Strumenti

Circolo di riflessione a prismi

Nella Memoria del 1836 Descrizione di alcuni istrumenti da misurare gli angoli per riflessione (scarica il pdf), pubblicata nelle «Memorie di Matematica e di Fisica della Società Italiana delle Scienze» (Tomo XXI-1837), Amici tracciò la storia del suo strumento per la navigazione. Una storia iniziata nel settembre del 1820, allorché l'attenzione del Barone Franz Xaver von Zach, in visita al suo laboratorio modenese, fu particolarmente attratta da un piccolo strumento per i topografi e i marinai. Il suo principio era basato sulla combinazione di due prismi di vetro, attraverso il cui movimento si poteva misurare una distanza angolare fino a 180° di due oggetti lontani. Era la prima realizzazione dello sforzo di Amici di cercare delle soluzioni che permettessero di superare i limiti del sestante di Hadley e del circolo di riflessione di Borda, che non misuravano archi superiori a 120-130°. Sollecitato dall'interesse di von Zach a riprendere il suo progetto, due anni dopo la «Correspondance astronomique» pubblicava la descrizione del suo nuovo Settore di riflessione a prismi.

I tentativi fatti per portare quegli strumenti ad un uso più esteso variandone la disposizione dei due specchi o aggiungendone un terzo non avevano ottenuto successo. Fu così che Amici concepì l'idea di sostituire agli specchi dei prismi, e precisamente due prismi isosceli rettangoli, uno mobile sull'alidada che porta il nonio, l'altro fisso sul piano del lembo diviso. Il risultato fu molto lusinghiero, ma la possibilità di costruire altri settori e perfino circoli interi con prismi di maggiori dimensioni incontrò un ostacolo insormontabile nell'estrema difficoltà di trovare del vetro limpido e senza strie. Il Barone lo aiutò ripetutamente, scrivendo a Monaco prima a Utzschneider poi a Ertel. La risposta giunse da Fraunhofer il 16 ottobre 1824, dopo un anno e mezzo di silenzio, insieme al vetro richiesto. Ma con esso anche un secco rifiuto di fornirne dell'altro in futuro.

Ritratto di Joseph Fraunhofer Le ricerche di Amici si indirizzarono allora al principio tradizionale degli specchi, nella speranza di ottenere qualche miglioramento dalla loro varia disposizione. Egli trovò infatti che due soli specchi collocati sopra un cerchio intero invece d'un settore offrivano alcuni di quei vantaggi dei quali andava alla ricerca. Nello stesso 1824 realizzò un circolo che chiamò reiteratore e che portò con sé insieme ad altri strumenti nel viaggio del 1827 a Parigi e Londra, dove poté confrontarlo con una rozza disposizione ad angolo di due specchi costruita da Troughton.

L'idea di far ruotare due specchi piani l'uno sopra l'altro onde misurare gli angoli era attribuita da molti autori a Caleb Smith, che su quel principio aveva proposto un ottante che ancora portava il suo nome. Lo stesso Smith aveva suggerito che per il suo strumento si poteva far uso indifferentemente di specchi o di prismi. Amici ignorava queste cose nel 1822, quando aveva descritto il suo settore. Lo apprese soltanto nel 1835. Una lettera del figlio Vincenzo del 15 maggio da Pisa gli recava le informazioni richieste su ottanti a specchi e a prismi, e in particolare sull'ottante di Caleb Smith e su quello di Hadley, tratte dalla Astronomie des Marins, opera stampata ad Avignone nel 1766, che rimanda a sua volta ad un'altra opera ricercata da Amici, i Mémoires de Mathématiques et de Physique redigés à l'Observatoire de Marseille del 1755.

Ma al tempo stesso egli si rese anche conto che con quel suggerimento lo Smith «non aveva in vista che di produrre tanto cogli uni che con gli altri, una riflessione analoga, e non iscoprì la principale proprietà che hanno i prismi di riflettere la luce quando anche il piano di riflessione sia parallelo ai raggi incidenti, proprietà la più essenziale che credo essere io il primo che l'abbia notata, e riconosciuta utile per misurare con facilità gli angoli da zero fino a 180°» (Descrizione di alcuni istrumenti da misurare gli angoli per riflessione).

Intanto nel 1833 Karl August Steinheil a Monaco aveva fatto costruire un circolo a prismi di sua invenzione proprio ad Ertel. Nella descrizione del suo strumento, inserita quell'anno nelle «Astronomische Nachrichten», che Amici trovava molto simile alla sua del '22, non c'era alcun riferimento al circolo modenese. «Una differenza non pertanto distingue il mio dall'istrumento di Monaco», commentò nella Memoria del '36, «la quale consiste nell'avere messo in quest'ultimo i prismi uno sopra, ed uno sotto, mentre io indicai solo di collocarli uno a canto dell'altro. Vuolsi ora sapere il motivo che m'indusse a situare i prismi in quel modo? La ragione è del tutto semplice; essi presentano gli oggetti chiari il doppio di quello che si vedono nella riformata moderna disposizione. Infatti un prisma di vetro isoscele rettangolo, allorché i raggi incidenti sono per esempio paralleli o poco inclinati al piano di riflessione, manda all'obbiettivo cui sta davanti, una striscia di luce larga circa la quarta parte dell'ipotenusa. Se dunque due prismi stanno l'uno sopra l'altro, non valgono, per tramandare luce, di più d'un prisma solo: ma se i due prismi giacciono l'uno a canto dell'altro, le strisce luminose riflesse sono due che hanno ciascuna la medesima larghezza d'un quarto dell'ipotenusa».

