con il cielo negli occhi

CON IL CIELO NEGLI OCCHI
Il lavoro che andiamo a presentare costituisce un approccio allo studio dell’Astronomia, basato sulla diretta
osservazione dei più appariscenti fenomeni celesti. Il percorso è stato collocato nella programmazione
didattica a cavallo fra le classi seconda e terza media, per permettere di utilizzare i mesi estivi per
effettuare le osservazioni che richiedono lunghi archi di tempo.
Il pretesto, ovvero il filo conduttore, utilizzato consiste nell’analisi delle principali necessità pratiche per le
quali nasce e si sviluppa in epoche assai remote, l’Astronomia: la misura del tempo ed l’orientamento: data
la enorme vastità dei temi (lo sforzo più grande che si è dovuto affrontare, è stato proprio quello di
circoscrivere al massimo gli argomenti da trattare; si sono quindi imposte delle scelte e quindi delle
rinunce) si è scelto qui di dare maggiore rilevanza alla misura del tempo, anche se sono previsti degli
accenni alle più immediate considerazioni riguardanti l’orientamento.
Un aspetto che ha avuto uno spazio privilegiato sono stati alcuni antichi strumenti astronomici (quadrante
di altezza, astrolabio, orologi notturno e solare ecc..). In questo modo si è potuta collocare anche una
consapevole visita alle collezioni del Museo di Storia della Scienza di Firenze, e la partecipazione alle attività
didattiche offerte dal Museo stesso.
Le osservazioni e le attività proposte e descritte di seguito hanno lo scopo di far osservare i mutamenti
della sfera celeste, giornalieri (diurni e notturni), mensili ed annuali, ponendo soprattutto in risalto la loro
regolare ciclicità, requisito essenziale perché questi potessero costituire una affidabile scala di misura del
tempo, che solo in tempi recenti ha ceduto il passo a criteri di altra natura.
INTRODUZIONE
Al fine di introdurre la chiave di volta dei temi trattati, ovvero le finalità dell’Astronomia, si sono utilizzate
due citazioni suggestive quanto autorevoli: la prima è tratta dalla Bibbia – libro della Genesi:
GENESI: In principio Dio creò il cielo e la terra. La terra era informe e deserta e le tenebre ricoprivano
l’abisso… Dio disse” Sia la luce!” e la luce fu. Dio vide che la luce era cosa buona e separò la luce dalle
tenebre e chiamò la luce giorno e le tenebre notte. E fu sera e fu mattina: primo giorno.Dio disse:” sia il
firmamento in mezzo alle acque , per separare le acque dalle acque”….Dio chiamò il firmamento cielo….Dio
disse :” vi siano luci nel firmamento del cielo, per distinguere il giorno dalla notte; servano da segni per le
stagioni, per i giorni e per gli anni e servano da luci nel firmamento per illuminare la terra” E così avvenne:
Dio fece le due luci grandi; la luce maggiore per regolare il giorno e la luce minore per regolare la notte, e le
stelle. Dio le pose nel firmamento del cielo per illuminare la terra e per regolare giorno e notte e per
separare la luce dalle tenebre. E Dio vide che era cosa buona. E fu sera e fu mattina: quarto giorno.
Si avverte forte in questo passo l’armonia e l’ordine che scaturiscono dalla creazione e dalla presenza di
riferimenti luminosi nel cielo: quella regolarità ed armonia che infondono sicurezza: la sicurezza che dopo il
buio della notte torna la luce del giorno e che dopo il freddo inverno rinasce, a Natale il “sole bambino”e
di nuovo tornano la primavera e l’estate…
Quella regolarità ed armonia che hanno consentito di trovare nei fenomeni celesti affidabili riferimenti per
la misura del tempo e l’orientamento nello spazio.
La seconda citazione è tratta dall’introduzione dalla Storia dell’Astronomia di G. Leopardi:
La più sublime, la più nobile fra le fisiche scienze ella è senza dubbio l’Astronomia. L’uomo si innalza per
mezzo di essa come al di sopra di se medesimo, e giunge a conoscere la causa dei fenomeni più straordinari.
Una così utile scienza dopo essere stata per molto tempo soggetta alle tenebre dell’errore ed alle follie degli
antichi filosofi, venne finalmente ne’ posteriori secoli illustrata a segno, che meritatamente può dirsi poche
esser quelle scienze, che ad un tal grado di perfezione siano ancor giunte. L’uomo può certamente vantarsi
di aver superati i maggiori ostacoli,che la natura oppor potesse al prepotente suo ingegno, ed esser quasi
giunto all’apice della sapienza. Gli uomini han fatto sempre grande stima della scienza degli astri. Lucrezio,
Orazio, Virgilio, Ovidio, ne han parlato come di una scienza poco meno che divina.
