Faro

Un faro è una torre che porta una luce abbastanza in alto da essere vista lontano in mare aperto, per segnalare una costa, un pericolo o l’ingresso di un porto. In molti grandi fari una lente raccoglie la luce della lampada in fasci che ruotano e spazzano l’orizzonte, e il ritmo dei lampi dice al navigante quale luce sta vedendo. Le più antiche torri di faro scavate, sull’isola greca di Taso, risalgono al VI secolo a.C.; il faro di Alessandria, completato intorno al 280 a.C., fu il più grande e il più celebre dell’antichità.

Che cos’è

Un faro solleva una luce ben al di sopra del mare perché le navi la vedano da lontano. Segnala un capo, uno scoglio, un banco di sabbia o l’imboccatura di un porto. Di giorno è la torre stessa a fare da punto cospicuo; di notte subentra la luce. Il navigante che la avvista e la ritrova sulla carta sa dove si trova la nave, o almeno quale pericolo ha davanti.

I naviganti devono poter distinguere una luce dall’altra, perciò ogni faro importante ha la sua caratteristica: una luce fissa, oppure un ritmo stabilito di lampi e buio, talvolta colorato, che si ripete ogni tanti secondi. In cima a una torre classica, dentro una lanterna vetrata, un apparato ottico produce questa caratteristica. Al centro arde una sola lampada, una grande lente fatta di anelli e prismi di vetro raccoglie la sua luce in fasci stretti, e un meccanismo a orologeria fa ruotare la lente perché i fasci spazzino l’orizzonte.

Come funziona

Una fiamma libera manda la sua luce in tutte le direzioni, in buona parte verso il cielo o verso la torre, dove non serve a nessuna nave. Ci sono due modi per raccoglierla in un fascio orizzontale. Uno specchio di forma parabolica, con la lampada nel fuoco, riflette i raggi paralleli fra loro. Una lente invece li devia. Una lente in un solo pezzo abbastanza grande per un faro sarebbe enormemente spessa e pesante, così Augustin Fresnel tenne una lente centrale e sostituì il resto con anelli di vetro concentrici, ciascuno sagomato come la zona corrispondente della lente grande ma molto più sottile. Sopra e sotto questa fascia, anelli di prismi di vetro raccolgono i raggi che andrebbero verso l’alto o verso il basso e li riportano in orizzontale per riflessione all’interno del vetro. Basta una sola lampada.

Ogni pannello manda un fascio; mentre la lente ruota, ogni fascio che passa su una nave è visto come un lampo.

In una luce a lampi la fascia di lenti è divisa in pannelli, ciascuno con al centro un occhio di bue rotondo, una lente che raccoglie la luce in un unico fascio stretto. Una lente a otto pannelli manda otto fasci come i raggi di una ruota. La lampada resta ferma al centro mentre la lente le gira intorno, e ogni volta che un fascio incrocia una nave, la guardia in coperta vede un lampo, poi buio fino al fascio successivo. Il numero dei pannelli e la velocità di rotazione stabiliscono il ritmo. Nella prima lente di questo tipo, a Cordouan nel 1823, la luce si intensificava per qualche secondo una volta al minuto. Un peso appeso a un cavo dentro la torre muoveva un treno di ingranaggi, e il guardiano ricaricava il peso ogni giorno.

Una grande lente con il suo telaio può pesare diverse tonnellate, e su rulli girava lentamente. Dal 1890 il servizio dei fari francese la fece galleggiare: la tavola rotante poggiava su un galleggiante ad anello immerso in una vasca di mercurio, che reggeva il peso quasi senza attrito. A South Foreland, nel Kent, un’ottica che su rulli impiegava otto minuti per giro compì un giro completo in 40 secondi una volta messa a galleggiare. Divennero comuni lampi di tre decimi di secondo, a dieci secondi l’uno dall’altro.

Gli elenchi dei fari e le carte nautiche descrivono ogni caratteristica con un codice breve. Una luce fissa brilla senza interruzione. Una luce a lampi mostra in ogni periodo meno luce che buio, una luce intermittente più luce che buio, tanto da sembrare spegnersi per un attimo, e una luce isofase durate uguali. Lampi o eclissi possono essere raggruppati a due o a tre, e il periodo è il numero di secondi dopo il quale l’intero schema si ripete. Plinio il Vecchio aveva già visto il problema così risolto: un fuoco che arde di continuo nella notte può essere scambiato per una stella.

Come si fa

Un modellino da tavolo mostra come una lente che ruota produce lampi. Servono una piccola luce LED a pile, una lente d’ingrandimento o una lente piana di Fresnel in plastica, cartone rigido, un tondino di legno o una matita, una base pesante come un blocchetto di legno, colla e, se si vuole, un piccolo motore a pile con un elastico.

La lampada resta ferma sul tondino mentre la lente, alla sua distanza focale, gira con il disco.

Trovate prima la distanza focale della lente. Tenetela tra una finestra luminosa e un foglio di carta bianca e spostatela finché sul foglio compare un’immagine nitida e capovolta della finestra; la distanza fra lente e carta è la distanza focale. Piantate il tondino in verticale nella base. Ritagliate un disco di cartone un po’ più largo del doppio della distanza focale, foratelo al centro e infilatelo sul tondino, appoggiato su un piccolo collare di cartone, in modo che giri liberamente. Fissate il LED in cima al tondino, sopra il disco: la lampada resta ferma mentre il disco gira, come in un vero faro. Incollate sul bordo del disco una cornice di cartone che tenga la lente in piedi, rivolta verso l’esterno, con il centro all’altezza del LED e alla distanza focale da esso. Avvicinate o allontanate un poco la lente finché il fascio su una parete lontana è il più stretto possibile.

