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Onde radio dal cosmo

Un percorso didattico alla scoperta delle onde radio e della radioastronomia, per capire come funzionano i radio telescopi e quali informazioni sul nostro universo possiamo ricavare dai dati radio.

Aggiornato il 26 Giugno 2021

radioastronomia-percorso

Provate a immaginare un mondo in cui non possiamo ascoltare la nostra trasmissione radiofonica preferita o guardare alla tv la partita della nostra squadra. Un mondo in cui non possiamo telefonare a casa dalla spiaggia per avvisare che arriviamo in ritardo. Un mondo dove non possiamo navigare su internet e dove non esistono social e posta elettronica. Un mondo in cui i cancelli dei passi carrabili si aprono a mano. Cosa hanno in comune il nostro cellulare e il cancello di casa? Cosa accomuna la connessione al wifi e il GPS? E ancora, vi siete mai chiesti come facciamo a comunicare con le sonde e i rover su Marte?
Ebbene, tutta questa tecnologia usa le onde radio, un tipo particolare di luce ideali per tutto quello che è connessione. Onde radio che usiamo quotidianamente per un numero incredibile di applicazioni sulla terra e nello spazio, e che ormai ci sono così familiari che quasi non ci facciamo più caso. Onde invisibili ai nostri occhi, ma ormai essenziali per la nostra vita.
Fino agli anni '30 pensavamo che le onde radio potessero essere solo prodotte artificialmente. Ora sappiamo che sono un importante canale di comunicazione anche per l'Universo: ogni giorno arrivano sulla terra onde radio da tantissime sorgenti, emesse da diversi processi fisici. Rivelandoci un universo invisibile ai nostri occhi ma non per questo meno importante. Grazie alle onde radio abbiamo scoperto oggetti straordinari e confermato teorie e modelli. Lo studio delle onde radio ci ha permesso di capire meglio alcuni fenomeni, e di individuarne altri che ancora non abbiamo capito. Scoperte così importanti da meritare vari premi Nobel.

Nel percorso che vi proponiamo questo mese, vi porteremo a scoprire cosa sono le onde radio, come le osserviamo e perché sono così importanti in astrofisica. Come al solito, il percorso si articola nei tre gradi scolastici (primaria, secondaria di primo grado, secondaria di secondo grado), con argomenti e attività differenziate. E, come ormai nostra filosofia, le attività sono pensate come spunti didattici, da rielaborare e riorganizzare come meglio preferite, da fare di seguito o parzialmente. Un percorso che, come lo studio dell'Universo nelle onde radio, è un costante work in progress.

Buon divertimento!

Ogni giorno la luce del Sole ci sveglia e ci accompagna nella nostra giornata illuminandola. Ci appare bianca, ma inonda il mondo di colori, ma cosa sappiamo della luce? Cos'è e come è fatta?
La luce è un'onda elettromagnetica, caratterizzata da una grandezza fisica chiamata frequenza. La luce del Sole è composta dall'insieme di tanti tipi diversi di onde elettromagnetiche, tutte diverse l'una dall'altra ma che viaggiano tutte alla stessa velocità. Una parte di queste onde sono visibili ai nostri occhi e rappresentano quello che chiamiamo la luce visibile, bianca all’apparenza, ma formata da tutti i colori dell'arcobaleno, dal rosso al violetto.
La luce del Sole, però, è molto, molto di più. Esistono infatti tanti altri tipi di luce, invisibili ai nostri occhi ma comunque importantissimi: insieme costituiscono il cosiddetto spettro elettromagnetico.

Schema dello spettro elettromagnetico, con indicate le sorgenti più comuni. E' indicato inoltre un confronto tra le lunghezze d'onda e oggetti noti. [Credits: Alma Kids Outreach]
Schema dello spettro elettromagnetico, con indicate le sorgenti più comuni. E' indicato inoltre un confronto tra le lunghezze d'onda e oggetti noti. Credits: Alma Kids Outreach

Un tipo importantissimo di luce è costituito dalle onde radio. Le usiamo continuamente nella nostra vita quotidiana, per guardare la tv, per parlare al cellulare, per connetterci ad internet, per farci guidare dal navigatore in auto. E tanto altro.
Per iniziare la discussione in classe  sullo spettro elettromagnetico, e sulle onde radio in particolare, vi consigliamo la visione di questo video introduttivo.

I tre radiotelescopi dell'INAF: il Sardinia Radio Telescope (SRT, in Sardegna); il radio telescopio di Medicina (in Emilia) e il radio telescopio di Noto (in Sicilia)
I tre radio telescopi dell'INAF.

