Esempio di attività di geografia astronomica: SOTTO QUESTO CIELO. I moti della Terra ed il moto apparente della volta celeste. La Terra come pianeta

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1 Esempio di attività di geografia astronomica: SOTTO QUESTO CIELO I moti della Terra ed il moto apparente della volta celeste Il Sole I pianeti e i corpi minori Il Sistema Solare L origine del Sistema Solare La Terra come pianeta Forma e dimensioni L orientamento Il moto apparente della volta celeste I movimenti della Terra La rappresentazione della Terra La misura del tempo Questa attività prende lo spunto da due elementi rilevanti nell insegnamento della geografia astronomica: una difficoltà didattica la comprensione dei movimenti della Terra un opportunità la presenza di un laboratorio di astronomia in (quasi) ogni scuola La difficoltà didattica (un vero nodo critico nell apprendimento della disciplina) è costituita dalla modalità di presentazione dei libri di testo e dell approccio tradizionale a questo tema, illustrato da un punto di vista esterno al pianeta (vedi immagine qui sotto).

2 Questo punto di vista rende apparentemente più semplice la narrazione, ma causa difficoltà agli studenti, costretti ad immaginarsi una situazione di cui non possono avere alcuna esperienza, giacché si trovano qui ed ora e non in librati nello spazio con la possibilità di regolare a piacere lo scorrere del tempo. L opportunità è quella di sfruttare il laboratorio di astronomia in dotazione ad ogni scuola: un cortile o un giardino, campo sportivo, ecc. per le osservazioni del cielo ed una serie di esperienze di modellizzazione realizzabili in aula senza attrezzature specifiche e a costo (quasi) zero. L obbiettivo di questa attività è dunque di proporre agli studenti la possibilità di esaminare il moti della Terra attraverso l osservazione e la modellizzazione della volta celeste, in modo da collegare le loro esperienze reali alla descrizione teorica e da permettere quello spostamento tra i diversi punti di vista che rende così difficile l apprendimento di questi argomenti. Uomo che guarda I cieli. Xilografia da: Camille Flammarion, Parigi, 1888.

3 Per fare un esempio vicino all esperienza si può immaginare il problema didattico della comprensione dei moti della Terra come la descrizione del funzionamento di una giostra con le tazze ruotanti sul tipo di quelle dei parchi di divertimento Disney. Il passeggero della giostra si trova seduto in una gigantesca tazza da tè (con piattino) che può girare su se stessa mentre gira intorno all asse di rotazione della giostra: il problema è quello di ricostruire i movimenti della giostra in base a ciò che si vede standoci seduti sopra. Come prima tappa del percorso didattico si propone quindi un osservazione ad occhio nudo del cielo notturno dal cortile della scuola o da un altro spazio (urbano) dotato di una visuale abbastanza ampia nella varie direzioni. La stagione in cui si propone questa esperienza è irrilevante; è opportuno invece procurarsi alcuni semplici strumenti (tratti da La valigetta dell astronomo di C. Palici di Suni) che possono essere costruiti in classe con carta, cartone ondulato, spago, un righello e poco altro. E necessario anche procurarsi una carta del cielo con le principali costellazioni come il trovastelle (anch esso compreso nella valigetta) oppure le carte mensili (emisfero Nord, medie latitudini) scaricabili dal sito Skymaps ( più un torcia schermata con pellicola o carta rossa (o un luce posteriore per bicicletta, di quelle a diodi). Se non conoscete i punti cardinali rispetto al vostro luogo di osservazione portate una bussola. Una volta davanti al cielo stellato bisogna individuare la stella Polare utilizzando i puntatori, cioè le due ultime ruote del grande carro (Orsa Maggiore) e prolungandone mentalmente il segmento per 5 volte verso Nord. Attenzione: la posizione del grande carro cambia con le stagioni: può essere più o meno verticale o orizzontale (vedi figura a destra; in novembre esso risulta basso e poco visibile)

4 Tirate fuori il quadrante (vedi sopra la valigetta) e determinate l altezza della Polare sull orizzonte: l angolo è uguale alla latitudine N del luogo. Potete usare il quadrante per determinare l altezza di altre stelle che identificherete con l aiuto del trovastelle o carta del cielo. Con un misuratore angolare (vedi scheda: a ruler which measures angles, oppure angoli _approssimati, gentilmente fornita dal prof. M. Mezzetti dell università di Trieste) potete misurare la distanza angolare degli oggetti celesti e terrestri. Se lasciate passare almeno un ora potrete notare che la Polare mantiene costante la sua posizione rispetto ai punti di riferimento intorno a voi, mentre le altre stelle, pur mantenendo costanti le loro posizioni reciproche, cambiano la posizione rispetto ai riferimenti terrestri (altezza, azimut). Altezza - Tracciata sul cerchio verticale passante per il punto considerato, è pari all'angolo compreso fra l'oggetto e l'orizzonte. Azimut - distanza angolare fra il polo Nord e l'intersezione del cerchio verticale passante per il punto osservato con l'orizzonte. Viene misurata su quest'ultimo in senso orario, e perciò verso Est, ed è compresa fra 0 e 360. Questa foto, tratta dal sito mostra la rotazione del cielo in 30 minuti. Il puntino centrale è la Polare A questo punto dovrebbe essere evidente che la volta celeste ruota attorno alla Polare. Potrete discutere con gli studenti sulla durata di una rotazione completa e provare a dedurla per via geometrica dalla foto qui sopra. Il passo successivo consiste nel modellizzare la rotazione della volta celeste con un ombrello astronomico (da costruire con gli studenti utilizzando un ombrello nero o blu) o con uno dei software chiamati planetario virtuale, come Stellarium ( ) o Celestia ( ), scaricabili gratuitamente dalla rete.

