INAF - OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PALERMO GIUSEPPE S. VAIANA

1 - Astronomia

1.1 - Cerchio Altazimutale (Ramsden)

Jesse Ramsden, Londra, 1787-89
ottone, mogano
altezza complessiva = 280 cm
diametro cerchio orizzontale = 90 cm
diametro cerchio verticale = 150 cm
apertura telescopio = 7,5 cm
stato: buono

Il Cerchio di Ramsden e' certamente il piu' famoso ed importante degli strumenti della collezione dell'Osservatorio Astronomico di Palermo. Fu costruito dal celebre Jesse Ramsden (1730-1800) per l'erigenda Specola di Palermo fra il gennaio del 1788 e l'agosto del 1789, insieme agli altri strumenti che costituirono la prima dotazione strumentale dell'Osservatorio. La sua storia e' intimamente legata ai primi anni di vita di questa istituzione, di cui fu per circa sessant'anni il principale strumento, insieme con lo Strumento dei Passaggi di Ramsden, oggi perduto. Con questi strumenti, infatti, Giuseppe Piazzi (1746-1826), fondatore e primo direttore della Specola Palermitana, eseguì le osservazioni per i due celebri Cataloghi di stelle pubblicati rispettivamente nel 1803 e nel 1814 e che gli valsero, per ben due volte, il premio dell'Académie des Sciences di Parigi. Con esso fu scoperto, nella notte del 1 gennaio 1801, il primo degli asteroidi, Cerere Ferdinandea.

Nell'archivio storico dell'Universita' di Palermo e' conservata una lettera di Piazzi datata 16 agosto 1789, scritta da Londra e diretta alla Deputazione de' Regj Studj che lo aveva inviato nella capitale inglese allo scopo di perfezionarsi nella pratica delle osservazioni e di procurarsi gli strumenti per l'erigendo Osservatorio; nella lettera Piazzi annunzia il completamento dei lavori per l'esecuzione del Cerchio:

 

Eccellenze

ho finalmente la vivissima soddisfazione di annunziare all'EE. VV. col presente rispettosissimo foglio il termine e compimento degli stromenti. Il Cerchio, o piu' precisamente Stromento verticale ed azzimutale, e' un capo d'opera, abbraccia quanto di meglio possa farsi o immaginarsi in Ottica, in Meccanica, in Astronomia: le piu' colte persone di Londra ne hanno fatta la meraviglia, ed il Dottor Maskelyne, ed il Gen. Roy non hanno potuto non confessare che niente e' stato fatto mai che possa uguagliarlo.

I personaggi citati da Piazzi sono l'Astronomo Reale di Greenwich Nevil Maskelyne (1732-1811) ed il Generale William Roy (?-1790) che diresse il programma della riunione delle reti di triangolazione francesi ed inglesi, cui lo stesso Piazzi aveva in parte assistito, durante il suo soggiorno in Francia. La vivissima soddisfazione espressa da Piazzi era piu' che giustificata. Egli era infatti riuscito ad ottenere dal celebre Ramsden uno strumento eccezionale, la cui realizzazione doveva aprire la strada ad una nuova generazione di strumenti astronomici, quelli a scala circolare. L'introduzione di tali strumenti consentì, nel giro di pochi decenni, fra la fine del XVIII secolo e l'inizio del XIX, di migliorare l'accuratezza delle misure astronomiche di circa un fattore dieci, e deve quindi considerarsi una delle tappe fondamentali nello sviluppo della strumentazione astronomica.
Durante il XVIII secolo gli strumenti fondamentali per l'astronomia di posizione erano lo strumento dei passaggi ed il quadrante astronomico. La costruzione di quest'ultimo aveva raggiunto, soprattutto ad opera di John Bird (1709 ca.-1776), un notevole grado di perfezione. Il quadrante tuttavia soffriva di alcune limitazioni intrinseche che non consentivano di varcare la soglia del secondo d'arco nell'accuratezza delle misure. La principale di tali limitazioni proveniva dal fatto che, a causa della sua geometria, non era possibile alcun controllo sull'errore delle singole divisioni.
Per questa ed altre ragioni, scriveva Piazzi all'astronomo francese Jerôme de Lalande (1732-1807):

 

