Di che classe sono le stelle?

Aggiornato il 21 Gennaio 2022

Descrizione breve

In questa scheda presentiamo un laboratorio didattico per capire come gli astronomi classificano le stelle, utilizzando Stellarium un software astronomico gratuito e di facile utilizzo (trovi in questa scheda una introduzione al software). Le stelle potrebbero infatti sembrare tutte uguali, ma in realtà hanno “colori” e luminosità diverse le une dalle altre. Queste caratteristiche sono definite dagli astronomi grazie a due parametri che impareremo a conoscere in questo laboratorio: il tipo spettrale e la magnitudine.

Obiettivi

• Familiarizzare con l’esplorazione del cielo tramite un planetario digitale.
• Raccolta di dati e raggruppamento di oggetti in insiemi definiti.
• Imparare a raccogliere misure e costruire grafici di dispersione.
• Imparare a classificare le stelle sulla base di parametri fisici.
• Introduzione ai principi dell’evoluzione stellare.

Valutazione

Il laboratorio proposto include due esercizi di raccolta e rappresentazione grafica di dati, che forniscono elementi di valutazione del lavoro svolto, da integrare con una discussione dei risultati e loro interpretazione.

Materiali

• Modulo didattico Le stelle (G. Iafrate, M. Ramella, V. Bologna, 2009).
• Software Stellarium.

Informazioni preliminari

Il modulo didattico Le stelle, sviluppato nell’ambito del progetto EuroVO for education, contiene un’introduzione al tema della classificazione stellare e tutte le informazioni necessarie per lo svolgimento degli esercizi. Stellarium è un software libero che può essere facilmente scaricato e installato su computer scolastici o individuali, il cui utilizzo è descritto nella video didattico I mille e uno cieli di Stellarium.

Prerequisiti

• Elementi di astronomia: aspetto della volta celeste, stelle e costellazioni.
• Elementi sul comportamento della luce: luminosità propria (vicino alla sorgente) e luminosità apparente, che diminuisce man mano che ci si allontana dalla sorgente.
• Definizione di grafico cartesiano e grafico di dispersione.

Descrizione completa

Uno dei caposaldi della ricerca scientifica è la raccolta di dati e il loro ordinamento, per scoprire nuove leggi della natura. Il caso di studio qui proposto è quello della classificazione delle stelle, sviluppata nei primi decenni del ‘900, a seguito dello sviluppo di nuove tecniche di osservazione (spettroscopia e fotografia). Dall’antichità e fino a metà del ‘800, gli astronomi si erano dovuti accontentare di misurare le posizioni relative degli astri nella volta celeste e la loro luminosità apparente (chiamata magnitudine), informazioni non sufficienti per comprendere la loro composizione e quale potesse essere la loro evoluzione nel tempo. Nuovi strumenti, chiamati spettroscopi, consentirono di scomporre la luce stellare in sequenze di colori, chiamate “spettri”, così come fa un prisma. Gli astronomi scoprirono quindi che ogni stella ha un suo colore predominante e altre caratteristiche del loro spettro, in particolare le righe di assorbimento dovute agli elementi chimici, che ne definiscono il “tipo spettrale”, sostanzialmente una nomenclatura composta da una lettera e un numero. Le stelle differiscono quindi per magnitudine e per tipo spettrale, ovvero per il loro colore, quando le osserviamo con opportuni strumenti ottici e non semplicemente ad occhio nudo. Ma cosa significano queste caratteristiche? Cosa ci dicono sulla natura delle stelle e sulla loro evoluzione? La svolta avvenne grazie al lavoro di due astronomi, Ejnar Hertzsprung (Danimarca) e Henry Norris Russell (Stati Uniti), che costruirono un diagramma che metteva in relazione la magnitudine assoluta (cioè la magnitudine apparente corretta per la distanza)  con il tipo spettrale delle stelle. Il modo peculiare in cui le stelle si dispongono in questo diagramma ha consentito di classificarle ulteriormente in “nane”, “giganti”, “supergiganti” e altro ancora. Queste “classi di luminosità”, insieme al tipo spettrale, hanno successivamente fornito le basi per comprendere il ciclo di vita delle stelle, dalla loro nascita alla loro morte.

L’obiettivo di questo laboratorio è la costruzione di un diagramma Hertzsprung-Russell (in breve, diagramma H-R) per le stelle più luminose visibili nel cielo. Si tratta sostanzialmente di un diagramma di dispersione della magnitudine assoluta (una misura numerica della luminosità della stella) in relazione al tipo spettrale (una classificazione alfanumerica), simulando lo studio effettuato dai due astronomi del ‘900. Dopo la lettura del testo Le stelle, l’insegnante potrà introdurre il tema della classificazione stellare nel suo sviluppo storico e proporre la rivisitazione dello studio di Hertzsprung e Russell.
Il primo esercizio descritto nel modulo didattico è sostanzialmente una raccolta di dati tramite l’utilizzo del software Stellarium, per un certo numero di stelle.
Il secondo esercizio è la costruzione del diagramma H-R vero e proprio. L’analisi di questo diagramma potrà essere frutto di approfondimento e discussione successiva.

Riferimenti al curriculum scolastico

• Matematica
  • Grafici cartesiani
• Fisica
  • Proprietà della luce e misura delle grandezze associate
• Scienze
  • Proprietà dell’atomo e formazione degli spettri
  • Proprietà spettrali delle stelle

Informazioni aggiuntive

Il modulo può essere arricchito introducendo e spiegando la formula di Pogson, che lega la magnitudine al flusso luminoso con una relazione logaritmica, e la differenza tra magnitudine apparente e magnitudine assoluta. Questa risorsa didattica si presta inoltre a considerazioni sul modo in cui il progresso scientifico e tecnologico sono strettamente legati tra di loro. I nomi delle stelle del campione proposto rimandano principalmente all’astronomia araba antica. La maggior parte sono visibili nel cielo boreale, ma alcune sono ai più ignote essendo visibili soltanto dall’emisfero australe.

Conclusioni

Tramite questo modulo didattico, gli alunni potranno comprendere l’utilità di raggruppare oggetti diversi in insiemi omogenei, in base ai valori di certi parametri (luminosità) o caratteristiche (tipo spettrale), che permettono di comprendere la natura degli oggetti studiati (qui si tratta di stelle, ma lo stesso approccio può essere utilizzato in altri campi) e la loro evoluzione.

Approfondimenti

• Quaderno didattico Il Sole e le altre stelle.
• Lezione su Evoluzione stellare (da L’Universo in fiore – corso base di astronomia).

Ringraziamenti
Si ringrazia Giulia Iafrate e Agatino Rifatto per la revisione del testo.