In
natura il passare del tempo è scandito dal sorgere e tramontare
del sole, dall'alternarsi del dì e della notte, dal succedersi delle
stagioni. Questa scansione del tempo ha da sempre influenzato gli animali
e in particolare l'uomo che ha, sin dall'antichità, affidato a questi
fenomeni il compito di misurare il tempo.
Nella
percezione comune il fluire del tempo è legato al passare dei giorni
e quindi all'alternanza tra luce e buio. In realtà il giorno è
il tempo che impiega la Terra a compiere una rotazione completa intorno
al suo asse.
Se
misuriamo la durata del giorno in base alle stelle, cioè considerando
l'intervallo di tempo tra due successive culminazioni
della stella, abbiamo il giorno sidereo, che dura 23h 56' 4''.
Se
invece consideriamo l'intervallo che intercorre tra due successive culminazioni
del sole abbiamo il giorno solare che dura in media 24h. In altri
termini il giorno solare è il periodo che intercorre tra un mezzogiorno
e quello successivo. Invece il giorno civile, che scandisce la
nostra vita quotidianava da mezzanotte a mezzanotte.
Si
è detto che la durata media del giorno solare è di 24h perché
la durata vera del giorno solare cambia nel corso dell'anno e si
può discostare fino a 15 minuti dalle 24 ore.
Il
motivo di tale variazione risiede nella diversa velocità con cui
la Terra percorre la sua orbita (come afferma la legge di Keplero).
La
maggiore durata media del giorno solare rispetto a quello sidereo, il quale
è il tempo necessario perché la Terra compia una rotazione
di 360 gradi intorno al suo asse, è dovuta al fatto che mentre la
Terra ruota intorno al suo asse verso Est essa, con il moto di rivoluzione
si sposta lungo la sua orbita sempre verso Est. Quindi per ritornare nella
stessa posizione rispetto al sole la Terra deve compiere un piccolo angolo
in più, che corrisponde alla differenza di durata tra giorno sidereo
e solare. L'angolo spazzato in più rispetto ai 360 gradi è
esattamente uguale all'angolo che il cosiddetto raggio vettore, che collega
la Terra al Sole, ha spazzato nel suo moto di rivoluzione.
Se
l'orbita della Terra fosse circolare la durata del giorno solare e di quello
sidereo rimarrebbero costanti. Invece per la seconda legge di Keplero (aree
uguali "spazzate" in tempi uguali) la velocità della Terra è
variabile.
Il
massimo della velocità viene raggiunta quando la Terra è
in perielio (cioè più vicina al Sole) e quindi il 3 gennaio,
mentre la velocità minima si ha quando la Terra è in afelio
(cioè più lontana dal Sole) e quindi il 3 luglio.
Facendo
la media della durata del giorno nei vari periodi dell'anno si ottiene
il giorno solare medio che dura esattamente 24 ore.
La
determinazione del mezzogiorno
Utilizzando
gli orologi solari, cioè meridiane o la versione moderna dello gnomone,
si misura il tempo vero del luogo in cui è posto l'orologio:
questo per convenzione inizia a mezzogiorno, quando il sole è più
alto. Invece con tutti gli altri orologi, siano essi meccanici o elettronici
ci danno il tempo in relazione al giorno solare medio. La differenza tra
il giorno solare medio e il giorno vero è calcolabile attraverso
la cosiddetta equazione del tempo, che tiene conto sia del movimento apparente
del Sole lungo l'eclittica, che avviene secondo un periodo di 12 mesi,
sia della declinazione del Sole che per 6 mesi si muove sopra il piano
dell'Equatore e per gli altri 6 mesi si muove al di sotto dello stesso.
L'equazione del tempo viene impiegata per costruire l'analemma da cui si
può facilmente ricavare la differenza tra il mezzogiorno vero e
il mezzogiorno medio.
La
parola analemma deriva dal greco e significa riassunto appunto poiché
descrive tre diverse variabili:
1)
il giorno dell'anno a cui ci riferiamo che è riportato lungo la
linea a forma di otto
2)
la declinazione solare, che è l'altezza del Sole rispetto all'Equatore
celeste. Essa equivale alla latitudine del parallelo su cui il Sole culmina
in un certo giorno dell'anno. Il valore della declinazione solare è
riportato sull'asse verticale dell'analemma.
3)
la differenza tra il giorno solare medio e il giorno solare vero riportata
sull'asse orizzontale.
Dall'analemma
risulta che il mezzogiorno vero ritarda fino a 14' 30'' a febbraio e anticipa
fino a 16' a ottobre. La curva dell'analemma intercetta il mezzogiorno
vero solo in quattro giorni: 15 aprile, 14 giugno, 31 agosto e 26 dicembre.
Il
secondo, unità di misura del tempo
La
suddivisione del giorno in 24 ore, introdotta dagli Egiziani nel VII secolo
a.C., è da tempo comune in tutto il mondo. L'ora è poi divisa
in 60 minuti primi e questi a loro volta in 60 minuti secondi. Il secondo,
che nella vita quotidiana non ha importanza pratica, è invece di
grande importanza e rilevanza nella ricerca scientifica.
