Primaria Secondaria di primo grado Secondaria di secondo grado Antonio Maggio Percorso didattico Esopianeti Sistema Solare Terra Fisica: Grandezze fisiche e misure Fisica: Luce Fisica: Moti Scienze: Clima e Vita sulla Terra Scienze: Tecnologia

Alla ricerca di altri mondi!

Grazie all'attuale sviluppo tecnologico abbiamo scoperto migliaia di pianeti orbitanti intorno a stelle diverse dal nostro Sole: gli esopianeti! C'è qualche altro mondo abitabile lassù?
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Descrizione

Tra tutti i pianeti e i satelliti del Sistema Solare, la Terra è certamente un luogo speciale: ospita da milioni di anni forme di vita che si sono evolute fino a generare la specie umana, l’Homo sapiens. Queste creature, dotate di curiosità ed intelligenza, hanno presto rivolto lo sguardo al cielo chiedendosi dapprima cosa fossero tutti quei puntini luminosi visibili nel buio della notte e, subito dopo, se lassù non vi potesse essere qualche altro luogo adatto ad ospitare forme di vita come noi le conosciamo.

L’esistenza di pianeti possibilmente abitabili, attorno ad altre stelle, è rimasta per millenni una questione filosofica. Soltanto da una trentina d’anni lo sviluppo tecnologico ha consentito la costruzione di strumenti in grado di affrontare la ricerca di “nuovi mondi” con un approccio genuinamente scientifico.

È questo il tema che affronteremo in questo percorso didattico. Parleremo dunque di come sia possibile oggi scovare pianeti attorno ad altre stelle, di come gli astronomi riescano a dirci se si tratta di piccoli pianeti rocciosi, come la Terra, oppure di giganti gassosi come Giove o Saturno, e ancora, di come stiamo cercando di capire se le condizioni ambientali di questi esopianeti siano tali da poter immaginare esseri viventi, come sulla Terra… oppure no. Lo faremo come sempre attraverso varie risorse (videolezioni, laboratori, infografiche, pillole video) che troverete sul sito EduINAF, ma anche grazie ad alcune interessanti risorse esterne. Anche oggi vi proponiamo tre percorsi differenti per scuole primarie e secondarie di I e II grado. Buona lettura.

Vedi i percorsi

Prerequisiti

Com’è fatto il Sistema Solare: nomi, dimensioni e distanze relative dei pianeti (in modo qualitativo).

Obiettivi

  • Comprendere che esistono altri pianeti in orbita attorno a stelle lontane e diverse dal Sole
  • Inventare rappresentazioni pittoriche di esopianeti
  • Discutere la possibile esistenza di forme di vita extra-terrestri

Risorse utilizzate

Traccia del percorso

Alzando gli occhi al cielo, in una notte buia e senza nuvole, si vedono tantissime stelle – se avete la fortuna di vivere in un luogo privo di inquinamento luminoso, s’intende! Si tratta di masse gassose che bruciano a miliardi di chilometri di distanza come dice giustamente Pumba! Alcune sono stelle gialle simili al nostro Sole, altre sono molto più piccole e rossastre, altre ancora sono invece più grandi e di colore blu. Quello che sfugge a molti è il fatto che attorno a tutte quelle stelle ci possa essere qualche altro pianeta, forse piccolo e roccioso come la Terra, oppure gigante e gassoso come Giove. Ce lo dicono gli astronomi, che hanno oggi telescopi e altri strumenti potentissimi per scoprire questi esopianeti. E allora, forse, su questi mondi in orbita attorno ad altre stelle, potrebbero esserci anche degli altri esseri viventi, simili a noi umani… o forse no. Per accendere la nostra immaginazione, facciamoci aiutare dal racconto di Stella e Giotto, alla ricerca di extraterrestri (narrazione per immagini, durata 20-30 minuti).

In effetti, i pianeti sono corpi celesti che non emettono luce propria, ma riflettono in piccola parte la luce della stella attorno a cui girano. Per questo motivo è molto difficile fotografare direttamente gli esopianeti, come in questo ritratto di famiglia (articoli divulgativi, 10 minuti di lettura ciascuno): ci si riesce soltanto se sono molto grandi – diciamo come il nostro Giove – e abbastanza lontani dalla stella madre. D’altra parte, abbiamo già detto che le stelle non sono tutte come il nostro Sole, spesso sono come Trappist-1, una stella nana rossa attorno alla quale sono stati scoperti ben 7 pianeti. Poi, a volte, può anche succedere che un pianeta giri intorno non a una, ma a due stelle, come il pianeta Totooine del film Star Wars! E se le due stelle fossero di colori diversi… ci potrebbe essere un pianeta lontano dove le nostre ombre sarebbero rosse e blu! (attività laboratoriale, durata 1-2 ore).

Di altri pianeti, lontani dalla Terra e dal Sole, parlano molti fumetti e film di fantascienza, che raccontano storie un po’ vere e un po’ inventate. Chissà quanti ne avrete visti! Molti scrittori e registi si sono in effetti ispirati alla scienza per raccontare le loro storie fantastiche. Per ricordarci meglio quanto strani e diversi dalla Terra possano essere questi altri mondi, che ne dite di costruire un libro pop-up?

Trovare questi esopianeti, lontani e invisibili, però è davvero un’impresa difficile. Se c’è tra voi qualche piccolo aspirante scienziato curioso, suggeriamo di guardare questa illustrazione che spiega come fanno veramente gli astronomi.

Molti degli esopianeti scoperti sino ad oggi sono inospitali, troppo caldi o troppo freddi, senza acqua liquida – elemento fondamentale per la vita – o magari senza neppure una superficie solida su cui poggiare i piedi (come Giove o Saturno). Ma gli astronomi hanno trovato anche pianeti che potrebbero essere interamente ricoperti da mari e oceani, e finalmente alcuni… sì, molto simili alla Terra! Ma saranno abitati? E in questo caso, che forma avrebbero le creature extra-terrestri? Non lo sappiamo bene, ma qualche idea gli scienziati ce l’hanno: scopriamolo con l’identikit dell’extraterrestre (attività laboratoriale, durata 1-2 ore, disponibile anche in modalità interattiva dal vivo, prenotandosi alla pagina INAF Online Lab).

Durata

La durata delle singole risorse è riportata nella traccia. La durata totale del percorso è stimata di una settimana, a seconda delle discipline coinvolte. Possibile estensione con approfondimenti anche a partire dalle letture consigliate.

Possibili collegamenti interdisciplinari

Italiano, scienze, arte, teatro

Proposte per la valutazione

  • Dibattito in classe sulle letture consigliate
  • Valutazione degli artefatti prodotti durante i laboratori, da inserire eventualmente in una raccolta tipo “portfolio” dello studente.

Letture consigliate

Materiali per i laboratori

Vedi schede descrittive dei laboratori

Prerequisiti

  • Sapere com’è fatto il Sistema Solare
  • Conoscere le principali differenze tra la Terra e altri pianeti del Sistema Solare

Obiettivi

  • Conoscere i principali metodi di ricerca e scoperta di esopianeti
  • Comprendere la varietà di possibili sistemi planetari attorno ad altre stelle
  • Comprendere le (rare) condizioni di abitabilità di un pianeta

Risorse utilizzate

Traccia del percorso

I pianeti sono corpi celesti che non emettono luce propria, ma possono riflettere, in piccola parte, la luce della stella attorno a cui ruotano. Per questo motivo gli esopianeti sono estremamente difficili da fotografare direttamente: ciò è possibile, come in questo ritratto di famiglia, soltanto se i pianeti sono molto grandi – diciamo come il nostro Giove – e abbastanza lontani dalla stella madre. Perché chiamarla “stella madre”? Buona domanda! La ragione è che i pianeti si formano da gas e polveri che circondano stelle molto giovani: guardate bene questo vortice, nasconde un pianeta! A volte può anche succedere che un pianeta giri intorno non a una, ma a due stelle: una geometria dell’altro mondo! D’altra parte, le stelle non sono tutte come il nostro Sole, spesso sono piccole e relativamente più fredde, come Trappist-1, una stella nana rossa attorno alla quale sono stati scoperti ben 7 pianeti.

Per capire meglio come fanno gli astronomi a scoprire questi esopianeti, anche se invisibili, vi sveliamo con questa infografica i due metodi principali utilizzati finora: il metodo dei transiti e la tecnica delle velocità radiali. Volendo fare un’esperienza più concreta, vi raccomandiamo l’attività di laboratorio Ozobot a caccia di esopianeti, che utilizza un approccio didattico innovativo, meglio descritto in un articolo di approfondimento su come utilizzare dei piccoli robot per simulare il metodo del transito planetario. Robotica e programmazione si incontrano anche in questa attività di gioco più ludica: Ozobot nel labirinto degli esopianeti.

Nel 2015, l’Unione Astronomica Internazionale (IAU) ha indetto un concorso per assegnare un nome a 20 sistemi di stelle e pianeti extra-solari. Questo menu degli esopianeti li descrive uno per uno in altrettante schede informative, che vi faranno scoprire quanto diversi possano essere i pianeti attorno ad altre stelle rispetto alla Terra: potete leggere queste schede a gruppi, uno al giorno, e discutere quali siano i pianeti più curiosi e interessanti. La lista dei loro nomi, approvati dall’IAU, e dei proponenti vincitori del concorso si trova qui (in inglese).

