Człowiek

W samo południe

Numer 1/2019
Vladi333 / Shutterstock
W 1582 r. z kalendarza wykreślono 10 dni. Po czwartku 4 października nastąpił piątek 15 października. Skrócenie roku było konieczne, ponieważ stary kalendarz przestawał nadążać za słońcem. Astronomowie mogli dokonać takiej korekty dzięki… małym otworom nawiercanym w ścianach wysokich kościołów.
XVI-wieczny kwadrant ­umieszczony na fasadzie ­bazyliki Santa Maria Novella we Florencji. Jego twórcą był Ignazio Danti (1536–1586).Pixeljoy/Shutterstock XVI-wieczny kwadrant ­umieszczony na fasadzie ­bazyliki Santa Maria Novella we Florencji. Jego twórcą był Ignazio Danti (1536–1586).
Freski na sklepieniu kopuły katedry Santa Maria del Fiore we Florencji.Antonio Gravante/Shutterstock Freski na sklepieniu kopuły katedry Santa Maria del Fiore we Florencji.
Ruch ­obiegowy Ziemi wokół Słońca odbywa się w kierunku przeciwnym do ruchu ­wskazówek ­zegara. Okres jednego obiegu wynosi 365,242 dnia (rok zwrotnikowy).Designua/Shutterstock Ruch ­obiegowy Ziemi wokół Słońca odbywa się w kierunku przeciwnym do ruchu ­wskazówek ­zegara. Okres jednego obiegu wynosi 365,242 dnia (rok zwrotnikowy).
Fragment ­linii ­południkowej w bazylice San Petronio w Bolonii. Stworzył ją w XVII w. sławny włoski astronom Giovanni Cassini.Joaquin Ossorio Castillo/Shutterstock Fragment ­linii ­południkowej w bazylice San Petronio w Bolonii. Stworzył ją w XVII w. sławny włoski astronom Giovanni Cassini.
Heliometr w Obserwatorium Kuffnera w Wiedniu.Wikimedia Commons/Wikipedia Heliometr w Obserwatorium Kuffnera w Wiedniu.
Strona z ­książki Christopha Claviusa z 1603 r. – głównego ­autora ­reformy kalendarza – z tabelą świąt wielkanocnych w naszych czasach. Septuagesima to Przedpoście, Dies Cinerum – Środa Popielcowa, a Pascha oznacza Wielkanoc.Wikimedia Commons/Wikipedia Strona z ­książki Christopha Claviusa z 1603 r. – głównego ­autora ­reformy kalendarza – z tabelą świąt wielkanocnych w naszych czasach. Septuagesima to Przedpoście, Dies Cinerum – Środa Popielcowa, a Pascha oznacza Wielkanoc.
Linia południkowa w rzymskim kościele Santa Maria ­degli Angeli e dei Martiri. Zbudował ją w 1702 r. ­włoski ­uczony Francesco Bianchini na zamówienie papieża Klemensa XI.Anna Pakutina/Shutterstock Linia południkowa w rzymskim kościele Santa Maria ­degli Angeli e dei Martiri. Zbudował ją w 1702 r. ­włoski ­uczony Francesco Bianchini na zamówienie papieża Klemensa XI.

Każdego roku w wybrane dni czerwca szczęśliwcy, którzy wcześniej dokonali rezerwacji, mogą uczestniczyć w niezwykłym wydarzeniu rozgrywającym się we wnętrzu wspaniałej katedry Santa Maria del Fiore we Florencji. Pod jej olbrzymią kopułą, wzniesioną w XV w. według projektu genialnego architekta Filippa Brunelleschiego, zbiera się ok. godziny 12:30 miejscowego czasu urzędowego tłum ludzi. Przez następną godzinę obserwują oni wędrówkę światła słonecznego padającego na marmurową podłogę kościoła. Słoneczny dysk przesuwa się powoli po posadzce, aż dociera do okrągłej płyty o średnicy mniej więcej 90 cm, znajdującej się w kaplicy św. Krzyża, na lewo od głównej nawy. Kulminacyjny moment następuje, kiedy płyta zostaje idealnie oświetlona przez okrągłą plamę słoneczną o takiej samej średnicy. W tej właśnie chwili słońce przechodzi nad lokalnym południkiem, na którym leży florencka katedra. Moment taki nazywamy południem słonecznym. Cóż, że na zegarkach zgromadzonych obserwatorów jest już po godz. 13:00? Ich zegarki są posłuszne czasowi urzędowemu, w tym przypadku – czasowi letniemu środkowoeuropejskiemu obowiązującemu we Włoszech. Czas słoneczny i czas urzędowy rzadko są ze sobą w zgodzie.

