29/03/2022

Gabinet de curiositats: 23. L'heliògraf

 L'heliògraf un aparell que “enregistra” la llum solar sense electricitat.

En aquest nou capítol del Gabinet de Curiositats, oblidem per un moment la grisor per descobrir un instrument estrany: l'heliògraf. Posa't les ulleres de Sol, posa't còmode al costat de la finestra i comencem.

 Clic per engrandir. Un heliògraf davant del Sol ponent. Crèdit: U.S. Department of Energy

Avui potser més que mai, no hi ha dubte que la meteo  i, en menor escala, el clima tenen un paper fonamental en les nostres vides. Capaces de promoure la proliferació de la vida o, per contra, d'escurçar-ne el progrés, les variacions meteorològiques van ser sens dubte entre els primers senyals que els humans van aprendre a utilitzar per interpretar i predir el seu entorn. I a mesura que anàvem evolucionant, van començar a sorgir noves maneres de mesurar per quantificar-les millor. Mig mil·lenni abans de la nostra era, els antics grecs van traçar els primers esbossos del que avui en dia anomenaríem pluja. L'any -400, els indis van instal·lar contenidors destinats a recollir la pluja al voltant de les seves cultures per obtenir una millor apreciació de les condicions i les limitacions a les quals haurien d'adaptar-se.

10 anys de la vida del Sol en vídeo. Durant els 10 anys del seu satèl·lit d'observació solar SDO,
la NASA publica un magnífic time lapse que cobreix gairebé tot un cicle d'activitat solar. Mira
com
a nostra estrella fulmina, vibra, gira i també disminueix amb el temps. Un vídeo que no et
cansaràs de veure.

Els primers mitjans de termometria es van imaginar a l'inici de la nostra era, després es van desenvolupar entre els segles XVI i XVIII per finalment donar a llum els termòmetres moderns el 1724. El 1802, el nefròleg Luke Howard va proposar una nomenclatura per classificar els núvols. També s'observen escrupolosament els episodis de neu i calamarsa, es mesuren les pedregades i s'informa dels resultats. Però el Sol, per la seva banda, es manté recalcitrant a aquests exàmens detallats. Com quantificar la durada diària del sol sense mantenir els ulls constantment enganxats a un cel esquitxat de núvols? Com estimar la seva intensitat sense perdre la retina ? La solució la proporciona un celtista extravagant de nom John Francis Campbell, l'any 1853.

El Highlander i el Sol

Tot i que descendia d'una família adinerada de terratinents, John Campbell va viure una joventut molt diferent de la que solen viure els nens del seu entorn social. El seu pare demòcrata el posa sota la tutela d'un gaiter al costat del qual aprèn la cultura i la mentalitat de les Highlands, un patrimoni que defensarà amb fervor al llarg de la seva vida. Insaciablement curiós i un gran aventurer, John Campbell va aprendre a parlar vuit idiomes, va viatjar pel món i va explorar tant la cultura com la ciència. Si va adquirir la seva fama convertint-se en un brillant col·leccionista de contes gaèlics (donant així a la tradició oral l'oportunitat de conservar-se per escrit), va i ho heu endevinat; meteorologia.

Criat com un pur Highlander, John Francis Campbell va defensar el seu patrimoni cultural al
llarg de la seva vida. Crèdit: Royal Collection Trust

No obstant això el 1853, John Campbell va tenir una idea: registrar la llum solar aprofitant la mateixa energia del Sol. El seu invent és senzill -consisteix en una simple esfera de vidre col·locada en un bol de fusta- , però la seva elegància rau en el seu enginy. A mesura que es mou pel cel, el Sol projecta els seus raigs sobre l'esfera, que els concentra com una lupa. El feix de llum intens que resulta que crema la llenya de manera més o menys marcada en funció de la quantitat de llum solar, traçant així un arc (un heliograma) en el bol a mesura que avança el dia. Col·locat en un lloc prou obert perquè no s'obstrueixi la llum, l'aparell permet així registrar la durada i la quantitat d'insolació al llarg de les setmanes i mesos, calcinant progressivament l'interior del bol.


