Sabbie spaziali

Qui trovate una selezione curata di risorse pensate per fungere da spunto per le vostre lezioni, esplorazioni e sperimentazioni in classe. È stata realizzata nell’ambito di ESERO Italia, il programma educativo congiunto dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e della European Space Agency (ESA).

        

Il suolo della Luna e di Marte è ricoperto quasi ovunque di materiale granulare, un misto, in varie proporzioni, di ghiaia, sassi un po' più grandi, sabbia, polvere (a volte molto fine, tipo borotalco): questo materiale si chiama regolite. La regolite non si trova solo su Luna e Marte ma anche sugli asteroidi e i pianetini. Ne parla la professoressa Michèle Lavagna in questa intervista.

Una prima esplorazione concreta degli effetti della presenza della regolite la possiamo condurre seguendo le indicazioni di una animatrice della NASA in Whip Up a Moon-Like Crater : l'aspetto dei crateri lunari ha proprio a che fare con questo materiale granulare.

Una risorsa ESERO propone un'altra esplorazione con Suolo marziano, con uno sguardo attento alle implicazioni per la presenza di forme di vita.

La sabbia e soprattutto le polveri sono un bel problema per il lavoro sulla Luna e su Marte. Sono decisamente abrasive, una specie di cartavetrata che può rovinare giunzioni, tute, ruote. Se ne parla, per esempio, questi due articoli: The hunt for spacesuit materials that can resist destructive lunar dust e NASA’s Dirty Secret: Moon Dust, e nel video seguente:

La progettazione delle parti mobili dei rover marziani ha dovuto tenere conto della sabbia marziana, ma su Marte c'è un altro problema: il vento e le tempeste di sabbia. Su Marte i venti non hanno un gran potere distruttivo perchè la densità dell'atmosfera è veramente bassa (peccato per la scena fondamentale all'inizio del film The Martian :-) ma possono sollevare facilmente la polvere più fine, depositarla sugli strumenti e sui moduli fotovoltaici che danno loro energia. 

Da venti locali alle grandi tempeste che periodicamente interessano tutto il pianeta, rendendo impossibile osservare da Terra la sua superficie: Curiosity e le foto nel pieno della tempesta di sabbia, The Fact and Fiction of Martian Dust Storms. 

Gli astronauti delle missioni sulla Luna hanno poi sperimentato di persona che spostarsi sulla superficie può essere piuttosto impegnativo:

I materiali granulari hanno molte caratteristiche e comportamenti non così intuitive o note, e possiamo facilmente esplorarle sperimentalmente. 

Sarà capitato anche a voi con le lattine di frutta secca per gli aperitivi di trovare in alto le noci del Brasile e in fondo le arachidi, che se ci sono più persone e arrivate tardi finite col trovare solo le arachidi (a me le noci del Brasile e gli anacardi piacciono molto). Deriva da un effetto implacabile dei materiali granulari, chiamato proprio effetto noci del Brasile (Brazil Nut Effect). Ecco due video per approfondire la sua conoscenza:

 

Questo effetto deriva dalla presenza di materiali granulari diversi, per forma e granulometria. Mescolare in modo uniforme due o più granulari è un problema serio: pensate a una linea di produzione di una industria farmaceutica, quando per produrre compresse bisogna mescolare in modo uniforme e con le giuste proporzioni polveri diverse, quelle del farmaco vero e proprio e gli eccipienti. 

Proviamo a esplorarlo con l'attività Mescolare due granulari.

Però non è necessaria la presenza di più granulari per incontrare comportamenti inaspettati. Eccone due: Il tubo antiforza, La forza del riso. 

Per finire abbandoniamo il nostro campo specifico e troviamo la sabbia in un ambito diverso.

Informazioni dal cielo

 Qui trovate una selezione curata di risorse pensate per fungere da spunto per le vostre lezioni, esplorazioni e sperimentazioni in classe. È stata realizzata nell’ambito di ESERO Italia, il programma educativo congiunto dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e della European Space Agency (ESA).

Immagino che abbiate già giocato con Google Earth: se non lo avete fatto o è passato troppo tempo dall’ultima volta vi invito a riprovarci (lo scaricate qui ).

E' una immagine digitale.

Guardiamo più da vicino come è fatta una immagine digitale: prendiamo una foto con la webcam e trasformiamola in un foglio excel grazie a SPREADSHEET PIXEL CONVERTER . Nel foglio di calcolo i pixel sono trasformati in celle: possiamo leggere il valore di ciascuna componente RGB del pixel.

Vogliamo esagerare? Dopo tutto è un foglio di calcolo quindi possiamo provare a cambiare i colori cambiando i numeri nelle celle oppure ricavandoli da calcoli che impostiamo noi: è quel che fanno le app quando, per esempio, applicano i filtri.

Apriamo Google Earth Pro. Per vedere Marte bisogna cliccare sull'icona che mostra Saturno, nella barra in alto. Dopo aver scelto Marte possiamo aprire il menu Global Maps: se scegliamo Colorized Terrain otteniamo la mappa con le altitudini, se vogliamo le immagini in infrarosso dobbiamo selezionare o Daytime Infrared o Nighttime Infrared. In queste mappe i pixel indicano qualcosa di diverso dalla intensità luminosa: nel caso delle altezze non indicano neppure qualcosa legata alla radiazione elettromagnetica.

Insomma, il valore nella casella della nostra immagine, cioè il valore di un pixel, indica in genere una intensità luminosa. Ma può essere qualche altra cosa: una altezza sul livello del mare, il valore della pressione atmosferica, il valore della temperatura.

Molti strumenti sono sensibili alla gamma infrarossa: alcuni sono montati su telescopi sulla Terra (posti su montagne), alcuni, molti, sono a bordo di satelliti.

Apriamo una parentesi. Grazie al telescopio spaziale James Webb e alle sue immagini spettacolari l’osservazione infrarossa ha ottenuto a un certo momento una buona notorietà.

Webb Space Telescope Images Resources – si trova una raccolta estesa di immagini, ciascuna con una descrizione e commento 
il sito Webb Space Telescope è di STScI, Space Telescope Science Institute, una cui “divisione” (AURA) gestisce il telescopio. Ha gestito anche il telescopio Hubble. 

Che cos'è e come è fatto il James Webb Space Telescope  un articolo di Focus; c’è anche un video in cui Adriano Fontana, astrofisico, dirigente di ricerca presso l'INAF – Osservatorio Astronomico di Roma e Presidente della Large Binocular Telescope Corporation (Tucson, Arizona, USA) racconta la storia e il funzionamento del James Webb Space Telescope (JWST).  

 Infrared Astronomy –Beyond Visible Light : una paginetta dal sito del Webb Telescope che descrive in breve gli infrarossi e che cosa rivelano in astronomia; ci sono due video interessanti. 

Infrared astronomy - wikipedia; un avviso all'inizio informa che non ci sono abbastanza citazioni specifiche e invita a inserirne; riporta il grafico della trasmittanza dell'atmosfera, e si vede bene l'effetto della CO2 e il blocco degli infrarossi responsabile dell'effetto serra  

Chiudiamo la parentesi e torniamo alla mappa IR di Google Mars. Quali informazioni ci fornisce?

Attività. Proviamo a capire quali informazioni ci fornisce una immagine infrarossa esplorando con una termocamera la sala/la classe in cui ci troviamo.

Abbiamo usato termocamere FLIR che si collegano alla presa USB dei tablet (o dei cellulari). L’immagine compare sullo schermo del tablet; comandi semplici ci permettono di leggere le temperature o di agire sull’immagine, per esempio modificando la rappresentazione a falsi colori.  

Ecco quel che vediamo noi e quel che "vede" la termocamera.  

Gli infrarossi sono strettamente legati alla temperatura del corpo che li emette, quindi una prima informazione che possiamo ricavare da una immagine IR è proprio la temperatura. Ma ci siamo accorti che entra in gioco in modo importante anche l’emissività del corpo, legata al materiale di cui è fatto, persino la riflessione. 