Południe słoneczne to kluczowy moment w pozornej wędrówce słońca po niebie. Wtedy znajduje się ono najwyżej. Marmurowa płytka w katedrze Santa Maria del Fiore z dokładnością do pół sekundy pokazuje tę kulminację. Wszystko jest dziełem Paola dal Pozzo Toscanellego, astronoma, matematyka i kartografa żyjącego we Florencji w XV w. Należał on do największych umysłów tamtej epoki. Zachęcał portugalskiego króla Alfonsa V do wysłania żeglarzy na zachód przez Ocean Atlantycki, twierdząc, że w ten sposób szybciej dotrą do Azji. Władca Portugalii go nie posłuchał. W podróż wyruszył dopiero Krzysztof Kolumb, który korespondował z uczonym z Florencji, aż w końcu popłynął we wskazanym przez niego kierunku. Około 1470 r. Toscanelli pojawił się w katedrze florenckiej w dość nietypowym celu. Postanowił bowiem stworzyć w niej gigantyczny zegar słoneczny. Za jego pomocą chciał wyznaczyć południe słoneczne oraz wskazać dzień przesilenia letniego, kiedy słońce góruje najwyżej w całym roku.

Otwór w kopule katedry

Zegar słoneczny kojarzy nam się z pionowym słupem lub prętem, którego cień wskazuje godzinę na poziomej tarczy z podziałką. Takie gnomony znane są od czasów starożytnych. Kilka lat temu w Dolinie Królów w Egipcie odnaleziono zegar liczący ponad 3 tys. lat. Jednak Toscanelli miał inny pomysł. W południowym oknie bębna kopuły Brunelleschiego umieścił wykonaną z brązu płytę z otworem o średnicy kilku centymetrów. Przez ten otwór światło słoneczne wpadało do wnętrza katedry, wyczarowując na jej posadzce – niczym w kamerze obskurze – obraz tarczy słonecznej. W ten sposób uczony stworzył otworkowy zegar słoneczny. Zresztą olbrzymich rozmiarów, ponieważ płyta z otworem została umieszczona na wysokości 90 m, licząc od poziomu kościelnej posadzki. Miało to znaczenie, ponieważ im wyżej znajduje się szczelina, przez którą przeciska się światło, tym pomiar jest dokładniejszy. Ale tak wysoka lokalizacja oznacza też, że plamka pojawia się na posadzce tylko wtedy, gdy słońce jest naprawdę wysoko, czyli od końca maja do końca lipca, oraz tylko przez kilka minut poprzedzających południe słoneczne i następujących zaraz po nim.

Ten zegar wciąż działa i każdy, kto znajdzie się w katedrze w odpowiednim miejscu i czasie, zobaczy przesuwającą się po posadzce tarczę słoneczną. Jednak jego wadą jest właśnie to, że nie pozwala obserwować południa słonecznego przez cały rok, w tym także podczas przesilenia zimowego oraz w dniach równonocy wiosennej i jesiennej. Dlatego otwór we florenckiej katedrze okazał się w późniejszych wiekach mało przydatny do prowadzenia całorocznych obserwacji astronomicznych. Za to chętnie wykorzystywano go w innym celu – do monitorowania stabilności samej kopuły. Skoro podczas kolejnych przesileń letnich tarcza słoneczna powracała dokładnie w to samo miejsce na posadzce, oznaczało to, że otwór nie przesunął się w tym czasie nawet o milimetr. Konstrukcja stała nieporuszona, dowodząc genialności jej twórcy.

Niedokładny kalendarz

Toscanellemu tak bardzo zależało na precyzyjnym wyznaczeniu południa słonecznego w kolejnych dniach czerwca i lipca, bo dzięki temu mógł wykreślić na posadzce katedry linię południkową, zwaną też meridianą, która wskazywała przebieg południka słonecznego. Jak wiemy, słońce przechodzi przez lokalny południk na innej wysokości każdego dnia w roku. Latem wznosi się wyżej, zimą – niżej. W rezultacie także słoneczna plamka w katedrze florenckiej wędrowała wzdłuż linii południkowej. Im wyżej górowało słońce w południe, tym była bliżej otworu w kopule. A najbliżej powinna się znaleźć oczywiście w dniu przesilenia letniego, kiedy kąt padania promieni słonecznych w południe jest największy w całym roku. I tu dochodzimy do najważniejszego: już od pewnego czasu dla ówczesnych astronomów było jasne, że przesilenie letnie wypada znacznie wcześniej niż 21 czerwca. Rok kalendarzowy wyraźnie spóźniał się w stosunku do roku wyznaczonego kolejnymi przejściami przez punkt przesilenia letniego, czyli tzw. roku zwrotnikowego. Toscanelli miał nadzieję, że za pomocą instrumentu wyliczy, ile wynosi to opóźnienie.