Clic per engrandir. En passar per l'esfera de vidre, els raigs del sol s'ajunten en un punt focal i cremen
la fusta horitzontalment durant tot el dia. Veiem clarament en aquest exemple de l'heliògraf de Campbell
que l'insolació era menor al desembre (part superior del bol), en comparació amb el juny (ens acostem
al centre del bol a mesura que el sol surt cap al zenit). Crèdit: The Board of Trustees of the Science Museum
 

L'heliògraf de Campbell-Stokes

Campbell va fer centenars de mesures amb el seu "rellotge de sol d'enregistrament" (actualment respon més fàcilment al nom d'heliograph). El va provar, el va perfeccionar, el va portar a Egipte per posar-lo a prova del Sol abrasador, després va recopilar els seus resultats en un informe encarregat per la Cambra dels Comuns el 1857. Malgrat l'èxit del seu invent, però, va ser una mica frustrat per la seva falta de precisió. Un derivat del seu dispositiu en funcionament a l'Observatori de Greenwich utilitza un bol metàl·lic en el que es col·loca una tira de teixit impermeabilitzat i després es canvia diàriament, proporcionant així un resultat molt més clar i detallat. Campbell, inspirat en aquesta iteració, va experimentar amb diferents tipus de materials, però va ser un matemàtic i físic qui donaria a l'heliògraf la forma que coneixem avui dia.

Clic per engrandir. Una versió recent de l'heliògraf Campbell-Stokes a Skierniewice,
Polònia. Crèdit:
Witia

Potser ja heu sentit el seu nom. Es troba, entre d'altres, en el nombre de Stokes, la llei de Stokes o les equacions de Navier -Stokes. Un altre investigador brillant va ser Sir George Gabriel-Stokes, aquesta vegada en el camp de la mecànica de fluids, l'òptica i la  geodèsia. El 1879, va proposar la seva pròpia millora de l'heliògraf de Campbell. L'esfera de vidre està muntada sobre un eix semicircular que permet ajustar la seva orientació segons la latitud de l'usuari. Entre l'esfera i l'eix, una mitja lluna metàl·lica amb tres osques acull les tires de paper que serviran per registrar la radiació solar. Cada osca permet col·locar el paper segons la distància a l'equador de l'usuari, i es poden utilitzar tres tipus de tires segons l'estació (i per tant la posició del Sol al cel), proporcionant així un heliograma d'alta precisió.

L'heliògraf encara brilla

Tingueu en compte, però, que malgrat aquestes millores, el dispositiu continua sent imperfecte. A l'alba i al capvespre, els raigs solars travessen una major part de l'atmosfera i s'atenuen tant que no aconsegueixen deixar la seva empremta en el paper. La mesura de la llum solar també es pot veure molt degradada per un cel molt canviant i a les regions polars, la utilitat de l'heliògraf es veu ràpidament compromesa quan l'esfera està coberta amb una gruixuda capa per la gelada. 

Clic per engrandir. Aquesta fotografia d'un heliògraf congelat a l'observatori del Turó de l'Home va
servir de postal de Nadal al Servei Meteorològic de Catalunya l'any 1933. Crèdit: Servei Meteorològic
de Catalunya, Cartoteca de Catalunya, ICC.

No obstant això, malgrat tots aquests inconvenients (per als quals s'han trobat solucions més o menys satisfactòries al llarg del temps), l'heliògraf de Campbell-Stokes continua sent avui molt utilitzat i aporta dades valuoses als camps de la meteorologia, l'energia o fins i tot l'ecologia. L'any 1964, l'Organització Meteorològica Mundial (OMM) el va convertir en l'heliògraf de referència provisional per a tots els països membres i va proporcionar una llista d'indicacions per normalitzar-ne l'ús i la lectura. Als pols, el gravador solar s'acompanya ara d'un sistema de calefacció propi per lluitar contra els vents gelats. Així que assegurem-nos que nosaltres també hi guardem un lloc assolellat a les prestatgeries del nostre Gabinet de curiositats.


Clic per engrandir. Ens veiem ben aviat per a un nou capítol del Gabinet de Curiositats. Crèdit imatge superior: nosorogua, Adobe Stock    

Veure: 

Anterior: 22 Què són els fantasmes mèdics?

Següent: 24 L'estranya moda dels plats radioactius


Ho he vist aquí.