5 L ombrello astronomico si può acquistare si internet, ma è più divertente (ed economico) costruirlo da soli. Ecco come fare: acquistare un ombrello nero o blu sovrapporre la griglia equatoriale (meridiani e paralleli celesti, vedi planetario virtuale) alle stecche ed a linee parallele al bordo dell ombrello con pennarello correttore bianco (o altro equivalente) disegnare le costellazioni secondo la griglia; la Polare va all incrocio delle stecche non importa se l ombrello non è fedelissimo per la visualizzazione funziona comunque Il centro dell ombrello corrisponde alla Polare, il manico all asse del mondo, ossia all asse di rotazione della volta celeste: la rotazione intorno al manico in senso antiorario (guardando da sotto) simula il movimento apparente della volta celeste nell emisfero Nord. Chiedete ai vostri studenti di puntare l ombrello in direzione della Polare come osservata di notte (è opportuno memorizzare la posizione del Nord anche dall aula si può usare la bussola e ricordare l altezza della Polare sull orizzonte locale; per la regione Friuli Venezia Giulia è tra e ); simulate quindi la rotazione del cielo vista nella vostra località. Potrete notare che le traiettorie delle stelle sono posizionate su piani inclinati rispetto al piano dell orizzonte (e perpendicolari al manico dell ombrello); stimolate gli studenti a riflettere se, secondo loro, tutte le stelle visibili sul posto sorgono e tramontano (cioè sono occidue) o se alcune sono visibili sopra l orizzonte per tutta la notte (ossia sono circumpolari). Potete quindi chiedere agli studenti di simulare la rotazione della volta celeste al polo Nord (l ombrello va puntato verticalmente poiché lo zenit coincide con l asse del mondo, ossia della volta celeste): noterete che le traiettorie delle stelle giacciono su piani orizzontali. Potete ripetere le domande poste alla classe nella prima esperienza con l ombrello. Proponete agli studenti la visione del cielo dall equatore: come verrà posizionato l ombrello? Si vedrà la polare? Quali saranno le traiettorie delle stelle in questa nuova posizione (sono tutte occidue)?

6 Dopo il modello materiale si può utilizzare un modello virtuale - Stellarium ( ) o Celestia ( ) - che permette simulazioni impossibili con l ombrello, come cambiare emisfero e viaggiare nel tempo per vedere i cieli nel passato e nel futuro. Il planetario virtuale vi permetterà molte funzioni interessanti come, ad esempio,: localizzare oggetti celesti partendo dal nome visualizzare il disegno delle costellazioni e le loro figure mitologiche zoomare le immagini avere informazioni sugli oggetti selezionati col mouse (nome, magnitudine, coordinate celesti, ecc.) sovrapporre una griglia equatoriale (centrata sull asse del mondo) o azimutale (centrata sullo zenit) modificare la velocità di rotazione (= lo scorrere del tempo) modificare la data cambiare la località del punto di vista scegliendo su un planisfero o inserendo le coordinate del luogo prescelto (N.B. nell emisfero Sud la volta celeste ruota in senso contrario rispetto all emisfero Nord) visualizzare i corpi celesti anche sullo sfondo del cielo diurno A questo punto dovrebbe essere più agevole collegare la rappresentazione tradizionale dei moti della Terra (rotazione e rivoluzione, visti dall esterno) con l immagine del cielo vista dalla superficie terrestre: la conoscenza basta sull esperienza personale potrà in seguito arricchirsi con le osservazioni che, forse, gli studenti compiranno autonomamente quando si troveranno in presenza di un cielo stellato, magari in ambiente extra-urbano. Se intendete proseguire il modulo di astronomia con l approccio seguito in questa attività, potete porre agli studenti questo quesito: Se la volta celeste ruota intorno all asse del mondo (centrato sulla Polare) con un ritmo giornaliero costante, come mai vediamo costellazioni diverse nelle diverse stagioni? La prossima attività proposta (SINE SOLE SILEO) focalizzata sul moto apparente del Sole, fornirà una risposta a questo problema.

7 MAPPA DELL ATTIVITA Costruzione della valigetta del giovane astronomo Il moto apparente della volta celeste Stampa della carta del cielo Riconoscimento delle principali costellazioni e dei pianeti visibili Osservazione notturna della volta celeste Individuazione della Polare e della rotazione della volta celeste Modellizzazione in classe del moto osservato Esercizio con fotografia Uso planetario virtuale Costruzione ed uso ombrello astronomico Ricostruzione dei moti della Terra come presentati nei libri di testo