes de temps més llargs; per exemple, els mesos. 

Este moviment és el que hi ha en l’origen dels solsticis i equinoccis, dels quals es parla el mòdul següent.

Des d’esta posició, la línia del solstici d’hivern marca el recorregut del Sol el dia més curt de l’any. El Sol ix molt tard i molt allunyat de l’est. Al migdia el trobem relativament prop de l’horitzó, els rajos són molt oblics i  calfen poc. Durant l’hivern el Sol va recuperant altura. El dia de l’equinocci de primavera ix exactament per l’est, i eixe dia seguix la línia que marca la circumferència central. El dia i la nit duren el mateix: dotze hores; per això el nom llatí aequinoctium, nit igual (al dia).

A mesura que avança la primavera, cada dia es fa clar més prompte i es fa fosc més tard, fins a arribar al solstici d’estiu, quan tenim més hores de llum. Este dia el recorregut del Sol coincidix amb la circumferència superior, la més gran. Després, durant els tres mesos de l’estiu, el cicle s’invertix: el Sol seguix una trajectòria cada dia més curta fins a arribar a l’equinocci de tardor, en què la línia és idèntica a la de primavera.

Nosaltres veiem el  moviment del Sol sobre l’horitzó com un gran arc que es descriu entre dos punts. 

En este mòdul aprendrem una cosa sobre eixos dos punts per on diem, en llenguatge col·loquial, que el Sol ix i es pon.

L’afirmació “el Sol ix per l’Est i es pon per l’Oest” no és del tot veritat. Només hi ha dos dies a l’any en què açò es complix exactament: els equinoccis de primavera i de tardor. El mètode per a saber on són estos punts cardinals consistix a observar la posta o l’eixida del Sol un d’eixos dos dies. Per contra, la posició del Sol al migdia, quan és al punt més alt, sempre marca el Sud.

Al llarg de l’any, l’eixida del Sol (orto) i la posta (ocàs) varien de posició en l’horitzó. A l’hemisferi nord la posició de l’ocàs es desplaça cap al Sud a l’hivern, mentre que a l’estiu es desplaça cap al Nord.

El moviment del Sol també és molt útil per a saber quina hora del dia és. En l’exposició et presentem dos d’estos rellotges de Sol i t’expliquem la diferència que hi ha entre hora solar i hora civil.

Rellotge de Sol equatorial (imatge galeria 1)

El funcionament d’un rellotge de Sol equatorial és simple, encara que requerix considerar l’època de l’any. Durant la primavera i l’estiu el recorregut del Sol s’eleva més sobre l’horitzó i, per tant, els rajos il·luminen la cara superior del rellotge. Per contra, a la tardor i a l’hivern el Sol va molt més baix i per això els rajos il·luminen la cara inferior del rellotge. En els dos casos l’ombra de l’estil sobre la superfície del rellotge indica l’hora.

La informació que s’obté amb este instrument és l’hora solar, hora que no coincidix amb l’hora civil que marquen els rellotges. De manera aproximada, l’hora que observem coincidix amb la civil sempre que sumem a la lectura del rellotge solar una hora durant l’horari d’hivern i dos en el d’estiu.

Rellotge de Sol equatorial corregit (imatge principal)

El rellotge de Sol equatorial corregit ens permet saber no sols l’hora solar, sinó també l’hora civil; és a dir, la que marquen els rellotges. 

La correcció té en compte la data i la latitud del lloc. Per això el gnòmon ha sigut substituït per una placa mòbil que té dibuixada al centre una figura molt singular en forma de huit, que es denomina analema, calculada per a València i que descriu la posició del Sol sobre el cel al llarg de l’any.

Fins ara hem parlat sempre de la part de la Terra que queda il·luminada pel Sol. 

Però el nostre planeta té una altra cara (la contrària) que, simultàniament, queda enfosquida. És en esta zona on diem que és de nit. La reproducció d’un globus terraqüi ens mostra d’una manera molt visual el principal efecte que té el moviment de rotació de la Terra.

Pots dir en quins llocs del planeta ara és de dia i en quins és de nit? Este model, igual que la Terra, té el pol nord orientat cap a l’estrela polar i, per tant, l’eix és paral·lel al del planeta. Així, la zona que apareix en ombra correspon a la zona del globus en què ara és de nit; i la que està il·luminada per la llum solar és la part de la Terra on ara és de dia.

La primera persona que va calcular les dimensiones de la Terra va ser Eratòstenes (savi grec nascut a Cirene, a l’actual Líbia, fa més de 2.200 anys), que va mesurar l’ombra de dos obeliscos situats en dos ciutats diferents: Alexandria i Siena, hui Asuan.

En el Jardí d’Astronomia contemplem el moviment d’altres estreles distintes del nostre Sol.

El moviment de la Terra al voltant del seu eix fa que, en les nits clares, puguem observar com el cel estrelat pareix que es desplaça lentament i va girant al voltant nostre d’est a oest.

Si col·loquem l’esfera de manera que l’eix coincidisca amb la marca de 39°, que és la latitud aproximada de València, podem veure el moviment aparent de la volta celeste simplement girant l’esfera d’est a oest. Curiosament, hi ha certes constel·lacions que no s’amaguen mai davall de l’horitzó i són visibles durant tota la nit. Estes constel·lacions es denominen circumpolars perquè pareixen girar al voltant del pol celeste, que en l’hemisferi nord coincidix amb l’Estrela Polar. Si variem la latitud de l’esfera, veurem com el cel canvia segons la ciutat en què ens trobem.

A l’equador, el Sol, la Lluna i les estreles ixen i es ponen seguint una trajectòria aproximadament perpendicular a l’horitzó. Podem comprovar-ho col·locant l’eix de gir en 0°, que és la latitud de l’equador, i fent girar l’esfera.

El tercer cos celeste tractat en el Jardí d’Astronomia és la Lluna, el satèl·lit natural de la Terra. 

A més de meravellar-nos contemplant les curioses taques de la superfície, podem usar-la també com un autèntic rellotge.

Sovint pensem que sols de nit és quan es veuen objectes celestes. Però a vegades també veiem la Lluna de dia. De fet, quan està pròxima a la fase de lluna nova ix al matí i es pon al final del dia, mentre que quan està prop de la fase de lluna plena ix a poqueta nit i es pon a l’alba.

Una simple mirada a la Lluna ja revela que la superfície té zones clares i zones fosques. 

Els terrenys clars i accidentats són terrae (que en llatí significa terres), i les regions fosques són maria (que en llatí significa mars). Els primers astrònoms creien que estes últimes eren oceans. Després, encara que es va saber que no hi havia aigua, la denominació es va mantindre. Les zones clares, els suposats continents, se solen anomenar també terres altes, perquè estan a més altitud.

La distribució de les dos regions diferix molt en cada cara del satèl·lit. Mentre que els mars ocupen vora un terç de la cara visible, en el cas de la cara oculta només representen un 2% de la superfície lunar. Però, com van nàixer estes estructures?

Fa vora 3.800 milions d’anys la Lluna va rebre un intens bombardeig d’asteroides que hi deixà nombroses conques d’impacte, amb diàmetres de centenars de quilòmetres. Més tard estes conques van ser reblides per magmes que formaren un oceà de roques foses que, quan es refredaren, van formar els mars actuals. Els cràters són els accidents lunars més abundants. De fet, n’hi ha uns 30.000 de diàmetre superior a un quilòmetre en la cara visible i un sens fi de cràters més menuts.