Bene, di esopianeti ce ne sono tanti, ma come facciamo a sapere se sono potenzialmente abitabili? Proviamo a scoprirlo insieme con un’attività didattica pubblicata su astroEDU, La macchina della vita, descritta in questo articolo introduttivo. Se poi volete cimentarvi con un’esperienza più innovativa, vi suggeriamo la realizzazione di un gioco interattivo in realtà aumentata per far comprendere quanto sia speciale e privilegiato il nostro pianeta Terra rispetto ai pianeti del Sistema Solare e rispetto agli esopianeti che orbitano attorno a stelle diverse dal Sole.

Durata

La lettura degli articoli introduttivi, così come delle schede informative nel menu degli esopianeti potrà essere svolta in classe o a casa, necessitando di pochi minuti per ogni articolo o scheda, a cui potrebbero seguire esposizioni individuali e un dibattito in classe. La durata delle attività laboratoriali è variabile da qualche ora ad un paio di giorni, dipendendo dalla disponibilità e dalla programmazione dei robot. L’attività su La macchina della vita è abbastanza complessa e di lunga durata, ma può essere svolta anche parzialmente. L’attività in realtà aumentata con Metaverse richiede invece circa 2 ore. La durata totale del percorso è stimata in due settimane, a seconda dell’orario scolastico e delle discipline coinvolte. Possibile estensione con approfondimenti anche a partire dalle letture consigliate.

Possibili collegamenti interdisciplinari

Scienze, Tecnologia, Inglese

Proposte per la valutazione

  • Dibattito in classe
  • Valutazione di elaborati proposti come approfondimento sui temi proposti (ad esempio testi in forma di articolo breve o presentazioni in forma di poster o disegni)
  • Valutazione delle conoscenze e competenze in un contesto di esplorazione libera (anche tipo gara) in cui sono costruiti e programmati piccoli robot (OzoBot)

Letture consigliate

Prerequisiti

  • Sapere com’è fatto il Sistema Solare e come orbitano i pianeti intorno al Sole
  • Conoscere le principali differenze tra i diversi pianeti del Sistema Solare
  • Elementi di algebra e calcolo simbolico
  • Elementi di fisica (termodinamica)

Obiettivi

  • Conoscere i principali metodi di ricerca e caratterizzazione di esopianeti
  • Applicare conoscenze basilari di algebra e analisi matematica per la misura di quantità fisiche e la verifica di modelli interpretativi delle osservazioni
  • Comprendere le (rare) condizioni di abitabilità di un pianeta e discutere possibili scenari alternativi sull’evoluzione della vita sulla Terra
  • Saper interagire e relazionarsi in gruppi di lavoro su temi nuovi e di avanguardia scientifica e tecnologica

Risorse utilizzate

Traccia del percorso

Il Sistema Solare è composto da pianeti, satelliti e altri corpi minori, con caratteristiche molto diverse tra loro. Distinguiamo in particolare i pianeti piccoli e rocciosi come la Terra e Marte da quelli giganti e gassosi come Giove e Saturno. Nettuno è invece il prototipo dei “pianeti ghiacciati”, di massa intermedia. Ma questa “architettura” del Sistema Solare è una caratteristica anche dei sistemi planetari attorno ad altre stelle? Esistono anche altrove regioni dello spazio dove le condizioni ambientali  hanno consentito la nascita e lo sviluppo della vita, come sulla Terra? Per rispondere a queste domande cerchiamo di calcolare, per ordine di grandezza, quanti pianeti abitati potrebbero esistere nella nostra Galassia: provateci utilizzando l’equazione di Drake (esercizio guidato, circa 20 minuti).

Da questi semplici calcoli sembrerebbe quindi che nella nostra Galassia, l’Homo sapiens potrebbe stare in buona compagnia. Ma sarà vero? Scomponiamo il problema in quattro passi successivi: 1) cerchiamo pianeti intorno ad altre stelle, per capire quanti ce n’è, almeno statisticamente; 2) otteniamo misure che ci consentano di conoscere le dimensioni e la massa di questi pianeti, per confrontarli con quelli del Sistema Solare; 3) facciamo osservazioni per capire se alcuni di questi pianeti mostrano segni di vita; 4) ammesso che ce ne siano davvero molti “abitabili”, cerchiamo di entrare in contatto con gli eventuali extra-terrestri.

