Historia y enseñanza de la Astronomía : I. Los primitivos instrumentos y su utilización pedagógica

HISTORIA DE LAS CIENCIAS Y ENSENANZA \ t HISTORIA Y ENSEÑANZA DE LA ASTRONOMIA. LOS PRIMITIVOS INSTRUMENTOS Y SU UTILIZACION PEDAGOGICA. 1. TEN, A.E., MONROS, M.A. SUMMARY Astronomy, the most ancient of Sciences, has always been present as part of the Cultural Background of al1 peoples. The present paper, after reasserting the importance of Astronorny in the curricula of Intermediate levels of learning, describes and studies the characteristics and pedagógica1 possibilities of an ensemble of ancient instrurnents. In this first part, these instruments are devoted to the study of the Sun's Geocéntrical motion and its consequences. 1. INTRODUCCION cuerpos celestes y su relación con fenómenos terrestres La bóveda celeste es el primer objeto de observación sistemltica considerado por la Humanidad. El conose encuentra en la bzse de las más antiguas culturas. cimiento de las regularidades de los movimientos de los Y ello es natural: la sucesión de los dias y las noches, ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS. 1984. pp. 49-56 HISTORIADELASCIENCIASY ENSEÑANZA H ISTO. su desigual duración, las estaciones, los ciclos de la Agricultura y las cosechas.. . tienen una relación directa con la posición y movimiento del Sol, la Luna y las estrellas. Concepciones más alaboradas como las religiones de muchos pueblos o prácticas como la Astrología se encuentran en la Historia en íntima conexión con la magnificencia, movimientos y coincidencias dc los cuerpos celestes. Así la. Astronomía, la más antigua de las Ciencias, ha estado presente y formando parte del acervo cultural de todos los pueblos. Desde el mito a las más modernas cc~ncepciones cosmológicas sobre el Universo, a través de los sistemas geocéntrico y heliocéntrico, conceptos astronómicos y datos de observaqión han sido conocirriiento común, bien que cambiante con el tiempo, dentro del bagaje intelectual no sol6;del erudito sino de la persona mininiamente ilustrad?. Pero curiosamente, el alejamiento d$ la vida en contacto con la Naturaleza y la especializaribn de los estudios que en la época actual se producr,,, conlleva el que este conocimiento de los mensajes que el Cosmos nos envía, sea cada vez más escaso. Los movimientos tan evidentes del Sol o de la Luna, en su camino diario o en relación con las estrellas, la marcha de los planetas o la bóveda celeste son insospechados y desconocidos por gran parte de la población actual. El hecho invita a la reflexión y aparece lógico al contemplar que sobre la «Ciencia de los Cielos», incluso en su nivel elemental o descriptivo y salvo algún tema en segundo o tercer ciclo de EGB (1) o BUP, bien poca información se plantea en los programas, incluso en los de los futuros ensellantes. Y sin embargo muchos de sus elementos más sencillos, precisamente los que más relación tienen con la vida cotidiana, son, en un primer nivel de aproximación y precisión, los más fdciles de obtener. Los instrumentos que en la Historia se han utilizado y se siguen utilizando desde tiempos remotos, son, en su conocimiento, buena prueba de ello. Hasta nuestros días ha llegado el reloj de Sol, figura aún común en pueblos y ciudades. En tiempos pasados, el número de instrumentos que formaban parte de la vida cotidiana era aún mayor. Armillas Equinociales y Solsticiales eran comunes en las plazas públicas de las ciudades griegas y romanas, clepsidras o relojes de agua formaban parte de los monumentos públicos ... Hasta la primera decada del Siglo XVII en que Galileo dirige su telescopio a los cielqs, la observación de los objetos celestes se realizaba a:ojo desnudo y los principios en que estaban basados los~instrumentos que se util!izaban, eran accesibles a cualquier persona mí- . . nimamente informada. . . La Historia de la Astronomía se revela en este punto como un inestable fondo cultural, informativo y documental, en que, junto a los grandes Sistemas del Mundo y las concepciones cosmoló~~s que en su evolución han conducido a nuestra actual imagen del Universo, encontramos los útiles que informaron o ejemplificaron las ideas que en cada tpoca constituyeron su contenido. Así, junto a los textos elementales o de divulgación con que afortunadamente podemos ya contar sobre los más importantes Sistemas del Cosmos (2) y que constituyen elemento fundamental para la reflexión sobre el lugar que ocupa la Humanidad en el Universo, parece útil contar con una información mínimamente