Pożądanej precyzji nie udało się osiągnąć m.in. z powodu krzywej posadzki. Zegar za to potwierdził, że rozbieżności są bardzo duże, wskazując na pilną potrzebę zreformowania kalendarza używanego w Europie od 1,5 tys. lat. Był to kalendarz juliański wprowadzony w starożytnym Rzymie w 45 r. p.n.e. na polecenie Juliusza Cezara. Rok został w nim podzielony na 365 dni, ale początkowo co trzy, a potem co cztery lata dodawano jeden dzień w tzw. roku przestępnym. W rezultacie średnia długość roku wynosiła 365,25 dnia. Kalendarz juliański ustalił też obowiązującą do dziś długość 12 miesięcy. Choć państwo rzymskie przestało istnieć w V w. naszej ery, stworzona za rządów Juliusza Cezara rachuba dni, tygodni, miesięcy i lat przetrwała ponad tysiąc lat i obowiązywała w niemal całej Europie. Jednak już w XIII w. obserwatorzy wędrówek ciał niebieskich zaczęli dostrzegać, że kalendarz rozjeżdża się ze słońcem. Roger Bacon, angielski filozof we franciszkańskim habicie, oszacował, że błąd wynosi siedem, osiem dni. Pierwszy do reformy kalendarza przymierzył się w latach 70. XV w. papież Sykstus IV. W tym celu do Rzymu przyjechał dobry znajomy Toscanellego, sławny niemiecki astronom i matematyk Regiomontanus, który jednak zmarł kilka miesięcy później. Po jego śmierci pomysł reformy został zarzucony.

Tymczasem temat stawał się gorący. Kolejni badacze zachęcali Watykan do pilnego przeprowadzenia zmian w kalendarzu. Na początku kolejnego stulecia papież Leon X ściągnął do Rzymu flamandzkiego naukowca Pawła z Middelburga, wielkiego zwolennika reformy kalendarza, a ten w 1514 r. rozpoczął konsultacje ze znawcami przedmiotu z całego kontynentu. Wśród zaproszonych do dyskusji znalazł się Mikołaj Kopernik. Nie wiemy, jakiej udzielił odpowiedzi. Jednak w jego słynnym dziele „O obrotach sfer niebieskich” zachowała się wzmianka, że po liście z Watykanu postanowił bliżej zainteresować się tym tematem i przeprowadził dokładniejsze badania.

Papieże zmieniali się jeden po drugim, a reforma kalendarza nie posuwała się do przodu. W 1545 r. opowiedział się za nią sobór trydencki, nakazując przywrócenie kalendarza do stanu, w którym równonoc wiosenna przypada na 21 marca, oraz takie zreformowanie rachuby czasu, aby nie dopuścić do narastania podobnych błędów w przyszłości. Z religijnego punktu widzenia kwestia równonocy wiosennej miała spore znaczenie, ponieważ wpływała na sposób wyznaczania Wielkanocy, która jest świętem ruchomym. Zgodnie z postanowieniami soboru w Nicei w 325 r. obchodzi się ją w pierwszą niedzielę po pierwszej wiosennej pełni księżyca między 22 marca a 25 kwietnia. Kumulujący się błąd w kalendarzu sprawił jednak, że w XVI w. astronomiczny początek wiosny wypadał już na 11 marca, czyli 10 dni wcześniej niż w czasach soboru nicejskiego. Rzecz postanowił doprowadzić do końca dopiero Grzegorz XIII, wybrany na papieża w 1572 r.

