Il Sistema Solare è senza dubbio uno degli argomenti che affronterai con gli alunni e su cui magari preparerai la verifica.  Ci sono svariati motivi però per cui ti chiedo di fare attenzione nel leggere questo post.Come ben sai, il tempo da poter dedicare all’Astronomia nelle ore di scienze non è mai molto e proprio per questo è importante cercare di essere incisivi sui pochi temi che si riescono a trattare.

Il rischio è di non insegnare il reale Sistema Solare bensì un Sistema Solare che deriva dall’immaginario collettivo, più frutto di rappresentazioni artistiche o fantastiche che scientifiche.Me ne accorgo soprattutto durante il laboratorio PIANETI, il sistema solare in scala lungo un chilometro, che viene installato nei dintorni delle scuole. Nel laboratorio, il sistema solare è rappresentato con la stessa scala sia per le dimensioni che per le distanze, dando così una idea realistica delle proporzioni.Capita che gli alunni facciano interventi interessanti, a volte estremamente precisi su determinati particolari ma spesso perdendo una fondamentale visone d’insieme. In particolare i seguenti punti:

1. Le distanze fra i pianeti

Non è colpa tua.   Basta guardare le seguenti immagini che si trovano online ma anche nei sussidiari e libri di testo.

Fonte: wikipedia.

Confrontale ora con questa rappresentazione corretta delle distanze nel magnifico lavoro di Josh Worth:

“Se la Luna fosse solo un pixel“Suggerimento

proietta il sito di Josh in classe o ancora meglio fallo esplorare agli alunni individualmente o in piccoli gruppi

Come vedi, le distanze fra i pianeti sono enormemente più grandi di quel che solitamente si immagina. O meglio, sono i diametri dei pianeti ad essere insignificanti rispetto alle distanze che li separano. Gli spazi vuoti sono immensi.

Pensaci, se i pianeti fossero davvero così vicini come rappresentati nella maggior parte delle immagini, vorrebbe dire che dalla Terra potremmo vedere Venere e Marte riempire metà volta celeste quando in realtà ad occhio nudo appaiono come piccoli puntini luminosi.

2. La distanza Terra-LunaIn realtà è molto più grande di quel che si tenda a pensare.Questa immagine presa da wikipedia è corretta.

Fonte: wikipedia.

Ti sembra strano eh? E sembrerà strano anche ai tuoi alunni e ti dico la verità,

nemmeno io son convinto del tutto Prima di bollarmi come complottista antiscientifico, intendo dire che le percezioni che abbiamo tutti noi molto spesso sono svincolate da considerazioni razionali ma piuttosto sono legate al modo di funzionare dei nostri sensi e della nostra mente. Una soluzione è quella di affidarci ai numeri oggettivi o ancora meglio a rappresentazioni in scala.Un esperimento che ti consiglio di fare è stampare una immagine della Luna come questa.

Fonte: wikipedia

Attaccala ad una parete e mediante una corda metrica posizionati ad una distanza di circa 110 volte il suo diametro. Perchè 110? Perchè il diametro della Luna è di circa 3470 km. Moltiplicandolo per 110 otteniamo 381mila km che è circa la distanza media fra la Terra e la Luna.Ora, supponendo che la Luna stampata sia di 10 cm, posizioniamoci a 11 metri di distanza e osserviamola. Ci apparirà grande esattamente come la Luna vera quando la osserviamo in cielo. Da questa distanza i particolari che si riescono a

scorgere sulla superficie non sono molti ma ad esempio i mari lunari si riescono a vedere bene.La nostra vista ha una risoluzione davvero elevata ed è per questo che quando osservi la Luna riesci a vederla molto bene nonostante sia così lontana. L’effetto viene ancora più accentuato quando la Luna si trova vicina all’orizzonte perchè puoi confrontarla con i vari elementi del paesaggio. A differenza di quel che spesso viene detto non c’è nessun “effetto lente” significativo dovuto all’atmosfera

Se vuoi aggiungere anche la Terra serve crearla con un diametro 3,6 volte più grande di quello lunare.