detallada de los sencillos instrumentos con que comenzó a fijarse el conocimiento de la bóveda celeste. El conocimiento que al docente se le supone en este primer estadio sobre los conceptos elementales de la Astronomía de posición: eje del mundo, ecuador celeste, meridianos y paralelos, cenit y nadir, horizonte y eciíg tica, equinocios y solsticios y funcionamiento elemental de la bóveda celeste, puede completarse con cualquier texto sencillo de Astronomía (3). La selecci6n de instrumentos se ha realizado en esta primera parte, en atención a su sencillez y facilidad de construcción. Su utilización en EGB, puede ser de utilidad en la apasionante aventura de observar los cielos. La observación inmediata proporciona de un modo natural una imagen geocéntrica del Universo. La sensación de que la Tierra está fija en el «centro» (4) del Universo, intuitivamente aceptada por las primitivas cosmogonías, fue razonadamente establecida por la mayona de los filósofos de la antigua Grecia y son destacables los intentos de fundamentar este geofijismo en consideraciones físicas de tipo cinernático, dinámico y observacional. La aventura que lleva al pensamiento a despojarse de esta idea, es posiblemente la más apasionante de la evolución de la ciencia clásica. El éxito de la empresa -el heliocentrismonecesitó veinte siglos y el cambio de los esquemas conceptuales de la Física antigua, para obtenerse. A su vez, este largo camino fundament6 a su vez los principios fundacionales de la nueva Fisica (5). Aunque no faltaron en la antigüedad propuestas de 3ntraducción de geocentrismos no geofijistas, como las ideas de Hicetas, Ecfanto y Heráclides del Ponto sobre la rotación diaria de la Tierra o la idea heliocentrista de Aristarco de Samos, entre otros, estas no constituyeron sistemas (6) y quedaron hasta la obra de Copérnico (7), como meras propuestas de interpretacibn de los fenómenos, al menos por lo que en el estado actual de la investigación conocemos. Tras la obra fundamental de Kepler y Newton, el siguiente paso, la consideración del Sol como estrella móvil en el seno de la Galaxia, hubo de esperar a la obra de Herschell a finales del Siglo XVIII y principios del XIX y por fin la integración de la Via lactea en el Grupo Local de Galaxias es fruto ya de este siglo. Los dos últimos pasos, culm trofísica astrónorr La larga a razone! cuasiperf des que d por otra i tica en m ques ná geocéntri Avisados Sistema 5 inmediati zar su len posición c cio de apl to de ate. En cuantc dica esta jas y sobr su «movi los apara Las estrel la Histori sición de la bóveda necesidad mas obvic sicos de L Así, una c dagógico, que pued; soporte, ) la cstrella campo de madamen Introducic esfera im; túan los ci leste (e in circunferc plano, pe a nuestro portante c ción se dc la esfera cc do y el ( observadc Es import finirse cor el tubo dc y hacer pz clinación I ridiano, d rada comc 50 ENSEÑANZA DE LAS ClENCUS U~SENAN~ I HISTORIA DE LAS CIENCIAS Y ENSEÑANZA sos, culminación de la Astronomía de posición y la Astrofísica forman parte ya del estudio especializado del astrónomo profesional. La larga pervivencia de la imagen geocéntrica, junto a razones filosóficas, fue tambien soportada por los cuasiperfectos mecanismos de predicción de efemérides que desarrolló la Astronomía matemática griega y por otra importante razón: su innegable utilidad práctica en multitud de aplicaciones. Aun hoy los almanaques náuticos están construidos en la imagen geocéntrica. Avisados y conscientes de la estructura real de nuestro Sistema Solar, podemos aun pues, en la observación inmediata, referirnos a la imagen geocéntrica y utilizar su lenguaje como artificio observacional. La transposición de esta imagen a la heliocéntrica es un ejercicio de aplicación científica y mental que debe ser objeto de atención especial por parte del docente. En cuanto a los objetos de observacidh a los que se dedica esta primera parte, son en esencia las estrellas fijas y sobre todo el Sol. A éste fundaiiientalmente y a su ((movimiento)) en la esfera celeste están dedicados los aparatos que estudiaremos. Las estrellas fijas son las que, siguiendo el camino de la Historia, nos dotan los elementos para definir la posición de cualquier cuerpo y en concreto del Sol sobre la bóveda celeste: es relativamente sencillo, aunque la necesidad de la observación nocturna plantea problemas obvios a la docencia, el definir los elementos básicos de un sistema de referencia. Así, una experiencia sencilla que sugerimos a nivel pedagógico, consiste en