... il quadrante non e' affatto lo strumento di cui Sig. Ramsden ha la piu' alta opinione; esso e' invece il cerchio intero, ed egli le ha dimostrato che bisogna rinunciare al quadrante per ottenere il massimo grado di precisione di cui le osservazioni sono suscettibili. Eccone le principali ragioni: 1°, la minima variazione nel centro di rotazione vi si mette in evidenza mediante misure in due punti diametralmente opposti; 2°, poiche' questo cerchio e' stato lavorato al tornio, il suo piano e' sempre di una esattezza rigorosa, ciò che e' impossibile da ottenere in un quadrante; 3°, si possono sempre fare due misure dello stesso arco, utili per verifica; 4°, si puo' verificare ogni giorno con la piu' grande facilita' il primo punto della divisione; 5°, la dilatazione del metallo e' regolare e non puo' produrre alcun errore; 6°, questo strumento funziona da telescopio meridiano ed allo stesso tempo da quadrante murale; 7°, esso puo' anche servire da cerchio mobile azimutale, aggiungendo una scala circolare orizzontale sotto al suo asse, ed in questo caso puo' servire ad ottenere le rifrazioni indipendentemente dalla misura del tempo.

Prima di iniziare la costruzione del Cerchio di Palermo, Ramsden aveva tentato di costruire uno strumento simile, ma di maggiori dimensioni (8 piedi di diametro) per la Specola Caetani del Duca di Sermoneta, abbandonando pero' l'impresa, probabilmente per ragioni tecniche. La presenza a Londra di Giuseppe Piazzi stimolo' un nuovo tentativo, che questa volta sarebbe stato coronato da successo.
Non altrettanto fortunati sarebbero stati gli astronomi dell'Osservatorio di Parigi e quelli di Dublino, cui pure Ramsden aveva promesso, mentre lavorava allo strumento per Piazzi, di costruire strumenti simili. Era infatti intenzione di Ramsden completare per Parigi lo strumento gia' iniziato per il Duca di Sermoneta, ma neppure stavolta il lavoro fu completato. Lo strumento per Dublino, invece, di 11 piedi di diametro, fu portato a termine, oltre dieci anni dopo, dal successore di Ramsden, Matthew Berge.
La notizia del completamento del Cerchio fece rapidamente il giro della comunita' astronomica, suscitando le aspettative degli astronomi per le misure che se ne sarebbero potute ottenere nella specola piu' meridionale d'Europa. Queste aspettative non andarono deluse.
Per quanto riguarda la precisione del Cerchio di Ramsden, tuttavia, e' opportuno notare che essa non si rivelò in realta' migliore, per esempio, di quella del quadrante di Bird a Greenwich. Cio' non diminuisce la sua importanza storica. Piazzi previde chiaramente che la realizzazione dello strumento della Specola Palermitana marcava una tappa importante nello sviluppo della strumentazione astronomica, e che gli strumenti a scala circolare avrebbero in breve soppiantato i migliori quadranti:

 

... pare che non possa più dubitarsi della eccellenza del Cerchio su qualsiasi più perfetto quadrante di egual raggio. La difficoltà consiste principalmente nell'esecuzione, ma se gli astronomi cominceranno a servirsene, ed incoraggiare gli artefici, non passerà gran tempo che la costruzione di questo strumento diventerà facile e piana [...] Un cerchio di sei piedi di raggio lavorato su questo modello, nelle mani di un attivo osservatore, sarebbe bastante a determinare in assai breve tempo la posizione delle principali stelle con tanta precisione, che non vi restasse più che l'incertezza di qualche frazione di secondo. Questa epoca non è forse molto lontana, ed ove giunga, sarà una delle più belle, che possano illustrare il secolo XVIII, presso le età venture.


