Opera Magazine
03/12/2025
L'Opera del Duomo: un laboratorio di scienza e ingegno
Come architetti, matematici e scienziati hanno aiutato l'evoluzione della scienza e della tecnica nei cantieri dei monumenti dell'Opera
La bellezza, la fede, la storia, i pensieri e i geni espressi dalla collettività fiorentina: chi osserva gli edifici monumentali dell’Opera di Santa Maria del Fiore rievoca tutto questo. Ma, nel corso dei suoi sette secoli di vita, dal tempo del libero Comune ai moti risorgimentali dell’Italia unita, passando per la grande stagione del Rinascimento, questi luoghi furono anche straordinari laboratori scientifici.
All’inizio del XIII secolo fu realizzata una ruota dello zodiaco nel pavimento del Battistero che, secondo le fonti antiche, non era solo una decorazione, ma parte di un orologio solare che segnava il solstizio d’estate! Non ci sono prove che esso sia mai realmente esistito, ma il fatto che a Firenze in quegli anni si fosse in grado di realizzare strumenti simili lo dimostra l’esistenza, nella chiesa di San Miniato, di un gemello del nostro, ancora in funzione. Servivano conoscenze astronomiche e capacità di calcolo geometrico evolute. D’altronde, gli edifici medesimi che gli uomini del tempo furono in grado di erigere ne sono la prova: lo stesso Battistero, con la sua doppia volta a piramide ottagonale e con la scarsella, un corpo aggiunto quando l’edificio era già completato!
In una città di mercanti, banchieri e, in generale, di imprenditori come Firenze, il “far di conto” era insegnato a molti fin dall’infanzia e aritmetica e geometria erano infatti insegnate nelle scuole di livello superiore come parte del cosiddetto “quadrivio” delle Arti Liberali, insieme alla musica e all’astronomia. Per questo tali discipline ricorrono più volte nel grande palinsesto delle attività umane rappresentato dal ciclo delle formelle in bassorilievo di Andrea Pisano e dei suoi discepoli nel Campanile di Giotto. Alcuni dettagli ci raccontano del livello tecnologico raggiunto dai nostri avi: si vedono astrolabi, sestanti, macchine tessili, attrezzi per la lavorazione del legno, della pietra e dei metalli, e strumenti musicali.
Un bagaglio che fu necessario agli architetti che, da Arnolfo di Cambio a Francesco Talenti, eressero la Cattedrale, facendone la chiesa più grande del tempo: un enorme corpo di pietre perfettamente disposte, a dar forma a campate gigantesche in altezza e profondità.
Ma nel sito di costruzione del Duomo il calcolo applicato all’architettura e alla meccanica fece un impressionante balzo in avanti nel Quattrocento. Questa evoluzione si manifestò soprattutto nel cantiere per la Cupola, all’ombra del suo geniale responsabile e artefice: Filippo Brunelleschi. La sua mente poliedrica spaziava dalla matematica alla geometria, dall’architettura alla meccanica applicata al teatro e alla costruzione di orologi. Su queste basi riuscì a realizzare la più grande volta in muratura del mondo e, in modo prodigioso e tutt’oggi in parte misterioso, a edificarla senza l’uso di centine.
Non bastarono un’intuizione e un modello: per portare a compimento la sua impresa, Brunelleschi diede vita al primo cantiere della modernità, dove ogni aspetto del lavoro era attentamente calcolato e dove, a servizio di circa sessanta operai, creò macchine innovative. Inventò le moderne gru rotanti e argani a diverse velocità. Lo studio dell’ingegneria e dell’architettura romana, condotto tra le rovine di Roma, lo portò a riscoprire l’ulivella, un particolare arnese metallico a coda di rondine indispensabile per il trasporto in quota dei grossi macigni, di cui l’Opera conserva ancora numerosi esemplari di varie dimensioni ed epoche.
Sappiamo dai biografi che ad affiancarlo, soprattutto dal punto di vista dei calcoli aritmetici e geometrici, fu Paolo dal Pozzo Toscanelli, il più importante matematico del tempo, nonché medico, cartografo e astronomo. Più di uno studioso ha riconosciuto la sua influenza nella geometria della Cupola: nella griglia di costoloni e anelli della sua struttura profonda sembra riflettersi lo schema di meridiani e paralleli delle mappe da lui disegnate e che, secondo alcuni, a fine secolo avrebbero ispirato Cristoforo Colombo nel viaggio verso le Americhe.
Ma non solo. Approfittando di un’architettura senza precedenti per dimensioni, nel 1468 Toscanelli vi installò il più grande orologio solare esistente, ideale evoluzione di quello che, secondo le fonti, era stato posto nel Battistero, consacrando definitivamente la Cupola come struttura “cosmica”: centro spirituale, spaziale e anche “temporale” della città.
