Le frontiere del Sistema Solare Primaria Secondaria di primo grado Secondaria di secondo grado Anna Wolter Gianluigi Filippelli Stefania Varano Percorso didattico Esplorazione Spaziale Osservazione del cielo Sistema Solare Fisica: Gravità Scienze: Geografia e orientamento Scienze: Geologia Scienze: Tecnologia Varie: Lingue e CLIL Varie: Storia della scienza

Le Frontiere del Sistema Solare

Un percorso didattico che raccoglie, per livelli scolastici, una serie di attività e di video sull'esplorazione del Sistema Solare.
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Descrizione

Sulla Terra ci sono rimaste poche frontiere. I viaggi sono diventati velocissimi e si fa il giro del mondo in un giorno e non più in ottanta! Ma l’anelito dell’umanità all’esplorazione rimane.

Dove ci dirigiamo oggi? Quello che la tecnologia e la fisica ci permettono è l’esplorazione spaziale di un solo ambito, piccolo in termini astronomici, quello del Sistema Solare. All’inizio del secolo scorso abbiamo imparato come costruire i razzi,  ma soltanto nel 1957  il primo satellite artificiale è stato messo in orbita. Oggi siamo capaci di costruirci una casa nello spazio e di mandare una sonda in meno di 10 anni al più famoso dei pianeti nani, Plutone.

Questo percorso didattico è una raccolta di attività di diverso tipo (videolezioni, laboratori, ecc.) che hanno come tema l’esplorazione diretta dei corpi del Sistema Solare, soprattutto attraverso sonde automatizzate ma anche con astronavi “abitate”.

Le risorse didattiche presentate sono organizzate in percorsi per i diversi livelli scolastici.

Vedi i percorsi

Temi trattati

Razzi, gravità, l’effetto del ritardo nelle trasmissioni.

Prerequisiti

  • Sapere cos’è un pianeta e cos’è il Sistema Solare
  • Sapere qual è l’effetto della forza di gravità

Obiettivi

  • Conoscere alcune delle difficoltà che comporta l’esplorazione dello spazio
  • Conoscere alcune differenze tra le condizioni sulla Terra e nello spazio
  • Saper interagire e relazionarsi con le proprie idee su temi nuovi
  • Saper lavorare in gruppo per raggiungere un obiettivo

Risorse utilizzate

Traccia del percorso

Il Sistema Solare è la casa di tutti i pianeti che conosciamo, alcuni sono anche visibili a occhio nudo e perciò ben noti dall’antichità. Le esplorazioni spaziali, iniziate nel 1957 con lo Sputnik, sono possibili solo grazie a una tecnologia avanzata che ci permetta di vincere la forza di gravità che ci ancora alla Terra. Con questa attività di laboratorio (Pronti… via! Costruiamo un razzodurata 1 ora per ogni razzo) potrete capire meglio cosa voglia dire costruire un razzo, e vedere fino a che altezza riuscite a spedirlo. Nel filmato video (Saturno Vdurata 9 minuti) invece troverete una piacevole descrizione del razzo che ha portato gli uomini sulla Luna nelle missioni Apollo.

Oggi la maggiore attività spaziale umana è legata alla Stazione Spaziale Internazionale, dove si effettuano esperimenti in condizioni di gravità bassissima. È una piccola comunità, abitata di solito da 6 astronauti di diverse nazionalità: ne sentiamo parlare spesso quando un italiano o un’italiana sono presenti e ci mandano fotografie o informazioni sugli esperimenti. Come si vive sulla stazione spaziale? In questo video potete vedere come fanno gli astronauti per lavarsi e compiere semplici gesti di igiene personale, come per esempio tagliarsi le unghie (Igiene sulla Stazione Spaziale Internazionaledurata 7:10 minuti). Pensate che tutto quello che si fa sulla ISS serve per imparare a viaggiare nello spazio: prendete nota, perché qualcuno tra voi potrebbe averne bisogno, magari per andare su Marte!

Cosa accade quando ci si allontana dalla Terra? Le comunicazioni diventano sempre più difficili perché le trasmissioni viaggiano alla velocità della luce – che è velocissima ma è finita. Se un messaggio impiega appena un millesimo di secondo per arrivare sulla ISS (cioè non ci accorgeremmo del ritardo se non con strumenti sofisticati), ci vuole più di un secondo per far arrivare un messaggio fino alla Luna e addirittura qualche ora per  inviare o ricevere segnali da una sonda spaziale che si trovi dalle parti di Plutone (come nel 2015 la sonda New Horizon!).

