Un esopianeta in una scatola

Questa attività pratica sull’individuazione degli esopianeti attraverso il metodo dei transiti é progettata per promuovere l’apprendimento basato sull’indagine in sessioni da 50 minuti, per consentire agli studenti di impegnarsi nel processo scientifico attraverso l’esplorazione attiva e le domande.
Nella prima sessione,agli studenti verranno spiegati i concetti fondamentali relative agli esopianeti e al metodo dei transiti, e gli studenti formuleranno le loro domande ed ipotesi di ricerca, portando avanti il processo di indagine. La seconda e terza sessione sessione si concentreranno sulla sperimentazione guidata, in cui saranno impegnati a modellizzare eventi di transito utilizzando il loro telefono cellulare/tablet e materiali poco costosi. Gli studenti esploreranno come il cambiamento in alcuni parametri planetari (dimensione, distanza, atmosfera, tempo di transito (periodo, velocità, ecc,) influenzi le curve di luce. Mettendo alla prova le loro ipotesi, gli studenti assumono il controllo del proprio apprendimento e scoprono principi scientifici attraverso l’esplorazione. La quarta e ultima sessione sessione sarà incentrata sull’analisi dei dati e sulla riflessione, incoraggiando gli studenti ad interpretare i risultati, rivalutare le loro ipotesi iniziali, e presentare alla classe le proprie conclusioni. Questo approccio basato sull’indagine non solo aiuta gli studenti a comprendere il metodo dei transiti, ma coltiva il pensiero critico, la risoluzione dei problemi, e le abilità di comunicazione scientifica. I docenti faciliteranno questo processo, guidando gli studenti in ogni fase e promuovendo la curiosità e la scoperta autonoma.

Sessione 1: Introduzione agli Esopianeti e al Metodo dei Transiti (50 min)

Obiettivo:Gli studenti comprenderanno il significato della ricerca sugli esopianeti, nonché le nozioni fondamentali del Metodo dei transiti per l’individuazione degli esopianeti.

Discussione Preliminare: La finalità della Ricerca sugli Esopianeti

Iniziate con domande a risposta aperta per incoraggiare la discussione:

• Perché pensi che gli scienziati siano così interessati a trovare pianeti fuori dal nostro sistema solare?
• Cosa pensi che potremmo imparare dallo studio dei pianeti che orbitano intorno ad altre stelle?
• L’eventuale scoperta di un esopianeta somigliante alla Terra come potrebbe cambiare il modo in cui pensiamo al nostro Pianeta?
• Pensi sia possibile trovare la vita nei pianeti al di fuori del nostro sistema solare? Perché sì, oppure perché no?
• Cosa ritieni che possa rendere un pianeta adatto a sostenere la vita, e perché è importante la distanza dalla sua stella?
• Come pensi che gli astronomi possano determinare quali esopianeti possano trovarsi nella "zona abitabile" attorno alle loro stelle, e perché è così importante trovare questi pianeti?
• Come pensi che la scoperta di altri esopianeti possa aiutarci a comprendere meglio il nostro posto nell’Universo?

Facilitate una discussione di classe per esplorare queste domande, a aiutare gli studenti a collegare la loro curiosità riguardo allo spazio con gli obiettivi della ricerca di esopianeti. Contrassegnate sulla lavagna le parole chiave relative a questa indagine pratica.

Introduzione al Metodo dei Transiti

Domande per la discussione all’interno di un piccolo gruppo:

• Quali pensi che siano le maggiori sfide che gli astronomi si trovano di fronte quando cercano di individuare pianeti così lontani?
• Dato che questi pianeti sono così lontani, e spesso troppo piccoli da vedere direttamente, come pensi che gli scienziati li possano localizzare?
• Se non riusciamo a vedere i pianeti direttamente, l’osservazione delle stelle attorno alle quali essi orbitano ci può dare qualche indizio? Cosa potremmo cercare nel comportamento delle stelle che potrebbe suggerire la presenza di un pianeta?
• Immagina di guardare una stella da molto lontano. Se un pianeta passasse tra noi e la stella, cosa potrebbe succedere alla luce che vediamo da quella stella?

Suggerimenti dall'insegnante:

• Avete mai notato cosa succede alla luce di una lampada quando qualcosa ci passa di fronte? Questa idea come potrebbe essere utile nell’osservazione delle stelle?
• Se fossi un astronomo che cerca di trovare pianeti intorno ad altre stelle, come potresti individuarli senza poterli vedere direttamente?