proveerse de un tubo pequefio, que pueda fijarse en cualquier posición mediante un soporte, y apuntar con él, tras haberla identificado, a la estrella Polar, comprobando que ésta no sale del campo de observación (8). El tubo materializa aproximadamente el eje del mundo. Introduciendo el concepto de esfera celeste como una esfera imaginaria de radio arbitrario en la que se sitúan los cuerpos celestes, puede definirse el ecuador celeste (e incluso materializarse con un plano) como la circunferencia intersección de la esfera celeste con el plano, perpendicular al eje del mundo, que contiene a nuestro lugar de observación. Anhlogamente el importante concepto de meridiano del lugar de observación se define como la circunferencia intersección de la esfera celeste con el plano definido pgr el eje del mundo y el Cénit, punto situado sobre,:la vertical del observador. - . -..- Es importante notar también que lalatitud puede definirse como el ángulo formado por eteje del mundo, el tubo de nuestra experiencia, y el plano horizontal y hacer patente la dependencia de la latitud, de la inclinación del plano del ecuador a ella Jigada y del meridiano, del lugar de observación en las-Tierra considerada como esférica. En posesión de estos conceptos, obtenidos ya por la Ciencia griega en su forma abstracta, es más sencilla la inteligencia de los instrumentos resefiados a continuación ... No obstante, como será fácil comprender, existen datos prácticos de observación inmediata: entrada de las estaciones y duración de los días y las noches, o duración del ano, que no están ligados a la consideración de la Tierra como esférica, idea de la que no existe constancia clara que conocieran los babilonios o los egipcios con anterioridad a los desarrollos teóricos de los griegos (9). 111. LOS INSTRUMENTOS Y SU UTILIZACI~N PEDAGOGICA. Esta primera parte esta dedicada, como hemos apuntado, a presentar y estudiar las posibilidades de algunos instrumentos basados todos ellos sobre el mismo principio: la determinación de la posición y trayectoria del Sol mediante la observación directa de las sombras que sus rayos producen. Es importante sefialar que la precisión en la observación no es objetivo fundamental en una primera etapa de iniciación a la Astronomía. Pedagógicamente podemos considerar tres niveles en la ensefianza y comprensión de las ideas astronómicas: un primer nivel púramente descriptivo, un segundo nivel ilustrativo de las construcciones teóricas sugeridas por la observación primaria y un tercer nivel en que la observación, muy tecnificada, queda reducida a la contrastación de los resultados de las técnicas matemáticas con que se formulan las teonas. Es en este nivel en el que la precisión alcanza el rango de imprescindible. En este esquema se entienden las palabras de Laplace cuando afirma: «La Astronomía es un gran problema de Mecánica en el que los elementos de los movimientos son las magnitudes constantes arbitrarias. La solución depende de la precisión de las observaciones y de la perfección del análisis. Es muy importante rechazar todo proceso empírico y completar el análisis de manera que no sea necesario derivar la observación sino los datos indispensables.)) (10). Aunque el pedagogo debe ser consciente del alcance de esta definición de la Astronomía de posición, aplicable hasta donde alcanzan las leyes teóricas de la Física y debe transmitir a sus alumnos la idea de precisión como inherente a la Astronomía, debe comprender tambien, como muestra el desarrollo histórico, los estadios por los que esta ciencia, como ciencia observacional por excelencia, discurre. La precisión debe convertirse así en objeto de reflexión en el contexto de la práctica con los alumnos, en la que se conjugue perfección téorica de los instrumentos con refinamiento en las técnicas de observación (1 1). Tras esta reflexión, los instrumentos que vamos a estudiar son: el Gnomon, el Polos, la Armilla equinocial, la Armilla solsticial, el reloj de Sol ecuatorial y el Zócalo de Ptolomeo. ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS . C s.. HISTORIA DE US CIENCIAS Y ENSENANZA El más simple y a la vez el más antiguo y extendido cribirá en un dla cualquiera una curva sobre la superel S< de los instrumentos astronómicos es el Gnomon. En ficie de la semiesfera, simétrica de la descrita por el Sol Ecus su forma más sencilla consta de una varilla (estilo) fisobre el horizonte durante ese día (figura 3).Ello nos misn jada verticalmente sobre una superficie plana horizonproporciona la ocasión de «grabar» el camino del Sol En e sobre la que se proyecta la prosobre el Horizonte (Sen la figura 3) y «verlo» aunci6n ducida por los rayos del Sol (Figura 1). - que en forma invertida (S'C'P' en la figura 3). Existe constancia de utilización del Gnomon en las más Esta posibilidad de grabar el camino del Sol puede ser, mar< antiguas culturas. Junto a las culturas neolíticas, en que únicamente podemos conjeturar sobre el uso de cieren su utilización en la enseilanza elemental de los priregu tos monumentos megalíticos, conocemos su utilizaci6n meros ConcePtOs aStron6micos, fácilmente empleada en dos 1 por los astrónomos chinos, es elemento esencial de la la visualización de las efemérides motivadas por los sol, Astronomía hindú, ampliamente utilizado por los egip- ((movimientos)) del Sol, reflejo de los que la Tierra readedc cios y babilonios, Herodoto nos informa que de estos liza en su revolución anual alrededor de Cste. fue tomado Por 10s griegos, ~osiblemente Por AnaxiE, efecto, para ello, aunque no es necesario en senti- «día, mandro (12). extendido por mundo do estricto y puede determinarse con el propio instnidrá r griego y romano, fue utilizado por Eratóstenes en su famosa determinación del radio de la Tierra. Fue asimento, supongamos fijo el polo y en su superficie inde ig mismo entre los ast+nomos árabes y es desterior trazados el meridano y el ecuador celestes (16) tacado el uso que de 61 hizo Al-Marwazi, m& conocien el lugar de observación. Si la experiencia de seguir (19). do por Al-Habas (13) en los 6rigenes de la trigonomela sombra del extremo del estilo (en adelante «la somCon tría árabe. Bajo diversas formas ha sido utilizado en bra») durante un día, se repite periódicamente, con vaforn: los tiempos posteriores y es kmbikn muy conocido el rios días de intervalo, podrá observarse que la sombra celes Gnomon de Paolo Toscanelli, quien utilizó con fines traza curvas distintas sobre la superficie, que obviamende la astr0n6mic0s la de la de Sta. María te coincidirán con arcos de paralelos celestes simktride la dei Fiore, en Florencia (14). cos de los que el Sol habrá recorrido durante los días pued ES el antecesor de todos 10s instrumentos astronómien que se ha realizado la experiencia (ver figura 3). que ( cos basados en la proyección de la sombra de un objeto y a pesar su sencillez de construcci6n, es grande Ello indica inmediatamente que el Sol, a diferencia de cie la cantidad de informacibn que puede proporcionar^ las estrellas fijas que siempre recorren el mismo para- '0'0 lelo (1 7), tiene «otro movimiento)) sobre la bóveda cetrazz Sin embargo, esta información viene expresada en funleste. ~~t~ movimiento es naturalmente el movimiento encu cibn de dos variables: el tamo Y la posición de la SOmque anualmente por la eclíptica, del caci6n bra del estilo, de las que ha de extraerse y convertirse en magnitudes angulares, más fácilmente utilizables. mino de la Tierra a su Esta Última dificultad, aumentada por la carencia de Si la observación se prolongase a 10 largo de un afio, una ciencia trigonomCtrica avanzada debió ser la que pod,.ía observarse que la curva que describe la sombra, "blig6 a '0s caldeos a desarrolla' otro instmmento, que, oscila entre una altura (el &a en que el Sol está «más bajo)) sobre el horizonte, hacia el 21 de Diciembre (18)) y una altura mínima (el dla en que el Sol Este instrumento, el Polos, pasó también al pueblo fiese encuentra «más alto)) sobre el horizonte, aproximaSe pi go a través de los babilonios (15). En esencia no es más damente el 21 de Junio). Tomando este día como referecci 'que un en que la superficie plarencia, se veda ir subiendo la sombra hasta que hacia vacic na se ha sustituido por otra semiesférica en que el estilo queda en el centro de la superficie cóncava, coinciel 21 de Septiembre, coincidiría con el ecuador, contite nu diendo exactamente con el radio (Figura 2). nuar subiendo hasta el 21 de Diciembre y a continuaridia ción comenzar a bajar, atravesando de nuevo el ecualos p En él se elimina la variable ((longitud de la sombra)) hacia el 21 de Marzo y llegando otra vez a su punla sc y queda como única significativa, la posición del extremo del estilo, sobre el interior de la semiesfera. Es a su vez el origen de las Armillas, esferas armilares y a el reloj de Sol ecuatorial, desarrollados por 10s aStr6De este modo podemos determinar de modo aproxinomos griegos, especialmente$ejandrinos, que después mado el día en que el Sol se encuentra más alto sobre ? ... estudiaremos. . ,Y .