Per studiare le onde radio, gli astronomi usano degli strumenti chiamati radio telescopi (o antenne radio). Ogni radio telescopio è uno strumento particolare, in qualche modo unico, e al mondo ne esistono di tanti tipi e dimensioni.
L'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) ne possiede tre: il Sardinia Radio Telescope (SRT, in Sardegna); il radio telescopio di Medicina (in Emilia) e il radio telescopio di Noto (in Sicilia).
I radio telescopi possono lavorare singolarmente (modalità single dish) o in collaborazione con altri telescopi (modalità interferometrica). Il principio di funzionamento di un radio telescopio è illustrato in questa infografica.

Se poi volete capire un po' meglio come è fatto un radio telescopio, perché non provare a costruirne uno di cartoncino? Trovate tutti i passaggi per realizzare il vostro modellino nella descrizione dell'INAF Online Lab Costruiamo SRT!: potete prenotarvi per fare il laboratorio con noi o scaricare il modello e farlo in autonomia seguendo il tutorial su YouTube. A voi la scelta!

Con un radio telescopio è possibile registrare il segnale radio emesso da una sorgente, ma anche ottenere delle immagini, l'equivalente delle immagini nella luce visibile, ma realizzato con le onde radio. Allora ci chiediamo: come è possibile fare una immagine con luce non visibile?
Gli astronomi le chiamano mappe, perché la tecnica che si usa per ottenere è proprio quella di "mappare" una regione e ricavare una griglia di punti osservati. Per capire come vengono costruite le immagini radio e il significato delle loro rappresentazioni grafiche, vi proponiamo una semplice attività laboratoriale sulle mappe in falsi colori.

Infine, per chiudere in bellezza, grazie alla collaborazione con il sito di divulgazione e didattica dell'Atacama Large Millimiter and SubMillimiter Array (ALMA), potete scaricare e stampare i primi fumetti della serie Le avventure di Talma.

Durata

La durata totale del percorso indicato dipende dalle attività pratiche che si sceglie di effettuare. Si suggerisce di trattare gli argomenti in sessioni diverse, partendo dal concetto di luce e di spettro elettromagnetico.

Possibili collegamenti interdisciplinari

L'argomento si presta a numerosi collegamenti interdisciplinari. In particolare con Scienze, Italiano, Educazione all'immagine, Tecnologia.

Proposte per la valutazione

  • Dibattito in classe sull'importanza delle onde radio e sul loro uso comune
  • Valutazione degli artefatti prodotti durante il laboratori (da inserire eventualmente in una raccolta tipo “portfolio” dello studente).

Ogni giorno la luce del Sole ci sveglia e ci accompagna nella nostra giornata illuminandola. Ci appare bianca, ma inonda il mondo di colori, ma cosa sappiamo della luce? Cos'è e come è fatta?
La luce è un'onda elettromagnetica, caratterizzata da una grandezza fisica chiamata frequenza. La luce del Sole è composta dall'insieme di tanti tipi diversi di onde elettromagnetiche, tutte diverse l'una dall'altra ma che viaggiano tutte alla stessa velocità. Una parte di queste onde sono visibili ai nostri occhi e rappresentano quello che chiamiamo la luce visibile, bianca all’apparenza, ma formata da tutti i colori dell'arcobaleno, dal rosso al violetto.
La luce del Sole, però, è molto, molto di più. Esistono infatti tanti altri tipi di luce, invisibili ai nostri occhi ma comunque importantissimi: insieme costituiscono il cosiddetto spettro elettromagnetico.

Schema dello spettro elettromagnetico, con indicate le sorgenti più comuni. E' indicato inoltre un confronto tra le lunghezze d'onda e oggetti noti. [Credits: Alma Kids Outreach]
Schema dello spettro elettromagnetico, con indicate le sorgenti più comuni. E' indicato inoltre un confronto tra le lunghezze d'onda e oggetti noti. Credits: Alma Kids Outreach

Un tipo importantissimo di luce è costituito dalle onde radio. Le usiamo continuamente nella nostra vita quotidiana, per guardare la tv, per parlare al cellulare, per connetterci ad internet, per farci guidare dal navigatore in auto. E tanto altro.
Per iniziare la discussione in classe sullo spettro elettromagnetico, e sulle onde radio in particolare, vi consigliamo la visione di tre video introduttivi: uno sullo spettro elettromagnetico, uno sulle onde radio dal cosmo e infine uno sulla radioastronomia in generale.

I tre radiotelescopi dell'INAF: il Sardinia Radio Telescope (SRT, in Sardegna); il radio telescopio di Medicina (in Emilia) e il radio telescopio di Noto (in Sicilia)
I tre radio telescopi dell'INAF.
Per studiare le onde radio, gli astronomi usano degli strumenti chiamati radio telescopi (o antenne radio). Ogni radio telescopio è uno strumento particolare, in qualche modo unico, e al mondo ne esistono di tanti tipi e dimensioni.
L'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) ne possiede tre: il Sardinia Radio Telescope (SRT, in Sardegna); il radio telescopio di Medicina (in Emilia) e il radio telescopio di Noto (in Sicilia).
I radio telescopi possono lavorare singolarmente (modalità single dish) o in collaborazione con altri telescopi (modalità interferometrica). Il principio di funzionamento di un radio telescopio è illustrato in questa infografica.