Che poi dovrà dirsi della necessità somma, in cui sono, di possedere l’Astronomia e i geografi e i cosmografi
e gli gnomonisti? Come sarebbesi potuta perfezionare la navigazione senza l’aiuto delle scienza degli astri?
Come render sicuro il commercio senza le osservazioni astronomiche? Come sarebbesi potuto riuscire
nell’agricoltura senza le interessantissime nozioni di astronomia che han servito a determinare i tempi
propri alle diverse rustiche operazioni?
Anche qui, come si vede, viene sottolineata l’importanza dell’Astronomia in particolare per le sue
applicazioni in navigazione e in agricoltura.
IL PERCORSO
Prima di iniziare lo svolgimento delle attività, ai ragazzi è stato distribuito un questionario di indagine
preliminare, al fine di registrare le conoscenze già possedute dai ragazzi; lo stesso questionario è stato loro
riproposto alla fine del percorso, così che ciascuno ha potuto procedere ad una autovalutazione del proprio
processo di apprendimento ed in generale ad una stima della ricaduta del lavoro svolto. Il questionario è
riportato in allegato (ALLEGATO n° 1), con le percentuali dei risultati ottenuti sia durante la prima che la
seconda somministrazione.
Nelle prime lezioni si è cercato di far acquisire confidenza con i più importanti elementi per l’osservazione
del cielo, quindi servendosi di un modello di sfera armillare costruito pezzo per pezzo davanti agli occhi dei
ragazzi si sono definiti: Lo zenit, il meridiano celeste, l’equatore celeste, l’orizzonte. Inoltre, utilizzando uno
spazi aperto, quale è il giardino della scuola, si sono introdotte le coordinate del sistema alto-azimutale,
essenzialmente con l’ uso delle braccia, andando a fornire così gli elementi del primo “alfabeto” per
l’osservazione del cielo.
Il percorso svolto si articola in alcune diverse attività che elenchiamo e descriviamo di seguito:
1) La misura del tempo nella giornata:
a) orologio solare
b) orologio stellare (o notturno o notturlabio)
a) Per quanto riguarda l’orologio solare non si è costruito un vero e proprio orologio solare, ma ci si è
limitati a osservare i cambiamenti della posizione del sole in cielo mediante la registrazione della
lunghezza e della direzione dell’ombra di uno stilo verticale. Nel giardino della scuola si è collocato un
grande “quadrante” orizzontale, in pratica un foglio di carta da pacchi appoggiato in terra, posizionato
rispetto a punti di riferimento fissi, in una zona ben illuminata dal sole per tutto l’arco della giornata e
dell’anno, su questo è stato posto uno “stilo” verticale di lunghezza appropriata (circa 15 cm) perché
non producesse ombre troppo corte o troppo lunghe; l’attività si è svolta in un giorno della settimana
in cui la classe si tratteneva a scuola anche nelle ore pomeridiane, per permettere di effettuare delle
rilevazioni più complete rispetto alle sole ore del mattino; le rilevazioni sono state effettuate per tutta
la giornata, ad intervalli di un’ora circa (al suonare della campanella) per quattro volte durante un
anno solare, ovvero nei momenti astronomicamente significativi: equinozi e solstizi.
In questo modo abbiamo ottenuto una registrazione del cammino del sole, non solo durante la giornata,
ma anche nel corso dell’anno: l’attività quindi permette, oltre a mostrare il “meccanismo” che si trova alla
base del funzionamento di un orologio solare, anche di comprendere ed analizzare alcuni fenomeni meno
noti, e talvolta oscurati da preconcetti sbagliati : ad esempio notare che il sole non sorge sempre nello
stesso punto dell’orizzonte, ma anzi che questo cambia da un giorno all’altro, e che soltanto in due giorno
l’anno sorge e tramonta esattamente ad est ed ad ovest, cosa che molti credono vera per tutti i giorni
dell’anno.