( ENSERANZA DE LAS CIENCIAS EPISE H'ISTORIA DE LAS CIENCIAS Y ENSEÑANZA el Sol se encuentra en su punto más bajo respecto al Ecuador, el Solsticio de Invierno, en que comienza asimismo esta estación. En esta variación podemos observar también la variación en la duración del «día», tiempo durante el que el Sol se encuentra encima del Horizonte, por ejemplo marcando el lugar de la sombra a intervalos de tiempo regulares (una 6 media hora), que estarán representados por arcos iguales debido a la rotación uniforme del Sol, reflejo de la rotación uniforme de la Tierra alrededor de su eje. Esta duración crecerá desde el Solsticio de invierno hasta el Solsticio de Verano, siendo el «día)) del Equinocio de Primavera, en que el Sol saldrá exactamente por el Este y se pondrá.por el Oeste, de igual duración que su noche. Análogamente, el día decrecerá desde el Solsticio de Verano 4 de Invierno (19). 1 Con el Polos puede calcularse también:el ángulo que forma el plano en que se mueve el Sol con el Ecuador celeste (en la realidad, el ángulo de inclinación del eje de la Tierra), ángulo al que se denomina «oblicuidad de la Ecliptica)). Este importante ángulo, en efecto, puede determinarse directamente, midiendo el ángulo que desde el extremo del estilo (o sea sobre la superficie del Polos, ya que el estilo coincide con el radio del Polos) subtienden el punto más bajo de las curvas que traza el Sol en los Solsticios, en el momento en que se encuentran estos puntos sobre el meridiano. Su medición dará aproximadamente 47' con lo que obtendremos para la oblicuidad de la Eclíptica un ángulo de aproximadamente 23O 30' (20). Con todo ello se puede conseguir la visualización de la marcha del Sol a lo largo del afio, conocer la entrada de las estaciones e incluso saber la hora, aunque sobre ello veremos otro instrumento particular. Se pueden determinar también mediante el Polos la dirección del meridiano o la latitud del lugar de observación, que ya obtuvimos aproximadamente mediante nuestro pequeno tubo del principio. En efecto, el meridiano se sitúa aproximadamente en la linea que une los puntos inferiores de las curvas diarias trazadas por la sombra y la latitud se obtiene midiendo el ángulo que el 21 de Marzo o Septiembre forma la sombra en el meridiano con el pie del estilo, o mejor aún, midiendo este ángulo el 21 de Diciembre o Junio y restando o sumando los 23O 30' de la oblicuidad de la Eclíptica. hemos visto, de conceptos ciertamente abstractos. A ello se une el que, aunque no tanto como el Gnomon, que a continuación comentaremos, su construcción es sencilla. Es efectivamente, si no se dispone de una semiesfera adecuada (de un diámetro no inferior a unos 20 cm), puede obtenerse esta tomando un objeto esférico del mayor tamaño posible y realizando sobre él un molde en escayola reforzada con fibra de esparto, de modo que se obtenga una semiesfera lo mas perfecta posible, situando el estilo, de la longitud del radio, de modo que su extremo coincida lo más exactamente posible con el centro de la circunferencia que constituirá el borde del instrumento, situado horizontal. El Gnomon, al que al principio nos hemos referido, pese a ser de interpretación más compleja, especialmente en la Historia antes de la invención de la trigonometría por hindúes y árabes, al trabajar con triángulos en vez de con arcos y tener dos variables, longitud y posición de la sombra, tiene la ventaja fundamental de poder tener dimensiones mayores (la longitud del estilo, poste, monumento o edificio del que se observa la sombra). Con él puede determinarse la dirección del meridiano con mayor precisión (22) y entre sus particularidades se cuenta la de que en los Equinocios, la sombra del extremo del estilo, describe una recta orientada de Este a Oeste, hecho fácil ya de comprender tras la explicación del Polos. Por lo demás y aunque las curvas que se obtienen sobre la superficie horizontal son un poco más complejas (23), se pueden realizar con él las mismas experiencias que con el Polos. Como hemos indicado, la evolución de este último instrumento, el Polos, en su utilización por el pueblo griego, hizo derivarse de él, diversos instrumentos de uso más específico. Entre ellos de encuentran las Armillas o Esferas Armilares, de las que vamos a estudiar las más sencillas. La Armilla Equinocial está basada en el hecho, ya comentado, de que en los equinocios, el Sol recorre el Ecuador Celeste. Por tanto colocado el instrumento, un simple anillo (Figura 4), precisamente en el Ecuador, su parte superior