INDICAZIONI DI LAVORO PER L ESTATE- CLASSE PRIMA

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1 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 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

2 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 Capricorno 1. 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 2

3 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 nota 2. 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 una 3 ). 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 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

4 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

5 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

6 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. 6

7 APPENDICE II COSTRUZIONE DEL QUADRANTE D ALTEZZA Materiale necessario: - semicerchio di cartone di diametro 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. 7