Un sito interessante e articolato che ci riporta al cielo è del JPL Caltech (c'è anche una bella linea tempo/cronologia) è Cool Cosmos - Your infrared guide to the world and theUniverse beyond.

La videointervista alla dr.sa Rocchina Guarini della Agenzia Spaziale Italiana ci fa capire come avviene la elaborazione delle immagini satellitari.

Se vi è venuta curiosità di saperne di più sui satelliti Sentinel il posto giusto è SentiVista. Informazioni più ampie sulla missione Copernicus si trovano a partire da qui.

In molte applicazioni quotidiane usiamo infrarossi che non sono termici, posti appena un po' più in là della banda del rosso: per esempio, telecomando della televisione, comunicazione su fibra ottica, telecamere di sorveglianza. Una risorsa ESERO ci mostra come modificare una webcam per rivelare questo tipo di infrarossi: Modificare una webcam per l'infrarosso (però ammetto di non averci provato :-(. 

Le informazioni dal cielo non sono solo immagini.

Concentriamoci sul valore della luminosità globale di un oggetto celeste, chessò, una stella, una galassia: in genere è stabile, quindi il grafico che riporta la sua luminosità al passare del tempo è abbastanza piatto. Questo grafico si chiama curva di luce. Ci sono però casi in cui la curva di luce presenta variazioni nel tempo.

Che informazioni ci fornisce la variazione?

Magari è una stella che effettivamente "pulsa", espandendosi e contraendosi periodicamente. Oppure è una stella doppia in cui una eclissa periodicamente l'altra.

C'è un'altra situazione in cui avviene una eclisse: una stella attorno a cui orbitano pianeti. L'analisi della curva di luce è il metodo che ha rivelato un grandissimo numero di sistemi planetari extrasolari.

Vediamo di esplorare il fenomeno.

Un modo ce lo suggerisce ESA: ExoplanetDetectives . Un sistema più complicato, ma divertente nella costruzione (se vi piace il LEGO:-), lo presenta la NASA: come costruire con il LEGO un sistema planetario.

Noi abbiamo provato a seguire il metodo dell'ESA, ma semplificando ancora di più.
Abbiamo usato una piccola lampada da tavolo a un solo LED per simulare la stella, ritagliato un po' di sagome tonde da far passare davanti alla lampada e le abbiamo attaccate a sottili sostegni di fil di ferro per poterle maneggiare con comodità.
Per registrare il valore di luminosità e vedere la variazione della curva di luce quando un pianeta passa davanti alla stella abbiamo installato sui tablet la app Phyphox sviluppata presso l'Istituto di fisica della RWTH Aachen University, Germania. Questa app utilizza i sensori del tablet (o del cellulare) per ottenere i valori di luce, suono, accelerazione, inclinazione, disegnando sullo schermo un grafico valore-tempo. Anche altre app lo fanno, ma Phyphox ha alcuni vantaggi. Il più rilevante per i nostri scopi è che il grafico che traccia dal vivo può essere inviato in diretta su un pc, quindi è molto semplice posizionare il tablet in modo che veda bene il passaggio del pianeta davanti alla stella e vedere comodamente sullo schermo del pc quello che avviene, senza dover fare acrobazie per vedere lo schermo del tablet. E poi la app è stata sviluppata da persone che si occupano di educazione, con lo sguardo rivolto al suo utilizzo in ambito scolastico.

Con la nostra configurazione abbiamo potuto giocare a realizzare situazioni al di là dell'originale intenzione astronomica: per esempio, come è la curva di luce generata da un pendolo? e cosa succede quando mi allontano dalla sorgente di luce? 

Altre risorse ESERO consultabili utilmente: I pianetiextrasolari , La ricerca della vita nell'universo . Risorse ESA: How to detectexoplanets , Exoplanetdetective . 

Meet Cheops su YouTube: un telescopio spaziale dedicato alla ricerca di pianeti extrasolari.

   

Oltre che in immagini, le informazioni dallo spazio possono essere trasformate in suoni, grazie a un procedimento detto sonificazione. 

Un paio di esempi:
James Webb Space Telescope  nel sito della NASA; qui ci sono molti video “Translating Webb Data into sound” a partire dalle immagini, sonificazione con una barra verticale che spazza l’immagine: non da urlo, ma piacevole, con un lungo commento scritto 
Le prime immagini del James Webb… tutte da ascoltare! Sono 5 immagini prese dal sito precedente

Di suoni dallo spazio avevamo già parlato nel nostro blog. 

Altri riferimenti

Webb Space Telescope , il sito della NASA dedicato al telescopio; si trovano le immagini, e informazioni, tante, raggiungibili cliccando sul tasto “Need to Know” con l’icona della chiave inglese

Telescopio Herschel, della ESA  

CoolCosmos - Your infrared guide to the world and the Universe beyond - un sito interessante e articolato del JPL Caltech; c'è anche una bella linea tempo/cronologia  

 

NASA’s NewViews of Venus’ Surface From Space

E qualche riferimento sulla riconoscibilità delle immagini

Illusions: The Mona Lisa and Abraham Lincoln 

PIXELATED FACES

pixel faces 

cercando “pixelated images” si trovano software che “pixellano” una immagine, sia online sia scaricando una app, p.es. Pixelied 

 

Senza peso

Qui trovate una selezione curata di risorse pensate per fungere da spunto per le vostre lezioni, esplorazioni e sperimentazioni in classe. È stata realizzata nell’ambito di ESERO Italia, il programma educativo congiunto dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e della European Space Agency (ESA).

Ormai non ci stupisce più vedere gli astronauti galleggiare a mezz'aria e spostarsi come se volassero. Nel video qui sotto tre astronauti italiani ci fanno fare una visita guidata alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) e il loro movimento è un esempio della normalità nella Stazione. 

Vivere nello spazio con Luca Parmitano, Samantha Cristoforetti e Paolo Nespoli

Tanto per rinfrescarci la memoria sul significato di "senza peso" ecco un veloce promemoria: La gravità c’è ma non si vede.

Sulla Terra è possibile sperimentare la stessa sensazione di mancanza di peso nei 20/25 secondi del volo parabolico di aerei appositamente preparati. 

In Volo a Zero G

Su questi aerei si allenano gli astronauti e vengono realizzati esperimenti in microgravità. Però a volte vengono portati alcuni ospiti, spesso sono giornalisti. E a volte vengono usati per altro, come si vede nel video seguente: 

OK Go - Upside Down & Inside Out

Per noi nerd è più interessante il dietro le quinte, vedere come il video è stato realizzato.

OK Go - Upside Down & Inside Out BTS - How We Did It

Alcuni artisti riescono a comunicare la sensazione che si muovano galleggiando in aria.

La Mécanique de l'histoire "Trajectoire" Yoann Bourgeois au Panthéon (Paris)

Les Grands Fantômes

Bastien Dausse & Julieta Salz dans ARTE en Scène - ARTE Concert

Un equilibrio di pesi, una somma di forze con risultante nulla. 

La nostra proposta è di sfruttare la stessa situazione, l'equilibrio di pesi, per costruire piccole strutture sospese e in equilibrio che possano rappresentare una situazione spaziale. 

Eccone due realizzate da insegnanti della primaria in un incontro al Museo nell'ambito del progetto ESERO.

Un astronauta, un modello di stazione spaziale, un razzo e altro ancora.

Un esotico sistema planetario.

Queste sculture ricordano i mobiles di Alexander Calder. Nel sito della Calder Foundation ci sono tutte le informazioni utili per conoscere l'artista e la sua opera. Qui c'è il catalogo dei mobiles, sia appesi sia appoggiati. 

