Un piccolo pezzo di metallo all’interno di un contenitore coperto da un vetro: materiali apparentemente banali, che hanno avuto una enorme importanza nella storia umana. Dal punto di vista pratico, la bussola è stata uno strumento fondamentale per la navigazione. Dal punto di vista scientifico, è stata la chiave per indagare una delle proprietà alla base del mondo fisico, il magnetismo.
La bussola è uno strumento per orientarsi mentre si naviga, si scala una montagna o semplicemente si cammina in un bosco, insomma in tutte quelle situazioni in cui non ci sono a disposizione punti di riferimento ben visibili. Quando si usa la bussola si ha come riferimento il campo magnetico (magnetismo) terrestre, che si può descrivere come una forza che scorre tra due punti precisi del Pianeta, il polo nord magnetico e il polo sud magnetico. Entrambi sono vicini ai poli geografici ‒ cioè in punti dove passa idealmente l’asse di rotazione della Terra ‒ ma non coincidono esattamente con essi.
La bussola sfrutta le proprietà di alcuni metalli per individuare la direzione del campo magnetico terrestre, in modo che questa possa essere usata come sistema di riferimento per spostarsi. Sappiamo che una calamita può attrarre alcuni metalli, come il ferro. Ma una calamita, o magnete, ha anche la proprietà di orientarsi lungo l’asse magnetico terrestre. Se il magnete ha una struttura che si sviluppa in lunghezza, una sua estremità punta verso nord, l’altra verso sud. La bussola magnetica è costituita da un ago di acciaio magnetizzato ‒ cioè sottoposto a un particolare trattamento elettrico per renderlo sensibile al campo magnetico terrestre ‒ montato su un perno, in modo che sia libero di ruotare senza attrito. All’interno dello strumento, sotto l’ago, è di solito montato un quadrante graduato che permette di determinare precisamente una direzione a partire dalla posizione dell’ago.
Un’antica leggenda cinese racconta che, intorno al 2600 a.C., l’imperatore Hoang-Ti combatté e vinse una battaglia contro il principe Tchi-Yeou, servendosi di un carro magico, il See-nan (carro indicante il sud). Sul carro era fissata una figurina di legno capace di ruotare intorno al proprio asse che, con il braccio teso, puntava costantemente e misteriosamente verso sud. L’imperatore, grazie a quest’ingegnoso dispositivo, riuscì a individuare la direzione di fuga del nemico, nonostante in precedenza fosse stata coperta da una gran quantità di fumo.
Nell’antica letteratura cinese si trovano molti riferimenti a mestoli o cucchiai capaci di orientarsi autonomamente disponendosi per la parte più lunga verso sud. Il Sud era un punto cardinale sacro per i cinesi di quel tempo perché tutti i governatori imperiali dei primi secoli orientavano i loro troni verso sud come direzione imperiale. Gli utensili utilizzati per identificare il Sud erano composti di magnetite e funzionavano come rudimentali bussole. Circa il loro utilizzo ci è stata tramandata una curiosa storia.
Nel 23 d.C. scoppiò in Cina una delle tante rivolte contadine contro l’imperatore in carica. Il palazzo imperiale fu preso d’ assalto dal popolo Han. L’imperatore Wang Mang, volendo riaffermare il suo potere, si sedette, come tutti gli imperatori del tempo, sulla poltrona imperiale orientandola, con l’aiuto di un cucchiaio magnetico, verso Sud. Questa scaramanzia non salvò dalla morte l’imperatore, che fu ucciso mentre nella mano destra impugnava “lo scettro di comando dalla testa di cucchiaio”.
È soltanto nel 1044 d.C. che un testo cinese cita il magnetismo come mezzo per trovare una direzione. Il testo racconta che un pesce di metallo posto in una vasca colma d’acqua era destinato ad allinearsi verso sud. Il metodo veniva suggerito come un mezzo per orientarsi nell’oscurità, ma non veniva fatta menzione delle sue possibili applicazioni alla navigazione. Si dovrà attendere fino al 1119 per trovare una descrizione sull’uso dell’ago magnetico applicato alla navigazione. Alla luce di queste ed altre testimonianze l’invenzione della bussola è oggi attribuita ai cinesi.
La nascita e la storia della bussola
La bussola nacque probabilmente in Cina prima dell’anno Mille, ma era inizialmente utilizzata come un giocattolo o un oggetto rituale. Lancette magnetizzate venivano lanciate come si fa coi dadi e, nello stupore degli spettatori, finivano per indicare sempre il nord. Solo a partire dall’11° secolo i Cinesi iniziarono a usarla per la navigazione.
Prima di allora per orientarsi i marinai utilizzavano esclusivamente la posizione delle stelle, metodo che però funziona solo quando le condizioni meteorologiche sono buone. Invece la bussola consente di sapere in ogni circostanza da che parte è il nord e di conseguenza di tenere la direzione desiderata anche in assenza di punti di riferimento visivi.
L’invenzione della bussola ha permesso di navigare in modo più sicuro di quanto non fosse possibile prima e ha reso possibili i lunghi viaggi per mare attraverso gli oceani. È stata fondamentale, nel corso dell’ultimo secolo, anche per il volo. Oltre che per esplorare il mondo, la bussola ha avuto un grande ruolo anche per comprenderne alcune importantissime caratteristiche. Da molto tempo la scienza studia questa strana forza invisibile, che fa muovere alcuni oggetti verso un punto preciso della Terra. È arrivata così a spiegare le leggi dell’elettromagnetismo, che sono alla base della fisica moderna, e anche a ipotizzare come è fatta la parte più interna del nostro pianeta, formata in prevalenza da ferro magnetico: questioni molto più grandi della semplice bussola, ma è stato proprio questo piccolo oggetto a rendere possibile il primo incontro dell’uomo con quel mondo invisibile.