Ti allego una scheda didattica sulla Luna da stampare. La puoi utilizzare anche per l’esperimento descritto qui sopra. Sono 3 pagine:

la prima consiste in una mappa della Luna con i nomi dei principali mari e crateri,

la seconda è la mappa precedente però senza nomi bensì con le indicazioni per colorarla in modo realistico,

la terza è la stessa mappa della Luna da colorare  senza alcuna scritta . La puoi utilizzare per farla colorare senza avere scritte che disturbano oppure per verificare la memoria degli alunni sui nomi delle varie aree della Luna.E’ indicata principalmente per la Scuola Primaria e per ragazzi BES ma valuta tu se potrebbe essere materiale utile anche per le Scuole Medie.E’ in formato vettoriale. Questo significa che puoi ingrandirla all’infinito senza

che perda di qualità. L’ideale per fare un megacartellone   utilizzando un plotter o la funzione poster di molte stampanti. Scaricala QUI

3. Dimensioni del Sole– E’ più grande il Sole o la Terra?

– Il Soleeee!

A questa domanda rispondono tutti correttamente ma davvero in pochi, anche fra gli adulti, si rendono conto di quanto sia più grande. Anche in questo caso le rappresentazioni grafiche vengono in aiuto come in questa immagine piuttosto famosa online:

L’importanza di affidarsi ai numeri l’ho sottolineata nel punto precedente ma attenzione che anche questi possono essere fuorvianti. Nei libri di testo ad esempio si legge “il Sole è 110 volte più grande della Terra“. L’informazione è senz’altro corretta ma si sorvola su una cosa fondamentale: ci si riferisce al diametro.Potresti utilizzarlo come spunto far acquisire agli alunni un po’ di occhio sulla relazione fra lunghezza, superficie e volume e senza per forza addentrarsi nelle formule relative al volume e superficie della sfera.Se il diametro del Sole è 110 volte più grande di quello terrestre, la superficie sarà oltre 10 mila volte più grande, il volume oltre un milione di volte più grande.Servono oltre un milione di Terre per avere un volume simile a quello del Sole.

L’impressione che ne deriva è decisamente differente da 110 volte, no?

4. Il colore del SoleIl Sole non è giallo. Fin da piccolini siamo abituati a colorarlo di giallo o arancione ma il vero colore del Sole è il bianco. Perfino le immagini a scopo didattico come quella del punto precedente mostrano il Sole giallo.

Riguardo al giallo però c’è un fondo di verità. Effettivamente il Sole può appararci giallo o addirittura arancione soprattutto quando è vicino all’orizzonte.La discrepanza deriva dal fatto che la luce del Sole prima di arrivare ai nostri occhi deve attraversare l’atmosfera della Terra venendo filtrata in maniera

particolare.Quello che entra in gioco è il fenomeno della diffusione spiegabile in modo semplificato in questo modo:

la luce bianca del Sole è data dalla somma di tutti i colori (lunghezze d’onda);

le particelle dell’aria terrestre tendono a diffondere principalmente le lunghezze d’onda più corte corrispondente ai toni dell’azzurro;

le lunghezze d’onda più lunghe come il giallo e il rosso proseguono quasi inalterate il proprio percorso;

abbiamo quindi un risultato duplice: il cielo è azzurro e il Sole con la sua luce ci appare giallo (ma comunque un giallo appena accennato).

Ti insegno un semplice e istruttivo esperimento da fare il classe per comprendere questo fenomeno detto diffusione di Rayleigh.

Prendi un contenitore ermetico trasparente. Potrebbe essere una bottiglia in plastica trasparente oppure un vasetto in vetro.

Riempilo d’acqua e aggiungi qualche goccia di latte finchè l’acqua non diventa appena torbida.

Prendi una torcia con luce bianca. Va bene anche quella del cellulare.

Prova ora a posizionarla dietro alla bottiglia e osservala in un ambiente oscurato. Magicamente l’acqua si colora di un tenue azzurrino e la luce bianca prende tonalità più calde tendenti al giallo.

Prova a spostare la torcia in modo da poterla osservare dal lato più lungo della bottiglia. Noterai che l’effetto si accentua ulteriormente.

Attenzione a non mettere troppo latte altrimenti l’acqua risultaerà troppo torbida per poter notare il fenomeno. A volte davvero bastano 2-3 gocce per mezzo litro.

5. Il Sole è una palla di fuoco o di lavaCome fa il Sole a bruciare? In realtà il Sole non brucia. La tentazione di dirlo è forte ma il Sole non brucia.

Non ci sono fiamme sul Sole e men che meno lava.Paradossalmente se il Sole bruciasse sarebbe molto più freddo di come è in realtà. Basti pensare che le fiamme più calde che si riescono ad ottenere difficilmente superano i 3500 gradi mentre la temperatura superficiale del Sole è intorno ai 6000 gradi. Nel centro del Sole la temperatura si aggira sui 15 milioni di gradi.

Come fa quindi il Sole a produrre tutta questa energia? Probabilmente lo sai: è grazie alle reazioni di fusione nucleare che avvengono al suo interno.Ma quindi qual è il modo migliore per spiegare il funzionamento del Sole ai tuoi alunni?Ascolta con attenzione.Resisti alla tentazione di dire che il Sole è una palla di fuoco che brucia. Resisti anche con gli alunni più piccoli perchè non si tratta di una semplificazione bensì di una distorsione della realtà che si porteranno con se tutta la vita, e ti assicuro, è difficile da correggere poi.A dir la verità non è facile semplificare senza omettere o distorcere nulla perchè non sono meccanismi spiegabili esclusivamente a parole: la scienza ed in particolare l’astrofisica non sono separabili dalla matematica.Tuttavia una spiegazione sicuramente più corretta del Sole infuocato è riassumibile dei seguenti punti:

tutto l’universo, e anche il Sole, è composto da piccoli mattoncini chiamati atomi;

di atomi ce ne sono circa un centinaio di tipi diversi, ognuno un po’ più grosso dell’altro;

il Sole è composto principalmente dal tipo di atomo più piccolo: l’idrogeno;

nel centro del Sole gli atomi di idrogeno sono così schiacciati fra di loro e con così tanta energia che di tanto in tanto si uniscono e si trasformano in elio: un tipo di atomo più grosso dell’idrogeno;

è proprio da questa unione, o meglio fusione, degli atomi di idrogeno in atomi di elio che si sprigiona una enorme quantità di energia sotto forma di luce e calore e, tra le altre cose, permette la vita sulla Terra.

Nella breve spiegazione qui sopra  ho anch’io effettuato principalmente una omissione e una semplificazione. Eccole.Omissione: è una omissione importante perchè racchiude l’essenza dei processi di fusione nucleare cioè la perdita di massa.Gli atomi di elio che si formano hanno meno massa rispetto alla somma degli atomi di idrogeno da cui si sono formati. E’ proprio questa massa mancante a essersi trasformata in energia secondo la celeberrima formula E=mc² dove E sta per energia, m per massa e c è la velocità della luce.Dal punto di vista didattico eviterei di parlarne agli alunni della Scuola Primaria ma nel caso di una classe particolarmente sveglia si potrebbe provare ad accennarne.Importante!E’ fondamentale che prima di spiegare questi concetti ai ragazzi tu ne abbia una idea chiara in prima persona, altrimenti il rischio è ancora una volta quello di distorcere troppo la realtà fisica.Semplificazione: nel Sole la materia non è sotto forma di atomi bensì di plasma, cioè gli elettroni sono slegati dai nuclei atomici. Eviterei di parlarne a meno che non si sia già introdotta la struttura dell’atomo.

6. Le orbite dei pianetiOra dico una eresia.

Le orbite dei pianeti non sono ellittiche. Sono circolari.

Ti starai chiedendo: “Ma come Alessio, mi vai a cadere proprio su uno dei pilastri della storia dell’Astronomia? Butti via le Leggi di Keplero  in questo modo?”No, non sono ammattito e ovviamente la frase riportata sopra è sbagliata.

Ma ascolta bene:  è molto meno sbagliata di quello che sembra .Anzi, ti dirò di più. Insegnare che le orbite dei pianeti sono ellittiche, senza una adeguata contestualizzazione, può portare a errori nella comprensione del Sistema Solare molto maggiori della mia frase provocatoria. 

Immagino il tuo disorientamento ma ora ti spiego subito dove voglio andare a parare.

Osserva questo disegno. Rappresenta l’orbita reale della Terra. Così a colpo d’occhio è un cerchio o un’ellissi?

 

Osserva ora questa rappresentazione tipica delle orbite dei pianeti

Dove sta il problema?La rappresentazione in prospettiva delle orbite dei pianeti trae in inganno e fa immaginare le ellissi molto più accentuate di quello che sono in realtà o, detto in termini matematici, sembra abbiano una eccentricità molto più elevata.

Invece la differenza più percepibile a colpo d’occhio fra un’orbita circolare e una ellittica non è tanto la forma quanto il decentramento del Sole che è visibile anche con eccentricità estremamente basse.Differenza da cui deriva l’etimologia di eccentricità: ex-kentron, fuori dal centro. Ci avevi mai pensato?

Orbita di Plutone. Il + indica la posizione di uno dei fuochi, cioè del Sole.

La conseguenza più importante è che ogni orbita avrà un punto di massima vicinanza al Sole (perielio) e uno di massima lontananza (afelio).

 

E’ comprensibile che per spiegare le leggi di Keplero nella Scuola Media o alle superiori si utilizzino ellissi con eccentricità molto elevata come nella immagine seguente.

Fonte: wikipedia.

Se usi anche tu questo disegno non dimenticare di specificare che potrebbe assomigliare all’orbita di una cometa ma sicuramente non all’orbita della Terra o degli altri pianeti.

PS: sai riconoscere i pianeti ad occhio nudo? Ne avrai la possibilità se ti iscrivi alla rubrica settimanale di ATLANTIS inserendo la tua email nel box rosso qui a sotto!

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7. Plutone non è più un pianetaCi tengo particolarmente ad approfondire con te questo punto perchè online puoi trovare molte notizie e definizioni riguardanti Plutone, alcune molto approfondite e complete, ma come ben sai il mestiere di insegnare scienze ai bambini e ai ragazzi non si limita ad enunciare il contenuto del sussidiario o almeno non

dovrebbe   .

 

Come spiegare in quinta elementare o in terza media che Plutone è stato declassato a pianeta nano? 

Il primo suggerimento che ti do, soprattutto nella scuola primaria, è di non anteporre che Plutone in passato era considerato un pianeta.Spiega semplicemente che Plutone è un pianeta nano al di là di Nettuno.Questo non significa di omettere totalmente il fatto che fosse considerato un pianeta ma semplicemente di spiegarla con lo stesso livello di importanza del resto.Il motivo risede nel fatto che i bambini rimangono fortemente colpiti da questo fatto e tendono a trascurarne tutte le altre caratteristiche affascinanti e importanti.

Ad esempio quelle visibili nelle primissime immagini giunte dalla sonda New Horizons!

Superficie di Plutone. Fonte: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

Il secondo suggerimento che ti do è di non dare a Plutone una importanza maggiore degli altri pianeti nani. Presentalo assieme a Cerere, Eris, Haumea e Makemake.Io in primis sono affezionato a Plutone ma dal punto di vista della classificazione da parte degli astronomi è assolutamente nella stessa categoria degli altri quattro.Anche in questo caso però non estremizzare quel che ho scritto. Una volta chiarito bene il concetto, racconta pure la storia che ha portato a declassare Plutone.

Il terzo suggerimento sta nel cercar di far capire che Plutone non è stato declassato perchè è cambiato in qualcosa. Non è diventato improvvisamente più

piccolo.Spiega che negli ultimi quindici anni si sono scoperti sempre più corpi celesti al di là di Nettuno, alcuni di dimensioni comparabili a Plutone come per esempio Eris, e gli astronomi si sono chiesti se considerarli anche questi come pianeti oppure se fosse il caso di creare una categoria a parte.Sottolinea insomma il cambiamento è dovuto a una decisione umana arbitraria e non a un cambiamento reale di Plutone.

Quest’anno scolastico è presente uno speciale su Plutone nel laboratorio PIANETI, il Sistema Solare in scala lungo un km. Clicca qui per avere informazioni su come averlo nella tua scuola!

8. La Terra è nata con il Big bangVengo subito al sodo.

Il Big bang è avvenuto circa 13,7 miliardi di anni fa.

La Terra si è formata circa 4,5 miliardi di anni fa.

Ti assicuro che la maggior parte delle persone è convinta che la Terra si sia formata durante il Big bang.Questo vale per i bambini della scuola primaria, per i ragazzi delle medie e superiori ma anche per gli adulti e molti insegnanti.

