Le costellazioni con Arduino

Tramite questa attività potrai realizzare e accendere la tua costellazione preferita con Arduino

Per raggiungere questo obiettivo useremo Arduino UNO, una piattaforma hardware utilizzata per costruire progetti di robotica, elettronica e automazione, sulla quale viene caricato un software (in linguaggio C) che consentirà di controllare una serie di sensori collegati alla scheda stessa e di interagire con essi.

Oltre alla scheda Arduino avremo bisogno di una serie di led di colore diverso – che rappresenteranno le stelle della nostra costellazione, il cui colore dipende dalla temperatura della fotosfera – alcuni cavi di collegamento e una breadboard che ci aiuterà nel posizionare e collegare i vari led.

Sin dalla notte dei tempi l’uomo ha coltivato uno speciale rapporto con il Cielo, essendone allo stesso tempo affascinato e intimorito. Da sempre, infatti, la grande volta celeste che ci sovrasta ha trasmesso l’idea di un ordine eterno e perfetto, e un senso d’infinita maestosità. Ogni notte una miriade di punti luminosi, le stelle, accendeva nel cielo uno spettacolo meraviglioso, aiutando probabilmente a sconfiggere la paura del mondo notturno, oscuro e insidioso.

La volta celeste, però, non era solo uno spazio misterioso, allo stesso tempo affascinante e inquietante. Essa, con il suo moto regolare, era anche un sistema di riferimento per orientarsi e per misurare lo scorrere del tempo. Per i primi esseri umani, infatti, fu ben presto necessario riuscire a predire i cambiamenti stagionali, per programmare le semine, i raccolti o le battute di caccia. Oltre al moto diurno del Sole, anche la Luna, con la sua forma mutevole, costituiva un valido orologio per misurare periodi più lunghi del giorno, ma essa non seguiva perfettamente l’alternanza delle stagioni. Si cominciò dunque ad associare, a un determinato avvenimento meteorologico, l’apparizione sull’orizzonte di certi gruppi di stelle. Nacquero così le costellazioni.

Il momento storico esatto dell’origine delle costellazioni è incerto, ma certamente esse furono ideate per indicare il ritorno delle stagioni, per segnalare il momento migliore per intraprendere i lavori agricoli e pastorizi, o ancora per dare avvio alle cerimonie religiose. Ne sono testimonianza, ad esempio, la costellazione della Vergine, le cui spighe annunciavano il tempo del raccolto, o quella della Bilancia, che indicava il momento dell’anno in cui la lunghezza del giorno uguagliava quella della notte, o ancora l’Acquario e i Pesci, che segnalavano l’inizio della stagione delle piogge e delle inondazioni.

Il panorama celeste, infatti, non cambia solamente nelle ore notturne, quando tutte le stelle e le costellazioni sembrano muoversi nel cielo da est a ovest, descrivendo un moto circolare attorno alla stella polare (questo “movimento del cielo” è solo 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) ma esiste anche una variazione 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.

Tra le stelle del cielo, dunque, ogni popolazione della Terra ha immortalato i propri miti, lasciando traccia delle proprie conoscenze e della propria storia civile e religiosa. Questo Cielo sconfinato aveva dunque un potere così immenso sulla fragile umanità, che ben presto si arrivò a credere che anche il destino dell’uomo dipendesse dalle stelle. Così, all’astronomia si affiancò l’astrologia, che rispondeva ai timori dell’uomo sul proprio futuro.

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. Partendo dalle mappe delle varie costellazioni, e analizzando i colori delle stelle che le compongono, con questa attività è possibile realizzare la propria costellazione preferita utilizzando la scheda Arduino, accendendo le stelle che ne fanno parte.

Per prima cosa, scegli la costellazione che vuoi rappresentare. Qui trovi un elenco di tutte le 88 costellazioni del cielo tra cui puoi scegliere. Dopo aver scelto la costellazione, misura con attenzione la distanza tra le varie stelle che la compongono e la loro posizione in modo da riprodurre con precisione la costellazione che hai scelto. A questo punto, posiziona sulla basetta i vari led (che rappresenteranno le stelle della costellazione) avendo cura sia di posizionarli alla giusta distanza e nella giusta posizione gli uni dagli altri. Per facilitarti in questa fase puoi pensare di stampare la mappa della costellazione, nella scala che preferisci, in modo da avere già la giusta organizzazione delle stelle. Per rappresentare correttamente i colori delle stelle puoi utilizzare led di colore diverso. I colori di una stella dipendono dalla sua temperatura della sua fotosfera: se è molto calda, la stella apparirà bianca, se è più fredda potrà essere giallo-arancio, se è ancora più fredda sarà rossa.

Quindi, se volessimo realizzare la costellazione di Orione che presenta stelle bianche, rosse e blu, possiamo utilizzare un led rosso per la supergigante rossa Betelgeuse, mentre per Rigel, che è una gigante di colore blu, sceglieremo un led del rispettivo colore. Attenzione: a causa dei diversi assorbimenti dei led di colore diverso, può essere necessario doverli collegare a pin diversi.

Collegamenti dei led:
Gamba corta del Led —> pin GND;
Gamba più lunga del Led —> pin della scheda di Arduino variabile a seconda della costellazione rappresentata.

Di seguito riportiamo ad esempio la realizzazione della costellazione di Orione e Cassiopea

Realizzati tutti i collegamenti hardware, passiamo ora alla programmazione della scheda.
Per prima cosa colleghiamo, con il suo opportuno cavo, la scheda Arduino al nostro pc dove abbiamo precedentemente installato il software per controllare e programmare la scheda Arduino. Dopo aver aperto l’IDE di Arduino, andiamo in strumenti/scheda e selezioniamo Arduino/Genuino Uno e, successivamente, andiamo in strumenti/porta e selezioniamo la porta alla quale è collegato il nostro Arduino. In questo modo abbiamo settato l’ambiente di lavoro di Arduino e possiamo iniziare a scrive il codice per la nostra costellazione. Qui trovi, ad esempio, lo sketch realizzato per accendere le costellazioni di Orione e Cassiopea.

Per prima cosa dobbiamo apriamo lo sketch all’interno dell’IDE di Arduino (file/apri e poi selezioniamo il file costellazione.ino) e carichiamolo sulla scheda (per fare questo basta cliccare sulla freccia che presente in alto a sinistra affianco al simbolo di spunta).In questo modo, dopo aver caricato il software, potremmo vedere l’accensione della costellazione che hai realizzato.
Nota bene: utilizzando i pin analogici è possibile variare la luminosità dei vari Led in modo da rendere “accendere le stelle” della costellazione in maniera  della giusta luminosità rispetto alle altre.

Guarda la presentazione dell’attività sul canale YouTube di Play Inaf: