UNITA’ DI LAVORO N° 7
Modulo n°70.0 “Introduzione”
Prerequisiti:
moto di rivoluzione dei pianeti attorno al Sole, moto del Sole attorno
al centro galattico.
Concetti implicati:
proiezione bidimensionale di un oggetto tridimensionale, luminosità
intrinseca e luminosità apparente, dimensioni reali e dimensioni
apparenti.
Obiettivi specifici:
iniziare a comprendere la tridimensionalità del “cielo”, comprendere
che luminosità apparente e grandezza apparente non sono
sufficienti per determinare le distanze.
Materiale occorrente:
immagine HDFN (Hubble Deep Field North), immagine della
costellazione dell’Orsa Maggiore, lavagna luminosa, lucido con
lettere dalla A alla L, lucido con tabella per le risposte degli studenti,
due lampade di intensità luminosa differente, un metro. Se si usa il
filmato (vedi in seguito), servono un computer, un proiettore ed il
filmato che si trova nella pagina web http://amazingspace.stsci.edu/hdf/intro13.htm. Dato che il filmato occupa 1.8 Mb,
si consiglia di averlo disponibile su disco rigido.
Tempo di esecuzione:
2 ore, una per i primi due punti, una per le esperienze pratiche.
Procedimento:
Consegnare a ciascun ragazzo le immagini “HDF” e “Orsa
Maggiore”.
1) Breve spiegazione dell’immagine di Deep Field:
Proiettare l’immagine dell’Orsa Maggiore ed indicando una zona ad
essa vicina, proiettare l’immagine di Deep Field (oppure proiettare il
filmato “ingrsucc”) dicendo che:
l’immagine è stata presa dall’Hubble Space Telescope, in una
zona vicina alla costellazione dell’Orsa Maggiore;
l’immagine di un oggetto in un’istantanea si forma perché la
luce raggiunge la pellicola fotografica e la impressiona.
Immagini poco brillanti sono date o da oggetti intrinsecamente
deboli, che inviano poca luce, o da oggetti lontani, dei quali un
apparecchio fotografico raccoglie “poca” luce.
Se l’otturatore rimane aperto più a lungo, si ha un accumulo di
informazioni.
Questa immagine è stata ottenuta da una sovrapposizione di
342 immagini della stessa area di cielo, ottenute in 10 giorni. Il
tempo d’esposizione totale è di 100 ore circa;
gli oggetti di questa immagine sono i più lontani che uno
strumenti sia riuscito a rilevare;
gli astronomi stimano che ci siano circa 3000 oggetti
nell’immagine, la maggioranza dei quali sono galassie di forme
diverse: ellittiche, spirali, irregolari…;
una galassia è un insieme di stelle.
Il nostro Sistema Solare è contenuto in una galassia, la Via
Lattea (se si desidera si può proiettare un’immagine della nostra
Galassia vista dall’interno o di un’altra galassia a spirale) ed è un
puntino infinitesimo in uno dei bracci esterni.
Ricordare che come la Terra con i pianeti gira attorno al Sole,
così, a sua volta, il Sole con tutti i pianeti girano attorno al
centro della Galassia.
Tutte le stelle che si vedono nel nostro cielo fanno parte della
nostra Galassia. Nel nostro cielo, con modesti binocoli, riusciamo
a vedere altre galassie, come la galassia di Andromeda (se si
desidera si può proiettarne un’immagine), di cui non riusciamo a
distinguere le stelle che le compongono.
2) Discussione con la classe sull’HDFN:
(La discussione ha lo scopo di far sorgere il dubbio che questi
oggetti non siano tutti alla stessa distanza da noi e di fare scaturire
la domanda di come si possa capire che si trovano a distanze
diverse).
Chiedere loro cosa deducono osservando l’immagine. Lasciarli in
silenzio qualche minuto ad osservarla, poi, facendo uscire un
paio di loro dal posto, pregarli di indicare quali, secondo loro,
sono i corpi celesti più vicini, quali sono i più “grandi” e quali
sono i più luminosi. Scaturirà immediatamente un dibattito
perché ognuno vorrà intervenire (fare sorgere il dubbio, se non
emergesse, della “difficoltà’” di esprimere un giudizio in merito
dato che abbiamo un’immagine a 2 dimensioni).