An Open Kit for Tinkering with Balance  del Tinkering Studio dell'Exploratorium di San Francisco mostra come costruire strutture in equilibrio appoggiate.

In museo abbiamo proposto in più occasioni la costruzione di simil-mobiles. Due esperienze con insegnanti sono raccontate in questi due post: Leggeri e liberi, Storie in equilibrio.

L'assenza di peso permette di maneggiare con facilità oggetti e strumenti. Permette anche di cimentarsi in un numero di passing con le palline da giocoliere (i due astronauti del video qui sotto ci provano proprio all'inizio del video e poi a circa 10 minuti dall'inizio).

Garriott - Chamitoff Space Juggling aboard ISS 2008 PLUS MUCH MORE RAW HOME VIDEO

Che sulla Terra si possa giocolare in assenza di peso non è possibile, anche se questo video sembra mostrare il contrario.

Space Juggling - 3 Ball

Però il video seguente ci mostra la situazione.

Space Juggling - Behind-the-scenes Trailer

Nel sito Space juggler si trovano tutte le informazioni per capire quel che avviene e altri video con numeri vari di giocoleria. 

Altri riferimenti, anche se siamo ben lontani dalla completezza:

Vita nello spazio: Liliana Ravagnolo Altec , una risorsa ESERO

Vivere e lavorare sulla ISS: Maria Antonietta Perino di Thales Alenia Space , una risorsa ESERO

In Volo a Zero G - FOCUS - Video 360

'Zero-G' science , un video dell’ESA

Jeanne Morel_ from Zero G flight to high mountains

Balance de Lévité - Yoann Bourgeois

Notre Musique - Yoann Bourgeois

The Scale - Bastien Dausse

Bastien Dausse on Instagram , ma ovviamente bisogna avere un account Instagram per poter accedere e vedere i video

 

Suoni dallo spazio?

Qui trovate una selezione curata di risorse pensate per fungere da spunto per le vostre lezioni, esplorazioni e sperimentazioni in classe. È stata realizzata nell’ambito di ESERO Italia, il programma educativo congiunto dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e della European Space Agency (ESA).

 Dedichiamo al tema "Suoni dallo spazio" un incontro con insegnanti. Ma come? Nello spazio non c'è aria, come possono esserci suoni?

Cominciamo da un posto in cui un po' di aria c'è: Marte. 

Le sonde della NASA InSight e Perseverance hanno a bordo microfoni che funzionano bene. Registrano suoni ambiente, per esempio il vento, e suoni che provengono dai veicoli stessi. InSight ha posato sul suolo marziano un sismografo per rilevare i martemoti, quindi, detto in soldoni, un sensore che rileva genericamente le vibrazioni. 

Nel video seguente vediamo lo spettrogramma dei suoni e li ascoltiamo, avendo l'indicazione della loro causa.

Listen to NASA's InSight at Work on Mars 

Audio and Ringtones. Sounds of Mars from Perseverance Rover è una pagina che raccoglie nella prima parte i file audio da Perseverance (compreso il suono dell’elicottero Ingenuity) e poi elenca link a suoni raccolti da InSight, e altro 

Dal vento alle ruote sulle rocce, ecco tutti i suoni di Marte è una raccolta dell’ANSA di suoni, ovviamente della NASA.

Possiamo scoprire come "suonerebbero" su Marte suoni terrestri (compresa la nostra voce) andando nel sito Sound of Mars

Quelle sopra sono effettivamente oscillazioni periodiche longitudinali in un materiale, quindi "cose" che passando per i nostri orecchi identifichiamo come suoni.

E' possibile però rappresentare come suoni dati di tipo diverso. E' solo una rappresentazione, come lo è un grafico, però in qualche caso potrebbe dare informazioni utili: viene chiamata sonificazione (vedi su Wikipedia italiana e su Wikipedia inglese). In questo articolo se ne parla un po'. 

