La realizzazione di un quadrante solare, nel suo completo sviluppo e con il suo particolare significato, è un evento indiscutibilmente rilevante ed affascinante: scienza e arte si trovano in comunione fra loro e il risultato è in grado di fornire un'intima e profonda soddisfazione. Si ha la percezione di avere dato forma ad un “oggetto” che la natura provvede ad animare.

Comunemente definiamo col termine "meridiane" tutti gli strumenti che indicano il trascorrere del tempo tramite l'ombra generata da uno stilo, ma in realtà questa definizione, pur accettata in senso estensivo, non è corretta. Le meridiane più propriamente, infatti, sono strumenti atti all’indicazione del solo mezzodì; i quadranti solari invece segnano tutte le ore possibili in dipendenza della loro esposizione.

L’epoca in cui viviamo ci ha portato a considerare l’orologio meccanico quale normale elemento della nostra vita quotidiana, anche se la sua introduzione e il suo utilizzo è relativamente recente. Per tanti secoli l’uomo ha osservato il Sole e le sue posizioni nel cielo ed ha regolato le proprie attività basandosi sugli straordinari fenomeni che accompagnano il suo moto apparente; alcuni popoli, poi, lo hanno considerato come una divinità, consapevoli che la loro stessa esistenza dipendeva dalla presenza di questa meravigliosa stella.

Ultimamente, stiamo assistendo ad un rinnovato interesse per gli orologi solari. La vita di oggigiorno è molto frenetica, ci scandisce i secondi. Per questo motivo molte persone sentono il bisogno di vedere scorrere il tempo con più tranquillità o di considerarlo come facevano i nostri avi, quando il lavoro si svolgeva basandosi sull’intervallo di luce disponibile e i giorni si misuravano in quarti d'ora o addirittura le persone si davano appuntamento in base alla lunghezza della propria ombra.
Mediante gli strumenti della Gnomonica, è possibile rappresentare sul quadrante il percorso del Sole, i punti del sorgere e del tramontare sull’orizzonte, l’altezza assunta dall’astro nel corso dell’anno, le date corrispondenti ai Solstizi e agli Equinozi ed il tracciato effettuato dall’ombra dello Gnomone in una data qualsiasi.
Per Gnomone, si indica un oggetto in grado di proiettare su di un quadrante la propria ombra; esso può essere realizzato in varie forme. Il termine, d’origine greca, significa «indice», «indicatore». Il più classico degli gnomoni è lo stilo infisso perpendicolarmente alla parete detto Ortostilo. Lo stilo è Polare quando è infisso in modo da essere parallelo all’asse terrestre.

Trattando d’orologi solari bisogna chiarire, cosa s’intende per “ora”. Parlando di ora, pensiamo istintivamente, come fatto naturale, all'ora civile che ritroviamo comunemente nei nostri orologi, in altre parole a quel sistema orario che nasce dalla divisione del giorno in 24 parti uguali, la cui numerazione inizia alla mezzanotte. Attraverso i secoli, invece, vi è stato un travaglio non comune per giungere a questa suddivisione; infatti, ancora ai primi dell’ottocento era in uso l’ora detta Italica. Il sistema “italico” o italiano fissava la fine del giorno e l’inizio del successivo al tramonto del Sole (ora zero). Tale criterio di suddivisione ebbe vasta diffusione da noi, tanto che sui muri di vecchie case o chiese si possono ancora vedere orologi solari, che segnano ostinatamente e fedelmente le ore italiche.
Furono gli Arabi, i primi a dividere il giorno in 24 ore uguali, secondo il sistema definito “equinoziale”; solo nel 18° secolo l’occidente eguagliò l’abilità di questo popolo in tema di quadranti solari.

Questo sistema come dice la parola stessa, considera le 24 ore che compongono il giorno tutte uguali indipendentemente da quando sorga o tramonti il Sole; esso si diffuse dapprima in Francia e in Germania tanto da esser chiamato anche Oltramontano o alla Francese, vincolato comunque al moto del Sole apparente.
Il passaggio dall’uno all’altro sistema dovette subire tra i popoli vicende alterne e travagliate, rese accettabili solo dalla scarsità di spostamenti. In Lombardia (austriaca) il passaggio al sistema alla Francese da quello italico, avvenne nel 1786: il Commissario Imperiale Austriaco decretò per il 1° dicembre di quell’anno la riforma del tempo, disponendo che, per motivi di praticità, fosse esteso a tutta la Lombardia.