Ora possiamo partire per l’esplorazione del Sistema Solare. Se volete sbirciare come sono fatti alcuni dei pianeti del Sistema Solare, date un’occhiata a queste mappe  disegnate per i bambini: Mappe dei pianeti (studio di ogni singola mappa 15-20 minuti). È importante programmare bene le attività e tenerne conto quando si organizza un’attività spaziale. Potete farne l’esperienza con questo gioco – laboratorio: Al volante su Marte (durata dell’attività completa: 2 ore).

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

Scienze, Italiano, Educazione all’immagine

Proposte per la valutazione

  • Dibattito in classe
  • Valutazione degli artefatti prodotti durante i laboratori (da inserire eventualmente in una raccolta tipo “portfolio” dello studente. Per esempio: quanto lontano è arrivato il razzo? Perchè?).

Letture consigliate

Materiali per i laboratori

Per il razzo a bottiglia – tipo 1

  • Una bottiglia di plastica grande da 1.5 o 2 litri
  • Almeno un metro di tubo di gomma flessibile (tipo quello per annaffiare in giardino), che dovrebbe avere un diametro esterno di 2,1-2,2 cm, così da entrare nella maniera più precisa possibile nella bocca della bottiglia.
  • Un pezzetto (30-40 cm circa) di tubo di PVC (plastica rigida), dello stesso diametro del tubo di gomma (o appena più piccolo in modo da entrarci dentro)
  • Nastro adesivo resistente (nastro isolante o telato è meglio dello scotch trasparente)
  • Scotch trasparente
  • Un foglio di carta (formato A4, il normale formato di stampa)
  • Cartoncino bristol
  • Pennarelli, colori

Per il razzo a cannuccia – tipo 2

  • Stampa del file pdf del razzo di Blu
  • Forbici
  • Cannuccia di carta o plastica
  • Nastro adesivo trasparente
  • Colla stick
  • Colori

Per l’attività di Al volante su Marte

Consultate l’attività completa sul sito di AstroEDU

Temi trattati

Razzi, gravità, le missioni spaziali, il ritardo nelle conunicazioni, Marte, Mercurio, Plutone

Prerequisiti

  • Sapere cos’è un pianeta e cos’è il Sistema Solare
  • Sapere cos’è la forza di gravità

Obiettivi

  • Conoscere alcune delle difficoltà che comporta l’esplorazione dello spazio
  • Conoscere alcune differenze tra le condizioni sulla Terra e nello spazio
  • Valutare l’impatto del ritardo nella comunicazione per le missioni spaziali.

Risorse utilizzate

Traccia del percorso

Il Sistema Solare è la casa di tutti i pianeti che conosciamo, alcuni sono anche visibili a occhio nudo e perciò ben noti dall’antichità. Trovate alcuni dei componenti del sistema solare in queste astroschede: Mercurio, Plutone (tempo di studio di ogni scheda circa 20 minuti). Le esplorazioni spaziali, iniziate nel 1957 con lo Sputnik, sono state rese possibili dalla tecnologia dei razzi che ci permette di vincere la forza di gravità che ci ancora alla Terra. Nel filmato video (Saturno V – durata 9 minuti) troverete una divertente descrizione del razzo Saturn V che ha portato gli uomini sulla Luna nelle missioni Apollo.

Vediamo ora alcune delle situazioni più estreme che siamo oggi in grado di esplorare.

Mercurio è il pianeta più interno, più vicino al Sole, poco più grande della Luna. Come ci racconta questa videolezione Bepi-Colombo (durata totale 30 minuti) ha temperature estreme: caldissime sulla faccia rivolta al Sole (il giorno), freddissime sulla faccia esterna (la notte). Nel 2018 la missione Bepi-Colombo è stata inviata verso questo pianeta per studiarlo, nella lezione trovate anche la descrizione della traiettoria complessa per arrivare a Mercurio nel 2025. In questa astrografica la descrizione del fly-by che serve per aumentare la velocità e inserirsi nella giusta direzione: Fly-by con Bepi-Colombo (tempo di studio 20 minuti).

La missione più veloce finora lanciata per l’esplorazione del Sistema Solare è New Horizon, partita all’inizio del 2006 a arrivata al sistema di Plutone e la sua luna Caronte nel 2015. Appena partita, qualcuno si è accorto che mancava una definizione moderna di pianeta: l’assemblea generale della Unione Astronomica Generale, dopo un lungo dibattito, approvò una definizione che risultò nella costituzione di una nuova classe di oggetti, i pianeti nani, di cui Plutone è il capostipite (Perchè Plutone non è un pianetadurata 2 minuti e mezzo, in inglese con traduzione dei testi in italiano). Non preoccupatevi, la missione New Horizon è arrivata comunque a Plutone anche se è cambiata la definizione e ha fatto interessanti scoperte (per esempio: I segreti delle dune di Plutonedurata 2 minuti). La sonda è ora in viaggio verso le zone più estreme del Sistema Solare, come la fascia di Kuiper, una raccolta di sassi e ghiaccio molto estesa, probabilmente la riserva da cui nascono le comete e continuerà fino a uscire dal Sistema Solare, verso l’infinito e oltre!