proyectará durante todo e1 día su sombra sobre la parte inferior, a la que oscurecerá completamente, solo ese día (24). El instrumento, que en Grecia y en Roma se hallaba colocado en una plaza pública en algunas ciudades, bien Aunque en instrumentos de pequefio diámetro los errofijado al suelo o a una pared, es de construcción muy 1 res son grandes y los Solsticios y Equinocios no siemsencilla aunque su orientación es un ejercicio lb interesante. pre se producen los dias 21 de Marzo, Junio, Septiem1 i; bre y Diciembre, a las 12 del mediodía (21), el Polos La Armilla Solsticial se desarrolló en varias formas, 1 1111 :; se revela sí como instrumento pedagógicamente imporperdiendo incluso su carácter de instrumento circular. ' ' 111 :Y tante por su capacidad de visuaiización directa, como Una forma sencilla puede obtenerse situando un semiaJ;I!/ ; 1 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS 53 ni110 exactamente en el plano del meridiano, materializando en el lugar de su radio un pequeíío estilo horizontal. La información que se busca obtener con él es la altura del Sol en el meridiano para conocer los días de su máxima y mínima altura a que corresponden los Solsticios. Una forma aún más simplificada se representa en la figura 5, en que e! semianillo se ha sustituido ya por una simple pared o tabla puesta en la dirección del meridiano, con un cuadrante de círculo trazado y en su centro fijado un pequeíío estilo horizontal que comienza a proyectar su sombra sobre el cuadrante graduado en el momento en que el Sol alcanza el Meridiano. Su construcción es también muy simplk y permite medir la altura meridiana del Sol todos 10; dias del afio. Los puntos más bajo y más alto de la so6bra indicarán evidentemente los días de los Solsticids de verano y de invierno. I Esta Armilla, como los otros instrumentos estudiados, son instrumentos fijos. A ello obliga la dificultad de su orientación. Junto a ellos, los griegos desarrollaron otros instrumentos móviles para cumplir fines parecidos y que pueden ser también muy Útiles en la comprensión de los movimientos celestes y en el aspecto que estamos estudiando, el movimiento del Sol. Antes de estudiar el reloj de Sol ecuatorial, también fijo, estudiaremos un instrumento muy parecido a nuestro modelo de Armilla Solsticial, el llamado Zócalo de Ptolomeo, atribuido al famoso astrónomo del Siglo 11 d.C. aunque posiblemente formas parecidas existirían antes de esta época. Su justificación histórica es sencilla. Dado que los gnegos tenían buenas tablas de las posiciones del Sol en función de los dias del aíío y las horas del día, el conocimiento de la altura del Sol en un momento determinado, podía proporcionar la fecha o incluso la hora, en la observación meridiana o si se conocía el Azimut del Sol (25). Consiste en un bloque paralelepipkdico (figura 6) sobre el que, en una de sus caras. se ha trazado un cuadrante. Al igual que el modelo de la Armilla Solsticial que hemos presentado, un estilo horizontal se fija en el centro del cuadrante. Es esencial que las caras del paralelepípedo se encuentren perfectamente horizontales y verticales; para ello, el instrumento de la figura 5 tiene sencillo medio de nivelaci6n:lsobre el radio vertical del cuadrante se fija otro estila ligeramente más corto que el superior. De éste pende'un pequeíío peso que hace las veces de péndulo: cuando el extremo del estilo inferior roza el hilo que suspende el peso, el instrumento está perfectamente situado para la medición. Su funcionamiento es muy sencillwicolocado de forma que la cara graduada quede en la sombra y perfectamente situado horizontal y verticalmente, se va girando en dirección al Sol hasta que el extremo oriental de este (en el caso del instrumento de la figura), co. mienza a iluminar la cara graduada. En este momento el estilo, superior comienza a proyectar su sombra sobre la graduación, lo que permite directamente medir la altura del Sol sobre el horizonte en ese momento. Por su sencillez puede también ser Útil auxilar en la enseííanza y permite mostrar en cualquier momento la altura del Sol, realizar tablas o simplemente comprobar las variaciones de la altura del Sol dia a día u hora a hora. Sus dimensiones son arbitrarias, lógicamente cuanto mayores, mayor será la precisión del instrumento, pero por ejemplo un ladrillo macizo puede ser una útil base para su construcción práctica. Por fin, el Último instrumento que en esta parte estudiaremos es un reloj en sentido estricto, pues alguno de los estudiados pueden cumplir