Il
secondo è l'unità di misura del tempo nel Sistema Internazionale.
Esso era stato definito come l'86400a parte
del giorno solare medio.
Tuttavia
per l'irregolarità del giorno solare medio, che abbiamo già
visto, tale definizione si è rivelata non sufficientemente affidabile
e nel 1967 la XIII Conferenza internazionale dei pesi e delle misure ha
deciso di legare il secondo non più ai movimenti della Terra, ma
ad alcuni fenomeni interni agli atomi. Il 1 gennaio 1972 è entrato
in vigore il nuovo secondo definito come il tempo corrispondente
a 9.192.631.770,0 periodi di una particolare radiazione elettromagnetica
emessa dal cesio-133. Questo tempo viene misurato per mezzo di orologi
atomici estremamente precisi che devono essere sincronizzati su un orologio
campione che scandisce il tempo impiegando come riferimento la media dei
valori dei migliori orologi atomici del mondo. Questo è il tempo
atomico internazionale (TAI) che viene calcolato dal Bureau International
des Poids et des Mesures di Sèvres (Parigi).
Occorre
però che il tempo atomico non si discosti troppo dal tempo determinato
in base alla rotazione terrestre, che ha come punto di riferimento la culminazione
del Sole sul meridiano di Greenwich. Il coordinamento si ottiene sommando
o sottraendo al TAI un numero intero di secondi in modo tale che il tempo
stabilito per mezzo degli orologi atomici non differisca per più
di 0,9 secondi dal tempo determinato in base alla rotazione terrestre.
L'ora civile e i fusi orari
Un
importante problema pratico cui occorre trovare una soluzione che metta
tutti d'accordo è quello dell'ora civile, cioè di una scansione
della giornata e dell'anno tale da poter organizzare tutte le attività
umane, in particolare quelle in comune. Una fabbrica, un ufficio o una
scuola non funzionerebbero se ognuno arrivasse secondo il proprio orario.
Nell'antichtà
tale problema era abbastanza secondario: ogni villaggio gestiva la propria
vita in base al tempo locale, misurato con la meridiana e, dal momento
che le comunicazioni erano molto lente, non era necessario che questo tempo
fosse in accordo con quello di altre località.
Con
la formazione degli stati nazionali nel XVIII secolo e con il perfezionamento
degli orologi meccanici si introdusse l'ora nazionale che corrispondeva
di solito all'ora vera della capitale dello stato. L'ultimo passo si è
avuto alla fine del XIX secolo quando, nel 1893 venne adottata l'ora
convenzionale internazionale che fornisce un sistema di riferimento
per tutta la Terra e che è applicata quasi universalmente.
L'intera
superficie terrestre è stata suddivisa in 24 spicchi allungati in
senso nord-sud, chiamati fusi orari. Tutte le località all'interno
del fuso hanno la stessa ora mentre i minuti e i secondi sono comuni a
tutto il mondo. Ogni fuso ha ampiezza 15° (360:24h=15°); in mezzo
a ogni fuso vi è il meridiano centrale, la cui ora determina l'ora
del fuso.
Chiaramente
la suddivisione in fusi è puramente convenzionale dal momento che
non esiste un meridiano tale da essere punto di riferimento universale.
Fuso base è stato scelto quello che comprende Greewich, un po'
per il peso scientifico-politico dell'Inghilterra alla fine dell'Ottocento,
un po' perché l'antimeridiano di Greenwich passa per il Pacifico
e quindi non crea problemi alle terre emerse. I fusi orari non seguono
poi esattamente i meridiani ma tengono conto anche dei confini degli stati
e di particolari esigenze delle popolazioni. Inoltre vi sono ancora stati
che hanno ancora una fuso orario sfasato di 30 o 45 minuti.
In
Europa molti stati, per favorire l'integrazione economica, usano un fuso
orario diverso da quello geografico per adattarsi a paesi confinanti (ad
esempio Inghilterra, Francia e Spagna).
Inoltre
è ormai abituale l'uso dell'ora legale che consiste nell'amticipo
di un'ora rispetto all'ora convenzionale del fuso per favorire il risparmio
energetico.
La
linea del cambiamento di data e il succedersi dei giorni. Dallo schema
risulta chiaramente che sulla Terra sono presenti tutte le 24 ore. Per
ogni fuso orario il passaggio da un certo giorno a quello seguente avviene
quando, in conseguenza della rotazione terrestre,
la
località stessa giunge agli antipodi del meridiano di culminazione
del Sole. Ma questo scatto di un giorno in più deve avere un inizio,
che coincide col passaggio della linea del cambiamento di data nella posizione
della mezzanotte. Da allora il nuovo giorno si estende gradatamente fino
ad occupare tutta la Terra quando la linea del cambiamento di data ha
compiuto un giro di 360°. Allora scatterà un nuovo giorno e
così via.
La
nostra vita è ritmata oltre che dal passare dei giorni anche dal
succedersi di settimane, mesi e anni.