Cosa accade quando ci si allontana dalla Terra? Le comunicazioni diventano sempre più difficili perché le trasmissioni viaggiano alla velocità della luce –  sono quindi velocissime ma non istantanee. Se un messaggio impiega un millesimo di secondo per arrivare sulla ISS, ci vuole più di un secondo per raggiungere la Luna e addirittura qualche ora per comunicare con la sonda New Horizon quando si trovava dalle parti di Plutone. È importante programmare bene le attività e tenerne conto quando si organizza una missione spaziale. Potete farne l’esperienza costruendo un piccolo robot e imparando a manovrarlo da soli: Trovate tutte le informazioni qui: Mbot va su Marte.

Durata

La durata delle singole risorse è riportata nella traccia. 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, Storia, Italiano, 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 o di astrodocumentario)
  • Valutazione delle conoscenze e competenze in un contesto di esplorazione libera (anche tipo gara) in cui sono costruiti e programmati piccoli robot (MBot)

Letture consigliate

Temi trattati

Razzi, equazioni dei razzi, gravità, le missioni spaziali e le osservazioni dirette, Mercurio, Plutone, Saturno, Cerere e asteroidi.

Prerequisiti

  • Sapere com’è fatto il Sistema Solare e come orbitano i pianeti intorno al Sole
  • Conoscere le distanze indicative tra i corpi del Sistema Solare
  • Sapere cos’è la forza di gravità

Obiettivi

  • Conoscere le difficoltà che comporta l’esplorazione dello spazio
  • Conoscere le differenze tra le condizioni sulla Terra e nello spazio
  • Saper interagire e relazionarsi con le proprie idee su temi nuovi e di avanguardia scientifica e tecnologica

Risorse utilizzate

Traccia del percorso

Il Sistema Solare è composto da tutto ciò che orbita intorno al Sole: pianeti, asteroidi, comete, ecc… e naturalmente anche dal Sole che contiene la maggior parte della massa del Sistema. Insomma, i pianeti sono le briciole rimaste quando si è formato il Sole. Se vi sentite già pronti per organizzare la vostra missione, ripassate le leggi di Keplero per capire come la gravità riesce a tenere tutto quanto in orbita, anche i razzi spediti dalla Terra, e provate a progettare orbite e percorsi (Le leggi di Keplerodurata di ogni attivitå 1-2 ore a seconda della dimestichezza con la programmazione).

Le esplorazioni spaziali, iniziate nel 1957 con lo Sputnik, sono state rese possibili dalla tecnologia dei razzi che ci permette di vincere la forza di gravità che ci ancora alla Terra. Nei primi 10 minuti del video Le equazioni dei razzi (durata totale del video 30 minuti) trovate la descrizione dell’equazione del razzo, ideata per primo dal fisico russo Tsiolkovsky, che spiega anche l’importanza di avere un razzo a più stadi, per ridurre il carburante necessario alla messa in orbita. Nel video si descrive anche la costruzione di un razzo simile a quello del primo uomo nello spazio, Yuri Gagarin, utilizzando il gioco educativo Kerbal Space Program.

Molte missioni sono state lanciate per studiare il Sistema Solare: alcune persone vivono stabilmente sopra le nostre teste nella Stazione Spaziale Internazionale, numerose missioni sono allunate e hanno riportato misure e campioni di terreno lunare. Ci concentriamo qui invece sulle missioni strumentali, cioè senza persone a bordo, scegliendo quelle che più hanno forzato i limiti della nostra conoscenza.

Vediamo ora alcune delle situazioni più estreme che siamo oggi in grado di esplorare.  Potete affrontarle tutte oppure scegliere quella che preferite.

La missione più spettacolare dal punto di vista del ritorno di immagini è stata la missione congiunta NASA/ESA/ASI Cassini-Huygens spedita a studiare Saturno e le sue Lune. Saturno, il pianeta più elegante del sistema solare con il suo sistema di anelli, affascina da sempre gli astronomi, ma non conosciamo ancora tutti i dettagli di come gli anelli, sottilissimi spessori di sassi, pietruzze e polvere che riflettono la luce del Sole, si sono formati e resistano dopo tanti millenni ancora spettacolari. Potete seguire alcune parti di un’intera lezione online (Cassini-Huygens osserva Saturnoil webinar registrato dura circa un’ora) in inglese con sottotitoli in italiano, oppure semplicemente scegliere tra le immagini e i video quelle che vi piacciono di più e magari costruire la vostra storia di esplorazione: Cassini: immagini di Saturno; Cassini: video di Saturno.