Se poi volete capire un po' meglio come è fatto un radio telescopio, perché non provare a costruirne uno di cartoncino? Trovate tutti i passaggi per realizzare il vostro modellino nella descrizione dell'INAF Online Lab Costruiamo SRT!: potete prenotarvi per fare il laboratorio con noi o scaricare il modello e farlo in autonomia seguendo il tutorial su YouTube. A voi la scelta!

Con un radio telescopio è possibile registrare il segnale radio emesso da una sorgente, ma anche ottenere delle immagini, l'equivalente delle immagini nella luce visibile, ma realizzato con le onde radio. Allora ci chiediamo: come è possibile fare una immagine con luce non visibile?
Gli astronomi le chiamano mappe, perché la tecnica che si usa per ottenere è proprio quella di "mappare" una regione e ricavare una griglia di punti osservati. Per capire come vengono costruite le immagini radio e il significato delle loro rappresentazioni grafiche, vi proponiamo una semplice attività laboratoriale sulle mappe in falsi colori e sulle curve di livello, i principali modi che i radio astronomi usano per visualizzare e analizzare i dati.

Sebbene molto più giovane della astronomia ottica, la radioastronomia ha collezionato una straordinaria serie di successi, sia facendo luce su problemi precedentemente irrisolti, sia scoprendo corpi cosmici invisibili alla astronomia classica. In questo breve video, si presentano alcuni dei risultati da medaglia d'oro già ottenuti da questa disciplina, e che hanno contribuito in modo essenziale alla nostra attuale visione delle leggi della natura.

Infine, per chiudere in bellezza, grazie alla collaborazione con il sito di divulgazione e didattica dell'Atacama Large Millimiter and SubMillimiter Array (ALMA), potete scaricare e stampare i primi fumetti della serie Le avventure di Talma.

Durata

La durata totale del percorso indicato dipende dalle attività pratiche che si sceglie di effettuare. Si suggerisce di trattare gli argomenti in sessioni diverse, partendo dal concetto di luce e di spettro elettromagnetico.

Possibili collegamenti interdisciplinari

L'argomento si presta a numerosi collegamenti interdisciplinari. In particolare con Scienze, Italiano, Educazione all'immagine, Tecnologia.

Proposte per la valutazione

  • Dibattito in classe sull'importanza delle onde radio e sul loro uso comune
  • Valutazione degli artefatti prodotti durante il laboratori (da inserire eventualmente in una raccolta tipo “portfolio” dello studente).

Ogni giorno la luce del Sole ci sveglia e ci accompagna nella nostra giornata illuminandola. Ci appare bianca, ma inonda il mondo di colori, ma cosa sappiamo della luce? Cos'è e come è fatta?
La luce è un'onda elettromagnetica, caratterizzata da una grandezza fisica chiamata frequenza. La luce del Sole è composta dall'insieme di tanti tipi diversi di onde elettromagnetiche, tutte diverse l'una dall'altra ma che viaggiano tutte alla stessa velocità. Una parte di queste onde sono visibili ai nostri occhi e rappresentano quello che chiamiamo la luce visibile, bianca all’apparenza, ma formata da tutti i colori dell'arcobaleno, dal rosso al violetto.
La luce del Sole, però, è molto, molto di più. Esistono infatti tanti altri tipi di luce, invisibili ai nostri occhi ma comunque importantissimi: insieme costituiscono il cosiddetto spettro elettromagnetico.

Schema dello spettro elettromagnetico, con indicate le sorgenti più comuni. E' indicato inoltre un confronto tra le lunghezze d'onda e oggetti noti. [Credits: Alma Kids Outreach]
Schema dello spettro elettromagnetico, con indicate le sorgenti più comuni. E' indicato inoltre un confronto tra le lunghezze d'onda e oggetti noti. Credits: Alma Kids Outreach

Un tipo importantissimo di luce è costituito dalle onde radio. Le usiamo continuamente nella nostra vita quotidiana, per guardare la tv, per parlare al cellulare, per connetterci ad internet, per farci guidare dal navigatore in auto. E tanto altro.
Per iniziare la discussione in classe sullo spettro elettromagnetico, e sulle onde radio in particolare, vi consigliamo la visione di tre video introduttivi: uno sullo spettro elettromagnetico, uno sulle onde radio dal cosmo e infine uno sulla radioastronomia in generale.

