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Il 4 novembre 1812 Carolina Bonaparte posa la prima pietra dell'Osservatorio Astronomico di Capodimonte.
L'istituzione dell'Osservatorio fu programmata in largo anticipo e con meticolosità. Nel 1809 si decise di scegliere un giovane e promettente astronomo da formare attraverso un soggiorno d'istruzione all'estero e a cui affidare poi la direzione della Specola. La scelta cadde su Federico Zuccari (1784-1817), che in quell'anno insegnava Geografia Matematica nel Collegio Militare. Il venticinquenne professore napoletano venne inviato presso la Specola milanese di Brera, dove rimase per circa due anni, per perfezionarsi sotto la guida dell'illustre astronomo Barnaba Oriani. Al suo rientro in città, in un primo momento egli attese ancora all'allestimento dell'Osservatorio di San Gaudioso, impiantando sulla terrazza del Belvedere del Monastero, grazie all'ausilio del meccanico Augusto Aehenelt , alcuni strumenti che aveva portato con sé dal soggiorno milanese. Tuttavia l'impresa non ebbe seguito, perché si riconobbe il luogo non idoneo alle osservazioni a causa della vicinanza delle luci della città e dell'instabilità del suolo. Fu così che nel 1812, essendosi decisa la costruzione ex-novo di un edificio espressamente dedicato a Specola - scelta del tutto nuova nel panorama italiano, dominato dalle "ristrutturazioni" -, iniziarono le ricognizioni per la scelta del sito. Infine, lo Zuccari scelse la collina di Miradois, un'altura vicina alla nuova reggia borbonica di Capodimonte, che prendeva il nome dalla villa cinquecentesca del marchese di Miradois, reggente della Gran Corte della Vicaria. La scelta si rivelò indovinata: nel 1817 Piazzi la approvò, e nel 1819 il nuovo direttore, il milanese Carlo Brioschi , diede la seguente delicata descrizione del luogo. L'edificio fu ideato dallo stesso Zuccari e l'architetto Stefano Gasse ne elaborò il progetto: un progetto grandioso e monumentale che mancava però di funzionalità, perché non contemplava i locali di studio e le abitazioni degli astronomi. Sia Barnaba Oriani, consultato per un parere, sia Giuseppe Piazzi non seppero approvarlo del tutto. A favore si pronunciò invece il barone Franz Xaver von Zach, astronomo di buona reputazione e fondatore della prima rivista astronomica internazionale, il "Corrispondance astronomique, géographique, hydrographique et statistique". Il von Zach aveva messo in contatto il costruttore tedesco Georg von Reichenbach (1772-1826), che con Joseph von Utzschneider, Joseph Liebherr e Joseph Fraunhofer era il miglior ingegnere e tecnico di strumenti ottici in Europa, con lo Zuccari, durante il soggiorno milanese di quest'ultimo, per l'acquisto di alcuni strumenti. I lavori iniziarono il 4 novembre del 1812, ma proseguirono molto a rilento e con eccessiva spesa, a causa della disonestà della ditta appaltatrice e dell'incapacità di Zuccari a gestire e controllare i fondi, tanto che, quando nel febbraio del 1815 il barone von Zach giunse a Napoli per curare l'installazione degli strumenti commissionati a Reichenbach, la fabbrica non era ancora completata. Intanto, tornati i Borbone dopo la restaurazione sancita dal Congresso di Vienna, re Ferdinando - ora I delle Due Sicilie -, in un piano globale di revisione urbanistica della capitale, decise anche di far riprendere i lavori della Specola, che tuttavia si interruppero nuovamente nel 1816 per mancanza di fondi. Finalmente, su invito del sovrano, nell'aprile del 1817 giunse a Napoli padre Giuseppe Piazzi, per esprimere un giudizio sullo stato delle cose e dare un suggerimento sul da farsi.
Il piano di Piazzi fu approvato e i lavori, stanziati i fondi con decreto del 27 giugno 1817, ripresero con nuova lena. Tuttavia, il padre teatino dovette faticare non poco ad affermare il suo concetto di utile sull'orientamento prettamente estetico dei tecnici locali. Nei primi mesi del 1819 si iniziò la sistemazione degli spazi esterni (piazzale, muro di cinta, fossato), si terminarono le stanze sotterranee e si provvide alla decorazione; nello stesso anno l'edificio fu solennemente inaugurato. Sul frontone dell'edificio monumentale campeggia ancora oggi l'iscrizione "FERDINANDUS I / ASTRONOMIAE INCREMENTO / MDCCCXIX" , e nell'atrio un bassorilievo di Claudio Monti raffigura Ferdinando incoronato da Urania, musa dell'astronomia, seguita da Cerere: esaltazione in chiave apologetica della dinastia borbonica. Terminata la fabbrica, alla Specola di Capodimonte iniziò l'attività di ricerca. Primo direttore, morto lo Zuccari nel 1818, fu Carlo Brioschi (1781-1833), milanese, "segnalato" al Piazzi da Barnaba Oriani. Con Brioschi, che fu alla guida dell'Osservatorio dal 1819 al 1833, gli astronomi Ernesto Capocci ed Antonio Nobile compirono nel 1820 la prima misurazione delle distanze meridiane di undici stelle e del Sole, e nel 1821 fecero le prime osservazioni meteorologiche.
