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Dov’è la stella polare?
Iniziamo il nostro lavoro distribuendo ai ragazzi una semplice mappa del cielo che riporti soltanto la zona circostante
la stella polare, di cui forniamo un esempio, ricordando che questo materiale è comunque reperibile in rete, come ad
esempio nel sito dell’Osservatorio Astrofisico di Arcetri.
Fig.1 - Polo nord celeste
In questo semplice schema facciamo notare ai ragazzi la presenza di una forma molto conosciuta, ovvero quella del
Grande Carro, asterisma della costellazione dell’Orsa Maggiore. In questa invitiamo i ragazzi a porre attenzione alle
due stelle più luminose (Dubhe e Merak ) che si trovano dalla parte opposta al timone. Prendiamo ora in
considerazione il segmento immaginario che le unisce e prolunghiamolo di circa 5 volte: andiamo così ad incontrare
una stella, non particolarmente luminosa, ma facilmente individuabile perché si trova in una zona piuttosto buia. Dalla
parte opposta si trova la inconfondibile doppia V della costellazione Cassiopea. Potremo riproporre questa
osservazione con un programma di simulazione al computer. Fra i tanti esistenti citiamo “Planetario” e “Stellarium”,
ma non dimentichiamo di invitare i ragazzi ad una osservazione dal vivo: ovvero suggeriamo loro di recarsi in un
luogo poco illuminato da luci artificiali, approfittando di una serata serena, e di cercare nel cielo quanto visto nel
“laboratorio virtuale” a scuola.
La rotazione del cielo e l’orologio notturno
Una volta che i ragazzi avranno preso confidenza con la posizione della Stella Polare e con le costellazioni più vicine
(in particolare Cassiopea ed il Grande Carro) li invitiamo ad una nuova attività. Per questa è necessario scegliere luogo
e momento adatti. Il luogo dovrà essere lontano il più possibile da luci artificiali, presentare un punto di riferimento
fisso (una grondaia, un albero, un palo dei fili elettrici, ecc…) e permettere di essere utilizzato per qualche ora durante
le ore notturne. Il momento più adatto è un periodo di vacanza, anche breve come un fine settimana, meglio
approfittare di vacanze un po’ più lunghe come quelle pasquali, oppure addirittura quelle estive, ma in questo caso
l’attività dovrà prendere avvio nella classe seconda ed essere poi sviluppato in terza.
I ragazzi dovranno munirsi di un foglio da disegno e di almeno tre matite di colore diverso. Dovranno trovare
posizione comodamente nel luogo individuato e, appena il buio sarà tale da permettere di individuare la stella polare,
dovranno realizzare un disegno schematico dove riporteranno:
-il riferimento fisso prescelto
- la stella polare
- la costellazione di Cassiopea
-Il grande Carro
-L’orario
Lo stesso disegno dovrà essere realizzato almeno tre volte nella stessa serata, utilizzando sempre lo stesso foglio, ma
cambiando ogni volta la matita, in modo da realizzare tre disegni sovrapposti che non si confonderanno fra loro perché
saranno contraddistinti dalle tre diverse colorazioni. Riportiamo un esempio di quanto dovrebbe risultare:
Una volta realizzati i disegni si inviteranno i ragazzi a commentarli in una discussione collettiva facendo porre loro
attenzione soprattutto nell’individuare quali sono gli elementi che rimangono costanti e quelli che variano. Dovrebbe
emergere con una certa facilità che la Stella non ha variato la propria posizione (in realtà sappiamo che questo non è
del tutto vero, ma nell’ambito di questo lavoro possiamo accettare questa affermazione), mentre tutte le altre stelle
hanno subito una rotazione (apparente, ma questo qui non importa, ricordiamo infatti che le nostre osservazioni si
basano su una visione geocentrica) in senso antiorario. Mostreremo a questo punto una simulazione accelerata di
questo fenomeno, ancora utilizzando uno dei programmi di simulazione al computer.
Verrà a questo punto abbastanza spontanei paragonare questo movimento (di cui avremo fatto notare la regolarità) a
quello di un gigantesco orologio, nel quale le lancette sono rappresentate dalle stelle del grande carro Dubhe e Merak,
infisse nel centro rappresentato dalla Polare.
Mostreremo ora un modello di orologio notturno facendo notare che proprio tale meccanismo celeste sta alla base del
suo funzionamento. l’immagine seguente presenta il famoso orologio notturno Della Volpaia conservato al museo
Galilei di Firenze.
Sarà possibile anche far realizzare ai ragazzi un modello di orologio notturno (o notturnale o notturlabio) seguendo le
istruzioni che si possono trovare in alcuni siti internet. Una volta realizzato tale strumento si potranno far esercitare i
ragazzi a determinare l’orario proiettando una immagine del cielo ottenuta al computer con il programma di
simulazione prescelto e verificando poi l’esattezza delle loro determinazioni.
