PROPOSTA DI PROGETTO DIDATTICO PER L'OSSERVAZIONE DEL TRANSITO DI VENERE DELL'8 GIUGNO 2004

Questo documento è rivolto, in modo particolare, agli insegnanti di scienze naturali della scuola media superiore. Per qualsiasi ulteriore informazione: CONTATTATECI!

© Rodolfo Calanca, 2003

 

Rodolfo Calanca

 IL TRANSITO DI VENERE DELL’8 GIUGNO 2004

LA PARALLASSE SOLARE E LO STUDIO DELLA BLACK DROP

 

-          PREMESSA

Il transito di Venere sul disco solare è un fenomeno assai raro, tanto che dall'epoca dell’invenzione del cannocchiale, quasi quattro secoli fa, se ne sono avuti solamente cinque: nel 1639, 1761, 1769, 1874 e 1882.

Quella dei transiti è una storia affascinante che ha avuto inizio nel 1629, con l’annuncio di Kepler di un transito per il 6 dicembre del 1631. Il transito non fu però favorevole per gli astronomi europei, e i pochissimi che accolsero la sua esortazione a tenere sotto controllo il Sole quel giorno non videro nulla. Tra questi Pierre Gassendi, filosofo ed astronomo francese, che aveva osservato, il mese precedente, il primo passaggio di Mercurio sul Sole, anch’esso trionfalmente annunciato da Kepler.

Gassendi aveva costantemente sorvegliato il disco solare per alcuni giorni ma senza successo: il transito si era purtroppo verificato durante la notte tra il 6 ed il 7 dicembre, con un ritardo di 9 ore rispetto alla previsione dal grande astronomo tedesco.

Nel 1639, Horrocks calcolò le circostanze di un nuovo passaggio di Venere, questa volta però non previsto da Kepler, e riuscì ad osservarlo, mezz’ora prima del tramonto e poco dopo l’inizio del fenomeno, il 4 dicembre 1639.

Alla fine del XVII secolo, l’astronomo reale Edmond Halley comprese il ruolo che i transiti di Venere avrebbero potuto rivestire nella determinazione di una delle principali costanti astronomiche: la parallasse solare.

Egli suggerì un metodo geometrico, che porta il suo nome, per ottenere questa fondamentale grandezza ed esortò gli astronomi a compiere un grande sforzo collettivo per seguire il fenomeno nel 1761.

Anche per questo transito però, le condizioni di visibilità non favorirono l’Europa.

La Francia e l’Inghilterra inviarono spedizioni in località sperdute del globo, dalla Siberia alle isole dell’Oceano Indiano, guidate da scienziati-viaggiatori quali Chappe d’Auteroche, Pingré e Le Gentil dell’Académie des Sciences di Parigi, Maskelyne, Mason e Dixon della Royal Society.

Nel 1769, in occasione del secondo transito, gli sforzi organizzativi furono ancora maggiori, con le spedizioni di Cook, Chappe, p. Hell, Le Gentil e numerosi altri. Alcuni, addirittura, vi persero la vita: Charles Green, Jean Chappe d’Auteroche, Veron.

Nel 1760, il Famoso astronomo francese J.N. Delisle propose un metodo alternativo a quello di Halley per calcolare la parallasse sempre attraverso i transiti di Venere, ma le osservazioni del 1761 e del 1769 mostrarono, durante i contatti tra i bordi del pianeta e del Sole, alcuni eventi inattesi, tali da influenzare negativamente il rilevamento dei tempi: la formazione della goccia nera (black drop) e la presenza dell’atmosfera venusiana. 

I successivi transiti del 1874 e del 1882 appartengono già all’epoca moderna. I perfezionamenti della tecnologia ottica, l’invenzione della fotografia ed i primi passi della spettroscopia solare alimentarono la speranza di poter finalmente ricavare dai transiti un valore della parallasse univoco ed accurato. Tutte le principali nazioni europee ed americane organizzarono spedizioni scientifiche per l’osservazione.

L’Italia, sotto la direzione di Tacchini, inviò in India un gruppo di astronomi che fecero importanti osservazioni spettroscopiche durante il transito. 

Ma, nonostante gli sforzi profusi nella messa a punto di nuovi strumenti d’osservazione (eliografi fotografici, elioscopi, spettroscopi, ecc.), l’incertezza sui tempi dei contatti introdotta dalla black drop, dall’atmosfera terrestre e venusiana dimostrò ancora una volta, che i transiti venusiani esibivano, per i tempi, problematiche tecniche forse troppo complesse per consentire una determinazione accurata della parallasse solare.

 

 

IDEE PER UN PROGETTO DIDATTICO

 

 I prossimi due transiti avverranno l’8 giugno 2004 e il 5-6 giugno 2012.

Quello del 2004, ha la rilevante particolarità di essere il primo interamente visibile dall’Europa, dai tempi dell’invenzione del cannocchiale.

Gli sviluppi della fotografia classica e di quella digitale oggi offrono la possibilità di ripetere le osservazioni astronomiche dei secoli passati, con la plausibile prospettiva di migliorarle notevolmente.

Pertanto, si propone un progetto didattico, rivolto ad un gruppo di 10-15 studenti del 4° anno di una scuola media superiore, finalizzato all’osservazione del transito di Venere dell’8 giugno 2004.

Obiettivi del progetto sono la ricerca di un’accurata determinazione della parallasse solare e lo studio della black drop.

L’insieme delle attività necessarie per perseguire gli obiettivi, anche se essi dovessero essere conseguiti solo in modo parziale hanno, a nostro parere, un elevato livello educativo e un indubbio valore didattico, per diversi motivi:

Quest’importante opportunità è dettata dal fatto che entrambi i metodi, di Halley e di Delisle per la parallasse solare, esigono il rilevamento dei contatti interni del passaggio da località terrestri tra loro assai lontane: è quindi indispensabile coinvolgere nel progetto altre scuole, con i medesimi nostri obiettivi, di Paesi extra-europei. I contatti con le classi straniere saranno tenuti direttamente dagli studenti, che saranno però soggetti al controllo ed alle verifiche degli insegnanti che li assistono nel progetto.

 

 

 OBIETTIVI DEL PROGETTO

 

1.       PROGETTO PARALLASSE: determinare la distanza media Terra-Sole (Unità Astronomica), per mezzo della parallasse solare equatoriale, ricavata dall’osservazione telescopica, e con l’ausilio della fotografia digitale, durante il transito di Venere. La riduzione dei dati va fatta con l’applicazione dei principi matematici suggeriti da Halley e da Delisle nel XVIII secolo.

 

2.       PROGETTO BLACK DROP: studio della formazione della black drop, la sua evoluzione e, possibilmente, l’elaborazione di un’ipotesi sulla sua origine e formazione.

 

  

 A CHI E’ RIVOLTO IL PROGETTO

 

Il progetto coinvolgerà studenti del quarto anno di una scuola media superiore, che, fin dal marzo 2003, inizieranno attività teoriche e pratiche per familiarizzarsi con le problematiche legate agli obiettivi del progetto. Agli inizi dell’anno scolastico 2003-2004, riprenderà la preparazione all’osservazione del transito. Naturalmente, il progetto raggiungerà il suo culmine l’8 giugno 2004. Nel presente documento, si supporrà che gli studenti siano di Bologna.

Di grande importanza la collaborazione con studenti di pari livello, ugualmente organizzati, in Paesi che potrebbero essere l’Australia (zona di Sidney), il Brasile (dintorni di Rio de Janeiro) ed il Sudafrica (Johannesburg). Le classi dovranno essere tre perché:

 

1.      L’osservazione di Johannesburg è necessaria per metodo di Halley: infatti, anche in quella città sudafricana il transito sarà interamente visibile (differenza di durata del transito tra Bologna e Johannesburg: 9 minuti, vedi tabella I).

2.      Le osservazioni di Sidney e Rio di Janeiro serviranno per il metodo di Delisle (Bologna-Sidney, differenza di 13m nel tempo del I° contatto interno; Bologna-Rio de Janeiro, differenza di 10m nel II° contatto interno).

 

Come si deduce dalla tabella I, Bologna non è in una posizione ideale, dal punto di vista geografico, per l’applicazione del metodo di Halley. Infatti, la differenza della durata del transito, solo 9m con Johannesburg, non è certamente elevata.

Più interessante, invece la combinazione Bologna-Sidney, con 13m di differenza nel I° contatto interno. Ciò dovrebbe garantire una maggior precisione con il metodo di Delisle.  

 

Tab. I –Caratteristiche del transito di Venere 8 giugno 2004 in alcune località

 

Località

 

Coord. Geogr.