Trovare esopianeti non è facile. Non emettono luce propria e quindi sono difficili da “fotografare” direttamente: ciò è possibile, come in questo ritratto di famiglia (articolo divulgativo, 10 minuti), soltanto se i pianeti sono molto grandi – diciamo come il nostro Giove – e abbastanza lontani dalla stella madre. Questa infografica (10 minuti) illustra i due metodi principali utilizzati fino ad oggi dagli astronomi per scoprire esopianeti, anche se invisibili: il metodo dei transiti e la tecnica delle velocità radiali. Volendo fare un’esperienza più concreta, vi raccomandiamo l’attività di laboratorio su Una simulazione della missione Kepler (2-4 ore), oppure la più elaborata Rivelazione di esopianeti (2-6 giorni), che vi farà capire anche come sia possibile misurare le dimensioni dei pianeti scoperti, il loro periodo orbitale e la distanza dalla propria stella (tramite applicazione delle leggi di Keplero).

Diverse migliaia di esopianeti sono stati scoperti con queste tecniche, a partire dal primi anni ’80, quando la tecnologia ha consentito la costruzione di strumenti di osservazione e misura sufficientemente precisi. Giusto un esempio di scoperta è illustrato nel seguente servizio: Kepler osserva altri pianeti simili alla Terra  (video, 2 minuti).

La varietà di architetture planetarie svelata dalle osservazioni accumulate sino ad oggi è davvero impressionante (5-10 minuti per lettura di ciascun articolo divulgativo): si va dai pianeti che orbitano attorno a due stelle (una geometria dell’altro mondo!), ai sistemi compatti con molti pianeti estremamente vicini a stelle piccole e relativamente fredde (Trappist-1), a pianeti roventi dove piove ferro fuso (WASP-76b) o vetro liquido (Un altro pianeta blu)! Per “toccare con mano” un sistema extra-solare, vi invitiamo ad immergervi nella simulazione 3D in realtà virtuale di 55 Cancri-e, un ardente pianeta vulcanico. (videopillola di 3 minuti, disponibile anche in versione inglese). E poi, anche lì dove le osservazioni suggeriscono la presenza di vapor d’acqua nell’atmosfera, la vita potrebbe non essere facile: dunque Quanto è speciale la Terra?

Per capire ancora meglio quanto fantasioso sia l’universo degli esopianeti e come gli astronomi stanno cercando di comprenderli, ascoltate le voci di ricercatrici e ricercatori protagonisti di questa avventura della conoscenza, raccolte sul sito Altrimondi (podcast radiofonico, 8-10 minuti ciascuna puntata).

Ecco un elenco di pianeti extrasolari e delle loro stelle ospiti, redatto dall’International Astronomical Union (IAU), ai quali il pubblico ha assegnato un nome nel 2015 tramite un concorso internazionale. La lista dei nomi approvati dall’IAU e dei proponenti vincitori del concorso si trova qui (sito in inglese). Un secondo concorso si è svolto nel 2019, in occasione del centenario dalla fondanzione dell’IAU. Questa la lista di sistemi proposti (in inglese) e questi i nomi selezionati (in inglese) dall’IAU, uno per ogni nazione.

Bene, di esopianeti ce ne sono tanti, ma quali devono essere le caratteristiche per poter affermare che sono potenzialmente abitabili? Proviamo a scoprirlo con l’attività didattica La macchina della vita (da astroEDU, durata alcune ore), descritta in questo articolo introduttivo. Se poi volete cimentarvi con un’esperienza più innovativa, vi suggeriamo la realizzazione di un gioco interattivo in realtà aumentata per far comprendere quanto sia speciale e privilegiato il nostro pianeta Terra rispetto ai pianeti del Sistema Solare e rispetto agli esopianeti che orbitano attorno a stelle diverse dal Sole.

A questo punto del percorso forse avrete voglia di rivedere le vostre previsioni iniziali, riprendendo l’equazione di Drake (esercizio guidato, circa 20 minuti). Se poi rimanete convinti che lassù possano esserci molti altri esseri sensienti, non vi resta che inviare un radiomessaggio, come Il messaggio di Arecibo, oppure andare alla ricerca di segnali extra-terrestri. Auguriamoci che siano più pacifici dell’Homo sapiens

Durata

La durata delle singole risorse è riportata nella traccia. La durata totale del percorso è stimata tra due e quattro settimane, a seconda dell’orario scolastico e delle discipline coinvolte. Possibile estensione con approfondimenti anche a partire dalle letture consigliate.

Possibili collegamenti interdisciplinari

Fisica, Matematica, Scienze, Tecnologia, Inglese, Storia

Proposte per la valutazione

  • Molte delle attività si prestano a dibattiti in classe.
  • Le attività di laboratorio possono essere valutate tramite elaborati proposti per descrivere le esperienze o testi in forma di articolo breve o presentazioni in forma digitale, o poster divulgativi da far realizzare agli studenti.
  • Gli articoli e i video in inglese offrono la possibilità di verifiche orali.

Letture consigliate

Giovanna Tinetti – I pianeti extra-solari (Il mulino)

Jim Al-Khalili (a cura di) – Alieni. C’è qualcuno là fuori? (Bollati Boringhieri)