Heliometr

Do przeprowadzenia reformy kalendarza potrzebne było bardzo dokładne wyliczenie długości roku zwrotnikowego. Idealnie do tego celu nadawała się meridiana. A idealnym matematykiem okazał się Ignazio Danti, wykształcony dominikanin z Perugii, który w 1562 r., mając 26 lat, wylądował we Florencji, gdzie zajmował się m.in. tworzeniem map i globusów na zamówienie dworu Medyceuszy, wówczas już tytułujących się książętami Toskanii. Na co dzień Danti mieszkał w klasztorze przy przepięknym kościele Santa Maria Novella. Fasada tej XIV-wiecznej gotyckiej bazyliki jest zwrócona na południe, a w jej górnej części znajduje się okrągłe okno – rozeta. Właśnie w tym oknie Danti wykonał w 1574 r. szczelinę, przez którą światło słoneczne wpadało w południe do wnętrza kościoła. Korzystne ustawienie świątyni względem stron świata sprawiło, że tym razem można było pokusić się o stworzenie linii południkowej obejmującej wszystkie cztery kardynalne punkty roku zwrotnikowego: równonoc wiosenną, przesilenie letnie, równonoc jesienną i przesilenie zimowe.

Dodatkowo na fasadzie kościoła dominikanin umieścił jeszcze dwa instrumenty: kwadrant i sferę amiliarną. Oba znajdują się tam do dziś, ale meridiany na posadzce kościoła nie znajdziecie. Danti nie zdążył jej stworzyć, ponieważ kilka miesięcy później musiał wyjechać z Florencji z rozkazu kolejnego księcia Toskanii z dynastii Medyceuszy. Przedtem jednak za pomocą zegara słonecznego i dwóch pozostałych instrumentów wykonał pierwsze precyzyjne pomiary pokazujące, że juliański rok kalendarzowy jest mniej więcej o 11,5 min dłuższy od średniego roku zwrotnikowego. Różnica wydaje się niewielka, ale po stu latach urasta do 19 godz., a po tysiącu lat – do 8 dni.

Wygnany z Florencji Danti przeniósł się do Bolonii, gdzie otrzymał posadę profesora matematyki na tamtejszym uniwersytecie. I niemal od razu przystąpił do tworzenia meridiany w największym bolońskim kościele – bazylice San Petronio. Tym razem cel zrealizował. Otwór, przez który miało przezierać słońce, został wykonany w tylnej ścianie lewej nawy. Olbrzymie rozmiary kościoła pozwoliły na wyznaczenie całej meridiany. Był to pierwszy na świecie instrument, na którym można było obserwować przemieszczanie się plamki słonecznej przez cały rok.

W San Petronio meridianę można oglądać do dziś, ale… nie jest to ta sama linia, którą wyrysował Danti. Niecałe sto lat później, w 1655 r., zburzono bowiem tylną ścianę lewej nawy, żeby powiększyć kościół, a stworzenia nowej linii południkowej podjął się Giovanni Cassini, późniejszy odkrywca pierścieni i księżyców Saturna, a wówczas profesor astronomii Uniwersytetu Bolońskiego. Zadanie wykonał, umieszczając otwór w sklepieniu lewej nawy kościoła na wysokości 27 m, o jedną trzecią wyżej, niż znajdował się otwór Dantiego. Dzięki temu wydłużyła się też meridiana. Teraz miała aż 66,8 m. Podczas letniego przesilenia w 1655 r. Cassini zaprosił mieszkańców Bolonii, by dokonać prezentacji swojego, jak to określił, heliometru. Do dziś jest to jeden z największych instrumentów astronomicznych na świecie, a sława, jaką zyskał dzięki niemu Cassini, sprawiła, że król Ludwik XIV zaprosił go do Paryża, by stworzył tam obserwatorium astronomiczne.

Wieża wiatrów

Wróćmy jednak do Dantiego. On też zyskał sławę dzięki swojej meridianie z San Petronio. Wkrótce po jej stworzeniu (oraz napisaniu kilku rozpraw na temat pomiarów „wędrówek Słońca”) dotarło do niego zaproszenie z Watykanu. Grzegorz XIII, urodzony w Bolonii i wykształcony na tamtejszym uniwersytecie, oferował mu posadę papieskiego kosmografa i matematyka. A jako że papieżowi się nie odmawia, w 1580 r. Danti przyjechał do Rzymu, gdzie prace nad reformą kalendarza były już mocno zaawansowane. Koordynował je Christoph Clavius, niemiecki jezuita, astronom i matematyk. Po wielu latach debat wśród badaczy doradzających papieżowi wygrywał pogląd, że korekta kalendarza powinna polegać na jednorazowym wykreśleniu z niego 10 dni. W ten sposób jednym krokiem zamierzano powrócić do czasów soboru nicejskiego z IV w. Zwróćmy uwagę, że kalendarz juliański został wprowadzony cztery wieki wcześniej, więc gdyby chciano go skorygować w całości, należało wykreślić z kalendarza jeszcze cztery dni. Nie zrobiono tego jednak, ponieważ wtedy astronomiczna wiosna zaczynałaby się 25 marca, a takie przesunięcie znów skomplikowałoby wyliczanie momentu Wielkanocy. Uznano więc, że wygodniej będzie poświęcić te cztery dni. Dlatego astronomiczne pory roku zaczynają się dziś o cztery dni wcześniej niż w czasach Juliusza Cezara.