Al Brioschi successe nel 1833 il nipote di Federico Zuccari, Ernesto Capocci (1798-1864), che già nel 1819 era stato nominato da Piazzi astronomo in seconda e che dal 1824 si era dedicato ad osservazioni cometarie, pubblicate nei "Commentarj" del 1826. Acquistò presto fama internazionale, e nel 1827 fu incaricato con padre Inghirami di Firenze, su proposta di Friedrich Wilhelm Bessel all'Accademia di Berlino, di partecipare alla compilazione della grande carta celeste, con l'assegnazione di una regione da osservare compresa tra -15° e +15° di declinazione e 18 e 19 ore di ascensione retta. Utilizzando il cerchio meridiano di Reichenbach, Capocci, con il suo aiutante Leopoldo Del Re , misurò in tre anni le posizioni di circa 7900 stelle e riscontrò la posizione relativa di alcune centinaia di stelle doppie.
Uomo di molteplici interessi, aperto anche agli studi letterari, convinto sostenitore di una scienza da divulgare per il progresso ed il benessere della comunità, Capocci fu anche letterato ed intellettuale impegnato politicamente sul fronte antiborbonico, e pagò questo suo aperto schieramento con la destituzione dall'incarico nel 1850. Fu sostituito da Leopoldo Del Re, che rivestì la carica fino al 1860 quando, con l'avvenuta unità d'Italia, Capocci fu reintegrato nel ruolo fino al giorno della sua morte, sopraggiunta il 6 gennaio del 1864.
Durante la direzione di Leopoldo Del Re , che è cronologicamente l'ultima dell'età preunitaria, era emersa la personalità di spicco di Annibale De Gasparis (1819-1889), direttore poi dal 1864 al 1889, che fu il maggiore protagonista della scienza astronomica alla Specola di Capodimonte negli anni Sessanta-Novanta. Furono anni difficili, con pochi fondi a disposizione ed un parco di strumenti non adeguato. La Specola napoletana, dotata inizialmente degli strumenti all'avanguardia per la pratica dell'astronomia di posizione, già alle soglie degli anni Cinquanta aveva mostrato di avere attrezzature ormai superate. In realtà gli astronomi di Capodimonte continuavano a muoversi sul filone classico dell'astronomia di posizione e rispondevano alla vocazione "pratica e quotidiana" del tipico Osservatorio ottocentesco: la misura e regolazione del tempo "civile", ossia l'indicazione del tempo esatto, e le rilevazioni di carattere meteorologico. Questo perché la cultura scientifico-astronomica a Napoli rimase a lungo legata ad una tradizione di studi matematici; l'apertura verso altre scienze, come ad esempio la chimica, non fu favorita: eppure, è proprio dagli interscambi tra matematica, chimica e fisica che nacque e si sviluppò a livello internazionale il nuovo settore dell'astrofisica. Con estrema lentezza e superando molte difficoltà, la Specola di Capodimonte s'inserì in un circuito di lavoro internazionale unicamente grazie alla geniale intuizione di alcuni personaggi di spicco. E' il caso di Arminio Nobile (1838-1897), che nel 1855 fu il primo ad ipotizzare le variazioni di latitudine a corto periodo, fenomeno che trent'anni dopo l'astronomo dell'Osservatorio di Berlino Küstner "riscoprì", attribuendosene il merito. In seguito a quest'episodio, Nobile pubblicò nel 1891 un saggio dal titolo Sopra una rivendicazione di proprietà scientifica . Egli lavorò in collaborazione stretta con Faustino Brioschi , Francesco Contarino e Filippo Angelitti , come lui protagonisti in quegli anni della ricerca astronomica a Napoli. Con loro, tra il 1893 ed il 1894 il direttore Emanuele Fergola eseguì una serie di osservazioni giornaliere in contemporanea con il Columbia College Observatory di New York, per determinare la variazione della latitudine a Napoli. Il Fergola, di formazione prettamente matematica, s'interessò di problemi d'astronomia a partire dagli anni Sessanta, collaborando con padre Angelo Secchi del Collegio Romano a misurare la differenza di longitudine tra Napoli e Roma e utilizzando in tale occasione per la prima volta in Italia il telegrafo per la trasmissione sincronica dei dati della ricerca. I risultati di questo lavoro furono pubblicati nel saggio Sulla differenza di longitudine fra Napoli e Roma determinata per mezzo della trasmissione telegrafica delle osservazioni dei passaggi . A lui si devono anche le prime ipotesi sull'esistenza del moto del Polo, presentate nella relazione dal titolo Determinazione novella della latitudine del Reale Osservatorio di Capodimonte.
Tale rimase l'orientamento degli studi astronomici a Napoli fino al 1912, quando, per il personale interesse del direttore Azeglio Bemporad (1912-1932) ci si incominciò ad interessare di astrofisica. Convinto che il settore astrofisico fosse ricco di sviluppi, Bemporad dovette lottare contro il tradizionalismo del mondo accademico. Alle soglie del primo conflitto mondiale la Specola napoletana è ai suoi primi passi nel settore astrofisico. La guerra e poi la difficile ripresa segnano una battuta d'arresto negli investimenti che porta ad un progressivo invecchiamento delle strutture ed impoverimento delle risorse umane e strumentali. Nel 1926, lo stesso Bemporad deve riconoscere che far funzionare l'Osservatorio con gli strumenti e gli uomini che si hanno a disposizione è impresa difficile, se non disperata, e che la concorrenza delle strutture europee ed americane è notevolissima. Da questa situazione di stallo, che si protrae a lungo, la Specola di Capodimonte esce a partire dagli anni Settanta del XX secolo, ed oggi può annoverarsi tra gli istituti internazionali più attivi e prestigiosi.
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