Dopo la discussione, l’insegnante spiega le nozioni fondamentali del metodo dei transiti, incluso come scopre gli esopianeti osservando il calo periodico della luce di una stella quando il pianeta le passa di fronte (10 min).

Usate diagrammi ed esempi di curve di luce per illustrare il modo in cui i transiti creano segnali osservabili.
(Esempi: https://www.youtube.com/watch?v=mM3PYiyjn1o or https://astro.unl.edu/naap/esp/animations/transitSimulator.html)

Scopri come produrre curve di luce

Lasciate che gli studenti scoprano come misurare le curve di luce utilizzando i loro cellulari o tablet (Applicazioni: fizziq and phyphox ). Fate installare agli studenti queste applicazioni e scoprire da soli cosa possono misurare con queste applicazioni e quale sensore utilizzeranno per misurare il cambio di luminosità.
Nota che lo strumento che funziona meglio é Luxmeter nell’applicazione FIZZIQ, utilizzando lo strumento per l’individuazione della luminanza.

Formulate Domande ed Ipotesi di Ricerca

Guidate gli studenti a sviluppare le loro domande di ricerca, relative al metodo dei transiti. (Gli studenti utilizzeranno le dispense sul metodo scientifico)

Aiutate gli studenti a formulare ipotesi basate su queste domande.

Anteprima delle Prossime Attività

Descrivete brevemente ciò che sarà trattato nelle prossime sessioni, includendo la modellizzazione pratica e la simulazione di eventi di transito.

Spiegate come le loro ipotesi guideranno questi esperimenti e cosa dovranno fare.

Sessione 2: Costruzione del simulatore di transito (50 min)

Obiettivo: Gli studenti costruiranno il loro simulatore di transito e comprenderanno come usarlo

Configurazione e Panoramica dell’Esperimento

Gli studenti costruiranno la scatola di cartone rappresentata nella Figura 2 per simulare il transito di un esopianeta.

Figura 2. Una rappresentazione del simulatore di transito.

Per creare la scatola: scatola: Da un lato (posizione a nella Figura 2) praticate un foro nella scatole e incollate un bicchiere di plastica - che rappresenterà la stella. Poi gli studenti posizioneranno una fonte di luce, come quella creata da un telefono cellulare (vedi anche l’immagine 3c) oppure una lampada, all’imboccatura del bicchiere per simulare la luce della stella.

Sul lato opposto della scatola (posizione b nella Figura 2), gli studenti praticheranno un foro per posizionare uno smartphone per raccogliere la luce proveniente dalla sorgente luminosa (la stella).

Sulla parte superiore della scatola (posizione c nella Figura 2), creeranno tre fessure parallele a distanze diverse dalla sorgente luminosa, per rappresentare le orbite degli esopianeti in orbita intorno alla stella a differenti distanze.

Figura 3. Costruzione della scatola. Immagine 3a- la scatola di cartone dall’alto; Immagine 3b- l’interno della scatola di cartone, con l’apertura per la sorgente luminosa; Immagine 3c- un telefono cellulare utilizzato come sorgente luminosa.

Per creare gli esopianeti: gli spiedini da barbecue servono come supporti per sferette di argilla o dischi di varie dimensioni per simulare gli esopianeti (Immagine 4a). Gli studenti dovrebbero assicurarsi che l’esopianeta si muova di fronte alla stella, passando direttamente attraverso il centro della sorgente luminosa (Immagine 4b). Un segno blu su ogni spiedo può aiutare ad indicare la distanza giusta dal centro della sorgente luminosa (bicchiere) fino alla cima della fessura.
Quando si usano dei dischi per rappresentare gli esopianeti, gli studenti dovrebbero assicurarsi che i dischi non siano inclinati e siano rivolti verso la sorgente luminosa e presentino la maggiore superficie. Possono controllare questa cosa, allineando i dischi con una superficie piana parallela sulla parte opposta side dello spiedo e mantenendo gli spiedi verticali (Immagine 4b e 4c).
SUPPLEMENTO: Gli studenti possono anche esplorare l‘effetto di far passare l’esopianeta al di sopra o al di sotto della linea centrale, a seconda della loro ricerca.

Figura 4: Costruzione degli esopianeti. Immagine 4a- Contenitori che simulano gli esopianeti. Immagine 4b- ci si assicura che l’esopianeta passi di fronte alla stella. Immagine 4c- gli spiedini vengono mantenuti in posizione verticale.