Oczywiście samo wykreślenie dat nie rozwiązywało problemu. Trzeba było odpowiednio skorygować rachubę czasu. Pomysłów na to, jak zgrać kalendarz ze słońcem, było wiele, ale wygrał najprostszy. Zdecydowano, że od tej pory lata podzielne przez 100, ale niepodzielne przez 400, będą latami zwykłymi. Tak miało być w roku 1700, 1800 i 1900, ale już nie w roku 1600 i 2000, które były przestępne. Rzecz jasna, przestępne pozostały wszystkie pozostałe lata podzielne przez cztery. Z obliczeń dokonanych przez Claviusa i jego poprzednika Aloysiusa Liliusa wynikało, że tak zmodyfikowany kalendarz spóźniałby się o dobę co 3000 lat, podczas gdy spóźnienie kalendarza juliańskiego wynosiło dzień na 128 lat. Tak poprawioną rachubę czasu trzeba było jednak jakoś monitorować w rzeczywistych warunkach.

Tym właśnie miał się zająć Danti. Jego zadanie polegało na wytyczeniu meridiany w specjalnie wybudowanej wieży, którą nazwano Wieżą Gregoriańską lub Wieżą Wiatrów. Linia południkowa została poprowadzona z południa na północ po pasie białego marmuru. Obserwacje plamki słońca wędrującej po meridianie ostatecznie upewniły papieża i jego doradców, że zmodyfikowanie kalendarza jest konieczne.

Nowy kalendarz

24 lutego 1582 r. Grzegorz XIII wydał bullę „Inter gravissimas”, wprowadzającą reformę. Zgodnie z papieskim postanowieniem po czwartku 4 października 1582 r. miał nastąpić piątek, tyle że od razu 15 października. Od tego dnia w Kościele katolickim obowiązywał już nowy kalendarz gregoriański. Zmianę od razu zaakceptowano w takich krajach europejskich jak Hiszpania, Portugalia, Polska czy Francja – choć ta ostatnia wykreśliła dni od 10 do 19 grudnia – a zignorowano w krajach protestanckich i prawosławnych, choć stopniowo i one przekonywały się do tego pomysłu. Ciekawie było w Szwajcarii – siedem kantonów katolickich przyjęło kalendarz gregoriański w 1684 r., kantony protestanckie uczyniły to w 1701 r., z wyjątkiem dwóch, które zrezygnowały ze starej rachuby w 1812 r. Wielka Brytania (i jej kolonie) przestawiła się na nowy kalendarz w 1752 r., Rosja dopiero w 1918 r., a Arabia Saudyjska – w 2016 r.

Tymczasem meridian przybywało. Nie tworzył ich już Danti, którego papież w nagrodę mianował biskupem, ale znaleźli się następcy, tacy jak wspomniany już Cassini. Na początku XVIII w. Rzym pozazdrościł Bolonii i papież Klemens XI zatrudnił innego uczonego, Francesca Bianchiniego, do wykonania w 1702 r. pięknie zdobionej linii południkowej w rzymskiej bazylice Santa Maria degli Angeli e dei Martiri. Wciąż można tam oglądać wędrówkę plamki słońca. Potem meridiany powstały w Palermo, Neapolu, Padwie i kilku innych miastach we Włoszech. Zaczęto je też tworzyć poza Półwyspem Apenińskim, m.in. w Obserwatorium Paryskim oraz w angielskiej katedrze w Durham. W Polsce też mamy jedną taką linię południkową. Znajduje się w Wieży Matematycznej, górującej nad głównym gmachem Uniwersytetu Wrocławskiego. Jej twórcą był w 1791 r. niemiecki astronom i jezuita Longinus Anton Jungnitz. Niestety, instrument nie działa, ponieważ remontując gmach zniszczony podczas II wojny światowej, zamurowano otwór, przez który wpadało światło słoneczne.

01.01.2019 Numer 1/2019

Czytaj także

Reklama
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną