L’OSSERVAZIONE DEL CIELO DURANTE L’ESTATE
E’ qui riportato il testo distribuito agli studenti alla fine della classe prima che servirà
loro da guida per l’osservazione del cielo durante i mesi estivi.
Si tratta dell’ultima versione elaborata dall’insegnante (estate 2006) in cui si è
cercato di migliorare quegli aspetti che avevano dato esiti poco soddisfacenti all’inizio
dell’anno scolastico 2004/05, quello cui si riferisce la documentazione dell’esperienza.
INDICAZIONI DI LAVORO PER L’ESTATE- CLASSE PRIMA
Queste indicazioni ti guideranno nell’OSSERVAZIONE DEL CIELO.
Devi annotare con cura in un quaderno tutte le osservazioni svolte; ogni volta
dovrai specificare la località, la data e l’ora dell’osservazione!
IL quaderno che avrai redatto lo consegnerai all’insegnante all’inizio della classe
seconda e sarà oggetto di valutazione.
Il quaderno deve essere piccolo e devi portarlo con te in ogni località dove ti
recherai durante l’estate.
Questo impegno estivo che ti viene richiesto è assolutamente indispensabile per
seguire bene fin dall’inizio il tema che tratteremo il prossimo anno.
Leggi subito, alla fine della scuola, i paragrafi 1 e 2 e comincia subito a fare le
osservazioni descritte in essi. Leggi il paragrafo 3 verso il 20-25 giugno iniziando a
fare le osservazioni in esso descritte.
Una volta fatta un’osservazione scrivila subito, o il prima possibile, sul quaderno.
La lettura del paragrafo 4 è facoltativa; in esso ti viene spiegato cosa vuol dire
“essere nato sotto il segno di…”
1 - La sfericità della Terra
Nel corso del passato anno scolastico abbiamo visto che gli uomini, fin dall'antichità, si
sono resi conto che la Terra è sferica; Non c'è bisogno di contemplare la Terra dallo
spazio per capire che non può essere piatta; durante il periodo estivo potrai fare tu stesso
alcune delle osservazioni che ci fanno capire che la Terra è sferica. In particolare:
- guardando l'orizzonte si ha la netta impressione che esso sia incurvato, specialmente
se ci troviamo in riva al mare;
- se ci troviamo su una spiaggia, o in mare aperto, e osserviamo una nave all'orizzonte
che si muove verso di noi, la prima cosa che scorgiamo sono gli alberi, le ciminiere,
le parti alte e solo dopo lo scafo;
- durante le eclissi di Luna, l'ombra della Terra proiettata sulla Luna è circolare (se non
sarà possibile osservare direttamente un’eclissi di Luna dovrai cercare alcune
fotografie su libri o in internet);
- quando saliamo su una montagna, l'orizzonte aumenta d'ampiezza col crescere
dell'altitudine del punto di osservazione.
- I Greci, che erano grandi viaggiatori, avevano notato che nel cielo dell'Egitto
apparivano stelle che in Grecia erano invisibili. Il filosofo Anassimandro (VI secolo a.
C.) fu forse il primo a sostenere che proprio per questo motivo la superficie terrestre
doveva essere in qualche modo curva.
2 – La rotazione giornaliera del cielo
Le osservazioni proposte in questa sezione hanno lo scopo di farti percepire che tutto ciò
che è in cielo si muove da est verso ovest. Sicuramente sai già che non è il Sole a
1
muoversi ma la Terra a girare intorno al Sole; quello che ti viene qui richiesto è di non
tener conto di questa informazione e di provare a guardare il cielo come lo guardavano
gli uomini dell'antichità (il cielo non è cambiato da allora, tranne che per il fatto che lo
possiamo vedere solcato da aerei, da satelliti artificiali, o per il fatto che l'illuminazione
delle città lo "inquina"); questo "guardare il cielo" ha lo scopo di farti capire quanto fosse
sensata la rappresentazione del mondo che gli antichi si erano costruita, sensata proprio
perché basata sull'osservazione.
Come guardare il cielo?