Si trovano anche sonificazioni di situazioni spaziali. Per rimanere nel sistema solare eccone due significative:

Juno Captures the "Roar" of Jupiter

BepiColombo e i “suoni” di Mercurio

BepiColombo, scienza e suoni dal flyby su Mercurio

E dato che evidentemente alla NASA sono un po' sbarazzini ecco Suoni inquietanti dallo Spazio, la playlist della Nasa per Halloween.

 

Aggiunte.

Il sismometro della sonda InSight ha rischiato di mancare alcuni martemoti importanti perchè senza energia. La sabbia e la polvere marziana avevano ricoperto più del previsto i pannelli solari sella sonda, diminuendo in modo drastico la quantità di energia elettrica per gli strumenti. 

Da Terra hanno provato a pulirli in vario modo, ma, certo, senza poter usare una spazzolina! Alla fine ha avuto successo un sistema decisamente controintuitivo: in una giornata un po' "ventosa" hanno preso con il braccio robotico un po' di sabbia dal suolo e la hanno versata sul pannello, dove ha "grattato via" abbastanza polvere da permetter al pannello di riprendere a fornire energia elettrica agli strumenti: NASA's InSight Mars Lander Gets a Power Boost. E poco tempo dopo sono stati registrati tre martemoti piuttosto intensi (NASA’s InSight Finds Three Big Marsquakes, Thanks to Solar-Panel Dusting).

E come farci mancare una bella battaglia spaziale, Battaglia di Coruscant Scena Iniziale - La Vendetta Dei SIth,  con tutti i suoi suoni e rumori così inesistenti!

Razzi per bambini (ma non solo!)

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Nella preparazione di un incontro di lavoro con insegnanti della primaria dedicato ai razzi, a come costruirli e lanciarli, ho cercato siti e video che fossero di aiuto. Propongo di seguito quelli che mi sono serviti più da riferimento: c'è una quantità davvero grande di siti e video dedicati all'argomento.

I razzi di carta più semplici sono descritti in questo video:

Paper Rockets - STEM Activity

Possiamo cercare di capire come lanciare il razzo il più lontano o il più in alto possibile. Come realizzare la punta? Quante alette attaccare e di quale forma? Soffiamo piano o forte? Quale inclinazione diamo alla cannuccia?

Si può realizzare un lanciatore un po' più potente con una bottiglia di plastica, come viene mostrato nel primo e nel secondo video di questa serie di tre:
Air Powered Rockets Part 1: Easy Stomp Rocket Launcher

Air Powered Rockets Part 2: Three Easy Launchers

Air Powered Rockets Part 3: Easy Paper and Plastic Bottle Rockets

e nel video seguente, in cui viene costruita una specie di rampa di lancio

Paper Rockets for Under Five Dollars (Physics)  

ESERO propone lo stesso tipo di attività in Costruisci e lancia il tuo razzo, Science World propone una serie di attività sui razzi in Rockets.
Entrambi propongono anche un sistema più chimico per lanciare un razzo, ecco il video da Science World

https://youtu.be/6V0Is9O3uAo

Passiamo a una situazione diversa: i razzi ad acqua, la nostra esperienza al museo

Volendo esagerare possiamo prendere spunto da The Spangler Effect - Water Rocket Season 02 Episode 17

Uno sviluppo dell'attività consiste nel pensare che il razzo o qualche sua parte deve pur atterrare: per posarsi dolcemente al suolo può usare dei razzi, ma in modo più classico può usare uno o più paracadute.

Una bella attività di esplorazione sul comportamento dei paracadute è descritta in 
Parachute Plummet , in stile Institute of Inquiry

Non sono solo i paracadute a salvare un oggetto in caduta. Immaginiamoci altri sistemi e salviamo un uovo!

ESERO propone lo stesso tipo di attività con una descrizione più strutturata in Eggnaut

Volendo invece realizzare un modellino seguiamo le istruzioni dei colleghi francesi di ESERO  per Construire une fusée Ariane 5.

Questa attività sui razzi fa parte di una serie di incontri con insegnanti nell'ambito di ESERO Italia, la componente italiana del progetto europeo ESERO, da seguire!