Dopo avere individuato sulla foto in possesso dell’insegnante 6-7
corpi celesti e contrassegnati con lettere A, B, C… (sovrapporre
un lucido con le lettere A, B… all’immagine di Deep Field), si
decide che ciascuno li riordini per “distanza”, (la scelta del
termine “distanza” è strumentale all’obiettivo che ci si pone)
“luminosità”, “dimensioni”. I ragazzi dovranno riportare le loro
impressioni sulla tabella allegata (vedi 70.0scheda). Nella prima
colonna dovranno riordinare i corpi secondo la caratteristica
“luminosità”, elencandoli dal più luminoso al meno luminoso,
nella seconda secondo la caratteristica “grandezza”, elencandoli
dal più grande al più piccolo e nella terza secondo la
caratteristica “distanza”, dal più distante al più vicino.
Nel frattempo l’insegnate avrà preparato alla lavagna una
tabella a doppia entrata, in colonna gli oggetti A, B, C… e in riga
le proprietà suddette (vedi 70.0dis) e riporterà in ogni
quadratino il numero di studenti che ritiene che quell’oggetto sia
il più lontano, il più vicino, etc.
L’esame dei risultati sarà accompagnato da una discussione con
la classe, dalla quale deve emergere:
A) la differenza tra un oggetto tridimensionale ed una sua
proiezione bidimensionale
B) che non è detto che gli oggetti che vediamo più piccoli
siano più lontani da noi di quelli che vediamo più grandi
C) che non è detto che gli oggetti che vediamo più luminosi
siano più vicini a noi di quelli che vediamo più deboli
3) Attività di consolidamento concettuale
Prima esperienza pratica
(questa esperienza ha lo scopo di consolidare o far scoprire ai
ragazzi il secondo dei concetti sopra riportati).
Scegliere un punto nell’aula in cui posizionare l’osservatore e con un
gesso segnare questa posizione. Davanti a lui, alla distanza del suo
braccio teso, mettere il bambino più alto e quello più basso della
classe e misurare le loro altezze reali. Scrivere questi valori alla
lavagna. Fare indietreggiare il più alto di un passo e misurare la sua
altezza apparente, misura da farsi sempre a braccio teso. Riportare
il valore alla lavagna, con la relativa distanza. Notando che l’altezza
diminuisce, chiedere ai ragazzi se mai il loro compagno più alto
diventerà apparentemente più piccolo di quello più basso, e, se sì,
dopo quanti passi questo succederà. Continuare a far indietreggiare
il ragazzo più alto, di un passo alla volta. Ad ogni passo, misurare
altezza apparente e distanza, e riportare le misure alla lavagna.
Seconda esperienza pratica
(questa esperienza ha lo scopo di consolidare o far scoprire ai
ragazzi il terzo dei concetti sopra riportati).
Occorrono due lampade di intensità luminose molto diverse ed il
calibro di luce (vedi 70.0strum). L’aula deve essere al buio (sarebbe
più efficace eseguirla in un lungo corridoio buio).
Dare le due lampade in mano a due ragazzi.
Metterli su un lato dell’aula in modo che ci sia abbastanza spazio
per poter indietreggiare.
Misurare le intensità delle due lampade con il calibro di luce e
riportare i valori alla lavagna.
Far indietreggiare il ragazzo che possiede la lampada più luminosa
di alcuni passi. Misurare la luminosità della lampada.
Farlo indietreggiare ulteriormente continuando a misurare. Ad un
certo punto la lampada più luminosa sarà apparentemente luminosa
quanto quella meno luminosa e successivamente diventerà
apparentemente più debole.
Suggerimenti didattici-metodologici
Su richiesta dei ragazzi, proiettare varie immagini di oggetti celesti,
partendo da quelli appartenenti al Sistema Solare, poi alla Galassia,
etc.
Sempre su richiesta dei ragazzi, fornire loro l’indirizzo del sito
intenet del Telescopio Spaziale Hubble (www.stsci.com).
Immagine: (hdf)
Immagine: (uma)
Filmato: (ingrsucc)
Scheda di rilevazione: (70.0scheda)
Discussione: (70.0dis)
Scheda costruzione strumento: (70.0strum)
Riprendere la tabella (70.0dis) alla lavagna e correggere le
intestazioni delle colonne con “il più grande apparentemente” e “il
più luminoso apparentemente”.
Scheda di verifica: (70.0ver)
La conclusione a cui dovrebbero giungere i ragazzi è che: né la
luminosità, né le dimensioni apparenti degli oggetti celesti che
vedono sono sufficienti per determinare la loro distanza.
A questo punto dovrebbe nascere spontanea la domanda di come si
misurino le distanze in Astronomia.
Resoconto: (70.0res)
Tabella dei comportamenti: (70.0tab)
