Come l'inquinamento luminoso cancella le stelle. Lettori di magnitudine

Imparare, facendo misure e calcoli, come l’inquinamento luminoso diminuisca la visibilità delle stelle.

• Usare materiali e strumenti semplici per raccogliere dati ed estendere i sensi
• Usare i dati per costruire spiegazioni ragionevoli dei fenomeni legati all’inquinamento luminoso
• Descrivere come l’inquinamento luminoso riduca la visibilità delle stelle
• Applicare competenze di ricerca scientifica e capacità e atteggiamento scientifico
• Stimare l’impatto dell’inquinamento luminoso in un certo luogo

Posizionate la magnitudine limite ed il numero delle stelle perse su una mappa della vostra città, nel luogo dove gli studenti hanno effettuato le loro misure. Discutete i risultati e chiedete ai ragazzi:

• Quali pensate che sarebbero i risultati se facessimo queste stesse misure nella città/paese più vicino?
• Ed ancora più lontano?
• Le luci esterne sono luminose o deboli?
• Sono luminose quanto la Luna piena?
• Quante ce ne sono?
• Quanto sono lontane?
• Confrontate ogni stella che avete misurato con i dati degli altri compagni nel loro contesto di illuminazione (cioè in luoghi diversi)
• In situazioni in cui l’illuminazione è maggiore le stesse stelle erano più deboli o più luminose?
• Qual è l’accuratezza dei dati?
• Qual è l’impatto dell’inquinamento luminoso? Come potremmo diminuire questo impatto?

• Lucidi da stampante (uno per 3 lettori di magnitudine)
• Forbici (1 per studente o per gruppo)
• Cartoncino (1 a studente)
• Nastro adesivo
• Una moneta (facoltativo) (1 per studente)
• Modello per tagliare i lucidi (da stampare, una stampa contiene 3 griglie uguali e quindi serve per tre studenti)

L’inquinamento luminoso:

L’inquinamento luminoso è la luce diffusa da impianti di illuminazione progettati male e non ben indirizzati. Capita soprattutto nei centri urbani, dove le luci cittadine diminuiscono la visibilità dei pianeti e delle stelle. La foto da satellite mostra l’inquinamento luminoso, zone molto illuminate luminose intorno alle aree urbane.

Magnitudine

La magnitudine è la misura logaritmica della luminosità di un oggetto in una specifica banda o lunghezza d’onda, di solito nelle frequenze ottiche o del vicino infrarosso. Il Sole ha una magnitudine apparente di -27, la luna piena di -13 e Venere, il pianeta più luminoso -5. Gli oggetti artificiali più luminosi, i cosiddetti Iridium Flares hanno una magnitudine di -9 e la Stazione Spaziale -6.

Preparazione:

Prima di costruire il lettore di magnitudini in classe, sovrapponete un foglio di lucido alla stampa con le tre griglie. Notate che nel modello si ripete tre volte una struttura di rettangoli etichettati da 1 a 5 (griglia). Tagliate in tre la stampa delle griglie, con il lucido sovrapposto, in modo da lasciare tre gruppi con tutti i 5 rettangoli interi. Fate un numero di griglie + lucido pari al numero degli studenti. Scegliete la costellazione che osserverete durante l’attività, trovate un’immagine di essa (larga quanto quella di Orione allegata a questa attività) e fatene una stampa per ciascuno studente (Orione va bene essendo una costellazione facilmente riconoscibile nella prima parte della sera, ma solo nei mesi invernali nell’emisfero boreale ed estivi nell’emisfero australe). Prima dell’attività di misura delle magnitudini delle stelle potreste fare uno star party (serata di osservazione del cielo) per mostrare ai ragazzi come riconoscere le più importanti costellazioni e come stimare la magnitudine delle stelle nella costellazione scelta.

Costruire il Lettore di Magnitudine

Passo1

Fate ritagliare agli studenti i 5 rettangoli segnati da 1 a 5 dalla griglia che avete consegnato a ciascuno, sempre tenendo il lucido sovrapposto (tagliando anche quello).

Passo2

Usate la moneta per segnare e ritagliare 5 cerchi dal cartoncino oppure piegate leggermente il cartoncino a metà nel senso della lunghezza e poi incidete 5 ‘V’ per creare dei tagli a diamante. Accertatevi che i buchi siano in fila nella zona più larga del cartoncino.

Passo3

Numerate i 5 fori sul cartoncino dal numero 1 al 5, da sinistra a destra come mostrato in figura. Attaccate con lo scotch al buco numero 1 il ritaglio numero 1 del lucido (solo il lucido, il foglio della griglia non serve più!), avendo cura che il lucido copra bene tutto il buco; fate sempre attenzione che il nastro adesivo tenga fermo il lucido, senza coprire i fori; se anche il lucido avesse una parte liscia e una ruvida, non è importante quale sta sopra e quale sotto.

Passo4

Attaccate il pezzetto di lucido n. 2 sui fori n. 1 e 2 facendo attenzione che il lucido copra bene entrambi.

Passo5

Attaccate il pezzetto di lucido n. 3 lungo i fori n. 1, 2 e 3, facendo attenzione che tutti e tre siano ben coperti dal lucido.

Passo6

Attaccate il pezzetto di lucido n. 4 lungo i fori dal numero 1 al 4, sempre coprendoli bene tutti.

