Attività didattica progettata da Adriana Barbieri durante il corso di dottorato “Designing multi-sensory public engagement activities” tenuto all’Università di Padova nel 2025.

Breve descrizione dell’attività 

Il buio non è assenza di informazione. Al contrario, partendo dall’assenza della luce è possibile fare scoperte incredibili… come pianeti attorno a stelle lontane!

In questo laboratorio riprodurremo l’oscuramento di una stella quando un pianeta le passa di fronte e impareremo come gli astronomi scoprono i pianeti extrasolari con il metodo dei transiti. Inoltre l’approccio multi sensoriale di questa attività ci permetterà di vivere un’esperienza a tutto tondo, in grado di stimolare la curiosità dei partecipanti e far loro apprezzare la varietà di informazioni scientifiche ottenute tramite i sensi della vista, del tatto e dell’udito.

 

Materiali 

Il materiale necessario per svolgere l’attività è il seguente (Figura 1):

  • palline di polistirolo di varie dimensioni
  • spiedini di legno
  • colori a tempera o acrilici
  • pennello
  • pannello di polistirolo o sughero (facoltativo)
  • scatola di cartone
  • foglio di carta forno
  • cartoncino nero
  • nastro adesivo
  • forbici
  • torcia o telefono
  • bicchieri di plastica
  • pasta minuta (ad esempio Barilla stelline n.27)
  • computer o telefono
Figura 1: Il materiale necessario per svolgere l’attività.

 

Preparazione dell’attività 

PRIMA PARTE

Prima dell’inizio dell’attività è necessario costruire i pianeti e la camera oscura come descritto nel seguito.

 

Pianeti

Infilzare delle palline di polistirolo di varia dimensione su degli stecchini. Dipingerle con colori a tempera o acrilici a piacere e lasciare asciugare.

 

Camera oscura

Prendere una scatola di cartone e rimuoverne una faccia, sostituirla con un cartoncino nero al cui centro è stato ritagliato un foro circolare e sovrapporre poi un foglio di carta forno della stessa dimensione. Praticare poi un forellino al centro della faccia opposta: accostando una fonte di luce (torcia, telefono) al forellino, la carta forno sul lato opposto della scatola fungerà da schermo, dal quale poter osservare il disco luminoso di una stella fittizia (Figura 2).

Figura 2: Il disco luminoso della “stella” proiettato sullo schermo di carta forno.

Ritagliare un’apertura di forma circolare ed un binario a forma di T sulla faccia superiore della scatola (Figura 3). Il binario a forma di T deve trovarsi verso lo schermo di carta forno.

Figura 3: L’incisione sulla scatola, vista dall’alto.

In questo modo è possibile inserire il pianeta nella scatola, mantenendolo dallo stecchino, e farlo scorrere orizzontalmente di fronte allo schermo. L’ombra della pallina di polistirolo, proiettata dalla fonte di luce sul disco circolare luminoso, consente di osservare dall’esterno l’intero transito come in un teatro delle ombre: un pianeta in controluce.

 

Al telefono o computer

Preparare aperte le schede che mostrano le simulazioni dei transiti di esopianeti sul computer o sul telefono. I link sono forniti nella parte di “svolgimento dell’attività”.

 

SECONDA PARTE

Per la seconda parte dell’attività, disporre una serie di bicchieri di plastica (5) in una fila orizzontale di fronte partecipanti e tenere a portata di mano una sufficiente quantità di pasta di tipo “stelline” .

 

TERZA PARTE

Preparare le tracce audio sul computer o eventualmente su un telefono. 

I link sono forniti nella parte di “svolgimento dell’attività”.




Svolgimento dell’attività

PRIMA PARTE

Introdurre le nozioni di esopianeti e metodo dei transiti, e spiegare che nel corso di questo laboratorio simuleremo la scoperta di pianeti extrasolari. Esortare i partecipanti a offrirsi come volontari ad essere astronomi per un giorno.

Far scegliere pianeti di diversa dimensione e mostrare l’effetto del passaggio di questi oggetti attraverso il disco della stella (Figure 4 e 5).

Figura 4: Pianeti di dimensioni diverse oscurano la stella in modo diverso.
Figura 5: Il transito di un pianeta di fronte alla sua stella.

Far osservare come, a parità di distanza dalla luce, l’ombra aumenta all’aumentare della dimensione (del raggio) del pianeta scelto, con la luce della stella che viene occultata di conseguenza. Inoltre, muovendo i pianeti lungo la fessura a T è possibile mostrare che pianeti di dimensioni diverse possono produrre la stessa ombra se posti a distanze diverse.

Spiegare come gli astronomi realizzano le curve di luce (Figure 6 e 7) riportando su di un grafico la variazione della luminosità della stella al passare del tempo. Mostrare le simulazioni di transiti tramite un video Youtube (https://www.youtube.com/watch?v=BFi4HBUdWkk)

e tramite l’applicazione Scratch (https://scratch.mit.edu/projects/665907263/), che consente di variare alcuni parametri del pianeta e della stella.

Figura 6: Schematizzazione dell’occultazione generata dal pianeta nelle varie fasi del transito. Crediti: ESA
Figura 7: La curva di luce per l’esopianeta WASP-4 b ottenuta dalla missione spaziale TESS.
Crediti: Harre and Smith, Universe 2023, 9 (12), 506.

