Esperienze di luce all’Osservatorio di Brera

Articolo di Sofia Greggio, Noemi Lo Presti (IIS Leonardo da Vinci di Carate Brianza), Mattia Cereda, Marta Fragomeni, Serena Marchetti, Davide Sironi (IIS Vittorio Bachelet di Oggiono) e Mattia Guntri (Collegio Sant’Antonio di Busnago) nell’ambito del progetto PCTO “Laboratorio di Ottica” svolto presso INAF-Osservatorio Astronomico di Brera (OAB), sede di Merate, dal 7 all’11 luglio 2025.

“Sarebbe davvero interessante… e poi suona davvero SPAZIALE!“: ecco cosa abbiamo pensato quando una professoressa ci ha proposto, quasi per caso, l’idea di svolgere una settimana di PCTO all’INAF-Osservatorio Astronomico di Brera – Merate. Ma in realtà, all’inizio non sapevamo esattamente di cosa si trattasse. Ci immaginavamo telescopi enormi puntati verso le stelle, immagini spettacolari di galassie lontane e qualche chiacchierata sull’universo. Ma nel corso di questa settimana, abbiamo capito che dietro a tutto ciò si nasconde un mondo molto più affascinante, dove fisica, ottica e tecnologia si intrecciano come le spirali di una galassia.
La decisione di intraprendere questo percorso è maturata grazie alla curiosità per i fenomeni legati alla luce. E non solo la luce visibile, si badi bene, ma anche i raggi infrarossi, i raggi ultravioletti, i raggi X… radiazione elettromagnetica a frequenze che i nostri occhi non percepiscono, ma che i telescopi spaziali studiano con precisione per esplorare i fenomeni più energetici e misteriosi del cosmo. E che, durante questo PCTO, il nostro gruppo ha avuto l’opportunità di approfondire ben oltre le classiche nozioni scolastiche. Abbiamo imparato che la luce non è soltanto un insieme di raggi che illuminano, ma si comporta in modi a volte sorprendenti. Ogni fenomeno ottico osservato non è solo un gioco di specchi, ma una finestra su un messaggio che ci giunge dall’universo.

Toccare con mano la luce: riflessione, rifrazione e altro

E così, durante questo percorso abbiamo eseguito di persona esperimenti su vari fenomeni ottici, a partire dall’ottica geometrica, “toccando con mano” i fenomeni della riflessione e della rifrazione attraverso alcuni semplici esperimenti con dei laser e dei solidi di plastica trasparente.
Abbiamo anche approfondito un argomento particolarmente importante per la strumentazione astronomica: il funzionamento delle lenti. Grazie al laser, infatti, è stato possibile vedere il percorso della luce all’interno di lenti convergenti e divergenti e comprendere le loro applicazioni in diversi tipi di telescopi rifrattori. E, per mostrarne l’importanza nelle applicazioni alla vita di ogni giorno, abbiamo anche fatto un breve approfondimento sull’uso delle lenti per la correzione dei difetti della vista, costruendo semplici montaggi che mostravano in modo diretto come si possa riportare a fuoco una visione affetta da miopia o ipermetropia. Infine, abbiamo osservato il fenomeno della dispersione dal quale si evidenza che la luce in un dato mezzo rallenta in maniera diversa a seconda della sua lunghezza d’onda, ovvero del suo colore. E siamo rimasti tutti molto stupiti verificando che la luce può essere polarizzata non solo passando attraverso degli occhiali da sole, ma anche in seguito alla sua riflessione o alla diffusione da parte dell’atmosfera!

La luce come onda: costruire uno spettrometro

Siamo poi passati a comprendere dei fenomeni che sperimentiamo un po’ di meno nella vita quotidiana: l’ottica fisica, ovvero la luce come onda elettromagnetica. È stato proprio attraverso l’osservazione di fenomeni come la diffrazione e l’interferenza che ci siamo convinti di questa realtà! E, sempre grazie al fenomeno della diffrazione, siamo riusciti a costruire anche uno spettroscopio fai-da te per l’osservazione dello spettro della luce visibile, usando del cartoncino nero e un CD. L’uso di questo spettroscopio ci ha permesso di osservare le righe di emissione di diverse sorgenti di luce (lampade a scarica elettrica nel sodio, idrogeno, neon, azoto, krypton), ovvero di iniziare a comprendere l’analisi spettroscopica: uno strumento molto potente per l’astrofisica, dal momento che l’identificazione delle linee di emissione e di assorbimento nella luce emessa o riflessa dai corpi celesti permette di risalire agli elementi chimici di cui sono composti.

Dopo avere osservato gli spettri di questi elementi, siamo passati alla misura delle lunghezze d’onda delle righe di emissione della scarica elettrica nell’idrogeno, che presenta lo spettro più semplice di tutti gli elementi, cioè le righe della Serie di Balmer, di cui si vedono facilmente le righe H (rosso), H (azzurro) e H (viola). La misura degli angoli di diffrazione di ciascuna riga, dopo essere passata attraverso un reticolo a trasmissione di cui era nota la distanza tra le fenditure, ci ha permesso di risalire alle relative lunghezze d’onda. Con nostra grande soddisfazione, i risultati sperimentali sono risultati in accordo coi valori teorici entro una decina di nanometri!