Passo7

Attaccate il pezzetto di lucido n. 5 su tutta la lunghezza del cartoncino.

Passo8

Adesso il primo foro dovrebbe essere coperto da 5 strati di lucido, mentre il foro 5 soltanto da uno strato.

Stima della magnitudine delle stelle:

Durante i mesi invernali nell’emisfero Nord e quelli estivi dell’emisfero Sud, la costellazione di Orione è visibile nella prima metà della notte. Potete scegliere di usare il disegno di Orione (allegato 2) o di un’altra costellazione che sia alta in cielo nel periodo dell’anno in cui effettuate la misura. Fate uscire gli studenti in una notte senza luna e senza nuvole, nel loro giardino/terrazzo o all’aperto, con il disegno della costellazione e una matita e chiedete loro di individuare la costellazione nel cielo. Le luci del giardino/terrazza dovrebbero essere spente e i ragazzi dovrebbero aspettare almeno 5 minuti fuori all’aperto prima di effettuare le misure, perché gli occhi si abituino al buio. Gli studenti osservano ciascuna delle stelle di Orione attraverso i fori del lettore di magnitudine ed accanto a ciascuna stella sulla stampa segnano il numero corrispondente al foro con il numero più piccolo attraverso il quale riescono ancora a vedere la stella. Questa è una stima della magnitudine della stella osservata. Ad esempio una stella di magnitudine 3 sarà visibile attraverso i buchi numero 3, 4 e 5, quindi lo studente dovrà segnare solo il numero più basso, il 3. Notate che non tutte le stelle di Orione saranno visibili, per via dell’inquinamento luminoso. Una volta che i ragazzi avranno segnato la magnitudine di tutte le stelle visibili di Orione, la magnitudine più piccola (il numero più grande che hanno registrato) sarà la magnitudine limite (corrispondente alla stella più debole) visibile nella costellazione di Orione. I ragazzi dovranno osservare e registrare anche le informazioni sull’illuminazione del luogo in cui hanno fatto le misure. Fate portare a scuola i risultati e fate i confronti tra tutti; ricordate che più elevata è la magnitudine più deboli sono le stelle; più basso è il valore della magnitudine più le stelle sono luminose. A questo punto gli studenti possono stimare quante stelle hanno perduto (cioè non sono più visibili) nel loro cielo a causa dell’inquinamento luminoso.

Estensione: stima delle stelle perdute.

(Basato su ‘Calculating Stars Lost’ di Fred Schaaf in Seeing the Sky, John Wiley & Sons, 1990) Per completare l’attività avrete bisogno di determinare la magnitudine limite locale usando i risultati dell’attività precedentemente descritta.

Adesso sapete che il numero delle stelle visibili è influenzato dalla qualità del cielo notturno: la luna, le condizioni atmosferiche e l’inquinamento luminoso possono rendere molto difficile o addirittura impossibile vedere le stelle più deboli. Avrete anche scoperto che gli astronomi usano la scala delle magnitudini per misurare la brillantezza delle stelle. Ricordate che le stelle di magnitudine 1 sono più luminose di quelle di magnitudine 2, che a loro volta sono più luminose di quelle di magnitudine 3, e così via.

Attraverso l’attività “Stima della magnitudine delle stelle” i ragazzi hanno imparato a misurare la magnitudine limite del loro cielo notturno, cioè la magnitudine della più debole stella visibile. In condizioni perfette – senza luna, con cielo sereno, senza interferenza di nessun tipo di luce – l’occhio umano può vedere stelle fino alla sesta o settima magnitudine. Secondo la tabella qui sotto una magnitudine limite di 7 vorrebbe dire poter vedere circa 14.000 stelle! Ora siete quindi pronti per calcolare quante stelle avete perduto nel vostro luogo di osservazione: sottraete il numero approssimato di stelle visibili alla vostra magnitudine limite dal valore massimo, 14.000. Per esempio se avete misurato che la vostra magnitudine limite è 3, potete vedere circa 150 stelle ad occhio nudo ma ne avete perse circa 13.850 (14.000-150 = 13.850)!

Ulteriore attività: citizen science

Gli student possono sontribuire alla ricerca scientifica “vera” sull’inquinamento luminoso. Seguite i progetti di citizen science:

• http://www.space-awareness.org/en/games/globe-night/
• http://www.space-awareness.org/en/games/dark-skies-iss/
• http://www.space-awareness.org/en/games/lost-night/
• http://www.space-awareness.org/en/games/loss-night/

Space Awareness curricula topics (EU and South Africa)

Our wonderful Universe, the science of Astronomy

National Curricula UK

GCSE, physics: AQA Science A/Edexcel/OCR A/OCR B/WJEC GCSE, astrophysics: Edexcel A level, physics: Edexcel, OCR A, OCR B, WJEC A level, science: Earth and space

• Cos’è l’inquinamento luminoso: http://www.globeatnight.org/learn_light.html
• Gioco interattivo su inquinamento luminoso: http://www.globeatnight.org/learn_orionsky.html
• Il sistema delle magnitudini delle stelle : http://www.skyandtelescope.com/howto/basics/Stellar_Magnitude_System.html
• La scala delle magnitudini astronomiche: http://www.icq.eps.harvard.edu/MagScale.html