Se ci pensi non è un concetto complicato però è importante saperlo. Se vuoi arrotonda pure a 14 miliardi e 5 miliardi, non è quello il punto.

Far costruire una linea del tempo agli alunni potrebbe essere una buona idea! PS: se dovessimo rappresentare l’avvento dell’uomo circa 2 milioni di anni fa, dove dovremmo posizionarlo sulla linea del tempo in proporzione a 13,7 e 4,5 miliardi?

9. La passione per le cifre esatte

67Giove ha 16 satelliti. Giove ha 63 satelliti. Giove ha 67 satelliti.Non hai idea di quante volte mi sia capitato durante il laboratorio PIANETI di sentire gli alunni enunciare con sicurezza il numero dei satelliti di Giove.Mi sono accorto di una caratteristica di molti alunni che probabilmente tu

conoscerai molto meglio di me: l’amore per le cifre esatte.Non si accontentano di sapere:

che Giove ha una sessantina di satelliti,

che la Terra gira attorno a se stessa in 24 ore,

che la Luna fa un giro attorno alla Terra in più o meno un mese.

Ma specificano:

che Giove ha 67 satelliti,

che la Terra gira attorno a se stessa in 23h ore 56 minuti e 4,1 secondi

che la Luna fa un giro attorno alla Terra in 28 giorni.

In linea di principio potrebbe essere apprezzabile e fonte di soddisazione per l’insegnante avere degli alunni così precisi ma non è tutto oro quello che luccica e ti spiego perchè:

Molto spesso quello che hanno in testa gli alunni è esclusivamente: UN numero. Slegato completamente dalla realtà fisica e da cosa rappresenta. Non immaginano concretamente i 67 satelliti che girano attorno a Giove. Questo è un bel problema perchè poi si trascina fino all’età adulta. Vorrà dire in futuro prendere per buono il risultato di un problema fisico, ingegneristico o economico senza arrivare a comprenderne il significato. Sarà solo un asettico numero sulla carta o sullo schermo.

I numeri memorizzati non sono immutabili. Ho visto alunni arrabbiarsi quando sono stati smentiti dal fatto che i satelliti di Giove non sono 16 ma molti più. Si tratta di capire che l’astronomia e la scienza in generale non sono immutabili e che con il proseguire del tempo il numero dei satelliti scoperti aumenterà sempre di più.

I numeri memorizzati non sono poi così precisi di come poteva sembrare. Non è vero ad esempio che la Luna fa un giro attorno alla Terra (rivoluzione) in 28 giorni. Il periodo di rivoluzione in realtà è di circa 27 giorni e 7 ore. Anche il ciclo delle fasi lunari ha una durata differente: circa 29 giorni e mezzo.

Sei insegnante nella Scuola Primaria?Ti sconsiglio di focalizzarti troppo sul numero esatto proprio per evitare che gli alunni diano troppo peso al numero e non al suo significato. E’ sufficiente dire che è di più o meno un mese e piuttosto concentrare la spiegazione su altri aspetti come per esempio il meccanismo delle fasi lunari. Se ritieni sia comunque importante dire un numero, quel numero è 29 perchè è ricollegabile al fenomeno delle fasi, direttamente verificabile dagli alunni.Tornando ai satelliti di Giove ti chiedo un favore:

Controlla sul vostro libro di testo quanti ne vengono riportati e scrivilo nei commenti qui sotto indicando anche il titolo del testo, la casa editrice e l’anno di

stampa.I sussidiari per la Scuola Elementare e i libri di scienze per la Scuola Media pian piano si stanno aggiornando ma trovo ancora svariati testi con riportato 16 satelliti.Per la cronaca se ne conoscevano 16 fino al 1999, 63 fino al 2009 e ad oggi se ne conoscono 67.

Io, Europa, Ganimede e Callisto. I 4 satelliti più grandi di Giove. Fonte: wikipedia

Riassumendo quindi, nella Scuola Primaria ti suggerisco di disincentivare la memorizzazione dei dati numerici per i motivi spiegati sopra.

Nella Scuola Secondaria di Primo Grado, e soprattutto in terza, le valutazioni quantitative iniziano ad avere un ruolo importante ma:

fai loro comprendere la natura fisica di quel numero

verifica che il dato sia aggiornato

verifica che il dato sia reale e non semplicemente un luogo comune