E' stato spesso affermato che Piazzi stesso abbia contribuito alla progettazione dello strumento, tuttavia non sembra esserci al momento, su questo punto, una chiara evidenza documentaria. E' certamente vero che Piazzi seguì molto da vicino il lavoro di Ramsden; Lalande, in una lettera al Vicere' Caramanico (Parigi, 10 ottobre 1788), scrive infatti di Piazzi: Egli e' attualmente occupato a seguire ogni giorno il celebre Ramsden per indurlo a terminare uno strumento superbo, che renderà l'Osservatorio di Palermo uno dei più interessanti.
E' quindi probabile che Piazzi abbia discusso con Ramsden alcuni dettagli tecnici. In almeno un'occasione egli scrive di aver suggerito a Ramsden di disporre alcuni termometri lungo il cerchio delle altezze per tenere sotto controllo le eventuali deformazioni derivanti da gradienti di temperatura. Ramsden, tuttavia, non tenne in considerazione questo suggerimento; in realtà queste deformazioni costituirono uno dei fattori più importanti nel limitare la precisione dello strumento.
Ritornato Piazzi a Palermo, e terminata nel febbraio del 1791 la costruzione della Specola sulla torre di S. Ninfa del Palazzo Reale, lo strumento fu collocato nella "Stanza Circolare". Tale stanza, progettata dall'architetto Giuseppe Venanzio Marvuglia, e' abbellita da un tempietto circolare con colonne doriche in marmo bianco. Lo strumento era fissato ad uno zoccolo circolare in pietra (ancora al suo posto) di 3 piedi e mezzo di diametro e di 1 piede e mezzo di altezza, poggiato sopra un preesistente pilastro che scende fino alle fondamenta, incatenato alle mura della stessa torre per assicurargli la opportuna stabilità. Una pedana in noce circondata da una balaustra a colonnine consentiva all'astronomo di eseguire le osservazioni muovendosi senza disturbare la stabilità del sensibilissimo strumento.
Il tetto della stanza, a cupola con base cilindrica, poggiava su nove ruote metalliche, ed aveva una fenditura larga, alla base, 1 piede. Sia la cupola che il sistema di apertura della fenditura erano, come dice il Piazzi, d'invenzione del Sig. Ramsden e ricoperte da lastre di rame anche queste fatte venire dall'Inghilterra.
Il Cerchio, con lo Strumento dei Passaggi di Ramsden e l'Equatoriale di Troughton, rimase il principale strumento dell'Osservatorio fino alla fine degli anni '50 del XIX secolo, quando, per iniziativa del direttore Domenico Ragona furono acquistati un Cerchio Meridiano di Pistor
& Martins ed un Equatoriale di Merz.
Ragona fu probabilmente l'ultimo ad utilizzarlo, ed a tale scopo, nel 1855, fece costruire un nuovo oculare dal macchinista della Specola, Rosario Caruso. Risale a quel periodo, probabilmente, la perdita dell'oculare di Ramsden, dei cinque oculari semplici di cui era corredato e dell'oculare prismatico per le osservazioni circumzenitali.
Giunti alla Specola i nuovi strumenti, il Cerchio non fu più adoperato, ma rimase al suo posto nella stanza circolare, fino a quando, nel 1899, il direttore Filippo Angelitti lo fece smontare per collocare al suo posto il piccolo cannocchiale zenitale di Wanschaff. Il Cerchio, già considerato uno strumento d'importanza storica, fu allora posto nella sala centrale dell'Osservatorio, dentro una teca in vetro costruita appositamente; da questo locale fu nuovamente spostato negli anni '50 in occasione di lavori di restauro delle parti Normanne del Real Palazzo, che privarono l'Osservatorio di questo ed altri locali.
Lo strumento e' stato di recente restaurato presso l'Opificio delle Pietre Dure di Firenze e si trova adesso smontato e conservato in casse; si spera, in tempi brevi, di poterlo ricollocare nell'originaria stanza circolare non appena saranno terminati i lavori di restauro dell'Osservatorio.

Diamo qui soltanto una descrizione delle parti essenziali dello strumento, poiché una descrizione minuziosissima è stata data dallo stesso Piazzi nel libro II del Della Specola Astronomica.
Il cerchio orizzontale, diviso fino ai 10 minuti d'arco, e' connesso tramite 10 raggi conici cavi ad un pilastro conico alto 38,5 pollici. Il pilastro e' sormontato da una intelaiatura consistente in due piastre in "prince's metal" e 4 colonne di ottone, ciascuna del diametro di 3,6 pollici e 42 pollici di altezza. Questa intelaiatura racchiude e sorregge il cerchio verticale, diviso fino ai 6 minuti d'arco, di cui il telescopio acromatico costituisce uno dei diametri.
Il cerchio verticale e' connesso per mezzo di otto supporti conici cavi all'asse orizzontale, costituito da due tronchi di cono collegati mediante un cilindro al quale sono fissati i raggi conici del cerchio. L'asse orizzontale e' sostenuto da quattro supporti, due per lato. I supporti piu' vicini al cerchio sono sostenuti da due colonne, e consistono in un insieme di dodici ruote, sei per ciascun supporto, accoppiate in modo da regolare la distribuzione del peso dello strumento. Quattro supporti esterni, fissati alle colonne dell'intelaiatura, sostengono la parte terminale dell'asse e possono essere regolati per assicurarne la posizione orizzontale.
La scala del cerchio orizzontale e' protetta da un cerchio di mogano e la lettura viene fatta per mezzo di un micrometro a microscopio, mentre la lettura del cerchio verticale si esegue su due micrometri a microscopio diametralmente opposti. Questo accorgimento consente di ridurre, tra l'altro, l'effetto dell'errore delle divisioni. I micrometri permettono di apprezzare il mezzo secondo d'arco.
Lo strumento era dotato di due livelli microscopici per la rettifica dell'asse del cerchio verticale; di questi non restano che frammenti.

