Accendiamo le costellazioni

Nelle notti limpide e con la Luna nuova, a occhio nudo si possono ammirare fino a 3000 stelle. Gli antichi, per riuscire a orientarsi in quella miriade di puntini luminosi, collegarono idealmente le stelle con delle linee immaginarie, formando dei raggruppamenti e dando vita a dei personaggi di fantasia, animali e oggetti attorno ai quali ricamarono delle storie che sono state tramandate di generazione in generazione. Le zone del cielo individuate da questi raggruppamenti di stelle si chiamano costellazioni e ci aiutano, ancora oggi, a comprendere il cielo notturno, a trovare oggetti interessanti e a orientarci nello spazio e negli spostamenti.

Le stelle di una costellazione appaiono vicine, sulla sfera celeste, solo per un effetto prospettico. In realtà possono essere anche molto lontane tra loro: sono sorgenti luminose sparse nello spazio e le stelle che compongono una costellazione non sono mai alla stessa distanza dalla Terra. Ad esempio, nella bellissima costellazione di Orione, imponente nel cielo invernale, Betelgeuse dista 498 anni luce, Bellatrix 252 anni luce e Rigel 862 anni luce.

Nel corso della notte, le stelle – e quindi le costellazioni – sembrano muoversi nel cielo da est a ovest, descrivendo un moto circolare attorno alla stella polare (una stella visibile a occhio nudo che si trova approssimativamente allineata con l’asse di rotazione di un pianeta, indicandone uno dei poli celesti). Si tratta di un moto apparente dovuto al fatto che la Terra compie un’intera rotazione su sé stessa in poco meno di 24 ore, mostrandoci panorami del cielo sempre diversi. La stella polare è quella che indica il polo nord celeste della Terra, ovvero α Ursae Minoris, nota anche come Polaris.

Poiché l’asse di rotazione terrestre compie una traiettoria circolare (precessione) sulla sfera celeste nell’arco di circa 26000 anni – fenomeno che prende il nome di precessione degli equinozi – nel corso della storia sono state diverse le stelle a fregiarsi del titolo di stella polare, da Vega (la stella più brillante della costellazione della Lira, la quinta più luminosa del cielo notturno e la seconda più luminosa nell’emisfero celeste boreale, dopo Arturo) a Thuban (una stella della costellazione del Dragone) passando per Alrai (o γ Cephei, una stella doppia situata nella costellazione di Cefeo a 45 anni luce dalla Terra).

Il panorama celeste non cambia solamente nelle ore notturne, esiste anche una trasformazione molto più lenta dovuta al mutare delle stagioni. In poco più di 365 giorni la Terra compie infatti un giro completo attorno al Sole, per cui il lato buio del nostro pianeta è orientato in direzioni diverse con il trascorrere delle giornate. Per fortuna, le stelle mantengono sempre la stessa posizione l’una rispetto all’altra per cui, imparando a riconoscere una costellazione, la possiamo sempre identificare al trascorrere dei giorni, quando è visibile nel cielo notturno.

L’Unione Astronomica Internazionale divide il cielo in 88 costellazioni ufficiali con confini ben precisi, in modo che ogni punto della sfera celeste appartenga a una e una sola costellazione. Le schede che abbiamo preparato per questo laboratorio riproducono 8 costellazioni ben visibili nei cieli estivi o invernali. I dettagli di ogni costellazione sono riportati su ogni scheda.

Nelle schede sono riportati, dove presenti, gli oggetti del Catalogo di Messier che si trovano nella costellazione. Il Catalogo di Messier è stato il primo catalogo astronomico di oggetti celesti diversi dalle stelle. Fu compilato dall’astronomo francese Charles Messier e pubblicato nel 1774. Messier era un cacciatore di comete, come molti degli astronomi dei suoi tempi. Si occupò della compilazione del catalogo per riuscire a distinguere facilmente una nuova cometa, che si presenta al telescopio come un debole oggetto di natura nebulare, da quegli oggetti di aspetto simile che sono però fissi nel cielo, e non sono affatto comete. La prima edizione del catalogo comprendeva 45 oggetti, numerati da M1 a M45. La lista finale è di 110 oggetti, numerati da M1 a M110.

Il catalogo di Messier consiste di oggetti piuttosto brillanti, alcuni visibili addirittura a occhio nudo; per questo motivo, ancora oggi è molto usato dagli astronomi non professionisti. Nelle carte celesti un oggetto appartenente al catalogo di Messier si riconosce dal prefisso M davanti al suo numero. Gli oggetti catalogati sono molto eterogenei: l’unico legame tra loro è quello di avere un aspetto diffuso e di essere relativamente brillanti. A questa descrizione corrispondono nebulose, ammassi stellari molto vicini, e grandi galassie, poste a distanze enormi.