 

I° contatto interno (UT)

e altezza del pianeta (h)

 

II° contatto interno (UT)

e altezza del pianeta (h)

 

Intervallo temporale tra I°-II° contatto
Bologna

44° 40’ N; 11° 10’ E

5h 40m; h: 20° 

11h 03m; h: 68°

5h 23m

Johannesburg

26° 15’ S; 28° 00’ E

5h 39m; h: 8°

11h 11m; h: 38°

5h 32m

Sidney

33° 32’ S; 151° 10’ E

5h 27m; h: 15°

Non visibile

------

Rio de Janeiro

22° 54’ S ; 43° 16’ W

non visibile

11h 13m; h: 20°

------

 

 

 GRUPPI DI LAVORO

 

Gli studenti dovranno essere divisi in almeno 5 gruppi di lavoro:

 

FASI DI ATTUAZIONE DEL PROGETTO

 

Le attività legate al progetto avranno inizio nei primi mesi del 2003. La data di cessazione è fissata per la fine del mese di giugno 2004. In altre parole, esso terminerà quando saranno stati elaborati i risultati delle osservazioni del transito di Venere dell’8 giugno e, in ogni caso, prima dell’inizio dell’esame di maturità 2004.

Nel periodo febbraio-maggio 2003 si forniranno i primi elementi teorici ed alcune basi pratiche di astronomia, in particolare (secondo un calendario ancora da definire):

 

Tab. II –Caratteristiche del transito di Mercurio del 7 maggio 2003 a Bologna

Località

I° contatto esterno I° contatto interno  

II° contatto interno

 

II° contatto esterno

Durata transito tra I° e II° cont. Esterno

UT Altezza Mercurio UT Altezza Mercurio UT Altezza Mercurio UT Altezza Mercurio
BOLOGNA 05h 11m 11°.5 5h 17m 12°.5 10h 17m 61° 10h 32m 61° 5h 21m

 

All’inizio dell’anno scolastico 2003-2004 dovranno riprendere le attività legate al progetto. 

Ecco alcuni degli argomenti teorici trattati:

 

·   Elementi di astronomia sferica

·   Esperienze di osservazione del Sole e riprese astronomiche CCD

·   Acquisizione di immagini CCD di qualità scientifica

·   Elaborazione di immagini e simulazioni di fenomeni astronomici

·   Dicembre 2003: presentazione di una tesina intermedia con i risultati della prima parte del progetto.

·   8 giugno 2004: osservazione del transito (salvo imprevisti meteorologici)

 

 

 CONSIDERAZIONI SUGLI STRUMENTI OTTICI E SUI DISPOSITIVI PER L’ACQUISIZIONE DIGITALE DELLE IMMAGINI DA IMPIEGARE DURANTE IL TRANSITO

 

La scelta degli strumenti è condizionata dalle caratteristiche dei due progetti:

 

·         PROGETTO PARALLASSE: per varie ragioni, la tipologia dello strumento più adatto è uno S-C di 20 o 25 cm. La focale di impiego dovrà essere determinata sulla base di alcuni test osservativi, in modo da sfruttare al meglio il seeing medio mattutino nel mese di giugno. Il telescopio dovrà appoggiare su di una colonna molto solida (da evitare, se possibile, il cavalletto) e dovrà essere perfettamente stazionato per ridurre al minimo gli effetti della rotazione del campo (stazionamento migliore di 1’ dal polo vero). Indispensabile l’impiego di un filtro solare a tutta apertura, in vetro, densità 5 (del type 2 plus della Thousand Oaks Optical, o equivalenti). La camera CCD deve avere pixel di 15 μ di lato o minori. Si potrebbe utilizzare, a fianco del precedente strumento, anche un rifrattore con filtro (interessanti le esperienze con un filtro interferenziale, da sperimentare durante il transito di Mercurio del maggio 2003) e videocamera.

 

·         PROGETTO BLACK DROP: le immagini ottenute con il telescopio S-C sono utilizzabili per l’elaborazione con sofisticate tecniche digitali, e ciò consentirebbe di seguire l’evoluzione della black drop. L’uso di un altro telescopio, a fianco del precedente, sarebbe utile per verificare se veramente la black drop sparisce (nell’ipotesi, avanzata nell’Ottocento da numerosi astronomi, di un effetto prodotto dalla diffrazione della luce) ponendo davanti all’obiettivo una maschera ad anelli concentrici. 

I gruppi di studenti delle scuole straniere che collaboreranno al progetto dovranno avere strumenti (telescopi, filtri, camere CCD o videocamere) simili a quelli impiegati in Italia.

 

 OBIETTIVO FINALE DEL PROGETTO

 

Il progetto dovrà produrre:


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