Ripetendo più volte la simulazione della rotazione della volta celeste intorno al polo Nord celeste, dovrebbe scaturire
con una certa naturalezza la piena padronanza della definizione di “costellazioni circumpolari”: infatti si potrà notare
che soltanto alcune costellazioni hanno la caratteristica di non tramontare mai, ovvero di non scendere sotto la linea
dell’orizzonte, mentre la maggioranza si definiscono “occidue” perché invece sorgono e tramontano.
L’altezza come misura angolare; il quadrante di altezza
Questa attività richiede come nozione di base la definizione di altezza come misura angolare. Infatti i ragazzi di 12-13
anni concepiscono ancora l’altezza esclusivamente come una misura lineare. È necessario innanzitutto che venga
percepita la necessità di introdurre una nuova modalità di misurazione: Per questo basterà una riflessione che porti a
notare come oggetti molto lontani, o comunque inaccessibili, non possono essere misurati con in modo diretto;
potremmo procedere gradualmente, proponendo di voler ottenere la misura dell’altezza del tetto della scuola (in
questo caso qualcuno potrebbe suggerire di salire sul tetto e far calare una fune), per poi passare all’altezza di un
campanile (di nuovo si potrebbe suggerire qualche arrampicata più o meno acrobatica), quindi di un grosso albero, per
poi passare ad oggetti posti in cielo: una nuvola, un aereo che passa, ecc. Naturalmente sarebbe meglio se questa
attività potesse essere svolta in un ampio spazio aperto. Nel proporre le successive diverse misure si comincerà ad
indicare gli oggetti presi in esame allungando un braccio e “puntandoli” uno ad uno con il braccio teso; più
precisamente sarà opportuno mantenere un braccio allungato in direzione orizzontale (altezza zero) ed alzare l’altro
verso l’oggetto di cui si vuole misurare l’altezza, come mostrato nelle seguenti immagini.
È molto probabile che qualche ragazzo cominci a suggerire di utilizzare proprio l’ampiezza fra le braccia come misura
dell’altezza. Il passo successivo consiste nel suggerire l’opportunità di avere a disposizione un adeguato strumento di
misura. Un esempio può essere dato dal grande goniometro rappresentato nella seguente immagine:
Un altro strumento che suggeriamo di far realizzare ad ogni ragazzo è di facile ed economica realizzazione, pur
essendo, nelle sue caratteristiche funzionali, del tutto simile a strumenti prestigiosi come quelli si trovano conservati
nelle collezioni museali.
Ed ecco come realizzarlo:
Materiali necessari:
• un disco di cartone (di quelli usati come base per i dolci) di 18 cm di diametro;
• una fotocopia di un goniometro modificata e ingrandita opportunamente;
• una cannuccia da bibita (da utilizzare come"mirino");
• un doppio filo a piombo.
Costruzione:
• Tagliare a metà lungo un diametro il disco di cartone;
• Incollare su ciascuna faccia una copia del goniometro;
• Praticare un piccolo solco nel centro del goniometro, dove verrà incollato il punto di mezzo del doppio filo a
piombo;
• Incollare (anche con nastro adesivo) la cannuccia lungo il diametro.
Una volta che tutti i ragazzi avranno realizzato il proprio quadrante di altezza, potremo far eseguire loro alcune prove
per ottenere misure angolari di altezze di vari oggetti. Magari registrando più misure dello stesso oggetto per poi
calcolarne la media aritmetica. Se gli oggetti scelti non sono troppo lontani si potrebbe approfittare per far osservare
che allontanandosi o avvicinandosi all’oggetto la misura dell’altezza ottenuta tramite una misura angolare cambia.
Questo porterebbe ad aprire un tema di grande valore didattico, ma che in questa sede non si ritiene opportuno
introdurre.
L’altezza della Stella Polare e la latitudine
Ora che i ragazzi hanno preso confidenza con questo nuovo modo di misurare e con questo strumento possiamo
passare ad effettuare misure astronomiche. Faremo cioè “traguardare” la Stella Polare con il quadrante e ne faremo
determinare l’altezza. Con un modellino realizzato con una pallina di polistirolo espanso, un ferro da calza e poco più,
e mediante una interessante dimostrazione geometrica, come risulta dalle immagini:
Faremo ora riflettere i ragazzi sul fatto che, con la semplice determinazione dell’altezza della Stella Polare, abbiamo
potuto determinare la latitudine del luogo in cui ci troviamo. Lo faremo verificare facendo calcolare la media delle
misure effettuate e confrontando il risultato ottenuto con il noto valore della latitudine del luogo in cui ci troviamo.
Interessante sarà anche invitare i ragazzi a portare con sé questo strumento durante eventuali spostamenti nel corso
delle vacanze ed al ritorno verificare l’esattezza delle misure effettuate. Queste di solito forniscono valori di
rispettabile precisione, con tangibile soddisfazione dei ragazzi, risultando l’errore medio inferiore al grado d’arco.