Cristina Palici di Suni EAAE (European Association Astronomy Education). www.eaae-astro.org cristina.palicidisuni@unito.it La valigetta dell astronomo Tutto l occorrente per una pronta osservazione, realizzato con materiale povero dai bambini di due scuole elementari di Torino. Luce, ombra, posizione dei corpi celesti e di costellazioni, misura dello scorrere del tempo di giorno e di notte. Nel kit di astronomia realizzato dai bambini delle scuole elementari Roberto D Azeglio e Giovanni Bosco di Torino nell ambito del percorso didattico svolto con la associazione europea di educazione in astronomia (EAAE), c è, come nella valigetta del dottore, l occorrente base per osservare e misurare. La valigetta in cartone è ottenuta modificando opportunamente un contenitore di vocabolari o testi un po voluminosi, viene decorata dai bambini e preparata per contenere gli strumentini costruiti durante le lezioni del percorso di astronomia. In occasione della mostra organizzata nella scuola per l anno mondiale della fisica, uno scatolificio chierese ne ha regalate molte, utilizzate dai visitatori che hanno riprodotto il kit, guidati dai bambini secondo le indicazioni della peer to peer education (educazione tra pari, studenti che insegnano a studenti). La valigetta contiene: un quadrante, modifica semplificata del più efficiente sestante, per la misura dell altezza di un corpo celeste osservato (ad esempio la luna) tra il piano dell orizzonte e l altezza massima (lo zenit); un goniometro modificato, utilizzando due cannucce o tre stuzzicadenti, per indicare la posizione di un corpo celeste rispetto ad un punto del piano dell orizzonte; lo gnomone di carta pieghevole per la misura della lunghezza dell ombra del sole e la ricerca del mezzodì; alcune mappe per un primo riconoscimento delle principali costellazioni realizzate praticando buchini di spillo in cartoncini che indicano diverse zone di cielo; un notturnale per capire, dalla posizione delle stelle puntatori del Carro Maggiore, che ora è nel corso della notte, un trova-stelle per riconoscere le costellazioni tutto l anno ; pila, block notes, matita per la raccolta dati. Fig.1 La valigetta Fig. 2 Lo gnomone Obiettivi dell attività didattica sono: far acquisire agli studenti giovani familiarità con le misure e con la registrazione regolare di dati, renderli responsabili del proprio materiale, sviluppare 1
creatività, fantasia e abilità manuali, facilitare la comprensione di strumenti più sofisticati e l importanza, anche storica, delle osservazioni ad occhio nudo. La precisione delle misure non è un obiettivo dell attività. E comunque possibile rendere più sofisticati gli strumentini se proposti a studenti di classi medie e soprattutto è auspicabile proporre esercizi con le misure ottenute. Materiale occorrente. Oltre alla valigetta, costruita come indicato all inizio, occorrono le fotocopie dei modelli indicati qui di seguito, cartoncini ondulati ricuperati da scatoloni, cartoncini semplici, viti ad occhiello, un bullone, spago, cannucce, stuzzicadenti, un fermacampione, colla e forbici. Attività. Si introduce una discussione per portare i bambini alla comprensione del fatto che, per localizzare un corpo su un piano, sono necessari due dati, due coordinate, come si fa giocando a battaglia navale per individuare la posizione della nave avversaria. Dopo di che si introduce l uso del sestante attraverso figure e racconti delle grandi navigazioni e attraverso prove di doppia riflessione con specchietti in cortile. Fig.3. Si passa quindi alla costruzione di due strumentini che inizialmente sono utilizzati per definire le coordinate per la posizione di un oggetto, ad esempio un camino su un tetto visibile dal cortile della scuola per poi passare all uso con la luna. Essi sono un quadrante (variante semplificata del sestante) e un goniometro modificato all uopo. Fig.3. Il sestante Per il nostro quadrante si prende un quadrato di cartone ondulato di circa 12 cm di lato. Il cartone ondulato (preso da uno scatolone) è fatto in modo che lo strato centrale