Nota. I ricercatori dell’Inaf portano questo laboratorio nelle classi e ai principali festival della scienza, con tutto il materiale necessario svolgerlo. In questa pagina rendiamo disponibili le istruzioni, l’elenco dei materiali e le schede delle costellazioni, a tutti coloro che vogliono svolgerlo in autonomia. Il laboratorio può essere fatto anche senza avere una stampante a disposizione, semplicemente riportando su un cartoncino le posizioni (anche indicative) delle stelle nella costellazione che si vuole riprodurre, e usando le nostre schede solo come riferimento.

Materiale necessario:

• pila a bottone da 3 volt
• nastro di rame con adesivo conduttivo (larghezza 6-8 mm; se si acquista quello largo 12 mm si può tagliare in due, per il lungo)
• diodi LED bianchi da 3 mm
• puntina per forare il cartoncino
• una molletta/clip
• forbici per tagliare il nastro di rame
• scheda della costellazione stampata su cartoncino (oppure un semplice cartoncino, sul quale riprodurre la costellazione come indicato nella scheda). Se stampate la scheda su foglio A4, non fate alcun adattamento di pagina in fase di stampa, perché i puntini che rappresentano le stelle sul fronte devono corrispondere (come posizione) a quelli del retro (su cui realizzare la pista).

Le schede delle costellazioni che abbiamo preparato le trovate qui, in ordine di difficoltà crescente:

• Lira
• Cassiopea
• Corona Boreale
• Grande Carro (parte dell’Orsa Maggiore)
• Boote
• Aquila
• Orione
• Cigno

Come costruire il circuito

Le stelle (i diodi LED) della costellazione si accenderanno creando un circuito elettrico sul retro del cartoncino, utilizzando nastro conduttivo di rame (importante: il nastro deve avere l’adesivo conduttivo), LED e una batteria da 3 volt. In generale, per accendere una luce serve energia e in questo caso l’energia viene fornita proprio dalla batteria. Potete verificarlo voi stessi collegando il piedino lungo del led al polo positivo della batteria, e quello corto al polo negativo. Se vi sbagliate e collegate il led al contrario, non si accende perché è come se la porta per fare passare la corrente rimanesse chiusa.

Siccome occorre accendere più stelle, i LED dovranno essere collegati tramite un circuito elettrico. Il collegamento si può fare in due modi: in serie o in parallelo. In questo caso li collegheremo in parallelo perché questo tipo di collegamento ha il vantaggio che, anche se un led dovesse essere rotto o collegato male, gli altri possono funzionare.

I passi per costruire il circuito sono i seguenti:

1. Fare due buchini distanti circa 2 mm su ogni stella della costellazione (pallino bianco) avendo cura di appoggiare il cartoncino su un panno per evitare di bucare il tavolo (o le dita).
2. Sul retro del cartoncino, attaccare il nastro di rame lungo le piste rappresentate facendo attenzione a tagliare il nastro a metà se è troppo largo (prima di sbucciarlo), perché con un nastro più sottile è più facile realizzare il circuito ed inoltre se ne consuma meno. Attenzione a sovrapporre molto bene i due nastri in corrispondenza dei cambi di direzione, creando delle “X” negli incroci. Le due piste, + e -, non devono toccarsi mai, altrimenti il circuito va in corto e la batteria è da buttare.
3. Inserire le gambine dei LED nei due buchini e collegarle, piegandole, alle due piste di nastro conduttivo, facendo attenzione che il piedino lungo tocchi la pista positiva e quello corto la pista negativa. Le gambine devono essere fissate con altro nastro (un piccolo pezzettino, in corrispondenza al punto in cui la gambina si sovrappone al nastro). Appoggiare la pila sulla pista +, in corrispondenza del simbolo della pila (in angolo). Piegare il cartoncino lungo la linea tratteggiata e bloccare con una molletta. In questo modo il lato positivo della batteria è adagiato sulla pista positiva e quello negativo è toccato dalla pista meno. Si dovrebbero accendere tutte le stelle.
4. Se non si accendono alcune stelle: rivedere i collegamenti, in particolare controllare che la gambina lunga del led sia collegata alla pista positiva.
5. Se non si accendono tutte le stelle: controllare che non ci sia un corto oppure che la pila non sia capovolta.

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