APARELLS DE MESURA INDIRECTA

Història i construcció

INTRODUCCIÓ

Un aparell de mesura indirecta és un instrument amb ajuda del qual es pot calcular, amb relativa precisió, una distància o longitud des de lluny, és a dir, sense apropar-nos al lloc concret a mesurar, perquè és inaccessible.

Des del primer gnomon (un senzill bastó  clavat al terra)  fins  l’actual teodolit electrònic d’extraordinària precisió hi ha hagut gran diversitat d’aparells. Aquest llibre pretén recordar la part de la història de la ciència que es van desenvolupar aquests aparells. A més, també veurem la manera de construir-los i utilitzar-los. En concret ens centrarem en tres: el bàcul de Jacob, l’astrolabi i el quadrant.

.

El desenvolupament d’aquests aparells  es va produir fonamentalment en tres contextos històrics que requerien una especial precisió en les mesures: en primer lloc, i com a context principal, està l’astronomia; en segon lloc el càlcul de la posició exacta d’un vaixell en el mar i , per últim, les guerres. A més de fer un petit repàs a aquests tres contexts, recordarem un personatge rellevant en cada un d’ells.

L'ASTRONOMIA

L'home primitiu, que vivia en petites agrupacions en coves o senzillament sota el cel i els arbres, coneixia bé els astres.  Podia sentir en el seu propi cos els ritmes diaris i mensuals que veia al cel i sabia que aquests influïen profundament a la seva vida. Aquests ritmes determinaven els dies i les nits i també les estacions, i amb elles el temps idoni per a la caça. Quant l'home es va fer agricultor, els signes del zodíac li indicaven quina època de l'any havia de llaurar i treballar la terra.

Ara sabem que la millor manera de tenir un domini sobre l'agricultura, la ramaderia i la caça és disposar d'un bon calendari que ens indiqui quines són les millors èpoques per  treballar amb determinats cultius. A l'antiguitat la confecció d'un calendari era molt difícil i aquesta depenia exclusivament d'un bon coneixement del moviment dels astres. Aquest fet fa que l'astronomia s'hagi convertit en la ciència més important en totes les civilitzacions, perquè d'ella depenia l'èxit de l'agricultura i per tant de la riquesa o de la gana. Aquesta relació encadenada entre l’Astronomia, el calendari, l’agricultura i riquesa ha fet que, en totes les èpoques de la història, s'hagin vinculat les bonances econòmiques amb suposades influències o poders màgics dels astres i s'hagi desenvolupat l'astrologia. Avui  dia sabem que aquest poder no existeix i l'astrologia ha quedat relegada a uns quants farsants oportunistes que fan diners aprofitant-se de la ignorància de la gent.

Conèixer amb molta precisió la posició relativa dels astres ha estat, doncs, un repte importantíssim per als nostres avantpassats. Un astre no és més que un objecte inaccessible (¿hi ha alguna cosa més inaccessible?).  La construcció i perfeccionament dels aparells de mesura indirecta ha estat, per tant, una necessitat fonamental a la història de la humanitat. El primer aparell per a mesurar una distància indirecta fou, com ja hem dit, el gnomon que no era més que un bastó clavat al terra. A partir del gnomon es van  desenvolupar instruments cada vegada més complicats: el merkhet a Egipte, el plinto i el triquetrum a Grècia, el quadrant, el bàcul de Jacob i l'astrolabi a l'Edat Medieval, etcètera.

TYCHO BRAHE

Si algú és mereix, més que ningú, aparèixer amb lletres grans encapçalant la història de l’astronomia aquest és, sens dubte, Galileu Galilei , però la revolució, a nivell tecnològic, d’en Galileu fou el telescopi, que s’allunya del tipus d’aparells que ens ocupa.

Tycho Brahe, en canvi, ha estat l’home que ha posseït la col·lecció més colossal d’aparells de mesura indirecta, amb objectius astronòmics.

 Recordem, primer, la seva vida:

Un dia estava passejant per la vora d'un riu el pare d'en Tycho Brahe i va veure  un individu que s'estava ofegant. Sense pensar-ho dues vegades es va llançar al riu i li va salvar la vida. Com a conseqüència d'aquesta remullada el pare d'en Tycho Brahe es va morir d'una pulmonia. La sort d'en Tycho (dins de la desgràcia) va ser que la persona a la que va salvar el seu pare era el rei Frederic II, que, en agraïment, va donar una beca al jove Tycho Brahe que començava la seva carrera com astrònom.

La beca era tan abundant que amb ella va construir Uràniburg, el millor observatori astronòmic mai conegut fins aquell moment. Va regirà per tota Europa fins trobar els millors aparells de l'època i en va construir de nous d'una qualitat extraordinària. Un d'aquests aparells era un quadrant gegant, possiblement el millor de tota la història. Tots aquests aparells els va instal·lar en un castell de l'illa de Sound. Va equipar aquest castell amb un laboratori químic, una impremta alimentada per la seva pròpia fàbrica de paper, un sistema de comunicacions internes, habitacions per investigadors visitants, i, fins i tot, una presó privada. Els terrenys que envoltaven el castell tenien zones privades de caça, seixanta estancs amb peixos, extensos jardins, herbaris i un bosc amb tres-centes espècies d'arbres. L'element més important de l'observatori era un globus de bronze, de metre i mig de diàmetre, on Tycho anava enganxant totes les estrelles que anava observant.

Tycho Brahe era un gegant  i despòtic, que lluïa una panxa de proporcions jupiterianes i tenia un nas molt brillant fabricat d'un aliatge metàl·lic, ja que de jove el va perdre en un duel. Extremadament apassionat i excèntric vestia com un príncep  i es comportava com un rei, tirava les restes de menjar a un nan anomenat Jepp que s'arrupia sota la taula.