Circolo di riflessione a prismi di Amici L'astronomo svizzero Johann Kaspar Horner (1774-1834), che nel 1822, trovandosi in visita presso il Barone von Zach a Genova, aveva avuto occasione di provare e di apprezzare il settore di riflessione di Amici, non appena uscì dall'officina di Ertel il circolo a prismi di Steinheil ne informò il costruttore italiano con lettera del 20 febbraio 1833, offrendogli la sua mediazione per procurargli del vetro limpido dalle grandi fabbriche del Monte Jura.

Pochi mesi bastarono questa volta a mettere Amici in possesso di quattro grossi prismi di Crown-glass esenti da strie usciti dalla manifattura della Vedova Guinand a Soleure. Così egli riprese l'antico progetto e nel 1836 presentò al pubblico il nuovo circolo moltiplicatore a prismi, mostrato nella figura 5 e in fotografia.

Lo strumento, che Amici mandò in omaggio alla R. Marina Sarda a Genova, fu giudicato favorevolmente dall'Ammiraglio Comandante in capo, il quale espresse il desiderio d'introdurre il circolo di riflessione nella Marina di Sua Maestà al posto del sestante. Sulla base del suo rapporto, il Ministero di Guerra e Marina il 22 agosto 1836 informava Amici che Sua Maestà Sarda gli conferiva la croce di Cavaliere dell'Ordine dei SS. Maurizio e Lazzaro come attestazione di gradimento dell'omaggio. Anche diversi ufficiali della Marina inglese pare che ne facessero richiesta. Ma i giudizi lusinghieri rimasero in gran parte lettera morta. A Genova lo strumento fu dimenticato fino ai tempi di Giovanni Battista Magnaghi. Solo nel 1847 esso fu temporaneamente rispolverato dal Sottotenente di Vascello e Professore di Geometria alla R. Scuola di Marina in Genova, Ulisse Isola. Lo trovò nel fondo di un armadio, «ove è pressoché sempre rimasto in obblio come tutto ciò che non ci viene dallo straniero», se ne incuriosì, scrisse al costruttore chiedendogli istruzioni per l'uso, giacché intendeva prenderlo con sé nel suo prossimo viaggio negli Stati Uniti. Ma non risulta che la vicenda abbia avuto un seguito.

Come non ebbe un seguito documentabile quella dello strumento venduto al Reverendo Robinson nel 1837. In data 16 novembre di quell'anno il Libro de' Conti del Laboratorio di Amici registra l'incasso di trenta Sterline per un Circolo di riflessione a prismi venduto ai signori Robinson e Cooper, astronomi, i quali pagarono Franchi 760. Thomas Romney Robinson (1792-1882) era professore di Fisica al Trinity College di Dublino e dal 1823 direttore dell'Osservatorio astronomico di Armagh in Irlanda. Membro della Società astronomica e della Royal Society di Londra, aveva una parte nella campagna di promozione della ricerca magnetica nelle regioni antartiche che si andava organizzando in quegli anni. Fra le varie risoluzioni vi era quella di promuovere una spedizione di ricerca allo scopo di determinare la posizione del polo o dei poli magnetici australi. Due navi furono messe a disposizione, la Erebus e la Terror, rispettivamente al comando di James Clark Ross e di Francis Rawdon Moira Crozier, le stesse che avrebbero portato di lì a poco Sir John Franklin e lo stesso Crozier nella sfortunata spedizione alla ricerca del Passaggio a Nord-Ovest.

Il 25 luglio 1839, in una lettera da Armagh, Robinson comunicava ad Amici che il suo circolo di riflessione stava prendendo la via dell'Antartide: «You will be glad to learn that your circle is about to take its departure with Captain James Ross one of our ablest Nautical Astronomers who goes in command of the Magnetic expedition which the British Association have [sic] at length obtained from the Government. It can not be in more worthy hands».

E l'8 febbraio del '40: «You have seen in the Newspapers that Captain James Ross has sailed on a Scientific Expedition and may remember that we destined your reflecting Prism-Circle for that distinguished Officer who as I had hoped was to sail at an earlier period. Well, he has got it with full instructions as to its management, and is to use it, not only for Lunar distances, but also for observations on low Refractions after a peculiar plan, observing the distance between the star near the horizon and one near the zenith, having the same Right Ascension. From this I am confident the superior powers of this Instrument will be laid before the Public most effectually, as Ross's narrative from its very objects will obtain the most extended scientific circulation» (cfr. A. Meschiari, Fisici e astronomi nella Corrispondenza di Giovanni Battista Amici. Sul circolo di riflessione a prismi nella spedizione antartica di James Clark Ross, «Atti del XX Congresso nazionale di Storia della Fisica e dell'Astronomia», Napoli, 1-2-3 giugno 2000, CUEN, Napoli 2001).

Un'attenta considerazione del circolo di riflessione a prismi di Amici, come degli strumenti analoghi di Borda, di Pistor e Martins, di Troughton, di Oertling e di Steinheil, dedicò nel 1875 il Direttore dell'Ufficio Idrografico della Regia Marina, Capitano di Fregata Giovanni Battista Magnaghi nel volume Gli strumenti a riflessione per misurare angoli, edito dalla Hoepli. Sotto la sua direzione venne realizzato presso le officine del medesimo Ufficio Idrografico un «nuovo circolo di Amici», poi noto come circolo Amici-Magnaghi, che dell'originale conservava «la sola reciproca giacitura dei due prismi e del cannocchiale» (ivi, p. 202, ma cfr. anche alle
pp. 25-27 e 61-71).

L'esemplare qui riprodotto in fotografia, con ogni probabilità lo stesso studiato dal Magnaghi, è tuttora conservato presso l'Istituto Idrografico della Marina a Genova.