I linguaggi dell’Universo – Enigmi galattici per ricostruire Centaurus A

L’Universo ci invia segnali di diversa natura: materia, onde gravitazionali, e, soprattutto, radiazione elettromagnetica, cioè “luce” in tutte le lunghezze d’onda, anche al di là  dei colori dell’arcobaleno. Negli oggetti astronomici, infatti, hanno luogo diversi processi fisici che emettono radiazione elettromagnetica lungo tutto lo spettro: dall’emissione legata all’energia termica, misurata dalla temperatura del corpo stesso a quella di particelle cariche in accelerazione in un campo magnetico, dallo scambio di energia fra elettroni e fotoni alla radiazione emessa da una particella carica in presenza di altre particelle cariche. Se vogliamo comprendere appieno un oggetto celeste, e tutti i processi fisici che in esso avvengono, dobbiamo mettere insieme segnali (linguaggi!) diversi, e decodificarli in modo opportuno. Lo scopo di questo laboratorio è ricostruire l’immagine multibanda della galassia Centaurus A, scoprendo che quello che i nostri occhi possono vedere è solo la punta dell’iceberg!
"‹"‹Per arrivare a scoprire l’importanza di guardare con occhi diversi, utilizziamo un metodo di gioco che risulta più coinvolgente per i ragazzi permettendo nello stesso momento di venire a contatto con informazioni nuove.
Partiremo con un’immagine che raffigura in toni di grigio la composizione di immagini multibanda (luce visibile, infrarosso, radio e X) della galassia Centaurus A, e su questa applicheremo materiali e colori diversi per evidenziare le diverse componenti, ma per completare ogni banda si dovrà  “decodificare” l’indizio corrispondente.

Prerequisiti

Conoscenza del concetto di spettro elettromagnetico. (Si vedano per esempio gli approfondimenti in fondo alla scheda).

Obiettivi formativi

Comprendere il ruolo della luce in tutti i suoi “colori" nelle osservazioni astronomiche; comprendere che osservando soltanto una parte della radiazione elettromagnetica si possono vedere alcuni dettagli, ma soltanto mettendo insieme le informazioni che raccogliamo da osservazioni multibanda possiamo avere un quadro completo degli oggetti astronomici.

Competenze da acquisire/potenziare

Lavoro di squadra e apprendimento cooperativo, creatività , abilità  a risolvere i problemi, sviluppo di intuito e logica, attenzione ai dettagli, capacità  di analisi e di interpretazione, competenze manuali, uso di strumenti tecnologici come gli smartphone a scopo didattico.

Schema dell’attività 

1. Si preparano le scatole e i tavoli (vedi sotto Materiale/preparazione).
2. I partecipanti vengono divisi in piccoli gruppi (max 5 gruppi di 6 persone).
3. Ogni gruppo riceve un indizio per risolvere un enigma (indovinello o prova pratica). Gli enigmi sono legati alle bande di energia (per esempio, per la banda ottica si dovrà  usare un filtro colorato per identificare la soluzione corretta). La soluzione dell’enigma permette di identificare una scatola, tra quelle esposte, che contiene il materiale per ricostruire una parte dell’immagine ed una scheda illustrata con le informazioni scientifiche.
4. Il materiale viene applicato quindi sul foglio con l’immagine in bianco e nero, seguendo come guida le immagini nella banda in considerazione. I kit di tasselli che rappresentano le varie bande saranno di materiali o consistenze diverse, e ogni banda sarà  identificata da un colore diverso.
5. Banda dopo banda si completerà  l’immagine. Sarà  alla fine possibile osservare insieme l’immagine completa e imparare cosa ci insegna ogni singola banda, cioè decodificare il linguaggio usato dall’Universo. [Per esempio, l’emissione radio e X sono legate nei grandi getti che si estendono al di fuori della galassia, perpendicolarmente al piano; la polvere lascia una traccia evidente nell’infrarosso intorno al piano della galassia. Si vedano le schede e il materiale descrittivo].

Materiale e strumenti necessari

Per la ricostruzione dell’immagine multibanda

• materiali per collage (stoffe, veli, strass, filamenti, cellophane ecc) in quattro colori diversi (ad esempio bianco, rosa, rosso, blu), suddivisi per colore (un kit per ciascun colore per ogni squadra)
• stampa in bianco e nero della galassia multibanda (file centaurusA.pdf) 1 per ogni squadra
• colla, forbici, nastro biadesivo, una penna o matita, qualche foglio di carta (1 set per ogni squadra)

Per il gioco a enigmi

• 9 scatole o buste di stoffa non trasparente uguali, di dimensioni circa 20×20 cm, numerati da 1 a 9;
• una stampa a colori del file retinato_prova2.png, un filtro blu, realizzato con gelatina per fotografia o con un foglio di acetato blu piegato in quattro strati;
• una stampa per squadra dell’immagine di un QRcode (producibile con diversi tool gratuiti online) che rimandi al file codice.mp3, una o più stampe del decodificatore morse (file traduttore_morse.png);
• un telefono dotato di termocamera, una striscia di led montata in modo da riprodurre il numero 4 tra due fogli di cartoncino nero (in modo che non si veda la luce), una stampa per squadra dell’immagine contenuta nel file icone.pdf
• una stampa per squadra dei file percorso.pdf e griglia.pdf

Inoltre

• Schede con le immagini e le informazioni per ogni banda dello spettro (file schede_info.pdf), in formato A5 a colori fronte/retro.

Preparazione iniziale (prima dell’ingresso dei gruppi)

I pannelli con le lettere confuse (file retinato_prova2.png), il codice morse (file traduttore_morse.png), la griglia del percorso codificato (file griglia.pdf) e il pannello nero che nasconde i led (che devono essere accesi) vanno tenuti in vista in modo che possano essere visti da tutti. La termocamera va tenuta a disposizione, accesa.

Le scatole (o buste) numerate vanno riempite con i kit di materiali più gli indizi per la prova successiva e la scheda modello per ricostruire l’immagine (suggeriamo di fissarli a ciascuna busta kit con una pinza da bucato) nel seguente modo:

• scatola n.2: cinque kit luce visibile (materiali bianchi) + tessera con QRcode (che porta al file codice.mp3) + scheda luce visibile;
• scatola n.9: cinque kit radio (materiali rosa) + indizio in icone (file icone.pdf) + scheda radio;
• scatola n.4: cinque kit infrarosso (materiali rossi)+lista istruzioni codificate (file percorso.pdf)+ scheda infrarosso;
• scatole n.7: cinque kit x/gamma (materiali blu) + scheda X/gamma;

Le altre scatole/buste numerate vanno tenute in vista insieme a quelle piene (per non rendere troppo ovvio il gioco). Si noti che i numeri scelti per le scatole sono parte integrante del gioco: possono essere modificati se si modificano di conseguenza anche gli indizi.
Verificate infine che su ogni tavolo ci siano forbici, colla, nastro biadesivo, una penna, un’immagine in bianco e nero della galassia che serve come base per la ricostruzione.

Spiegazione ai gruppi

Dopo aver rapidamente illustrato le basi scientifiche del laboratorio, anche con l’aiuto di materiale multimediale (si vedano ad esempio i video suggeriti sopra), spiegate ai partecipanti che per ricostruire l’immagine multibanda della galassia Centaurus A dovranno risolvere dei facili enigmi in sequenza. La soluzione di ogni enigma è un numero. Questo numero identifica la scatola all’interno della quale troveranno il materiale per ricostruire l’immagine in una banda (con la scheda-immagine corrispondente) e l’indizio per la prova successiva. Mostrategli i pannelli e ditegli che nascondono dei messaggi, ognuno con un diverso linguaggio, e sta a loro decifrarli usando gli indizi/strumenti che avranno di volta in volta a disposizione.
Potete suggerite di risolvere prima tutti gli enigmi e poi procedere alla ricostruzione, nel caso il tempo sia limitato. Potrebbe essere utile che ci sia una persona che gestisce le scatole, in modo da verificare la corretta soluzione dell’enigma e per riprendere in consegna gli indizi.

Svolgimento del gioco/laboratorio

1. Consegnate ai bambini il filtro blu. Dovranno capire da soli su cosa usarlo guardandosi intorno. Una volta trovata la soluzione (2) potranno aprire la scatola corrispondente.
2. I partecipanti avranno trovato un QR code da scansionare con un sonoro in codice Morse. Mettete loro a disposizione un foglietto di carta per prendere appunti e poi decodificare il messaggio (la cui soluzione è il numero 9).
3. I partecipanti dovranno interpretare le immagini sull’indizio. Dovranno capire che è necessaria la termocamera per “vedere" il calore emesso dai led e trovare la soluzione (il numero 4).
4. Come in un problema di coding, l’indizio è una sequenza di istruzioni da seguire sulla griglia messa a disposizione. La soluzione (il numero 7) li porterà  ad aprire l’ultima scatola.

A questo punto avranno tutto il materiale necessario per ricostruire le immagini e le informazioni su come farlo (sulle schede). Questa è la parte creativa del laboratorio, e qui saranno liberi di “personalizzare" la loro galassia.

Verifica e debriefing finale

Riguardate insieme le immagini e commentatele per verificare l’apprendimento dei contenuti; evidenziate il diverso aspetto della galassia nelle varie bande (quali componenti della galassia sono visibili in ciascuna banda?), ma anche alcune analogie (per esempio il fatto che l’emissione radio e quella X hanno una forma simile suggerisce che i processi fisici che le producono sono legati). Potete mostrare immagini di altre sorgenti celesti osservate in diverse bande di energia, per esempio il Sole, o la Nebulosa del Granchio (trovate facilmente in rete immagini già  composte)
Evidenziate anche con esempi (si veda anche il retro delle schede illustrate) la presenza e il ruolo delle diverse bande dello spettro nella nostra vita di tutti i giorni.

Per approfondimenti

• EduINAF: Facciamo luce sul fotone!
• MediaINAF: Viaggio nello spettro elettromagnetico
• Astrokids: Avventure e scoperte nello spazio, CAP 12, Alla scoperta dell’invisibile