Prima di tutto potresti provare, aiutandoti con una carta del cielo, a individuare qualche
costellazione e a ritrovarla sera dopo sera. Forse ti avranno già insegnato a riconoscere il
Gran Carro (nella costellazione dell’’Orsa Maggiore, in latino Ursa Maior), il Piccolo
Carro (Ursa Minor) e a individuare la Stella Polare; facile da individuare è anche
Cassiopea (una specie di W). Potresti imparare a riconoscere alcune singole stelle
particolarmente luminose: Vega, Arturo, Antares, Spica: per fare questo dovrai aiutarti
con una carta del cielo. Se ti trovi in vacanza al mare o in una zona lontana dalla città
abbastanza aperta, potresti, con un po' di pazienza, riuscire a osservare anche alcune
costellazioni: la Vergine, la Bilancia, lo Scorpione, il Sagittario, il Capricorno1. Se sei in
città bisogna che tu ti faccia accomapagnare, almno qualche volta, in qualche luogo aperto
(verso Monte Morello, Montesenario…).
Una volta imparato a individuare alcuni oggetti celesti, il passo successivo è quello di
cercare di osservarne la posizione al trascorrere delle ore; sarà necessario:
- scegliere una porzione di cielo, che sia limitato da qualche preciso riferimento (per
es. alcune costruzioni se si è in città, una montagna, un albero, …)
- osservare la porzione scelta sempre dalla stessa posizione per qualche ora, ad
esempio ogni mezz'ora;
- in particolare, mediante il quadrante d’altezza che ti sarai costruito seguendo le
indicazioni nell’appendice II, devi misurare l’altezza della Stella Polare ripetendo
le misure a distanza di mezz’ora circa.
Mediante il metodo descritto nell’appendice I, misura la separazione angolare tra alcune
stelle (ad es. Arturo, Spica, Antares) e mediante il quadrante d’altezza misura l’altezza di
ciascuna di queste stelle di nuovo ripetendo le misure a distanza di un po’ di tempo. Puoi
anche misurare l’altezza di altre stelle nello stesso modo (per esempio, della stella Deneb
nella costellazione del Cigno, della stella Vega nella Lyra, …).
REGISTRA TUTTO CON CURA SUL QUADERNO; se esegui un disegno del cielo che
hai osservato, indica sempre la posizione da cui hai svolto l’osservazione, traccia
l’orizzonte … in modo che chi guarda il disegno possa ricostruire completamente la
situazione.
Se ti dovesse capitare di essere sveglio di notte non perdere l'occasione di dare
"un'occhiata" al cielo, per notare i cambiamenti rispetto alla tua ora abituale di
osservazione.
Questo tipo di osservazioni ti dovrebbero far capire che al trascorrere delle ore:
la Stella Polare sta sempre nella stessa posizione;
La posizione relativa delle stelle non cambia (ad es. Arturo, Spica, Antares formano
sempre lo stesso triangolo, indipendentemente dalla loro posizione in cielo);
1
Potete trovare notizie sui miti che danno origine ai nomi delle costellazioni su molti siti internet; ad es
http://www.sullacrestadellonda.it/costellazioni/costelindex.htm
2
il Piccolo Carro, Cassiopea, il Grande Carro … non sorgono e non tramontano: ruotano
intorno alla Stella Polare in senso antiorario “tracciando” in cielo delle circonferenze (si
dicono circumpolari)
stelle e costellazioni nel cielo verso Sud si spostano da est a ovest: sorgono,
raggiungono la massima altezza in cielo e tramontano.
La rotazione delle stelle di cui si è appena detto può essere rilevata molto bene con una
particolare fotografia.
Si deve montare l'apparecchio fotografico su un cavalletto, puntare verso la zona dl cielo
che contiene la Stella Polare e azionare apertura e chiusura dell'obiettivo mediante un
flessibile, per allungare i tempi di esposizione. Basteranno una quindicina di minuti per
vedere le "scie" tracciate dalle stelle. La fotografia potrebbe ovviamente essere scattata
anche per altre zone del cielo.