tal finalidad. Se tra-;' ta del reloj de Sol Ecuatorial o Cuadrante Ecuatorial.:. Basado en la propiedad, ya observada por el Polos, de la regularidad del movimiento del Sol durante su trayecto sobre el horizonte, imagen del regular movimiento de la Tierra sobre su eje, el reloj de Sol Ecuatorial consta sencillamente de un plano atravesado por un atilo vertical repecto a él, que sirve de centro a dos circunferencias grabadas sobre ambas caras del plano y graduadas (Figura 7). El plano se hace coincidir con el Ecuador Celeste, de modo que el estilo se dirige exactamente hacia el Polo Norte. El ángulo a de la figura será por tanto igual a la colatitud (90° -latitud) del lugar de observación. Dado que en Otoíío e Invierno, el Sol se encuentra constantemente bajo el Ecuador (lo hemos podido comprobar ya con el Polos), la sombra dcl estilo se proyectará sobre la cara inferior mientras que la cara superior queda constantemente en la sombra. En Primavera y verano, la sombra la proyectará el estilo superior y la cara inferior quedará constantemente en la sombra. Si sobre las circunferencias grabamos radios cada 15' (26), la sombra recorrerá cada uno de los sectores circulares en una hora exacta, coincidiendo las 12 (T. U.) aproximadamente con el radio vertical inferior (26). La sencillez y precisión de este reloj motivó que incluso hasta el Siglo XVIII, se utilizase para calibrar los relojes mecánicos. Es un instrumento extraordinariamente ilustrativo tanto en su indicación de la hora como en el tránsito de la sombra desde la cara inferior a la superior y vicerversa precisamente en los equinocios. A su vez nos proporciona, teniendo un reloj normal. el determinar salvo el error de ecuación de Tiempo (ver nota 26) y las imprecisiones de construcción y observación, la dirección del Polo Norte y la posición del Ecuador: En efecto, conociendo la hora y la corrección en la ecuación de Tiempo del día y haciendo coincidir la sombra del estilo con la hora o el grado correspondi se ha Con i de so: tórico posib NOTA (1). F. C ti C E (2). P e: (1 17 (3). E la (1 (4). T d I u c 10 Fi (5). Pl d: en trc (6). Vc (7). A: tel ia CO lu: lio (8). La les cu du (9). Ex do gri (10). LP H/ (11). De ci6 los CO tos nes bas REFER ABETT Mexi 118 ENSEÑANZA DE LAS CIWCIAS ENSEÑA HISTORIA DE LAS CIENCIAS Y ENSEÑANZA pondiente en la circunferencia graduada, el instrumento y permite dotar de ellos a cualquier centro e incluso se habrá orientado en la dirección correcta. propiciar la construcción de instrumentos para uso personal. La comprensión de su funcionamiento y sobre Con él termina esta parte dedicada a los instrumentos todo la observación a través de su urilización son a la de sombra. Junto al conocimiento de su orígenes hisvez un excelente apoyo a las explicaciones teóricas y tóricos. la sencillez y economía de su construcción, hace una motivación importante que el docente puede utiliposible la construcci6n con medios no especializados zar en beneficio de la enseiianza. (27) NOTAS (1 1. Pueden consultarse los PROGRAMAS renovados de la Eduen la Historia de la Gnomónica contenida en el Vol. l. pg. cación General Básica: Ciclo medio, Area de Ciencias de la Na715-736 de la Histoire des Mathématiques de MONTUCLA turaleza. blosue temático 2.7. Ciclo Su~erior. Area de Cien- ( 17991802). cias de la ~aturaleza, bloque temático 3,s. ~ublicados Por Ed. (13). Ver por ejemplo MIELI (1952). esp. pg. 60 o SMlTH (1958). Escuela Espahola, Madrid, 1981. esp. Vol. 1, pg. 174, Vol. 11. pg. 622. Podemos citar como mis accesibles entre los muchos que ya existen, los de ABE7TI (1978). HANSON (1978) O WILSON (1983). Es imponante también, por su gramcantidad de inforinación la obra conjunta TATON (Ed.) (1971). Existen también muchos y buenos tratado-de introducción a la Astronomia. Podemos citar por ejemplo MARTIN ASlN (1979) o RONAN (1982). Tal idea, razonada al parecer en primer luir por Anaximandro (hacia 570 a.c.) al afirmar que si no estuviera en el centro «caería» hacia él, no fue compartida por los pitagóricos. para los que giraba alrededor de un fuego central. por ejemplo en Filolao (Siglo V a.c.). Puede ser muy interesante a este respecto la lectura comentada de la inmortal obra de Galileo GALILEI (Ed. Esp. 1975). en especial los párrafos de la Segunda Jornada en que se introduce la Relatividad galileana. pgs. 37-56. 90-91. 