A caccia di asteroidi Teach article

Tradotto da Lucia Morganti. Hai voglia di salvare il mondo? Andy Newsam e Chris Leigh del National Schools’ Observatory in Inghilterra presentano un’attività che potenzialmente ti permette di farlo: scoprire gli asteroidi che potrebbero puntare la Terra.

Introduzione

Per gentile concessione della
NASA / JPL-Caltech

Gli asteroidi o pianeti minori sono oggetti di polvere, roccia e metalli in orbita attorno al Sole, troppo piccoli per essere considerati pianeti. Fino ad oggi ne sono stati scoperti decine di migliaia, e più di 12000 hanno ricevuto un nome ufficiale.

Ceres, come appare
all’Hubble Space Telescope

Per gentile concessione della
NASA, ESA e J Parker
(Southwest Research Institute);
fonte dell’immagine: Wikimedia
Commons

Il più largo, Ceres, ha un diametro di 1000 km, mentre il più piccolo ha le dimensioni di un sassolino. Sono stati scoperti soltanto 15 asteroidi con diametro superiore a 240 km, e se si potessero mettere insieme tutti gli asteroidi conosciuti si otterrebbe un oggetto più piccolo della Luna (3500 km di diametro).

Il maggior numero di asteroidi si trova nella Cintura degli Asteroidi, fra le orbite di Marte e Giove, ma alcuni percorrono orbite che li portano molto vicino all’orbita terrestre: questi sono chiamati NEOs (near-Earth objects). Se viaggiano in rotta di collisione con la Terra vengono definiti meteoroidi. Quando un meteoroide impatta l’atmosfera ad alta velocità, l’attrito lo vaporizza in una traccia luminosa che è detta meteora. Se il meteoroide non brucia completamente, i suoi frammenti giungono sulla superficie terrestre come meteoriti.

Il cratere di Barringer in
Arizona (USA) ha un diametro
di 1.186 km, ed è profondo
180 m. È circondato da un
bordo di massi irregolari,
alcuni grandi come case; la
struttura che fa ombra sul
lato nord del cratere è il
centro visitatori (23 Gennaio
2004)

Per gentile concessione della
ESA

Sebbene una moltitudine di piccoli asteroidi colpisca la Terra ogni giorno, essi sono troppo piccoli per causare danni. Tuttavia nel passato ce ne sono stati di ben più grandi: il cratere di Barringer in Arizona, largo 1.186 km, è stato creato circa 50000 anni fa da una meteora che si crede fosse larga appena 40 m. Eventi simili si verificano circa ogni 1000 anni, ma la maggior parte dei crateri non sono visibili, per l’erosione o la vegetazione, o perché si trovano sotto il mare.

Nonostante sia molto improbabile che un grosso NEO colpisca la Terra durante la nostra vita, gli astronomi sono impegnati a seguire le traiettorie di quanti più NEO possibilew1. Se un NEO abbastanza grande da minacciare la Terra venisse individuato per tempo, sarebbe possibile ‘respingerlo’ ed evitare l’impatto.

Ma come individuare gli asteroidi? Mentre le posizioni delle stelle rimangono fisse da una notte all’altra, la Luna, i pianeti e gli asteroidi si muovono lentamente fra le stelle. A differenza della maggior parte dei pianeti, gli asteroidi sono troppo deboli per essere visti ad occhio nudo. Per osservarli è necessario un binocolo o un telescopio.

Nella seguente attività pensata dal National Schools’ Observatory inglesew2 (NSO; vedi riquadro, studenti fra i 7 e i 19 anni possono andare a caccia di asteroidi usando le immagini generate dal più grande telescopio robotizzato al mondo, il Telescopio Liverpool a La Palma, nelle isole Canarie, in Spagna (8 m di altezza, 25 tonnellate di peso, con specchi di 2 m di diametro). Con la stessa tecnica impiegata dagli astronomi professionisti, gli studenti imparano velocemente ad individuare un asteroide in una vera osservazione astronomica. Gli studenti più giovani possono aver bisogno di un’introduzione dai loro insegnanti, e tutto il materiale necessario è disponibile onlinew3. Gli studenti più grandi potranno perfino calcolare la velocità degli asteroidi individuati (vedi il compito di livello avanzato sotto) e presentare un rapporto dei loro dati. Quest’attività combina l’informatica, la fisica e la matematica in un’ora piacevole di scoperte scientifiche.

Il National Schools’ Observatory

Il National Schools’ Observatory (NSO) è un importante sito web educativo, fondato dalla John Moores University di Liverpool, in Gran Bretagna. Esso permette alle scuole di condurre osservazioni accanto agli astronomi professionisti, utilizzando il più grande telescopio robotizzato del mondo – il Telescopio Liverpool, che ha concesso il 5% delle proprie ore di osservazione alle scuole inglesi ed irlandesi. Una volta completata la richiesta di osservazioni, gli studenti possono scaricare i dati del telescopio ed utilizzare dei programmi specifici per analizzare le immagini risultanti. Il sito web fornisce anche materiale educativo di astronomia.


 

Immagine artistica di un
asteroide che impatta i mari
tropicali e poco profondi al
largo della costa messicana,
originando quello che si
chiama cratere di Chicxulub.
L’impatto di quest’asteroide
può aver causato l’estinzione
dei dinosauri.
Fortunatamente, si ritiene
che asteroidi così grandi (1
km o più di diametro) da
causare danni seri si
verifichino soltanto ogni
qualche milione di anni

Per gentile concessione della
NASA / JPL-Caltech

Osservazione di asteroidi

Preparazione

Tutto il materiale necessario è disponibile gratuitamente onlinew3 senza bisogno di registrazione. Ogni studente (o coppia di studenti) avrà bisogno di un computer con Microsoft Windows®. La connessione ad Internet non è necessaria se i files vengono scaricati precedentemente.

  1. Scarica ed installa l’apposito programma LTImage. Questo strumento per elaborare le immagini è stato sviluppato dal NSO e semplificato per le scuole. LTImage lavora con tutti i dati e le immagini in formato FITS, e cioè con le immagini dei telescopi professionisti. Un filmato guida sull’utilizzo del programma è disponibile online.
  2. Scarica gli appunti per l’insegnante, la presentazione Power Point introduttiva ed il set di appunti per gli studenti (disponibile per 7-11 e 11-16 anni; gli studenti più grandi probabilmente non necessitano di appunti).
  3. Spiega l’attività utilizzando la presentazione Power Point.
  4. Consegna le copie di appunti per gli studenti.

Per dettagli sull’utilizzo di LTImage, vedi gli appunti per l’insegnante.

Fare le osservazioni

Per individuare il moto degli asteroidi è necessario avere immagini del cielo notturno riprese in istanti distinti, cosicché l’asteroide avrà cambiato posizione da un’immagine alla successiva. Per accertarci che il moto che vediamo è reale useremo quattro immagini distinte, prese a distanza di circa 30 minuti.

Puoi trovare le immagini nella sezione ‘Data files’ dell’attività Hunting for Asteroidsw3.

Lo specchio secondario del
Telescopio Liverpool

Per gentile concessione di J
Marchant

I files da ah_demo-1.fits a ah_demo-4.fits contengono dati simulati per esercitarti, mentre i files da ahunt-10-1-1.fits a ahunt-10-1-4.fits contengono i dati di osservazioni reali di un NEO chiamato 2001 GQ2, effettuate appena prima di mezzanotte il 5 Aprile 2009.

  1. Salva tutte le otto immagini sul tuo computer. Per il primo tentativo utilizza il set dimostrativo di immagini (ah-demo-1, ah-demo-2 ecc.) che contiene asteroidi simulati, così puoi esercitarti a distinguerli.

Individuare gli asteroidi

  1. Fai partire LTImage e carica la prima immagine.

Potresti essere deluso, perché l’immagine è probabilmente molto scura. Non preoccuparti, è normale e si può rimediare: la fotocamera del Telescopio Liverpool è pensata per contare il numero di fotoni che riceve, e non per produrre immagini sensazionali. Alcuni dettagli nell’immagine possono essere così scuri rispetto alle vicine stelle luminose che inizialmente non è possibile vederli. Per guadare gli oggetti deboli con maggior dettaglio è necessario aggiustare la scala, utilizzando le due barre di LTImage.

  1. Carica e scala opportunamente le altre tre immagini.
Un’immagine non scalata e scalata
Per gentile concessione dello National Schools’ Observatory
  1. Per individuare gli asteroidi usiamo una tecnica che è nota come blinking (sbattere le palpebre). Fare il blink dell’immagine significa semplicemente guardare lo schermo principale di LTImage e far scorrere le quattro immagini in rapida successione. Per esempio, guarda l’immagine 1 per mezzo secondo, poi la 2, la 3 e la 4, quindi ritorna alla 1 e ripeti la sequenza.

Le stelle non si muovono, ma un asteroide sì. E questo è tutto – considera tante immagini, utilizza il blinking e se noti qualcosa che si muove (in linea retta) è un asteroide.

Riesci a vedere l’asteroide 2003 BK47 che si muove? Cliccare sull’immagine per ingrandirla
Per gentile concessione dello National Schools’ Observatory

Nel set dimostrativo di immagini dovresti poter individuare due asteroidi (uno è più difficile da trovare dell’altro). Continua con il blinking delle immagini finché non sei sicuro. Puoi provare a cambiare il tempo per cui guardi ogni singola immagine. Nota che le stelle possono tremolare per il vento e per variazioni di puntamento, ma il moto degli asteroidi è decisamente più evidente.

  1. Quando sei soddisfatto e hai trovato almeno uno dei due oggetti in moto nel set dimostrativo, prova con le quattro immagini delle osservazioni reali: riesci ad individuare l’asteroide?
Per gentile concessione dello
National Schools’ Observatory

Misurare la posizione di un NEO

  1. Una volta scoperto un NEO con la tecnica del blinking, lo step successivo è misurarne la posizione. Per trovarne le coordinate in pixel in ogni immagine utilizza lo strumento Image Examine di LTImage. Consulta la sezione ‘Measuring the position of near-Earth objects (NEOs)’ nel sitow3 dell’attività Asteroid Watch per istruzioni dettagliate.
  2. Per trovare le coordinate X e Y, trascina la freccia del mouse finché non è proprio sotto i reticoli nella finestra Examine.
  3. Per trovare le coordinate X e Y, trascina la freccia del mouse finché non è proprio sotto i reticoli nella finestra Examine.

Le osservazioni reali

Ora che hai capito come funziona, sei pronto per scaricare alcune osservazioni recenti di NEO reali, su cui gli astronomi vorrebbero sapere di più. Le immagini riprendono delle regioni in cui è fortemente probabile che si trovino i NEO scoperti recentemente, e queste osservazioni sono necessarie per migliorare la nostra conoscenza delle orbite dei NEO. Trattandosi di veri dati di ricerca, non possiamo sapere con sicurezza se l’immagine conterrà un NEO o meno, ma dovrebbe essercene uno. Ovviamente, c’è anche una piccola probabilità che ci sia un altro asteroide sconosciuto nella stessa area di cielo.