è, appunto, ondulato e ci permette di infilare due vitine ad occhiello agli estremi di un lato. Poi incolliamo il disegno dell angolo retto (riportato in figura 4) in modo che lo zero coincida con una delle vitine. Leghiamo un pezzo di spago poco più lungo del lato del cartoncino e al suo estremo inferiore leghiamo un pesino, Si può infilare una cannuccia nei due occhielli. Così quando puntiamo un oggetto abbiamo il mirino; lo spago libero di oscillare ci indica l angolo a cui si trova il nostro oggetto sopra l orizzonte. Se si tratta del Sole, che non bisogna MAI guardare direttamente, con la cannuccia proiettiamo più facilmente la sua immagine su un cartoncino chiaro facendo una immagine unica dei due occhielli. Il disegno dell angolo retto è stato fatto dai bambini al computer utilizzando un programma apposito. 2
La base del quadrante ha versioni diverse in legno o utilizzando la scatolina di un CD, secondo i Fig.4 angolo retto da incollare sul quadrante suggerimenti di alcuni papà bricoleur. Fig.6 quadrante in legno E possibile costruire un quadrante un po più sofisticato, in legno, come quello indicato in figura e tratto da Astronomia Pratica di W. Schroeder (vedi referenze). Per il secondo strumentino: incolliamo su un goniometro (o su un modello in cartoncino dello stesso) lungo il lato che indica il diametro, una cannuccia dopo aver però cucito alla prima una seconda cannuccia in modo che quest ultima sia in grado di muoversi rispetto alla prima. Scegliamo un riferimento (ad esempio lo spigolo di una casa del cortile che ci indica l est come verificato da precedenti misure in opportune date), puntiamo ad esso la cannuccia fissa e misuriamo la posizione sul piano dell orizzonte dell oggetto scelto, puntando la cannuccia mobile in quella direzione alla base del nostro orizzonte e leggendo l angolo indicato dal goniometro rispetto alla prima cannuccia. Una variante dello strumento è ottenibile utilizzando tre stuzzicadenti,due fissi e uno mobile,su una base in polistirolo, come indicato in figura 7 e puntando con un occhio la direzione giusta. 3
Con due dati, coordinate, ho posizionato l oggetto, proprio come a battaglia navale. In mostra abbiamo riportato il diario delle posizioni della luna durante un mese, prese con gli strumentini. Fig.7 a e b. Goniometro orizzontale e suo uso Per la misura del tempo durante il dì scelgo un modello di gnomone pieghevole più facilmente riponibile nella valigetta rispetto al classico bastoncino su una base. Anche questo gnomone, realizzato in carta, viene decorato e personalizzato. Opportunamente collocato al sole, ci indica lo scorrere del tempo e ci aiuta ad individuare l ombra più corta della giornata. Vedi modello. Per le osservazioni notturne del cielo è necessario che i bambini imparino a riconoscere le prime costellazioni circumpolari con l aiuto di mappe semplici realizzate con disegni del cielo e buchini di spillo per l individuazione della stella polare. Con l aiuto di qualche genitore nelle notti di vacanza si esercitano e riferiscono in classe. Una visita all osservatorio e una guida osservativa è auspicabile. Successivamente si può passare alla costruzione di un trova-stelle a sfondo bianco facilmente riproducibile in fotocopia. Vedi il modello indicato con le istruzioni e relativi esercizi proposti. Lo scorrere del tempo durante la notte è indicato con un antico strumento, il notturnale o notturlabio, riproducibile in cartoncino seguendo il modello. Esso è stato preparato dal laboratorio Planetario del Comune di Bologna in occasione di una mostra organizzata, anche in collaborazione con la EAAE, nel 1999. Fig. 8.Raffigurazione dell uso di un antico notturnale. 4
GNOMONE E GONIOMETRO 5
NOTTURNALE Istruzioni Come si costruisce: Tagliare il cerchio e le frecce Sovrapporre partendo dal basso la freccia B poi il cerchio e poi la freccia A Fissare il tutto con un fermacampione in centro Come si usa: Portare la freccia B sulla data di osservazione Tenere il notturnale con la data verso il basso Il centro va puntato verso la stella polare Disporre la freccia A in modo che la parte sporgente abbia la medesima direzione delle stelle puntatori α e β del Carro Maggiore L ora si può così leggere nella finestrella della freccia! 6