ATTENZIONE! Se ti trovassi in vacanza nell'emisfero Sud non potresti vedere alcuni di
questi oggetti celesti e ne vedresti invece alcuni con molta più facilità! La carta del cielo ti
potrà comunque aiutare a svolgere le osservazioni indicate.
Fino a questo punto ci siamo occupati solo del cielo notturno; non sarà male osservare
(mai direttamente!) la posizione del Sole: esso sorge verso est, si alza sull'orizzonte,
raggiunge il punto più alto (culmina) a sud, poi si abbassa sull'orizzonte e tramonta verso
ovest. (In verità, con un po' di attenzione, giorno dopo giorno, puoi ben accorgerti che
mentre la culminazione avviene sempre a sud, il punto dell'orizzonte in cui il Sole sorge e
quello in cui tramonta sono variabili con il trascorrere dei giorni). E' molto importante, per
quanto si dirà in seguito, che tu abbia chiaro cosa s'intende per culminazione di un astro:
l'astro è alla massima altezza sull'orizzonte e ciò avviene sempre nella stessa direzione, il
Sud; questo accade sia per il Sole che per qualunque stella.
Per capire bene che cos’è la culminazione è necessario che tu ti costruisca una linea
nord-sud, cioè che tu disegni, in un luogo all'aperto, per Terra ( con dei sassolini, con
un'incisione, con un pennarello, …) un segmento che coincida con il meridiano passante
per il luogo dove ti trovi. I meridiani sono linee immaginarie che uniscono il Polo Nord e il
Polo Sud; se sono immaginarie è chiaro che ne esistono infinite! La costruzione di tale
segmento può essere fatta, in modo approssimativo, semplicemente appoggiando a terra
una bussola; oppure puoi costruirlo con il metodo dei Cerchi Indù che trovi descritto al sito
internet riportato nella nota2. Il segmento deve essere costruito in modo che possa essere
utilizzato per un periodo di tempo molto lungo.
Utilizzando la linea nord-sud potrai, prima di tutto, verificare che il Sole culmina ogni giorno
a Sud alla stessa ora (a mezzogiorno, ma tenendo conto dell'ora solare saranno le una3).
Questo accade in qualunque stagione, cambia però durante l'anno l'altezza del Sole
sull'orizzonte, come potrai tu stesso verificare eseguendo la misura dell’altezza del Sole
alla culminazione con il quadrante d’altezza (vedi appendice II; esegui la misura
2
www.progettotrio.it cliccando su AREA OPEN, poi su PROGETTO EDUCAZIONE SCIENTIFICA, LISTA
ESPERIENZE; nell'elenco devi cercare ASTRONOMIA dell'insegnante Paola Benedetti della scuola Media "Garibaldi"
di Campi Bisenzio. Troverai foto e descrizoni relative a diverse attività di osservazione del cielo tra cui i Cerchi Indù
3
In effetti non saranno proprio le una…ma non ti potrai accorgere di questo scarto se le tue rilevazioni non saranno
abbastanza precise. In ogni caso, questo scarto ha a che fare con il fatto che all'interno di un fuso orario (uno spicchio di
sfera terrestre con apertura 15°) l'ora è fissata uguale per qualunque località; ma la culminazione avviene in momenti
diversi a seconda se ci si trova più a est o più a ovest, quindi osservatori che si trovano in punti diversi del fuso orario
vedono culminare il Sole in momenti diversi
3
almeno sei volte nel corso dell’estate, a distanza di una due settimane, ad es. 15 giugno, 1
luglio, 15 luglio, …). Registra sul quaderno i dati ottenuti e commentali.
3 - Lo spostamento del Sole attraverso la sfera celeste
Le osservazioni svolte fino a questo punto dovrebbero aiutarti a immaginare il cosmo,
come se lo immaginavano gli antichi, fatto di due sfere concentriche (il cosiddetto
universo a due sfere): la Terra sferica è immobile al centro di un'altra sfera, quella
celeste, che ruota giornalmente intorno alla Terra; le stelle, le costellazioni, il Sole sono
incastonate nella sfera celeste e questa compie una rotazione completa in un giorno:
questo lo affermiamo perché vediamo ciò che sta in cielo ruotare intorno alla Terra.