Al cap dels anys el rei es va morir d'una borratxera i el seu successor li va tallar la fabulosa beca i va tenir que traslladar l'observatori a un lloc més modest.

Els mapes del cel que va fer Tycho van ser la referència obligada de tots els astrònoms fins molt temps desprès (fins i tot amb el telescopi ja inventat) i la qualitat de les seves observacions van permetre crear un nou model cosmològic. Les qualitats d'en Tycho com a observador eren extraordinàries, però li faltaven qualitats deductives. Aquest nou model cosmològic va ser deduït per Kepler, un geni col·laborador d'en Tycho que no podia observar els estels perquè patia una forta miopia. 

 POSICIÓ D’UN VAIXELL

Si ens perdem al mar i volem conèixer la nostra posició a partir de la simple observació del cel és molt fàcil conèixer la latitud (posició relativa nord-sud). Tan sols cal observar a quina alçada està la Polar. Però és molt difícil conèixer la longitud (posició relativa est-oest). Per exemple, d'aquí a una hora a Canàries veuran exactament el mateix cel que veiem nosaltres ara, per tant si només mirem el cel no podem saber si estem aquí o a Canàries si no disposem d'un rellotge que ens digui a quina hora estem mirant el cel.

A l'època del descobriment d'Amèrica no existia el rellotge i per tant aquest era un problema molt greu. Els vaixells es circulaven per unes latituds determinades i avançaven amb l'esperança que Déu els ajudés a arribar abans que l'escorbut acabés amb la tripulació. Abandonar aquestes latituds (veritables autopistes imaginàries) suposava arriscar-se a perdre's a l'oceà. Els pirates podien esperar tranquil·lament les víctimes en aquestes línies imaginàries perquè ningú s'arriscava a abandonar-les.

El mètode que utilitzaven per  fer una estimació del lloc on eren consistia en deixar anar al mar una corda amb uns nusos. Contant els nusos que el mar s'enduia calculaven la distància que havien recorregut. Aquest mètode era força imprecís perquè les corrents marines podien arrossegar la corda sense que el vaixell avancés. D'aquest mètode actualment en conservem el nom, els vaixells mesuren la velocitat en nusos.

Aquesta manca d’un mètode eficaç afavoria la pèrdua dramàtica de tripulacions senceres que vagaven perduts per l’alta mar fins morir de fam o de greus malalties. Farts d’aquesta situació, els anglesos, a l'any 1714, van proposar un premi a qui descobrís un mètode eficaç per  calcular la longitud equivalent a més de mil milions de pessetes en moneda actual.

Hi havia un convenciment absolut  que la solució al problema era de tipus astronòmic. Els anys desprès de la proposta del premi van ser uns anys molt intensos en millores tècniques sobre els aparells de mesura indirecta, sobre tot per adaptar-los a l’ús en alta mar i millorar la seva precisió, al mateix temps es van desenvolupar descobriments sorprenents en el mon de l’astronomia.

JOHN HARRISON

L’astrònom que més prop va estar d’una solució fou Galileu, que va desenvolupar una tècnica que es basava en el coneixement detallat dels cicles dels satèl·lits de Júpiter. Però hem de ser justos amb la història i si bé és cert que aquest fet va fer proliferar nous i millors aparells de mesura indirecta, qui va resoldre veritablement el problema fou John Harrison, fill d'un fuster que va començar a construir rellotges de fusta com un hobby i va acabar construint el millor rellotge mecànic de la història.  Aquest rellotge, que superava, per molt, qualsevol tecnologia de la seva època, era capaç de funcionar en alta mar amb pèssimes condicions de moviment i variacions de temperatura i humitat sense avançar-se ni endarrerir-se. Era un rellotge tan perfecte que no es va comprendre en la seva època. Molts navegants no se’n refiaven i el tribunal que havia de lliurar-li el premi es negava a acceptar la solució com a vàlida.

ELS APARELLS DE MESURA A LA GUERRA

Una de les aplicacions dels aparells de mesura indirecta van ser de caire militar, sobre tot durant l'Edat Mediana. Penseu, per exemple, en la necessitat de construir una escala d'una grandària adient per tal de pujar el mur d'una ciutat murallada (imagineu les conseqüències d'un atac amb escales petites).  Tot i així el marge d’error acceptable en aquest tipus de mesura era molt inferior, en principi, que en l’astronomia. L’exigència de precisió va aparèixer quant es van incorporar aquests aparells a peces d’artilleria i la correcció en els càlculs de balística depenien de la precisió de l’aparell.

TARTÀGLIA

Un dels personatges més curiosos que van dedicar part del seu geni al desenvolupament d'aquestes aplicacions va ser Tartàglia (1500-1557).

Tartàglia en realitat es deia Nicolo Fontana. Vivia a Brèscia, al nord d'Itàlia, i quan tenia 12 anys els francesos van atacar la ciutat. Al pobre Tartàglia li van creuar la cara  amb un sable, li van fer 7 ferides a la cara, una de les quals li va afectar el coll. La seva mare el va curar a casa com va poder i com a conseqüència de la feriada del coll es va quedar tartamut, d'aquí el sobrenom de Tartàglia (el tartamut, a Italia).  La vida d'aquest personatge no va ser gens fàcil.

Pot ser amb ganes de venjar-se dels francesos, el 1537 Tartàglia va publicar un llibre sobre  l'aplicació de la matemàtica a l'artilleria. En aquest llibre descrivia un quadrant de la seva invenció pràcticament idèntic al que nosaltres construirem que, fabricat de llautó, anava enganxat a la boca dels canons i amb uns petits càlculs es podia saber a quina distància cauria la bala en funció de la lectura de l'aparell.