Fu introdotta in Europa nel XII secolo attraverso gli arabi e gli amalfitana. Il primo riferimento all’uso della bussola nella navigazione nell’Europa occidentale si fa nel De nominibus utensilium di Alexander Neckam (1180-1187).
La storia che noi conosciamo e che attribuisce l’invenzione a Flavio Gioia di Amalfi nasce da un errore di interpretazione di un testo latino che riferiva che l’invenzione della bussola era attribuita dallo storico Flavio Biondo agli Amalfitani. Il filologo Giambattista Pio capì invece che la bussola fosse stata inventata dall’amalfitano Flavio Gioia. Nel testo in questione tuttavia, non bisogna intendere Flavio come l’inventore della bussola, ma solo come colui che ha riportato la notizia: appunto Flavio Biondo.
Le bussole moderne
Le bussole moderne, specialmente quelle nautiche, sono costituite da corone basculanti su un perno immerse in liquidi a bassa densità (uno dei primi utilizzati è stato l’alcool) e racchiuse in cupole sferiche trasparenti. Sulla parte esterna o superiore della corona sono riportati i gradi bussola (0º = Nord; 90º = Est; 180º = Sud; 270º = Ovest), con le gradazioni intermedie (usualmente si arriva a cinque gradi, gradazioni inferiori renderebbero illeggibile lo strumento). Il dispositivo fornisce in questo modo una lettura affidabile nonostante i movimenti dell’imbarcazione sui tre assi (rollio, beccheggio e imbardata). Esse sono costituite da un’asta magnetica all’interno di una capsula riempita di un fluido; il fluido permette all’asta di fermarsi velocemente senza oscillare in direzione del polo nord magnetico.
Un’ulteriore evoluzione della bussola moderna è la bussola digitale, un dispositivo elettronico digitale dotato di un sensore di campo magnetico o magnetometro interfacciato con un programma che elabora opportunamente le informazioni sotto forma di segnali forniti dal sensore visualizzandole all’utente finale su un display con interfaccia grafica. Le bussole digitali sono ad esempio comuni applicazioni presenti o scaricabili sui moderni smartphone.
In basso una foto di una bussola da orientamento e geologia con specchietto e clinometro.
La bussola di inclinazione è una bussola che misura l’angolo di inclinazione tra le linee di campo magnetico e la superficie terrestre, pertanto non distingue il polo nord dal polo sud, ma solo il polo dall’equatore.
La magnetoricezione è una sorta di bussola biologica interna ad alcune specie di animali tra i quali molti uccelli, aragoste, balenottere, delfini, squali, mante, api, oltre a microorganismi ed in alcune piante, che funziona secondo principi di meccanica quantistica.
Il navigatore satellitare
La bussola però non funziona sempre. Quando si vola proprio sopra le zone polari, per esempio, diventa completamente inutile perché ci si trova esattamente in corrispondenza di un polo magnetico. Per questo sono state inventate anche altre bussole basate su diversi sistemi di riferimento. Oggi infatti esistono strumenti più precisi della tradizionale bussola magnetica, come le radiobussole ‒ che anziché verso il polo nord magnetico puntano verso una sorgente di segnali radio di cui è nota la posizione ‒ oppure i sistemi di navigazione satellitare come il GPS (Global positioning system), che grazie ai segnali provenienti dai satelliti possono dirci non solo da che parte sta il nord, ma anche in quale punto esatto della Terra ci troviamo noi mentre stiamo navigando, volando o semplicemente andando in macchina.
In assenza della bussola
Fin dall’antichità l’uomo ha dovuto risolvere il problema dell’orientamento. Durante le giornate di sole bastava osservare quest’ultimo. Infatti gli antichi notarono che il sole sorgeva verso Est e tramontava verso Ovest. Nell’emisfero nord il Sud corrispondeva alla posizione del sole a mezzogiorno e il Nord alla posizione opposta.
Considerando questo fatto e con l’utilizzo di un orologio analogico, a lancette, sincronizzato sull’ora solare, si può ugualmente trovare il nord proiettando l’ombra di una pagliuzza posta al centro del quadrante, mantenuto orizzontale, sulla lancetta delle ore. La direzione nord/sud sarà data dalla bisettrice dell’angolo tra l’ombra e la linea che passa dal centro dell’orologio per le ore dodici.
Utilizzarono, di notte, anche le stelle: la Stella Polare si trova per esempio sempre al di sopra del Nord geografico: guardandola terremo il braccio destro a est, quello sinistro a ovest e dietro avremo il sud.
Nell’orientamento in assenza di bussola è frequente fare riferimento nei boschi alla posizione del muschio sulle piante o sui massi a terra in quanto esso indica il nord (il sud nell’emisfero meridionale) crescendo questo sul lato più umido e meno esposto alle radiazioni solari. Per identici motivi anche i versanti più boscosi delle montagne spesso indicano i luoghi esposti a nord (il sud nell’emisfero meridionale).
Le più grandi invenzioni della storia
di LUCA FUSARO
La storia dell’umanità è ricca di scoperte memorabili, nate dall’ingegno, dalla casualità o da una combinazione dei due fattori. Alcune hanno cambiato il corso della storia e plasmato il mondo intero; difficilmente potremmo immaginare il nostro stile di vita di oggi, senza di esse. In questa serie di articoli vedremo quali sono le invenzioni e le scoperte più grandi e più utili di sempre, considerando la loro storia e l’impatto che hanno avuto sulla società moderna.
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