I tre radiotelescopi dell'INAF: il Sardinia Radio Telescope (SRT, in Sardegna); il radio telescopio di Medicina (in Emilia) e il radio telescopio di Noto (in Sicilia)
I tre radio telescopi dell'INAF.
Per studiare le onde radio, gli astronomi usano degli strumenti chiamati radio telescopi (o antenne radio). Ogni radio telescopio è uno strumento particolare, in qualche modo unico, e al mondo ne esistono di tanti tipi e dimensioni.
L'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) ne possiede tre: il Sardinia Radio Telescope (SRT, in Sardegna); il radio telescopio di Medicina (in Emilia) e il radio telescopio di Noto (in Sicilia).
I radio telescopi possono lavorare singolarmente (modalità single dish) o in collaborazione con altri telescopi (modalità interferometrica). Il principio di funzionamento di un radio telescopio è illustrato in questa infografica.

Se è vero che la luce solare non disturba le osservazioni radio (o le disturba in minima parte), il grande "nemico" della radio astronomia sono le interferenze radio. Di cosa si tratta? Le interferenze radio rappresentano tutte quelle emissioni radio artificiali prodotte dagli uomini, principalmente per le comunicazioni (la radio, la tv, la telefonia cellulare, il wi-fi, le connessioni satellitari, ...) [Se siete interessati ad approfondire il funzionamento della radio, date un'occhiata a questo simpatico video su RayPlay].
Anche se non particolarmente potenti, tali segnali sono emessi dalla terra e dunque possono disturbare o addirittura coprire il segnale di una nube o di una galassia poste a grandi distanze da noi. Per questo motivo, i radio telescopi sono situati in zone molto isolate dai contesti urbanizzati, spesso in deserti o altipiani, e non è possibile usare alcun apparecchio emettente onde radio. Per garantire il "silenzio radio" attorno ad un telescopio, i vari osservatori si dotano spesso di sistemi di controllo delle interferenze, fissi o mobili. Potete approfondire questo aspetto con la visione del video documentario I furgonauti realizzato dall'INAF-Istituto di Radio astronomia di Bologna.

La radio astronomia è una scienza relativamente giovane, ha poco meno di un secolo, ma grazie al fatto che le onde radio interagiscono relativamente poco con l'atmosfera e riescono a raggiungere il suolo e grazie al fatto che le osservazioni radio sono possibili 24 ore su 24 (non sono cioè influenzate dal ciclo giorno/notte), la radio astronomia ha permesso di fare dei balzi in avanti incredibili nella conoscenza della nostra galassia e del nostro Universo. Grazie alle onde radio, teorie esistenti sono state confermate, nuovi oggetti e nuovi fenomeni fisici sono stati scoperti. E non è dunque un caso che gli studi radio astronomici possano vantare un vero e proprio Albo d'oro di risultati, riconosciuti con l'assegnazione di diversi premi Nobel. Potete farvi un'idea dell'importanza dello studio delle onde radio dal cosmo in questo video.

Un fenomeno molto interessante scoperto con le onde radio sono i lampi radio veloci (Fast Radio Bursts, FRB), delle esplosioni molto energetiche ed estremamente rapide che avvengono all’improvviso in diverse parti dell'Universo. Scoperti nel 2007, sono uno dei grandi misteri dell’astrofisica moderna. Per saperne di più su FRB, sulla loro scoperta e sulla loro importanza, vi suggeriamo di guardare il video introduttivo nel canale di EduINAF.
Proprio per la loro natura improvvisa e veloce, individuare FRB non è un'impresa facile. Noi vi sfidiamo comunque a cimentarvi nell'impresa, analizzando dei set di dati reali presi con il Sardinia Radio Telescope, attraverso l'attività A caccia di FRB!: i passaggi sono stati semplificati, ma, come veri radio astronomi per un giorno, potrete sperimentare lo stesso tutte le fasi dell'analisi di dati radio. E l'emozione di individuare un FRB! Buon divertimento!

Infine, per chiudere in leggerezza, grazie alla collaborazione con il sito di divulgazione e didattica dell'Atacama Large Millimiter and SubMillimiter Array (ALMA), potete scaricare e stampare i primi fumetti della serie Le avventure di Talma, strisce dedicate al racconto di uno dei più importanti impianti radio astronomici al mondo, l'Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA). Il sito è un work in progress e si arricchirà con il tempo di nuovi fumetti.

Durata

La durata totale del percorso indicato è variabile a seconda del grado di approfondimento che si desidera effettuare. Si suggerisce di trattare gli argomenti in sessioni diverse, partendo dal concetto di luce e di spettro elettromagnetico.

Possibili collegamenti interdisciplinari

L'argomento si presta a numerosi collegamenti interdisciplinari. In particolare con Scienze, Italiano, Storia e ovviamente Fisica.

Proposte per la valutazione

  • Dibattito in classe sull'importanza delle onde radio e sul loro uso comune
  • Discussione sulle difficoltà e confronti dei risultati ottenuti nell'attività pratica suggerita.