Il grafico ottenuto con questa attività permette anche di individuare il momento in cui l’ombra è più corta,
che corrisponde al momento in cui il sole è più alto nel cielo, ovvero “culmina” sull’orizzonte: questo
momento divide in due parti uguali il cammino diurno, e si colloca quindi a metà del giorno: da qui la parola
meri-dies, ovvero mezzogiorno.
b) Passando all’orologio notturno, in questo caso ci si è serviti di mappe del cielo (ottenibili ad esempio
dal sito dell’Osservatorio Astrofisico di Arcetri), e di un programma al computer di simulazione della
configurazione e dei moti della sfera celeste. Dopo aver descritto come individuare la Stella Polare, tramite
l’allineamento delle stelle Dubhe e Merak (α e β del grande carro), si è mostrato la rotazione della sfera
celeste attorno alla stessa, e quindi si è descritto l’uso dell’orologio notturno, facendo usare ai ragazzi le
copie di cartoncino presenti come dotazione del laboratorio di scienze della scuola.
I ragazzi hanno quindi effettuato delle osservazioni dal vero della rotazione della sfera celeste intorno alla
Polare, come descritto nella scheda operativa distribuita loro (vedi ALLEGATO N° 2).
Ed ecco un esempio di disegno elaborato dai ragazzi:
L’orientamento:
c) individuazione dell’asse Nord-Sud
d) determinazione della latitudine
a) per quanti riguarda la determinazione dell’asse Nord –Sud si sono indicate due diverse modalità: una che
si serve delle linee tracciate dal cammino diurno del sole, l’altra che si serve della Stella Polare.
Infatti con l’attività vista precedentemente, che prevede di tracciare le linee delle ombre di uno stilo
verticale, è possibile tracciare una linea retta unendo tutti i punti dati dall’ombra più corta di ogni arco, si
ottiene così una linea perfettamente allineata con l’asse Nord-Sud: una linea meridiana. La linea così
tracciata si può discostare in misura maggiore o minore dalla linea Nord-Sud individuabile per mezzo di una
bussola: è uno spunto per parlare della declinazione magnetica!!
Di notte, invece sarà sufficiente individuare la Stella Polare e abbassare da questa una linea verticale
immaginaria fino all’orizzonte: la direzione indicata è il Nord.
Anche per lo svolgimento di questa attività è stata distribuita ai ragazzi una scheda operativa (vedi
ALLEGATO N° 3)
b) Direttamente da quest’ultima attività scaturisce la possibilità di determinare la latitudine del luogo in cui
ci troviamo: infatti l’altezza sull’orizzonte della stella polare fornisce direttamente questo dato (per tutti i
luoghi posti nell’emisfero boreale): per svolgere questa attività i ragazzi hanno costruito dei semplici
quadranti di altezza realizzati con un disco di cartone (di quelli usati come base per i dolci), una cannuccia
da bibita, una fotocopia ingrandita di un goniometro e due fili a piombo. I quadranti così realizzati hanno
seguito i ragazzi durante tutti i loro spostamenti nelle vacanze estive, quindi confrontati al loro rientro a
scuola (V. ancora ALLEGATO N° 3).
Prima di procedere alle misure di altezza della stella Polare si sono effettuate delle prove di misure di
altezza nel giardino della scuola: non dimentichiamo infatti che per dei ragazzi di 12 anni non è immediato
comprendere che una altezza si può misurare mediante una misura angolare, ma sono invece saldamente
convinti che una altezza è sempre data da una misura di lunghezza. Per esempio si è “materializzato” l’
angolo che ha vertice in corrispondenza di un occhio, ed i lati passanti per la punta del pollice e del mignolo
della mano aperta col braccio teso, servendosi di uno spago.
Da questo si è potuti passare a misure effettuate con strumenti tarati, come quello di seguito raffigurato,
che presenta due goniometri: uno sul posto sul piano orizzontale, che permette di effettuare misure di
azimut, ed uno posto su un piano verticale, per effettuare misura di altezza:
fino ad utilizzare il quadrante di altezza costruito dai ragazzi stessi:
3) Le fasi lunari:
Anche se non strettamente legata alla collezione di strumenti presenti al Museo di Storia della Scienza, non
poteva mancare in questo contesto una attività riguardante la nostra più prossima “vicina di casa”: la luna,
appunto: parlando della misura del tempo come infatti non soffermarsi su una riflessione che riguarda la
misura di una arco di tempo superiore al giorno: il mese? E come non ricordare che i primi calendari, riferiti
ad un’epoca in cui mancava lo stesso concetto di anno, erano di tipo lunare, così come sono ancora oggi in
alcuni paesi? E come trascurare il profondo legame fra la datazione della Pasqua, (festa per molti
misteriosamente “mobile”), e le fasi lunari?
Ecco quindi che si è proceduto a svolgere delle osservazioni che sono state compiute con regolare
sistematicità tutti i giorni per una intera lunazione (circa 29 giorni). Anche per lo svolgimento di questa
attività i ragazzi hanno seguito le indicazioni riportate in una scheda operativa (vedi ALLEGATO N° 4).
Si seguito si riportano degli esempi dei disegni elaborati dai ragazzi.
Al termine delle osservazioni sistematiche effettuate dagli alunni si è proceduto a svolgere una lezione
riassuntiva e chiarificatrice utilizzando una pallina di polistirolo (va bene qualunque tipo di palla purché
bianca o di colore uniforme), e, nel giardino, durante una giornata di sole pieno si è simulato il movimento
della luna intorno alla terra: posti i ragazzi raggruppati al centro, l’ insegnante, tenendo la pallina in mano
Ha ruotato intorno a loro, facendo osservare la porzione di luna illuminata via via visibile da loro. Come casi
particolari si sono simulate le due posizioni riferibili alle eclissi. Rispettivamente di sole di luna. Da non
sottovalutare, durante questo tipo di osservazione, l’ importanza di insistere sul fatto che non si deve mai
guardare il sole direttamente, e di prendere quindi tutte le necessarie precauzioni.
Spesso i ragazzi sono convinti che sia sufficiente un paio di occhiali da sole, questa convinzione è sbagliata
e pericolosa.
4) L’anno solare ovvero lo spostamento del sole lungo l’eclittica:
Fra le attività proposte è senz’altro questa la più complessa: si tratta di far acquisire, per via sperimentale,
la consapevolezza che il sole non conserva nel corso dell’anno la stessa posizione rispetto alle stelle fisse,
ma compie un percorso, traccia una linea, passa attraverso una serie di costellazioni: quelle poste lungo
l’eclittica, appunto.
Anche per questa attività i ragazzi hanno ricevuto delle mappe del cielo ed una scheda di osservazione (vedi
ALLEGATO N° 5): l’attività richiede dei tempi di osservazione molto lunghi (almeno due mesi), pertanto è
stata suggerita come lavoro per le vacanze estive: un modo diverso per passare qualche serata, magari
coinvolgendo familiari ed amici.
Di seguito qualche disegno, frutto delle osservazioni dei ragazzi:
Al rientro a scuola le osservazioni svolte sono state analizzate e confrontate con le immagini ottenibili con il
programma di simulazione “Planetario”; al termine i ragazzi hanno imparato come è costruito un Astrolabio
(proiezione su una superficie piana di una sfera armillare) di cui successivamente hanno appreso l’uso.
LA VISITA AL MUSEO DI STORIA DELLA SCIENZA
Quando i ragazzi avevano già una certa dimestichezza con strumenti quali un quadrante o un notturnale,
per averli costruiti e utilizzati direttamente nelle loro osservazioni astronomiche, la classe si è recata in
visita al Museo di Storia della Scienza. Prima di accedere ai locali espositivi del museo, la classe ha
partecipato a un incontro con un operatore didattico museale con il quale ha potuto scoprire che quegli
stessi strumenti da loro realizzati erano utilizzati già nel corso del Cinquecento. Attraverso repliche degli
strumenti originali, distribuite a ciascun ragazzo, la classe ha potuto scoprire come la maggior parte di
questi strumenti venisse impiegata per le osservazioni astronomiche, come pure per le rilevazioni del punto
nave in alto mare; per le misurazioni delle distanze e delle altezze degli edifici e per la costruzione
prospettica di scenografie per le feste e rappresentazioni di corte. Al termine dell’incontro, nel corso del
quale ragazzo i ragazzi hanno potuto utilizzare un astrolabio per misurare l’altezza di una stella, ma anche
per calcolare l’altezza di una colonna misurandone l’ombra, la classe si è trasferita nelle sale del museo, per
osservare numerosi strumenti per la misura del mare, del cielo e delle terre: astrolabi, quadranti, compassi
, orologi solari e notturni e confrontarli con le repliche che avevano imparato a usare nel laboratorio.
Oltre al Museo di Storia della scienza la classe si è recata, nella stessa mattinata, a vedere l’orologio solare a
ore canoniche posto sul Ponte Vecchio.
LA VISITA AL PLANETARIO. Al termine di tutte le attività svolte e qui descritte, la classe si è recata al
Planetario, dove ha assistito a una lezione tenuta da un operatore che, essendo stato precedentemente
contattato dall’insegnante, pur non direttamente coinvolto nel presente progetto, ha svolto una lezione
che ha ricalcato, riassunto e consolidato quanto descritto fin qui.