L'asse intorno a cui avviene la rotazione passa per quel punto della volta celeste dove si
trova la Stella Polare (che infatti noi vediamo sempre ferma), per il Polo Nord terrestre, per
il centro della sfera terrestre, per il Polo Sud terrestre (e per un punto del cielo, che noi qui
non possiamo vedere, in cui sta una stella chiamata Croce del sud)
Questo modello semplice risulta subito imperfetto e le osservazioni qui di seguito indicate
ti faranno capire perché.
Ti sarà capitato di osservare che dopo il tramonto, quando il cielo è ancora chiaro, (o poco
prima dell'alba) alcune stelle cominciano ad apparire in cielo; è chiaro che non sorgono in
quel momento, infatti possono essere in varie posizioni nel cielo. In realtà cominciano a
essere visibili in quel momento (certamente sono sorte, qualche ora prima…). Questo ti
aiuta a capire che le stelle in cielo ci sono anche di giorno, ma non le vediamo a causa
della grande quantità di luce solare che l'atmosfera terrestre diffonde verso la Terra. Se
hai avuto modo di osservare, nel 1999, l'eclissi totale di Sole ricorderai che nel momento in
cui la Luna copriva completamente il Sole diventavano visibili alcune stelle.
Se potessimo vedere il Sole di giorno, insieme alle stelle, in quale costellazione lo
vedremmo?
Se pensi, secondo il modello degli antichi, al Sole "incastonato" nella sfera celeste che
ruota intorno alla Terra, dovresti intuire che mentre il Sole è alla culminazione ci saranno
altre stelle che culminano con esso a diverse altezze; e in ogni istante della giornata ci
sarà un gruppo di stelle o costellazioni che culmina a Sud, a diverse altezze sopra
l’orizzonte, nella direzione in cui il sole culmina nell’istante che noi chiamiamo
mezzogiorno (alle una per tenere conto dell'ora legale). Di giorno, evidentemente, non ce
ne possiamo rendere conto ma di notte è possibile fare questa osservazione. La cosa più
interessante sarebbe quella di osservare il cielo 12 ore dopo la sua culminazione (le una di
4
notte!). Dov'è il Sole in quel momento? Te lo dovresti immaginare dalla parte opposta della
sfera celeste, in direzione Nord ma … sottoterra!
Se ripeterai per diverse sere, nell'arco di qualche settimana, questa osservazione del cielo
verso Sud, alla stessa ora, dovresti poterti accorgere che le stelle non culminano ogni
notte alla stessa ora; cioè, all’ora da te scelta, è sempre diversa la stella o costellazione
che sta culminando.
Ti suggerisco di osservare una stella in particolare: ALTAIR, nella costellazione
dell’Aquila. Devi osservare questa stella in modo da poter rispondere a queste domande:
- in che zona del cielo e a che altezza si trova Altair verso la fine di giugno intorno
alle 23,30?
- Ripetendo l’osservazione verso metà luglio, alla stessa ora, cosa è cambiato?
- Ripetendo l’osservazione altre volte, a distanza di circa 15 giorni, cosa è cambiato?
- In quale periodo, all’incirca, Altair è alla culminazione alle 23,30?
A questo punto dovresti aver capito che:
- di giorno il Sole culmina a Sud sempre alla stessa ora … ma è così per forza! Infatti
gli uomini hanno deciso di regolarsi per la misura del tempo proprio sulla
culminazione del Sole e di chiamare quell’istante mezzogiorno.
- le stelle, invece, culminano a sud, ma ogni giorno un po' in anticipo: ti aspetti che
alle una culmini una certa costellazione, invece ti accorgi che alle una è già più
bassa sull'orizzonte e più a ovest. Come abbiamo detto ci vogliono tempi lunghi per
accorgersene.