TROVA-STELLE 7
Come si costruisce Fotocopiare le parti del modello e adattare in modo adeguato. 1. Tagliare il cerchio con le costellazioni; 2. tagliare la parte con la DATA e l ORA in modo da lasciare un bordino su tre lati sotto e di fianco; 3. incollare le parti A su un foglio più consistente, tipo da disegno, tenendone un pezzo per fare il retro della tasca per il trovastelle; 4. Ripiegare il bordino (tre lati); 5. Tagliare via l ovale interno dove sono indicate le direzioni (N nord W ovest SW sud ovest ); 6. incollare il retro in modo che il bordino costituisca, con il retro, una tasca entro cui infilare il disco delle costellazioni. Come si usa Far coincidere data con ora di osservazione. Tenere in mano il trova-stelle in modo che la direzione dove guardiamo sia in basso. Le costellazioni visibili appariranno nella finestra ovale. Posizionarsi in un punto panoramico, con poche luci artificiali e cercare la stella polare per localizzare il Nord. 8
Domande per verificare il corretto funzionamento: il 30 novembre alle ore 23 è possibile vedere Sirio (stella della costellazione del Cane Maggiore) guardando verso Sud - Est? Risposta: si bassa all orizzonte E il 20 gennaio in che direzione si trova alla stessa ora? Risposta: verso Sud. Per quanto riguarda una misura più precisa, è possibile corredare lo strumento di una tabella oraria dalla quale si vede che la differenza varia da circa mezz ora a pochi minuti, a seconda della posizione di osservazione rispetto al centro del fuso orario. Cambiando latitudine cambia la parte di cielo visibile, si possono fare apertura diverse per le diverse latitudini. Per la scuola estiva EAAE sono state preparate bocche per diverse latitudini. Per studenti delle scuole medie/superiori si può affrontare questo studio della relazione tra la latitudine, la declinazione e l angolo orario allo scopo di disegnare le diverse bocche dello strumento. Infatti in un punto su un piano tra la latitudine φ, la declinazione δ e l angolo orario H si verifica la relazione: tg δ = (- cos H)/tg φ Il punto di intersezione tra le linee SN e WE è il polo nord. Da questo punto possiamo disegnare segmenti di longitudine proporzionali al complementare dell angolo di declinazione per ciascun angolo orario preso in considerazione. Questo ci permette di disegnare la bocca del trova-stelle data una certa latitudine (esempio 60 in tabella). Come conseguenza della proiezione matematica usata per un planisfero, la declinazione è rappresentata da un segmento dal centro, polo nord, al bordo. Tabella: H 0 (S) 15 30 45 60 75 90 (W) 105 120 135 160 175 180 (N) -cos H -1-0,966-0,866-0,707-0,505-0,259 0 0,259 0,505 0,707 0,866 0,966 1 tg δ -0,577-0,558-0,500-0,408-0,289-0,150 0 0,150 0,289 0,408 0,500 0,558 0,577 δ -30-29,2-26,6-22,2-16,1-8,5 0 8,5 16,1 22,2 26,6 29,2 30 90 - δ 120 119,2 116,6 112,2 106,1 98,5 90 81,5 73,9 67,8 63,4 60,8 60 Tutti gli strumentini vanno sistemati con cura nella valigetta insieme ad una penna, notes di appunti, pila con cellophane rosso per la visione e scrittura dati nella notte ecc. La valigetta è costituita, come abbiamo detto, da una scatola tipo quella per contenere volumi o dizionari, è dotata di una tasca realizzata con un foglio di carta piegato e incollato nella parte superiore e di scomparti appositi in modo che tutto rimanga ordinato e fermo. Il manico è realizzato con un nastro robusto. Tutte le valigette sono decorate in modo artistico e personalizzate. Referenze. Palici di Suni, C., First Aid Kit. What is necessary for a good astronomer to do an observation in any moment, Proceedings of 9 th EAAE International Summer School, 99, 116, Barcelona, 2005 Ros, R.M., Capell, A., Colom, J., El planisferio y 40 actividades más, Antares, Barcelona, 2005 Schroeder, W., Astronomia pratica, Ed. Longanesi, Milano1967 www.polare.it Percorso didattico Cielo!. 9