I diversi metodi di misura del tempo appaiono evidenti dalla coesistenza su certi quadranti solari delle linee orarie dei due sistemi descritti, che creano un grande effetto d’elaborato costruttivo.
Adesso il sistema in vigore nel mondo è quello ad “ora civile”.

Ora Media  - Ora Vera  - Equazione del Tempo

Il quadrante solare, in quanto tale, dà un’indicazione oraria relativa al luogo in cui si trova quindi segna l’«Ora vera locale», valevole per quel preciso luogo, rispetto al quale si manifesta il moto apparente del Sole. L’indicazione degli orologi meccanici non corrisponde, se non occasionalmente, a quanto indicato dai quadranti solari per due motivi: il Fuso Orario e l’Equazione del Tempo.

Per comodità, la superficie terrestre è stata suddivisa in 24 Fusi Orari, cioè spicchi compresi tra due Meridiani distanti 15° che corrispondono ad un’ora. Tutto il territorio compreso in un Fuso ha convenzionalmente la stessa ora e precisamente l’ora del Meridiano mediano detto propriamente Centrale. Il Fuso Orario per l’Italia è il Fuso dell’Europa Centrale e il suo Meridiano Centrale ha longitudine 15° Est da Greenwich e passa per l’Etna.   

La separazione tra due Orologi Solari in senso Est-Ovest fa divergere i due orari in relazione alla distanza che li separa. Ognuno, infatti, indica la propria Ora Vera Locale: a ben riflettere, se è mezzogiorno a Brescia, non può esserlo simultaneamente anche a Torino.
Come detto, 15° di longitudine equivalgono a 1 ora di Tempo Medio; quindi un grado di Longitudine corrisponde a 4 minuti e, alla nostra latitudine, ad una distanza di circa 80 chilometri in direzione Est-Ovest.    

Quando un Orologio Solare indica le ore 12, è effettivamente il Mezzodì per quel punto geografico: il Sole è alla sua massima altezza sull’orizzonte per quella data e divide esattamente in due parti l’intervallo che intercorre tra alba e tramonto locali. Si dirà dunque che in quell’istante il Sole transita al meridiano superiore, cioè attraversa un ideale semicircolo che congiunge il Polo Nord e il Polo Sud passando per lo Zenit e che interseca la linea dell’orizzonte nel punto cardinale Sud.
La differenza di longitudine espressa in tempo fra il meridiano centrale del fuso e quello del luogo è una costante e viene chiamata “Costante Locale”. 

E’ possibile progettare il quadrante solare in modo che tenga conto della costante locale; in questo caso esso indicherà l’“Ora Vera del Fuso”. Questa è l’ora riferita al meridiano centrale del fuso: le ore 12 di tempo vero del fuso si verificano allorquando il Sole transita al meridiano dell’Etna. Riteniamo però che sia preferibile vedere e leggere sul quadrante l’ora solare vera locale.

Oltre al fattore geografico, ve n’è uno astronomico non trascurabile che crea una differenza di indicazione fra un Quadrante Solare ed un orologio a tempo civile.
Il Sole vero non attraversa il meridiano locale ad intervalli costanti di 24 ore ciascuno: innanzi tutto la velocità angolare del Sole nel suo moto apparente sull'eclittica intorno alla Terra non è costante nel corso dell'anno; in secondo luogo esso si sposta lungo l'eclittica, anziché sull'equatore celeste, e gli archi da esso percorsi giornalmente vanno proiettati su quest'ultimo circolo con l'effetto che le proiezioni di archi uguali sull'eclittica non risultano necessariamente uguali sull'equatore. La sovrapposizione di entrambi i fenomeni, la variabilità del moto angolare apparente del Sole, che è il riflesso dell'analoga mancanza d'uniformità del movimento annuo della Terra intorno alla nostra stella e della variazione della reciproca distanza, e l'obliquità dell'eclittica porta ad una differenza di oltre 61 secondi tra il giorno più lungo e quello più corto: la durata di un singolo Giorno Solare Vero può, allora, differire anche di 30 secondi rispetto al suo valore medio calcolato su un anno.
Le differenze, accumulandosi, portano a scarti tra il Tempo Medio e il Tempo Vero che variano da +14 minuti a -16 minuti circa.