ASUP, S.C., 1789-1790, cc. 271-272.
Piazzi (1792), p. 15-46.
Piazzi (1803), p. XXXVI.
Angelitti (1904), p.37.
King (1955), p. 167-168.
Chapman (1983), p. 133.
Foderà Serio (1984), p.17-23.
Foderà Serio (1990), p. 35-43.


ACCESSORI:


1.1.1 - Dinametro di Ramsden


[...], fine XVIII secolo
lunghezza = 3,1 cm
diametro oculare = 2,9 cm
stato: buono

Questo strumento serve per misurare il numero di ingrandimenti che si ottengono da un telescopio con un determinato oculare. Il valore dell'ingrandimento si ricava attraverso il rapporto fra il diametro dell'obiettivo ed il diametro della sua immagine vista nell'oculare.

Si tratta di un oculare positivo, nel fuoco del quale è inciso un finissimo reticolo; la lunghezza dello strumento è di circa 3,1 cm; il diametro della lente è di circa 2,9 cm. E' conservato in una piccola custodia cilindrica in legno di bosso, all'incirca delle stesse dimensioni.

AIOP 1/2
Miotto et al. (1990), n. 12.


1.1.2 - Termometri (Drechsler)


Drechsler, Palermo, 1824
ottone, noce
lunghezza = 23 cm
larghezza = 2,2 cm
stato: buono

Nella prefazione al suo Catalogo di stelle del 1803, Piazzi a proposito delle migliorie che sarebbero necessari per rendere assolutamente perfetto il grande altazimut di Ramsden scrive che una causa di errore proviene dalla ineguale dilatazione ed espansione del metallo. Se su tutta la circonferenza la dilatazione o la contrazione fossero uguali le letture sulle divisioni superiori ed inferiori non presenterebbero alcuna incertezza. Ma la parte esposta all'aria aperta si espande meno di quella che ne è più distante, come ho potuto io stesso notare assai spesso. Dei termometri disposti lungo la circonferenza ad una distanza di 15 gradi l'uno dall'altro potrebbero mostrare tale effetto che non sarebbe allora difficile da tenere in considerazione (nella correzione delle misure) per mezzo di una tabella appositamente compilata. Io avevo a suo tempo proposto al Ramsden questo accorgimento ed egli stesso lo aveva approvato, ma trascurò di attuarlo e non reputai di dovere insistere.

Niccolò Cacciatore, riprendendo il suggerimento di Piazzi, nel 1824 fece costruire dal macchinista della Specola, Drechsler, sei piccoli termometri e li fece applicare alla scala circolare del Cerchio, da cui sono stati smontati probabilmente negli anni Cinquanta di questo secolo.

I termometri sono montati su di una piastra di ottone forata alle estremità. In corrispondenza del bulbo la piastra presenta un fessura longitudinale per permettere un migliore contatto termico fra il mercurio ed il metallo del Cerchio; il bulbo è protetto da un involucro in noce, bombato.
Le scale sono in gradi Fahrenheit, con numerazione ogni 10. In dettaglio:
A1: scala da -3° a 181°F
A2: scala da -18° a 192°F
B1: scala da -10° a 175°F
B2: scala da 0° a 195°F
B3: scala da +25° a 165°F.

Manca il termometro A3; tutti gli esemplari sono in buone condizioni, tranne A1, nel quale manca il bulbo. Nei termometri B1 e B2 la scala è incisa a destra del capillare, negli altri a sinistra.
Sulla parte superiore della piastra di ottone è inciso

DRECHSLER
PALERMO


Piazzi (1803), p. XXV,XXXVI.
Cacciatore (1826, Libro IX), p. 125.