A quale conclusione ci portano queste osservazioni? Le stelle non sono in posizione
fissa rispetto al Sole oppure, che è lo stesso, il Sole non è in posizione fissa rispetto
alle stelle. Continuiamo pure a immaginare le stelle "incastonate" nella sfera celeste …
ma dobbiamo concludere che il Sole non lo è.
E la LUNA?
La Luna è certamente uno degli oggetti più importanti che ci sono in cielo; ti dovresti
essere reso conto che anch’essa sorge, culmina e tramonta come ogni cosa che sta in
cielo. Prova a rispondere a queste domande sulla base delle tue osservazioni:
- Credi che la Luna sia incastonata nella sfera celeste, cioè che si muova insieme
alle stelle? Oppure che si sposti sulla sfera celeste?
- La Luna non ha sempre lo stesso aspetto: la parte illuminata cambia. Da cosa è
illuminata la Luna? Come puoi capirlo?
4 - Lo Zodiaco
Se il Sole si sposta sulla sfera celeste è naturale chiedersi con quale velocità si sposta?
Cioè: se un certo giorno il Sole sta in corrispondenza di una certa costellazione α, dopo
quanto tempo tornerà in quella posizione? In altre parole, quanto ci mette il Sole a fare
il giro della sfera celeste? Forse conosci già la risposta o forse, a questo punto, te la
immagini: circa 365 giorni, cioè un anno. E' chiara, dunque, l'origine di queste unità di
misura del tempo: basandosi sull'osservazione del cielo gli uomini hanno chiamato giorno
il tempo che il Sole impiega a girare intorno alla Terra e anno il tempo che impiega a fare
un giro completo sulla sfera celeste.
Sicuramente conosci i segni dello Zodiaco, sai di certo in che segno sei nato, sai che
queste cose hanno a che fare con gli oroscopi. Ma cos'è lo Zodiaco? Lo Zodiaco è la
fascia di costellazioni attraverso la quale il Sole si muove nell'arco dell'anno; più
precisamente essa è costituita da 12 costellazioni (non avrai difficoltà a elencarle).
Cosa vuol dire, ad esempio, essere del segno della Bilancia? Vuol dire essere nati in
quel periodo dell'anno in cui il Sole attraversa la costellazione della Bilancia (purtroppo
5
non è proprio così, c'è una complicazione …). Lo stesso, ovviamente, per ogni altro segno
zodiacale.
Durante l'estate i segni zodiacali sono: alla fine di maggio (in verità non è ancora estate)
Gemelli; alla fine di giugno Cancro, alla fine di luglio Leone, alla fine d'agosto Vergine.
Se il Sole è in queste costellazioni vuol dire che esse non sono visibili in cielo d'estate: di
giorno perché le stelle di giorno non si vedono; di notte perché sono … "sottoterra"
insieme al Sole! E allora, quali costellazioni dello Zodiaco vedremo durante l'estate?
A fine maggio alle una di notte culmina lo Scorpione, a fine giugno il Sagittario, a fine luglio
il Capricorno, a fine agosto l'Acquario.
Tra Scorpione e Gemelli, come tra Sagittario e Cancro, tra Leone e Capricorno, tra
Acquario e Vergine ci sono 7 segni zodiacali. In verità ci saremmo aspettati che ce ne
fossero 6; questa è la complicazione cui si accennava sopra. Vediamo meglio come
stanno le cose: a fine maggio gli oroscopi ci dicono che siamo nei Gemelli, invece il Sole è
ancora nel Toro (per intenderci, se ci fosse un'eclissi di Sole, vedremmo il disco solare
oscurato in mezzo alle stelle della costellazione del Toro). Non potendo vedere il Sole
insieme alle stelle, possiamo dedurre che è nel Toro osservando quale costellazione
culmina 12 ore dopo il mezzogiorno, cioè 12 ore dopo la culminazione del Sole e della
costellazione in cui esso si trova: le osservazioni ci dicono che si tratta della costellazione
dello Scorpione; nell'elenco delle costellazioni dello Zodiaco lo Scorpione sta 6 posti dopo
il Toro (o 6 posti prima), dunque si deduce che il Sole è nel Toro. Il motivo di questa
stranezza (si dice che siamo nei Gemelli e invece il Sole è ancora nel Toro) non ci è
proprio possibile spiegarlo adesso.