L’invenzione degli orologi meccanici, necessariamente a marcia uniforme, la loro diffusione e la loro sempre maggior precisione, hanno indotto la società ad utilizzare il Tempo Solare Medio negli usi civili. La differenza tra Tempo Solare Medio (TSM) e Tempo Solare Vero (TSV) è chiamata Equazione del Tempo (ET):   ET = TSM - TSV

Per effetto di questo, si verifica che il mezzogiorno medio coincide con quello vero soltanto quattro volte all’anno, il 15 aprile, il 13 giugno, il 1° settembre e il 25 dicembre. Nelle altre epoche dell’anno il mezzogiorno medio ora avanza, ora ritarda sul mezzodì vero.         

Di seguito è riportata una tavola che indica, con passo di dieci giorni, la somma tra la Costante Locale e l’Equazione del Tempo calcolata per Brescia. Vi troviamo la differenza, in minuti e secondi, tra l’ora indicata dall’orologio meccanico e quella segnata dal quadrante solare ad Ora Vera Locale.

Esempio: il 1° Gennaio, quando l’orologio da polso indicherà le 12:22:24 di Tempo Civile, il quadrante solare segnerà il mezzodì vero locale. Non si deve dimenticare di togliere 1 ora, nel periodo in cui vige l’ora legale estiva. 

Effettivamente chi non è preparato trova difficile giustificare perché un quadrante solare, il 20 luglio, ad esempio, indica il mezzodì mentre l’orologio che indossa segna le 13:25.

Sull’orologio solare possono essere disegnale le linee diurne che dipendono dalla declinazione del Sole. Anticamente, l’eclittica venne divisa in dodici parti di 30° ciascuna, chiamate segni zodiacali; a questi vennero date le denominazioni tratte dalle costellazioni zodiacali che possiamo trovare disegnate sui quadranti per i periodi di validità di ognuno.

Descrizione quadrante e meridiana

Volendo descrivere pur sommariamente un quadrante solare possiamo dire che esso è composto da un'asta (talvolta sormontata da un disco forato che lascia filtrare un raggio di luce), la cui ombra colpisce la superficie sottostante, ed attraverso alcuni segni su di lei tracciati è possibile leggere l'ora.
Le ore sono segnate sul quadro mediante le rette numerate, quindi per conoscere l'ora è sufficiente guardare qual è il numero posto all’estremità della retta colpita dal raggio luminoso, oppure se nessuna retta è direttamente colpita, si calcola mediando fra quella prima e quella dopo il raggio luminoso.

Altre linee accompagnano le rette orarie sul quadro; si tratta delle curve degli Equinozi e dei Solstizi.

I Solstizi sono i giorni dell'anno nei quali il Sole raggiunge il punto più alto (Estate) e quello più basso (Inverno), ovviamente questo nell'emisfero Nord (boreale).
Pertanto, le curve che delimitano le rette orarie, sono appunto i due solstizi, e si ottengono  tracciando sul muro minuto per minuto il percorso del sole nei giorni del 21 Giugno (Solstizio Estivo) curva più in basso, ed il 21 Dicembre (Solstizio Invernale) rappresentato dalla curva vicino all’asta.
La linea degli equinozi è infine quella su cui cade il raggio luminoso nel giorno degli equinozi (21 Marzo e 23 Settembre), in cui il giorno e la notte ha la stessa durata, e si tratta di una retta variamente inclinata sull'orizzontale, (secondo l’orientazione della parete che riceve il quadrante solare rispetto ai punti cardinali).

Unitamente alle curve solstiziali ed equinoziali, molto spesso si possono trovare altre curve simili e comprese fra le precedenti (solstiziali).
Queste non rappresentano nient’altro che il passaggio del sole nelle 12 costellazioni dello zodiaco.

E’ bello pensare al Sole nella sua veste più genuina, simbolo della vita, generatore e fecondatore; immagini poetiche che ci collegano alla nascita e allo sviluppo della civiltà contadina.

In quest’epoca dominata dai computer, non c’è molto spazio per poesia e fantasia, bisogna allora operare per far sì che tutto questo non sia dimenticato. Inoltre, molti quadranti solari, che purtroppo raramente si possono osservare sulle pareti degli edifici, sono delle vere opere d’arte.