Aggiungi un PLATO a tavola, che c’è un pianeta in più!

Cosa spinge le comunità scientifiche di tutto il mondo a studiare sistemi planetari extrasolari? E come si scoprono pianeti lontanissimi orbitanti attorno a stelle diverse dal nostro Sole? Possono sembrare domande riservate a chi lavora ai telescopi spaziali più sofisticati, ma in realtà trovare la risposta a queste domande è proprio lo scopo del progetto intitolato Alla ricerca di esopianeti, che ha coinvolto studenti e studentesse della classe 5ªG del Liceo Pitagora di Selargius di Cagliari in un’esperienza scientifica autentica e affascinante, con l’obiettivo di avvicinare le nuove generazioni all’astrofisica.
Le attività proposte sono basate sul metodo scientifico, con l’obiettivo di riprodurre in ambito scolastico le diverse fasi che costituiscono la ricerca scientifica, simulando le modalità tipiche di un autentico progetto di ricerca.
In particolare la classe ha avuto l’opportunità di sperimentare in prima persona una delle complesse tecniche impiegate dagli astrofisici per scoprire e caratterizzare pianeti extrasolari: il metodo dei transiti.

Una “tempesta di idee”

Il percorso è iniziato con una “tempesta di idee” durante la quale le domande a cui si cerca dare risposta sono state confrontate con le conoscenze già in possesso della classe, in modo da porre le basi per costruire il progetto di ricerca. Gli strumenti a disposizione della classe sono stati due cartelloni e dei post-it.
“Quello che so” conteneva informazioni e nozioni già note sugli esopianeti e più in generale sull’astrofisica.
“Quello che vorrei sapere”, invece, raccoglieva dubbi e curiosità che motivavano la ricerca. Tra queste troviamo non solo problemi di carattere scientifico: “Quali sono le condizioni necessarie per lo sviluppo della vita?”, oppure “Come si trova un esopianeta con piano orbitale perpendicolare a noi?” ma anche questioni filosofiche tipiche della ricerca in ambito esoplanetario, come: “Siamo soli nell’universo?”, “Esiste la vita su altri pianeti?”.
Le idee, le nozioni e le curiosità collezionate durante questa attività hanno dato il via a un intenso confronto, che ha permesso di commentare, riflettere e discutere il contenuto di ciascun post-it.

Una volta chiari gli obiettivi da raggiungere, il progetto prevede una parte pratica che coinvolge direttamente la classe in attività di laboratorio. Queste sono state strutturate in tre diverse sessioni pomeridiane, il cui scopo è stato quello di presentare le attività tipiche di un progetto di ricerca. La classe è stata dunque suddivisa in tre gruppi che, durante le varie sessioni, avrebbero sperimentato a rotazione tre attività complementari: la Misura sperimentale, l’Analisi dei dati e la Produzione di contenuti multimediali per la comunicazione della scienza.
L’obiettivo è permettere ad ogni componente della classe di vivere in prima persona ciascuna delle attività proposte facilitando la collaborazione, una delle caratteristiche fondamentali della scienza moderna. Infatti, pur essendo divisa in gruppi distinti, la classe ha lavorato insieme per raggiungere gli obiettivi comuni.

Una classe divisa in gruppi

Il gruppo Misura si è occupato dell’assemblaggio di un modello in scala di un sistema planetario semplice, ovvero un singolo pianeta in orbita attorno alla propria stella. Il modello, fornito e ideato dai tutor dell’INAF, è composto da una sfera luminosa (la stella) attorno a cui ruota una sfera opaca (il pianeta). Il moto del pianeta è regolato da un motorino elettrico in asse con la stella, mentre il raggio orbitale può essere variato attraverso un braccio regolabile (link alla scheda su Play-INAF).
Una volta assemblato, il sistema planetario può essere osservato tramite un telescopio, rappresentato da una webcam collegata a uno dei computer di laboratorio. Esso ha l’obiettivo di simulare un osservatorio astronomico attraverso cui misurare le variazioni nell’intensità della luce proveniente dalla stella, causate dal passaggio del pianeta davanti alla stella rispetto al punto di osservazione.

La classe ha dunque misurato e acquisito le curve di luce della stella, osservando come il passaggio del pianeta provocasse una riduzione del flusso luminoso percepito dalla webcam. La configurazione sperimentale è stata progettata in modo da permettere la modifica di diverse variabili, tra cui la distanza tra stella, pianeta e telescopio, oppure la dimensione dell’esopianeta. In questo modo il gruppo può eseguire varie misure in diverse configurazioni, e osservare l’effetto di ciascuna variabile sulla curva di luce misurata.
Il gruppo Analisi ha invece l’obiettivo di stimare il raggio dell’esopianeta a partire dalla misura della curva di luce, conoscendo oltre al raggio della stella anche la distanza tra stella, pianeta e telescopio.

Il gruppo Analisi ha poi verificato l’accuratezza della misura utilizzando formule e approssimazioni diverse a seconda della configurazione del sistema. Infatti nella configurazione in cui le distanze stella-osservatore e pianeta-osservatore siano molto maggiori dei raggi della stella, e quindi del pianeta, è possibile utilizzare la formula classica che mette in rapporto la variazione di flusso con il quadrato dei rapporti dei raggi dei corpi celesti.
Infine, il gruppo Produzione ha dato sfogo alla creatività realizzando del materiale divulgativo, tra cui un poster e una carta in stile Pokémon dedicata al telescopio spaziale PLATO.
Durante i vari incontri, infatti, più volte è stato fatto riferimento proprio a questa missione spaziale dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), che utilizzerà il metodo dei transiti – lo stesso sperimentato dalla classe – per scoprire e caratterizzare sistemi planetari extrasolari, dando anche vita al titolo di questo articolo. Questa connessione tra creatività e rigore scientifico non solo ha rafforzato le competenze comunicative e collaborative della classe, ma ha reso ancora più tangibile e appassionante tutto il percorso scientifico svolto durante questo progetto.

La conclusione del progetto

Oltre a introdurre la base del “metodo dei transiti”, le attività svolte hanno consentito alla classe di affrontare direttamente alcuni aspetti chiave della ricerca scientifica, tra cui la consapevolezza delle limitazioni strumentali e l’importanza della valutazione degli errori di misura. In particolare, l’utilizzo di strumenti semplici come una webcam ha reso evidente come la precisione e l’accuratezza dei risultati scientifici dipendono in maniera cruciale dalla qualità degli strumenti impiegati.

Queste “limitazioni” sono state un’occasione per approfondire il concetto degli errori sperimentali. Per esempio, la superficie non perfettamente omogenea della sfera luminosa (la stella) influenza significativamente la curva di luce registrata durante il transito del pianeta. L’esperienza pratica ha permesso dunque alla classe di comprendere concretamente come ogni misurazione scientifica debba necessariamente tenere conto delle limitazioni e degli errori introdotti dagli strumenti, portandoli ad apprezzare pienamente il ruolo centrale dell’analisi critica e dell’interpretazione consapevole dei dati sperimentali.
Le attività del progetto si sono concluse nello stesso modo in cui erano iniziate, con gli studenti intenti a riprendere e commentare i post-it presenti sui cartelloni Quello che so e Quello che vorrei sapere. Molte delle domande iniziali hanno trovato una risposta e sono state simbolicamente trasferite sul cartellone Quello che so, arricchendolo notevolmente. La relazione e la presentazione prodotte dagli studenti (consultabile a questo link) rappresentano il loro importante contributo finale e testimoniano il valore delle attività svolte.

Il progetto “Alla ricerca di esopianeti” non si conclude qui. Grazie alla strumentazione concessa in comodato d’uso gratuito al Liceo Pitagora, nuove generazioni potranno continuare a esplorare e scoprire, avvicinandosi concretamente alla bellezza e alla complessità dell’universo. Non soltanto un’attività scolastica, dunque, ma una vera e propria avventura scientifica capace di aprire nuove prospettive e ispirare le nuove generazioni a guardare verso il cielo con occhi curiosi e consapevoli.