Tra le situazioni più estreme che siamo in grado oggi di esplorare risalta Mercurio, il pianeta più interno, più vicino al Sole, poco più grande della Luna. Come ci racconta questa videolezione  La missione Bepi-Colombo (durata 30 minuti) ha temperature estreme: caldissime durante il giorno solare (che dura ben 176 giorni terrestri), freddissime durante la notte, in assenza di irraggiamento dal Sole. Nel 2018 la missione Bepi-Colombo è stata inviata verso questo pianeta per studiarlo, nella lezione trovate anche la descrizione della traiettoria complessa per arrivare a Mercurio nel 2025. In questa astrografica la descrizione del fly-by che serve per aumentare la velocità e inserirsi nella giusta direzione Fly-by con Bepi-Colombo (studio dell’astrografica circa 10 minuti).

La missione più veloce finora lanciata per l’esplorazione del Sistema Solare è New Horizon, partita all’inizio del 2006 a arrivata al sistema di Plutone e la sua luna Caronte nel 2015. Appena partita, qualcuno si è accorto che mancava una definizione moderna di pianeta: l’assemblea generale della Unione Astronomica Generale, dopo un lungo dibattito, approvò una definizione che risultò nella costituzione di una nuova classe di oggetti, i pianeti nani, di cui Plutone è il capostipite (Perchè Plutone non è un pianetadurata 2 minuti e mezzo, in inglese con traduzione dei testi in italiano). Non preoccupatevi, la missione New Horizon è arrivata comunque a Plutone anche se è cambiata la definizione (come spiega Alan Stern nel video In viaggio verso Plutone (durata  6 minuti, in inglese)  e ha fatto interessanti scoperte (I segreti delle dune di Plutone  – durata 2 minuti). La sonda è ora in viaggio verso le zone più estreme del Sistema Solare, come la fascia di Kuiper, una raccolta di sassi e ghiaccio molto estesa, probabilmente la riserva da cui nascono le comete e continuerà fino a uscire dal Sistema Solare, verso l’infinito e oltre!

Cerere fu scoperto nel 1801 da un italiano, Giuseppe Piazzi. Il video Storia della scoperta di Cerere (durata 7:27 minuti) racconta la scoperta nei dettagli. È l’unico pianeta nano che abita nella fascia principale degli asteroidi e conserva informazioni sull’origine primordiale del Sistema Solare. Per studiarlo è stata progettata una sorta di indagine archeologica: la sonda Dawn, che l’ha raggiunto nel 2015 dopo aver visitato il vicino Vesta. Cerere si trova al di là della linea di condensazione dell’acqua e avrebbe perciò potuto conservare acqua ghiacciata. Per saperne di più potete ascoltare questa lezione (Segreti di Cereredurata 30 minuti) tenuta da una delle scienziate protagoniste della missione. Chissà cosa forma le macchie chiare che si vedono sulla superficie? Qualcuno ha addirittura ipotizzato inizialmente che ci fossero delle costruzioni nel cratere Occator!

I campioni lunari sono stati trasportati a Terra dagli astronauti, ma è più semplice, meno costoso e più sicuro mandare una sonda robotizzata per raccogliere campioni dagli oggetti celesti. Una di queste missioni è Hayabusa 2, un progetto per riportare campioni di asteroide al fine di scoprire l’origine della vita. Seguite questa conferenza, in inglese con sottotitoli in italiano Hayabusa 2 (durata 50 minuti) che parte dalla formazione di un sistema planetario e ci racconta di questa fantastica missione che tornerà sulla Terra alla fine di quest’anno portando campioni dell’asteroide Ryugu, raccolti un anno fa.

Forse non siamo gli unici a studiare il Sistema Solare: ecco uno strano oggetto, decisamente diverso da tutti quelli che avevamo visto finora… non sarà mica una nave spaziale? Qualcuno venuto da lontano per spiarci o attaccarci? No, non è una storia di fantascienza: stiamo parlando di scienziati famosi e autorevoli che descrivono una possibile interpretazione di ‘Oumuamua. Quello di cui siamo sicuri è che questo asteroide è un asteroide alieno, cioè proveniente dall’esterno del Sistema Solare. Leggete tutto sulla scheda:  ‘Oumuamua (studio della scheda 20 minuti)

Durata

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

Possibili collegamenti interdisciplinari

Fisica, Scienze, Tecnologia, Storia, Italiano, 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)
  • Progettazione di una missione spaziale (o uso di Kerbal Space Program)

Letture consigliate