Gnomone di Santa Maria del Fiore
Il Duomo di Firenze ospita, fin dalla sua costruzione, un grande strumento astronomico, uno gnomone che, con i suoi 99 metri di altezza, è il più grande del suo genere e che, con alterne vicende, è stato utilizzato in programmi scientifici per oltre 300 anni. Uno gnomone (dal verbo greco "gnomos" che significa "conoscere") è solitamente un palo, una colonna, un obelisco la cui ombra permette di misurare la posizione del Sole in cielo. Poichè il Sole è una sorgente estesa, l'ombra del vertice dello gnomone non è nitida, ma sfuma in una penombra mal definita. Il modo più efficace di aumentare il contrasto e sostituire l'ombra con la luce, e cioè usare, al posto del palo, un foro gnomonico, detto bronzina, come è stato fatto in S.Maria del Fiore.
La bronzina è una tavoletta in bronzo con un'apertura circolare al centro, posta sul bordo interno della lanterna della cupola, attraverso cui passa il raggio solare: si ottiene così sul pavimento un'immagine abbastanza nitida del Sole, molto più luminosa della superficie circostante. Secondo una lunga tradizione, confermata da recenti scoperte, l'autore dello gnomone fu Paolo dal Pozzo Toscanelli, che lo installò nella lanterna nel 1475. Esso doveva servire ad individuare il momento esatto del solstizio e quindi la durata dell'anno.
Gnomone e ombra riflessa
Ma uno gnomone così smisurato poteva essere utilizzato anche per un'indagine piu ambiziosa: determinare se l'eclittica, cioè il cammino apparente del Sole tra le stelle, si mantiene costante nel tempo. In termini moderni, ciò significa determinare se l'inclinazione dell'asse terrestre, sul piano orbitale, è costante. Nel 1754 il padre gesuita Leonardo Ximenes formulò un nuovo progetto di ricerca: egli si propose di misurare la piccolissima variazione dell'obliquità dell'eclittica, confrontando l'altezza del Sole al solstizio del 1756 con quella misurata nel 1510. Lo Ximenes riuscì effettivamente a misurare questa variazione, e raccomandò ai propri successori di replicare annualmente le misurazioni. Nel periodo che va da maggio a luglio è possibile eseguire osservazioni del passaggio del Sole alla linea meridiana di S.Maria del Fiore. L'Opera del Duomo predispone l'osservazione oscurando con dei teli le finestre della lanterna della cupola e lasciando libera solo una fenditura attraverso la quale i raggi del Sole possono illuminare la bronzina.I raggi che riescono a passare dal foro (di 40 mm di diametro) danno luogo ad un'immagine stenopeica del Sole, circa cento metri piu in basso, sul pavimento del transetto della Croce. Su questo pavimento si trovano i segni solstiziali posti da Toscanelli e la linea meridiana installata con grande perizia da Leonardo Ximenes nel 1765.Con le celebrazioni per il settimo centenario della fondazione della Cattedrale, si è ripreso ad osservare annualmente, senza alcuna velleità scientifica, il passaggio del disco solare sul pavimento della chiesa, grazie a tre osservazioni guidate da esperti scienziati, alle quali chiunque può partecipare gratuitamente. Così, anche se col progresso delle tecnologie astronomiche le misure non hanno più alcuna utilità tecnica, l'osservazione di questo strumento, un tempo molto preciso, mantiene intatto il fascino di un fenomeno che manifesta l'ineluttabilità del trascorrere del tempo.