Laboratori didattici di astronomia

Modelli cosmologici dalle origini al Medioevo – Implicazioni filosofiche, culturali e teologiche

Ferrari

• Publisher: Aracne Editrice
• Year: 2014
• Print ISBN: 9788854874800
• eBook ISBN: 9788854875098
• Topic: Media & Performing Arts
• Subtopic: Storytelling

Questo percorso didattico si rivolge agli insegnanti che vogliono affrontare lo studio delle origini del modello cosmologico accreditato nell'Europa del Medioevo.
Attraverso l'analisi di testi e lo svolgimento dei laboratori didattici proposti si può comprendere il motivo per cui il modello a sfere riscosse tale credibilità.
Le schede didattiche inserite nel testo forniscono un ausilio per guidare gli studenti a comprendere i concetti esposti attraverso le letture e le attività.

L’origine della cosmologia scientifica

Lo studio dei moti dei corpi celesti, anticamente, era necessario per scopi di applicazione pratica, quali le semine, l’orientamento, la misura dei terreni e riceveva perciò un considerevole tributo di interesse. Vediamo nei paragrafi che seguono un possibile percorso che conduca gli studenti allo studio dell’origine dei modelli cosmologici che sono stati formulati nell’antichità sulla base di osservazioni astronomiche prima rudimentali, poi via via più accurate.

Il moto del Sole

Prima del II millennio a.C. i Sumeri e gli Egizi avevano costruito una semplice meridiana che consentisse loro di studiare sistematicamente il moto apparente che il Sole compie ogni giorno da est a ovest. Tale meridiana era un semplice gnomone che spuntava da una zona liscia del terreno e proiettava la propria ombra quando illuminata dal Sole.

L’ombra dello gnomone varia in lunghezza e direzione durante l’arco della giornata, concordemente con il variare dell’altezza del Sole sull’orizzonte, consentendo una scansione del tempo e fornendo un metodo per l’orientamento. Nel momento in cui l’ombra dello gnomone è più corta, infatti, essa punta sempre nella medesima direzione: quella che chiamiamo nord. Ciò avviene perché il Sole culmina, ovvero raggiunge la massima altezza sull’orizzonte sempre in direzione sud.

La lunghezza dell’ombra, inoltre, varia durante il corso dell’anno, al variare delle stagioni: durante l’inverno le ombre sono più lunghe, progressivamente si accorciano fino all’estate per poi riprendere ad allungarsi durante l’autunno. Il motivo è dovuto alla diversa altezza che il Sole raggiunge durante le stagioni. La figura 1 schematizza i diversi percorsi apparenti del Sole e l’ombra che a mezzogiorno lo gnomone proietta.

Queste osservazioni permettono una scansione del tempo durante l’anno e la definizione di quattro date significative: i solstizi e gli equinozi.

Sempre facendo riferimento alla figura 1 possiamo illustrare agli studenti le date in questione.

In corrispondenza del solstizio invernale il Sole culmina più in basso rispetto a ogni altro giorno dell’anno,

sorge e tramonta in punti dell’orizzonte spostati più a sud rispetto agli altri giorni dell’anno. Osservazioni accurate consentono di determinare una linea immaginaria detta eclittica sulla quale il Sole si sposta durante il corso dell’anno. L’eclittica è un circolo chiuso che attraversa le costellazioni dello zodiaco [1].

È importante sottolineare, discutendo con i ragazzi, che per quanto le osservazioni con lo gnomone possano sembrarci “primitive” o rudimentali esse hanno permesso tutte le sopraccitate deduzioni.

Scheda didattica 1

Realizzazione e utilizzo della meridiana

Lunghezza e direzione dell’ombra dello gnomone

Materiale occorrente

• Gnomone

• Foglio graduato

• Metro

• Goniometro

Attività e misure

1. Posizioniamo il foglio graduato in una zona di terreno il più possibile liscia e orizzontale. Orientiamolo con l’aiuto di una bussola o di riferimenti noti.

Nell’arco della medesima giornata possiamo fare diverse osservazioni della lunghezza e della posizione dell’ombra.

2. Può essere ragionevole annotare una volta ogni ora la posizione dell’ombra tracciando un segno in corrispondenza della punta.

3. Ripetendo le medesime operazioni nell’arco dell’anno possiamo vedere come variano la posizione e la lunghezza dell’ombra nel corso delle stagioni.

4. Annotiamo durante tutte queste operazioni la lunghezza e l’angolo che l’ombra forma con la direzione nord.

Accorgimenti

Il foglio graduato deve essere ben fissato a terra in modo che non si sposti durante le osservazioni. Inoltre è bene sia plastificato, in modo che si conservi durante le attività. Sostituire il foglio o comunque riposizionarlo può infatti introdurre errori e incertezze di misura dovute al non perfetto allineamento con le direzioni cardinali [3].

Risultati

Ogni giorno l’ombra sembra disegnare una specie di ventaglio diverso al variare delle stagioni in modo corrispondente alla traiettoria apparente del Sole, figura 5.

Il mezzogiorno solare vero e l’ora convenzionale

Supponiamo come fecero gli antichi che il moto delle stelle sia regolare, cioè che le stelle impieghino sempre lo stesso tempo a compiere un giro. Proviamo ora a misurare l’intervallo di tempo tra un mezzogiorno e quello successivo, cioè tra una culminazione del Sole e quella successiva.

Scopriamo che questo intervallo di tempo non è costante durante l’anno, essenzialmente per due ragioni:

1. la velocità con la quale il Sole sembra muoversi attraverso le costellazioni dello zodiaco non è costante;

2. l’angolo secondo il quale l’eclittica interseca l’equatore celeste ha un’influenza sulla variabilità del giorno solare: essendo l’eclitticainclinata, attraversa più linee meridiane ravvicinate in corrispondenza dei solstizi e degli equinozi.

Senza volere troppo complicare l’attività possiamo introdurre ai ragazzi il modo in cui le civiltà moderne “correggono” queste irregolarità. Non potendo infatti utilizzare come mezzogiorno legale quello solare, diverso ogni giorno, si fa riferimento al tempo solare medio, cioè alla lunghezza media del giorno solare apparente. La figura 6 mostra graficamente la discrepanza tra il mezzogiorno solare vero e quello medio convenzionale. La curva che ricorda un otto si chiama analemma e ci permette di individuare l’ora del mezzogiorno vero.

Attività e misure

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Table of contents

• Introduzione
• L’origine della cosmologia scientifica
• Il cielo nel Medioevo, tra fede e conoscenze astronomiche