Fate buio e girate il disco lentamente a mano. Da qualche metro si vede un lampo ogni volta che il fascio passa. Una seconda lente sul lato opposto del disco dà due lampi per giro; due lenti affiancate danno un gruppo di due. Per motorizzarlo, fate passare un elastico da una piccola puleggia montata su un motore a pile attorno al bordo del disco, e rallentate con una puleggia più grande se i giri sono troppo rapidi. Cronometrate i lampi e annotate la caratteristica della vostra luce.

Usate solo pile e non collegate mai il modellino alla rete elettrica. Mettete le pile in un portapile vero, non lasciate che i fili scoperti si tocchino e togliete le pile alla fine. Non schiacciate, forate o scaldate mai una pila al litio. Tenete dita, capelli e vestiti larghi lontani dal motore e dall’elastico quando girano. Non fissate da vicino il fascio del LED. Non lasciate la lente al sole diretto: può concentrare abbastanza calore da appiccare un fuoco o danneggiare gli occhi.

Storia ed evoluzione

Le candidature di segnali più antichi, come un pilastro di pietra a Sigeo, vicino a Troia, che alcuni datano intorno al 1300 a.C., o i fuochi di segnalazione in Omero, sono discusse, perché è difficile dimostrare che servissero a guidare le navi. I fari più antichi di cui siano stati scavati i resti sorgono sui promontori di Taso, nell’Egeo settentrionale. Nel 1989 Tony Koželj e Manuela Wurch-Koželj, della Scuola francese di Atene, pubblicarono come fari tre torri rotonde sui capi dell’isola, fra cui la torre di Akeratos a capo Pyrgos, nota da tempo grazie all’iscrizione che porta. Il Centre d’Études Alexandrines data la torre di capo Phanari al VI secolo a.C. Era costruita in marmo grigio di una cava vicina, e lastre di arenaria poste al centro reggevano in cima un fuoco aperto. Il faro di Alessandria, completato intorno al 280 a.C. sotto Tolomeo II, era molto più grande e divenne il faro più celebre dell’antichità. Strabone spiega perché servisse: ai due lati del porto la costa era bassa e priva di punti di riferimento, con scogli e bassifondi al largo. Descrive una torre di pietra bianca a molti piani, offerta da Sostrato di Cnido «per la salvezza dei naviganti». Plinio il Vecchio riferisce che costò 800 talenti e che i suoi fuochi mostravano di notte alle navi i bassifondi e l’ingresso del porto. Aggiunge che ai suoi tempi fuochi simili ardevano a Ostia e a Ravenna. I terremoti danneggiarono il faro, e verso la metà del XIV secolo era in rovina. Nel 1480 il sultano mamelucco Qaitbay costruì un forte al suo posto, e i sommozzatori del Centre d’Études Alexandrines hanno poi recuperato statue dal mare accanto a esso.

La torre romana della Coruña, nel nord-ovest della Spagna, detta Torre di Ercole, risale al regno di Traiano (98-117 d.C.) o fu ricostruita allora. Dei suoi 55 metri, 34 sono di muratura romana, rivestita da un restauro diretto da Eustaquio Giannini dal 1789, e funziona ancora come faro.

Un fuoco di carbone arde in un cesto di ferro in cima a una torre.

Per secoli la maggior parte delle luci furono fuochi di legna o di carbone, oppure candele e lampade a olio dietro un vetro. Nel 1636 una torre dell’isola di May, all’imboccatura del Firth of Forth in Scozia, ricevette un fuoco di carbone in cima. L’apparato moderno cominciò con la lampada che Ami Argand mise a punto all’inizio degli anni 1780: il suo stoppino circolare, con l’aria che saliva dentro e fuori sotto un tubo di vetro, bruciava quasi senza fumo. Riflettori parabolici furono provati in Svezia dal 1738, con scarsi risultati perché le lampade non stavano nel fuoco, e sul Mersey, in Inghilterra, dal 1763. Nel 1790 Cordouan, su uno scoglio alla foce della Gironda, ricevette un apparato rotante di dodici riflettori parabolici con lampade di Argand, mosso da un orologio. Si rivelò debole e poco affidabile.

La grande svolta venne da Augustin Fresnel, un ingegnere che François Arago fece entrare nella Commissione dei fari francese nel 1819. Lenti a gradini erano già state proposte, da Buffon nel Settecento, ma Fresnel le fece costruire in pezzi di vetro separati, il che rendeva possibili le lenti grandi. Nel luglio 1823 la prima delle sue lenti fu accesa a Cordouan: otto pannelli di lenti a gradini intorno a una lampada a cinque stoppini concentrici, con sopra specchi e piccole lenti che mandavano all’orizzonte i raggi rivolti verso l’alto. In seguito prismi che riflettevano la luce dentro il vetro sostituirono gli specchi, e per decenni le officine francesi guidarono la fabbricazione delle lenti da faro. Gli Stati Uniti accesero la loro prima lente di Fresnel importata nel 1841, ma nel 1853 ne avevano solo cinque; la maggior parte dei loro fari fu dotata di lenti nel corso degli anni 1850. Léon Bourdelles, ingegnere capo del servizio dei fari francese, costruì nel 1890 il primo galleggiante a mercurio funzionante, un’idea che Fresnel aveva avanzato nel 1825.

L’ingegnere svedese Gustaf Dalén realizzò luci che non avevano bisogno di guardiano. Le sue lampade ad acetilene avevano un lampeggiatore che accendeva e spegneva la fiamma in una frazione di secondo e una valvola solare che accendeva il gas al tramonto e lo chiudeva all’alba, così che una luce poteva funzionare da sola per un anno. Ricevette il premio Nobel per la fisica nel 1912. Le lampade elettriche hanno poi sostituito olio e gas, e molte lenti di Fresnel sono rimaste in servizio intorno a esse.