  1. Vai su ‘Download some recent observations to analyse’ sul sitow3, dell’attivita’ Asteroid Watch, e scarica un set di quattro immagini. Ricorda di annotare il codice ID del gruppo d’immagini – ne avrai bisogno per presentare i tuoi risultati.
  2. Scala le immagini, utilizza il blinking e misura la posizione di ogni NEO che individui. Ce ne sarà almeno uno nella maggior parte delle osservazioni. In circa 1 su 10 casi non ce ne sarà nessuno, e in circa 1 su 100 ce ne saranno due.
Lo specchio secondario del
Telescopio Liverpool

Per gentile concessione di J
Marchant

Presentare i tuoi risultati

Per consegnare i tuoi risultati (le coordinate X e Y del nuovo NEO), vai su ‘Report your results’ nel sito dell’attivita’Asteroid Watch. I risultati utili (non spam) verrano comunicati all’International Astronomical Union’s Minor Planet Centerw4 per migliorare le stime delle orbite.

Compito avanzato: calcolare la velocità di un asteroide

Se hai tempo e ti senti fiducioso di adoperare un po’ di matematica con gli studenti, puoi usare il set dimostrativo di immagini insieme agli strumenti di LTImage per calcolare quanta strada ha percorso l’asteroide ed a quale velocità si sta muovendo. Per istruzioni, scarica i fogli di lavoro ‘More able tasks’ dal sito webw3 dell’attivita’ ‘Hunting for Asteroids’.

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Web References

Resources

  • Nel film Deep Impact gli astronomi cercano di distruggere una cometa prima che si schianti sulla Terra. Per usare il film Deep Impact in classe consulta:
  • Oberhummer H, Behacker M (2006) Deep Impact. Science in School 1: 78-80. www.scienceinschool.org/2006/issue1/deepimpact/italian
  • Col progetto ‘Galaxy zoo’ puoi aiutare gli astronomi a classificare le galassie nelle immagini riprese dall’Hubble Space Telescope, mentre con ‘Moon zoo’ puoi aiutarli a classificare le strutture sulla superficie della Luna. Consulta: www.galaxyzoo.org e www.moonzoo.org

Author(s)

Andy Newsam è il direttore del National Schools’ Observatory, ed insegna Educazione all’astronomia alla John Moores University di Liverpool, in Gran Bretagna. Oltre alla ricerca astronomica – che lo porta a studiare gli oggetti più vari, dalle stelle che esplodono, ai buchi neri super massicci, alle lenti gravitazionali – investe i suoi sforzi nell’utilizzare l’astronomia per promuove una rivalutazione ed una migliore comprensione della scienza. Per questo motivo spende molto tempo viaggiando per le scuole, condividendo il suo entusiasmo con studenti ed insegnanti.

Chris Leigh ha una Laurea in Astrofisica, e un Dottorato sulla rilevazione e la caratterizzazione di pianeti di gas extrasolari, entrambi conseguiti alla University of St Andrews, in Gran Bretagna. Chris si è trasferito alla John Moores University di Liverpool nel 2004 ed è attualmente project manager per il National Schools’ Observatory. Continua a fare ricerca, e collabora con cacciatori di pianeti extrasolari da tutto il mondo.


Review

Dopo una breve introduzione sugli asteroidi e sul Telescopio Liverpool, l’articolo presenta un’attività di ricerca di asteroidi in immagini digitali. L’attività può essere utilizzata per collegare la fisica classica (distanza, velocità, gravità) con quella moderna (astrofisica) e con le scienze della terra (il sistema solare, i paesaggi terrestri colpiti da asteroidi). Sia gli studenti che gli insegnanti beneficiano di un lavoro pratico in piccoli gruppi, e produrre veri e propri risultati scientifici che possono essere utilizzati dalla comunità motiva la classe.

L’articolo stimola domande come:

  • Cosa sono gli asteroidi e da dove vengono?
  • Gli asteroidi hanno colpito la terra? Quali effetti ne vediamo?
  • Quali sono le proprietà degli asteroidi nel sistema solare?
  • Cos’è il Telescopio Liverpool e come funziona?
  • Come si calcolano la velocità e la distanza percorsa da un oggetto in moto come un asteroide?

Gerd Vogt, Scuola Secondaria Superiore per l’Ambiente e l’Economia, Yspertal, Austria




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