Costruire un interferometro

Sempre per restare in tema di ottica fisica e ad ulteriore riprova che la luce è un’onda… abbiamo costruito un semplice interferometro di Michelson, ovvero un apparato che divide un fascio di luce laser in due, per poi ricombinarli dopo avere fatto percorrere loro un cammino ottico differente. Sullo schermo si osservano allora delle frange di interferenza, ma solo se la differenza dei cammini ottici è inferiore ad un certo valore, pari alla lunghezza di coerenza del laser (circa 1 cm nel nostro caso). Questo esperimento ci ha permesso non solo di misurare le proprietà di coerenza temporale del laser, ma anche di osservare come le deformazioni delle frange evidenziano le imperfezioni degli specchi. Come abbiamo avuto modo di vedere, questo metodo viene usato dai ricercatori e dai tecnologi dell’Osservatorio per misurare piccole irregolarità nella superficie degli specchi per i telescopi che vengono fabbricati presso i loro laboratori, allo scopo di correggerle.
È stato particolarmente interessante anche lo studio del funzionamento di una vera ottica a raggi X usando un prototipo di modulo ottico del telescopio spaziale BeppoSAX, con il quale abbiamo determinato sperimentalmente le posizioni dei fuochi (in luce visibile) e successivamente ne abbiamo anche calcolato la posizione grazie alla formula dei punti coniugati e delle formule apposite che regolano il funzionamento dell’ottica in incidenza radente.
Alla fine della settimana il percorso si è concluso con la preparazione di un’esposizione individuale, in cui ciascuno di noi ha avuto modo di approfondire uno degli esperimenti svolti nel corso delle attività e di svolgerlo di fronte al personale dell’osservatorio e ai nostri docenti, riscuotendo il plauso generale!

Una settimana da giovani ricercatori

Oltre al contenuto scientifico che abbiamo acquisito, questa esperienza ci ha decisamente aiutato a crescere personalmente. Prima di tutto nel lavoro di squadra: se all’inizio avevamo qualche difficoltà a collaborare tra di noi in maniera efficace, con il passare dei giorni abbiamo capito come lavorare insieme in modo migliore, dividendoci i compiti e scambiandoci suggerimenti.
Abbiamo poi potuto vivere in prima persona come si lavora nel mondo della ricerca: mettendo insieme teoria ed esperimento. Essere immersi nell’ambiente scientifico dell’Osservatorio ci ha offerto la possibilità di integrare le conoscenze acquisite a scuola con competenze fondamentali per la nostra vita, come la capacità di risolvere problemi e di affrontare esperimenti ragionando insieme. Abbiamo così compreso il PCTO possa aiutare a decidere del futuro; poter sperimentare in un determinato settore permette di capire se quel tipo di attività è davvero in linea con i propri interessi e le proprie attitudini.
Per la prima volta ci siamo sentiti coinvolti in qualcosa che ha a che fare con il mondo reale della ricerca scientifica, abbiamo diviso il nostro lavoro tra esperimenti pratici, nozioni teoriche e analisi di dati, ponendoci come obiettivo finale quello di comprendere la fisica che si nasconde negli esperimenti e nella vita quotidiana. Grazie a questa esperienza, siamo riusciti a diventare – per una settimana – un team di “giovani ricercatori” che lavorava insieme a un progetto scientifico, e non è stato solo interessante dal punto di vista tecnico, è stato anche stimolante a livello personale.
Questa esperienza ci ha anche aiutato ad instaurare nuove amicizie. All’inizio della settimana molti di noi non si conoscevano, venendo da scuole diverse. Eppure, abbiamo scoperto che la curiosità e la passione per la fisica ci accomunava tutti e tutte. E così, tra un esperimento e l’altro, l’imbarazzo iniziale è scomparso e abbiamo iniziato a conoscerci meglio.
In conclusione, ognuno di noi ha riconosciuto questa settimana come un’esperienza preziosa: il clima accogliente dell’Osservatorio ha favorito il consolidamento del nostro legame durante gli esperimenti ma – soprattutto – durante le pause. E alla fine, grazie all’esperienza intensa condivisa insieme, sembrava persino che ci conoscessimo da molto più tempo di una breve settimana!

Vogliamo ringraziare di cuore tutti i ricercatori che ci hanno accompagnati in questo PCTO: si sono dimostrati sempre disponibili ad ascoltare le nostre domande, con un autentico entusiasmo nel trasmettere il loro sapere in modo chiaro e coinvolgente. La loro passione per la scienza è stata evidente fin dal primo giorno e ci ha mostrato che è possibile trasformare ciò che si ama nella propria carriera. E quando le nozioni e i concetti vengono trasmessi con passione e spirito di condivisione, imparare diventa un’esperienza più semplice, efficace e stimolante per noi giovani. Ed è – scusate se è poco – ciò che ci serve per darci fiducia e motivazione per il nostro futuro!