Per creare le atmosfere degli esopianeti: Per simulare l’effetto dell’atmosfera di un esopianeta sulla curva luminosa, gli studenti possono misurare la curva luminosa senza atmosfera e con l’atmosfera, mettendo una pellicola trasparente sull’esopianeta (nella Figura 5, il disco rosso é una pellicola trasparente).

Figura 5: Esopianeti con atmosfere simulate

Per misurare la curva di luce:Per misurare la curva della luce, gli studenti installeranno l‘applicazione fizziq sui telefoni cellulari o tablet. Essi utilizzeranno lo strumento “Luxmeter” e misureranno con la sotto-unità “luminanza media”. Gli studenti dovrebbero sempre calibrarli prima di registrare i dati (Immagine 6). Esempi di curve di luce sono mostrati nelle seguenti immagini.

Figura 6: misurazione della curva di luce utilizzando Fizziq con uno smartphone. Immagine 6a- calibrazione; Immagine 6b, 6c, 6d: curve di luce misurate.

Sessione 3: Modellazione e Simulazione degli Eventi di Transito (50 min)

Obiettivo:Gli studenti manipoleranno i loro modelli per simulare i transiti, sperimentando con differenti parametri per osservarne gli effetti. Utilizzeranno il modulo allegato Experiment-form.doc per documentare il loro approccio al metodo scientifico.

Attività pratica: Modellizzazione degli Eventi di Transito

Gli studenti lavoreranno in piccoli gruppi per costruire i loro modelli, regolando parametri come la dimensione del pianeta, la distanza dalla stella, l’atmosfera, ecc. per osservare e sistematicamente misurare come queste modifiche influenzino la curva di luce.

Raccolta dei Dati

Gli studenti registrano i risultati dei loro esperimenti in tabelle nel modulo del metodo scientifico (es., profondità del transito, durata, ecc., sulla base di parametri modificati).

Incoraggiateli ad analizzare gli effetti immediati e discutete in gruppo i loro risultati.

Sessione 4: Analisi dei Dati, Conclusione, e Comunicazione (50 min)

Obiettivo:Gli studenti analizzeranno i dati raccolti, ne tireranno le conclusioni, e presenteranno i loro risultati alla classe. (Devono riportare dati ed analisi nel modulo del metodo scientifico.)

Analisi dei Dati

Gli studenti analizzano i dati della precedente sessione, identificando schemi o andamenti (es., pianeti più grandi creano transiti più profondi, confrontate aree degli esopianeti ai rapporti di riduzione della luminosità, e fate lo stesso con le distanze, le atmosfere simulate, ecc.).

Conclusione e Riflessione

Fate riflettere gli studenti su quanto i dati supportino la loro ipotesi originale.

Dovrebbero scrivere una breve conclusione basata sui propri risultati.

Presentazioni dei gruppi

Ogni gruppo presenta i propri risultati, discutendo le loro ipotesi, scoperte, e difficoltà incontrate durante l’esperimento.

Conclusione e Feedback

Riassumete i principali insegnamenti tratti dal workshop.

Lasciate del tempo per le domande, i chiarimenti, e il feedback su ciò che hanno appreso e su come possono applicare questi metodi all’astronomia reale.

Ecco alcuni esempli di domande poste dall’insegnante per stimolare la riflessione e raccogliere feedback:

Domande per la Riflessione:

• Cosa hai trovato di interessante o sorprendente sul metodo dei transiti che hai imparato?
• Come si é evoluta la tua comprensione degli esopianeti durante questo workshop?
• Quali difficoltà hai incontrato nel modellizzare e simulare i transiti? Come le hai superate?
• In che modo i risultati dei tuoi esperimenti hanno confermato o alterato le tue ipotesi iniziali?
• Come pensi che i concetti appresi oggi possano applicarsi alla ricerca astronomica reale?

Domande per Feedback:

• Cosa ti è piaciuto delle attività in questo workshop? Ci sono aspetti che ti sarebbe piaciuto esplorare oltre?
• Ci sono state parti del workshop che hai trovato meno chiare o difficili da seguire? Come si potrebbero migliorare?
• Hai suggerimenti per rendere questo workshop più interattivo o coinvolgente?
• Come valuteresti la tua capacità di comunicare i tuoi risultati scientifici dopo questo workshop? Quali abilità ti piacerebbe continuare a sviluppare?
• C’è qualcos’altro che ti sarebbe piaciuto imparare durante questo workshop?