APPENDICE I - MISURE APPROSSIMATE DI ALTEZZA
Abbiamo parlato spesso di posizione degli oggetti celesti; ma come fare a dire dove si
trova una stella, come misurare una posizione? Come esprimere la distanza tra due
oggetti in cielo? Evidentemente non si possono misurare distanze in km o in metri; in cielo
posizioni e distanze sono in realtà angoli; fin dall'antichità gli astronomi si sono costruiti
strumenti per misurare angoli.
Anche senza strumenti è possibile comunque fare misure approssimate di angoli.
Vediamo come:
- se stendi le braccia in avanti all'altezza degli occhi, con le mani aperte e le dita
allargate, stai puntando con le dita l'orizzonte;
- l'angolo formato tra la punta del pollice, l'occhio e la punta del mignolo è circa 22° (la
lunghezza del braccio e l'apertura di una mano sono tali da dare questo angolo; è ovvio
che non siamo fatti tutti nello stesso modo … statisticamente questo è l'angolo); questo
è vero qualunque sia l'orientamento della mano rispetto al braccio;
- se invece la mano è chiusa a pugno, l'angolo sotto cui il pugno è visto dall'occhio è
circa 9°;
- infine il pollice è visto dall'occhio sotto un angolo di 2,5° e il mignolo sotto un angolo di
mezzo grado (ti potrà sembrare strano, ma bisogna tenere conto che quando il braccio
è teso il pollice e il mignolo non stanno alla stessa distanza in centimetri dall'occhio).
Con queste indicazioni puoi provare a fare qualche misura; la più semplice è la misura
dell'altezza di un oggetto sopra l'orizzonte. Puoi provare, poi, a misurare la distanza
angolare tra la Stella Polare e una delle stelle del Piccolo Carro; o la distanza angolare tra
qualunque altra coppia di oggetti in cielo (ad es. tra Spica e Arturo dovresti misurare circa
32°, tra Antares e Spica circa 45°, tra Arturo e An tares 55°).
Prendendo dimestichezza con questa tecnica dovresti trarre vantaggio nell'eseguire le
osservazioni sopra descritte.
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APPENDICE II – COSTRUZIONE DEL QUADRANTE D’ALTEZZA
Materiale necessario:
- semicerchio di cartone di diametro 18-20 cm
- due fotocopie di un goniometro
- una cannuccia di plastica
- filo forte nero
- due dadi o rondelle (o altri oggetti di peso e dimensioni simili)
Il cerchio di cartone, da cui ricavare il semicerchio, potrebbe essere di quelli utilizzati in
pasticceria come supporti per le torte (cercare in un negozio specializzato che venda carta
e cartone); le fotocopie del goniometro devono essere ingrandimenti opportuni da incollare
sulle due facce del semicerchio in modo che i centri siano coincidenti. Nel centro comune
deve essere tracciato un piccolissimo solco in cui fissare con un po’ di colla il filo; questo
deve pendere da tutte e due le parti come un filo a piombo. La cannuccia deve essere
tagliata della lunghezza opportuna e incollata lungo il diametro.
Per eseguire la misura dell’altezza di una stella devi puntare la stella attraverso la
cannuccia e, facendoti aiutare da qualcuno (con una pila se è sera), leggere il valore
dell’angolo. Un’immagine che descrive bene l’uso del quadrante si trova sul sito della Rete
di Eratostene, alla sezione “Strumenti e metodi per misurare l’altezza del Sole”.
ATTENZIONE!!!!!
PER MISURARE L’ALTEZZA DEL SOLE NON DEVI ASSOLUTAMENTE GUARDARE
IL SOLE ATTRAVERSO LA CANNUCCIA!!!!
Per misurare l’altezza del Sole devi orientare lo strumento in modo da vedere sul palmo
della mano che non sorregge lo strumento la macchia luminosa dovuta a i raggi del Sole
che attraversano la cannuccia.
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