La
suddivisione in mesi deriva dal fatto che i primi calendari furono quelli
lunari, che si basavano sul susseguirsi di quattro fasi lunari.
Il
tempo di una settimana è poi collegato a una singola fase lunare.
La suddivisione del mese in quattro settimane è di origine babilonese,
ereditata dalla cultura occidentale attraverso la tradizone giudaico-cristiana
(Avendo dunque Dio compiuto nel settimo giorno l'opera che aveva fatto,
si riposò Genesi 2,2).
Anche
la denominazione dei giorni riflette la posizione dei corpi celesti così
come gli antichi la immaginavano. Al centro del cosmo vi era la Terra;
intorno la Luna, Mercurio, Venere, il Sole, Marte, Giove e Saturno. Se
disegnamo una stella a sette punte a ciascuna delle quali è associato
uno dei corpi celesti e seguiamo le linee che collegano le punte otteniamo
l'ordine dei giorni della settimana.
L'anno
è il tempo impiegato dalla Terra per compiere una rotazione completa
intorno al sole. Come quella del giorno, anche la durata dell'anno varia
a seconda che si prenda come punto di riferimento il sole o le stelle.
Si
avrà così un anno solare e un anno sidereo. L'anno sidereo
è circa 20 minuti più lungo di quello solare. L'anno sidereo
non ha alcuna importanza pratica mentre quello solare è fondamentale
per detreminare il susseguirsi delle stagioni e i cicli vitali degli esseri
viventi.
Per
convenzione un anno solare è il tempo che intercorre tra un equinozio
di primavera e quello successivo. Esso dura 365 giorni, 5h 48' 46''.
Per
far coincidere il ciclo diurno di 24 ore e il ciclo annuale e far durare
l'anno un numero intero di giorni si usa il calendario.
Il
problema è stato risolto in vari modi dalle diverse culture. Sono
stati usati calendari lunari, basati su 12 mesi lunari (354 giorni, 8h
48' 35''). A questa tipologia appartiene l'attuale calendario musulmano
che consiste in un ciclo trentennale con 19 anni di 354 giorni e 11 anni
di 355 giorni.
Esistono
poi calendari luni-solari come quello ebraico che segue dei cicli di 19
anni dei quali 12 composti da 12 mesi lunari e 7 composti da 13 mesi lunari.
Il
tipo di calendario più diffuso e che segue meglio il ritmo delle
stagioni è quello solare. Il primo che ha avuto un importanza generale
fu quello giuliano introdotto nel 45 a.C. ai tempi di Giulio Cesare.
Esso
cosidera la durata dell'anno solare 365 giorni e 6h facendo durare l'anno
civile 365 giorni. Per compensare le 6 ore perdute, si introduceva l'anno
bisestile che cadeva ogni quattro anni e durava 366 giorni. Il 366°
giorno veniva aggiunto dopo il 24 febbraio che per i Romani era il giorno
sextus
ante calendas martias, cioè sesto prima delle calende di marzo.
Il
24 febbraio veniva ripetuto, e quindi diventava bis sextus, da cui
bisestile. Più tardi il giorno aggiunto fu spostato al 29 febbraio.
Il
calendario giuliano introduceva però un errore poiché considerava
la durata dell'anno solare uguale a 365 giorni e 6 ore, cioè 11'
14'' più dell'anno solare vero. Questo ritardo che si accumula ogni
anno nel XVI secolo ammontava a circa 10 giorni. Nel 1582, sotto il pontificato
di Gregorio XIII, il calendario fu riformato. Il nuovo calendario, chiamato
gregoriano
è
ancora in uso oggi in gran parte del mondo.
La
riforma gregoriana volle innanzitutto compensare il ritardo accumulato
e per questo fu deciso di saltare 10 giorni, quelli compresi la mezzanotte
del 4 ottobre e le ore 0 del 15 ottobre. Per impedire il ripetersi del
ritardo fu stabilito che gli anni divisibili per 4 sarebbero stati bisestili
mentre tra quelli divisibili per 100 (1700,1800,1900,2000....) sarebbero
stati bisestili soltanto quelli divisibili per 400. Così sono bisestili
il 1996 e il 2000 mentre il 1900 non lo è stato e il 2100 non lo
sarà. Il calendario gregoriano è riuscito a far coincidere
l'anno civile con l'anno solare tanto che fino al 4317 non vi sarà
un ritardo accumulato superiore al giorno.
Tuttavia
il nostro calendario presenta qualche problema riguardo alla razionalizzazione
della durata dei mesi e della coincidenza tra giorni della settimana e
data.
Per
favorire le attività economiche e finanzarie è allo studio
un calendario universale, formulato dall'Unione Astronomica Internazionale,
che prevede la divisione dell'anno in 4 trimestri da 91 giorni ciascuno.
Il primo mese del trimestre durerebbe 31 giorni, gli altri due 30 giorni.
Ogni trimestre consterebbe di 13 settimane. I giorni rimanenti verrebbero
aggiunti alla fine dell'anno come giorni festivi.