154-1 55. Ver HANSON (1978). esp. Libro 2. parte 1. pg. 165 y SS. Afortunadamente es accesible ya la obra de Cop6rnico en Castellano COPERNICO (Ed. Esp. 1982). Es accesible también la traducción del Libro 1 en la edici6n de Koyré (1%5). Puede consultarse también una trad. castellana del «Commentariolus», primera obra expositiva de Copérnico sobre sus ideas heliocentristas: COPERN:CO, DIGGES. GALILEI (1983). La Polar. como es conocido no coincide con el Polo Norte Ccleste. trazando a su alrededor en su movimiento diario, un circulo de unos 50' de radio. La utilización de tubos para individualizar estrellas es citada ya entre griegos y árabes. Existen sin embargo indicios de que una idea de este tipo pudo ser utilizado con anterioridad a los filósofos y astrónomos griegos. LAPLACE (1799-1925). La cita puede encontrarse también en HANSON (1977). (14). Ver por ejemplo ABETTI (1978). esp. pg. 76 y SS. (15). V. refs. nota (12). (16). De hecho. en la utilización del Polos como reloj de Sol, tenia grabadas estas semicircunferencias más otras representando a los husos horarios y los tr6picos. Es Útil graduar de O0 a 90° el cuadrante norte del arco del meridiano para leer direcwinente las alturas mínimas de la sombra y en su paso por el meridiano. (17). Abstracci6n hecha evidentemente. de las correcciones de Precisión y Nutación despreciables a este nivel de precisión. (18). A efectos nemotécnicos hablaremos siempre de la fecha «2In. Realmente el momento de los Solsticios y Equinocios vana respecto del calendario en dias y horas. El momento exacto puede encontrarse ficilmente en cualquier anuario o almanaque astronómico. (19). Puede construirse y visualizarse de este modo, una representaci6n de los husos horarios. utilizables, si se tiene una buena tabla de longitudes eclípticas del Sol a lo largo del ano. para conocer la hora por la noche. aunque hay otras formas más sencillas de conocer astron6micamente ésta. (20). El ángulo, ligeramente variable con el tiempo, tiene aproximadamente un valor de 23O 27' 8".26, referido al aho 1900. (21). Puede ser interesante sobre todo en los Equinocios, en que la variación es más ripida en declinación, tratar de afinar en la observación. (22). Sobre todo si se tiene en cuenta la llamada «ecuación de tiempo» propiciada por el no uniforme movimiento del «Sol verdadero» respecto del «Sol medio». La explicación de ello y el valor de la corrección a aplicar para obtener el mediodia verdadero se encuentran en cualquier libro de Astronomia. Ver por ejemplo MARTIN ASlN (1979). esp. pg. 217. (23). Realmente hipérbolas. (1 1). Debe hacerse especial énfasis en la importancia de la repeti- (24). Aunque puede ser que no durante todo el dia. debido a la vacibn de las medidas como método de reducción de errores. En riación tan rápida de declinación que se produce en los los primeros tiempos de la Astronomía. prácticamente el úniEquinocios. co medio de reducir los errores de los imperfectos instrumentos de en la de observacio- (25). En su Orto. o sea. el ángulo entre la dirección Sur Y el punto nes largo tiempo repetidas. del horizonte en que se produce el Orto en un día determinado. (12). Ver por ejemplo DAMPIER (1972) o el articulo de Lefebvre (26)' 15" = 3600 ' 24 horas' y Vercoutter en TAToN (19711, Vol. 1, pg. 31. La referencia (27). La descripción de otros instrumentos puede verse también en base para prácticamente todas las demás, puede encontrarse TEN. LOPEZ (1983). REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS COPERNICO, N., 1965, Las revoluciones de las Esferas Celestes, (Ed. Koyré, B. Aires. EUDEBA). ABETTI, G., 1978, Historia de la Astronofflía, (1 ' reimpr. COPERNICO, N., 1982, Sobre las revoluciones de los OrMéxico, Fondo de Cultura Económi~(Breviarios no bes Celestes, (Ed. Minguez-Testal, Madrid, Editora 118)). Nacional). ENSERANZA DE LAS CIENCIAS . c . F HlSTORIA DE LAS CIENCIAS Y ENSEÑANZA - - COPERNINO, DIGGES, GALILEI, 1983, Opúsculossobre MONTUCLA, J.E., 1799-1802, HLrtoriedesMathetnariqrrl~s, elmovimiento de la Tierra, (Ed. A. Elena, Madrid, Alian- (Pans, Agasse). za Ed. (L.B. no 953)). RONAN, C.A.. 1982, Los amat~les de lo A.~tronotnr'u, (hlaDAMI'IER W.C., 1972, Historia de la Ciencia, (Madrid, drid, Blume). Tecnos). SMITH. D.E.. 1958, History of Muthematics, (N. 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I GNOMON Figure 1 POLOS Figure 2 ARMZLLA SOLSTICIAL Figure 5 ZOCALO DE PlOLOlriEO Figure 6 Figure 3 ARh'ILLh ELUItJOCIhL Figure 4 RELOJ DE gL ECLiATORIAL Figuro 7 56 ENSEÑANZA DE LAS CIENCI:\' EL ORI; LA REL SA NCH. Alianza , Desde qi menzó a go había primeros ración dc a llamar' todo un I menzó a ma de lo Relativid En las do sobre su 1 nificació, , la Histor