Nell’oculo sommitale, a 90 metri dal suolo, collocò una lastra di bronzo con un foro del diametro pari a circa 1/1000 dell’altezza. Tra fine maggio e inizio giugno la luce del sole, penetrando da sud, attraversa il foro e proietta l’immagine del disco solare sul pavimento della tribuna nord. Qui, correndo lungo una meridiana, il giorno del solstizio il raggio luminoso si sovrappone a un disco marmoreo di 90 cm. Verificando con precisione la data del solstizio, lo gnomone consentiva di determinare anche la durata esatta dell’anno solare. Questo calcolo era fondamentale per mantenere allineati il calendario liturgico e quello civile con il ciclo astronomico, evitando le crescenti discrepanze prodotte dall’antico calendario romano ancora in vigore. Inoltre, l’orologio permetteva di verificare se l’inclinazione dell’asse terrestre si mantenesse costante: una questione dibattuta da secoli.
Nei decenni successivi alla morte di Toscanelli lo gnomone cadde in parte nell’oblio, finché nel 1754 il gesuita Leonardo Ximenes (1716-1786), grande astronomo e ingegnere, lo perfezionò per i suoi studi sull’eclittica.
Un secolo dopo (1859), durante i lavori di restauro della lanterna, la lastra di bronzo venne smontata e lo gnomone cessò di funzionare, ma nel 1864 Giovan Battista Donati, direttore della Specola, lo recuperò e lo rimontò, correggendone di poco l’altezza.
Ma torniamo indietro nel tempo, agli anni del completamento della Cupola e della consacrazione della Cattedrale. Nel 1443 fu posto in Duomo uno strumento d’ingegneria avanzata per l’epoca: Angelo di Niccolò progettò e collocò all’interno della controfacciata, a oltre 15 metri d’altezza, il grande orologio tutt’oggi esistente, il cui quadrante monumentale fu affrescato da Paolo Uccello. La sua forma peculiare vede una grande lancetta a forma di stella procedere in senso antiorario su un quadrante segnato da 24 ore, secondo il modello dell’“ora italica”. Sul suo funzionamento non si hanno fonti certe, perché del meccanismo originale, nascosto in un’intercapedine tra le due facciate e più volte modificato e ammodernato nei secoli, non sopravvive quasi nulla. Si ipotizza tuttavia che fosse mosso da un ingegnoso sistema di pesi e contrappesi. Non si può escludere, ed è anzi molto probabile, che intorno alla progettazione e alla realizzazione dell’orologio abbiano avuto un ruolo anche Brunelleschi, a sua volta straordinario costruttore di questi strumenti, e Paolo dal Pozzo Toscanelli.
Nei secoli successivi le vie della scienza continuarono a intrecciarsi con la storia della Cattedrale. Nel 1859 fu installato il primo parafulmine sulla sommità della palla del Verrocchio che sormonta la Cupola, il quale diede prova della sua straordinaria efficacia nel giugno 1885 proteggendo il Duomo da un potente bolide celeste, dopo secoli di danni subiti da questi fenomeni atmosferici.
Proprio nell’ambito dei lavori legati al parafulmine venne anche perfezionato lo gnomone di Toscanelli. I padri scolopi Filippo Cecchi e Giovanni Antonelli, rispettivamente fisico e inventore il primo, astronomo il secondo, entrambi membri dell’Osservatorio Ximeniano, colsero l’occasione per ripetere l’esperienza del pendolo di Foucault. Il pendolo fu fissato a 90 metri da terra sotto la lanterna della Cupola e oscillò sopra il pavimento del Duomo, tracciando un arco ben visibile che, col passare delle ore, mostrò una rotazione lenta del piano, dimostrando così che la Terra stava girando su sé stessa. L’esperimento fu ripetuto nel 1929, a cura di padre Guido Alfani, anch’egli direttore dell’Osservatorio Ximeniano, e poi di nuovo nel 1997, in occasione del settimo centenario della fondazione della Cattedrale. In quell’occasione l’esperimento si trasformò in un evento suggestivo, condotto da Umberto Eco, autore del celebre romanzo intitolato proprio Il pendolo di Foucault.
Pochi sanno poi che, nel 1912, Guglielmo Marconi, già vincitore del Premio Nobel, visitò l’Osservatorio Ximeniano di Firenze e rimase colpito dal lavoro del direttore, Padre Guido Alfani, già impegnato nell’utilizzo della trasmissione radio a distanza in ambito scientifico e sociale. Marconi lo incaricò di effettuare esperimenti di telegrafia senza fili… all’interno della Cupola! L’obiettivo era capire cosa accadesse alle onde radio quando venivano ricevute in un ambiente chiuso come la Cupola: fu un’applicazione pionieristica della radio in un contesto scientifico specifico.
Infine, pochi sanno che all’interno della Cattedrale è presente un grande macchinario scientifico. La Cupola è costantemente monitorata da almeno quattro secoli, con una precisione sempre maggiore e, attualmente, è presente un sistema di monitoraggio automatizzato che analizza, mediante decine di sensori — tra cui trasduttori di posizionamento, telecoordinometri, livellometri, sonde piezometriche, termometri e sismografi — le strutture della Cupola e del suo basamento.
Tra poco, anche questo sistema sarà sostituito da uno nuovo, attualmente in fase di realizzazione, molto più avanzato: la scienza non finisce mai di progredire e, con essa, la nostra storia.