 

SECONDA PARTE

Cerchiamo di capire come si misura la variazione di luminosità di una stella. Dopo aver disposto i bicchieri in linea, iniziare a versare la pastina nei bicchieri muovendosi lentamente e in maniera regolare da un bicchiere al successivo, facendo scandire il tempo a voce alta dai partecipanti. Ogni bicchiere rappresenta un intervallo di tempo mentre la pastina simboleggia la luce che arriva dalla stella. Far notare che ogni bicchiere ha “raccolto” una quantità più o meno costante di stelline, che rappresentano il flusso luminoso (Figura 8).

Figura 8: Tutti i bicchieri hanno raccolto la stessa pastina.

Per simulare il transito di un esopianeta (Figura 9), ripetere il procedimento con un’altra fila di bicchieri, ostacolando parte del flusso di pastina utilizzando uno dei pianeti. 

Prima dell’inizio del transito tutta la pastina versata in un certo intervallo di tempo raggiunge il bicchiere. Poi, spostandosi sui bicchieri successivi, sempre meno pastina entra in essi (a parità di tempo) visto che parte del flusso viene bloccata dal pianeta che transita davanti alla stella. Poi il pianeta uscirà dal transito permettendo di raccogliere di nuovo tutta la pastina.

Figura 9: Il livello della pastina simula la quantità di luce raccolta durante il transito di un esopianeta.

Infine, è possibile annotare il livello della pastina su un grafico (Figura 10) prendendo come riferimento le righe orizzontali dei bicchieri: riportando questi valori in tabella si ottiene così una curva di luce.

Figura 10: Il grafico su cui è possibile annotare con una X la quantità di pastina contenuta in ciascun bicchiere. Le lettere (A, B, C, …) rappresentano gli istanti di tempo (i bicchieri) mentre i valori numerici (1, 2, 3, …) indicano la quantità di pastina presente in ciascuno di essi.

Commentare insieme il risultato: alcuni bicchieri, disposti regolarmente, sono molto più leggeri e vuoti degli altri; la differenza di peso che i bambini possono sperimentare, o più precisamente la differenza del livello di pastina, corrisponde alla quantità di luce “mancante” causata dal passaggio di un esopianeta di fronte ad una stella.

 

TERZA PARTE

Spiegare che non sempre i transiti sono così ben definiti come quelli che abbiamo ricostruito nelle nostre curve di luce di pastina, ma c’è un altro modo per riconoscere la diminuzione di luminosità durante il passaggio di un pianeta. È infatti possibile trasformare le informazioni in suoni! Sfidare i partecipanti a riconoscere il segnale di un pianeta come una nota anomala nell’insieme di suoni prodotti dopo aver convertito i dati relativi al flusso di luce della stella. 

Riprodurre le seguenti tracce audio dal software OSF:

e da Youtube:

Infine, far ascoltare la sinfonia dei pianeti, ottenuta associando una singola nota musicale ad ogni esopianeta scoperto finora:

https://www.youtube.com/watch?v=yv4DbU1CWAY

Concludere il laboratorio riassumendo quanto imparato e chiedere feedback.

 

 

Spiegazione del processo fisico

Gli esopianeti, o pianeti extra-solari, sono pianeti in orbita attorno a stelle diverse dal nostro Sole, e si trovano quindi al di fuori del Sistema Solare.

Poiché sono così distanti, molto piccoli rispetto alla dimensione della loro stella, e non brillano di luce propria, essi sono molto difficili da osservare. Gli astronomi hanno sviluppato varie tecniche per individuarli, e il primo pianeta extrasolare è stato trovato nel 1995. Ad oggi, se ne conoscono oltre 5000 (Figura 11).

Quando un pianeta ruota attorno alla sua stella, ne eclissa parzialmente il suo disco luminoso; di conseguenza blocca parte della luce della stella che arriva fino a noi, sulla Terra. Gli astronomi sfruttano questa diminuzione di luminosità della stella per cercare pianeti extrasolari con il metodo dei transiti; esso infatti consiste nell’osservazione di una specifica variazione nella curva di luce (flusso luminoso al passare del tempo) di una stella, dovuta al transito di un pianeta sconosciuto quando quest’ultimo è allineato con la direzione di vista dell’osservatore. Dalla misura di questa occultazione periodica è possibile ricavare il periodo orbitale dell’esopianeta e il suo raggio, e dunque caratterizzarlo come pianeta di tipo terrestre, come la nostra Terra e i pianeti interni del Sistema Solare, o gigante, come Giove e i pianeti esterni del Sistema Solare.

In particolare, maggiore è la profondità del transito nella curva di luce di una stella, maggiore è il raggio dell’esopianeta.

Se usato in combinazione con la tecnica delle velocità radiali, inoltre, il metodo dei transiti consente di ricavare la densità media di un esopianeta, e di conseguenza permette una ulteriore classificazione in pianeti rocciosi, gassosi, ghiacciati e mondi d’acqua.

Più di 4000 esopianeti sono stati scoperti con il metodo dei transiti.

Figura 11: Collezione di tutti i pianeti extrasolari confermati, suddivisi per data e metodo di scoperta.
Crediti: NASA Exoplanet Archive