Riccioli d’oro e i tre pianeti

È di questi giorni la notizia che un team internazionale di ricercatori, grazie ad osservazioni condotte con telescopi terrestri e spaziali, ha scoperto che la stella Trappist-1, una piccola e relativamente fredda nana rossa,  ospita nella sua fascia di abitabilità almeno sette pianeti rocciosi di dimensioni simili alla Terra. Questi sette pianeti potrebbero avere, quindi, acqua liquida sulla loro superficie, condizione compatibile con la vita.

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In particolare, tre di questi sembra abbiano condizioni di irraggiamento da parte della stella centrale simili a quelle che Venere, Terra e Marte ricevono dal nostro Sole e se hanno un’atmosfera simile a quella della Terra potrebbero persino avere oceani sulla superficie. Questi pianeti possono essere considerati pianeti Goldilocks, talvolta tradotto in italiano pianeti Riccioli d’oro, ossia pianeti che si trovano nella zona abitabile di una stella o di un sistema stellare e che hanno caratteristiche tali da lasciar supporre l’esistenza di acqua liquida sulla sua superficie e, quindi, dotati di caratteristiche fisiche, chimiche e ambientali favorevoli allo sviluppo della vita

Il nome Goldilocks deriva proprio dalla fiaba Riccioli d’oro e i tre orsi , dove una bambina dai riccioli biondi, Riccioli d’oro appunto, entra di nascosto nella casa di tre orsi e si trova a suo agio solo quando trova della zuppa “né troppo fredda né troppo calda”, o un letto per dormire “né troppo grande né troppo piccolo”, ossia quando le condizioni che trova sono “giuste” per lei.

Allo stesso modo, un pianeta Goldilocks è un pianeta che non si trova né troppo vicino né troppo lontano da una stella ma alla “giusta” distanza che gli consente di avere acqua liquida sulla sua superficie, elemento fondamentale per la presenza di vita così come la conosciamo. Questo termine viene utilizzato, in particolar modo, per i pianeti con dimensioni simili a quelle della Terra, che è il miglior esempio di pianeta Goldilocks.

ENGAGE 

La notizia arriva proprio al momento giusto e mi serve su un piatto d’argento la possibilità di affrontare il tema dell’abitabilità di un pianeta con la mia prima (perfetto anello di congiunzione tra l’astronomia, le scienze della Terra, la chimica e la biologia – in altre parole astrobiologia). Per prima cosa ho intenzione di cominciare con un brainstorming per far emergere ciò che i miei ragazzi sanno (o pensano di sapere) sull’abitabilità:

Cosa rende un pianeta abitabile?

Quali condizioni sono necessarie perché la vita si sviluppi e sopravviva?

Durante la discussione, i ragazzi probabilmente identificheranno alcuni dei fattori che influenzano l’abitabilità e rifletteranno sul modo in cui questi sono interconnessi.

Il concetto di abitabilità continua ad essere rifinito. Gli scienziati stanno ancora studiando quali sono i fattori di cui la vita ha bisogno e in che modo la Terra supplisce a queste richieste. Le continue scoperte di nuove forme di vita stanno costantemente migliorando la nostra comprensione dei limiti della vita e di ciò che permette alla vita di cominciare e prosperare.  Interromperemo per qualche minuto la discussione per vedere il video: vita in condizioni estreme  o un altro video simile.

Proseguendo la discussione:

Qual è il range di temperatura giusto per la vita?

Di quale tipo di atmosfera ha bisogno la vita?

La vita ha bisogno d’acqua?

Le dimensioni di un pianeta sono importanti?

Oltre alla Terra, quali pianeti o satelliti del nostro sistema solare potrebbero essere abitabili? Perché?

Con le parole chiave emerse durante la discussione realizzeremo una mappa concettuale che sarà utile successivamente per riflettere su quanto imparato. Molto probabilmente, i fattori legati all’abitabilità che emergeranno saranno molti ma sono abbastanza certa che tra questi ci saranno: acqua liquida, o semplicemente acqua, materie prime ed energia. Per quanto riguarda, invece, il modo in cui un pianeta, o un satellite, potrebbe fornire i fattori di abitabilità agli organismi che ci vivono le risposte potranno essere varie ma dovrebbero riuscire a dire che, per esempio, un pianeta può fornire energia nella forma di una preda, di sostanze chimiche provenienti da sorgenti idrotermali  o dalla luce del Sole.

EXPLORE

La classe è digitale per cui i ragazzi si collegheranno con il loro dispositivo al sito del Laboratory for Atmospheric and Space Physics dove potranno scaricare un’applicazione interattiva con cui esploreranno le caratteristiche di  tre pianeti studiati in classe, Terra, Marte e Venere: Goldilocks and the three planets (Riccioli d’oro e i tre pianeti). Nell’attività proposta i ragazzi vestiranno i panni degli scienziati del team Goldilocks che deve studiare Terra, Venere e Marte per risolvere il seguente problema di “Riccioli d’oro”: perché Venere è troppo calda, Marte troppo freddo e la Terra ha invece la temperatura giusta per avere acqua liquida?

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La Terra è l’unico pianeta del Sistema solare che sostiene la vita e ha una grande quantità d’acqua. Cosa la rende così perfetta per la vita? Ci sono alcuni fattori ma uno di questi è l’effetto serra.

I gas serra mantengono una temperatura vivibile sul nostro pianeta intrappolando la radiazione termica del Sole. Senza l’effetto serra la temperatura del globo sarebbe più fredda, in media, di 16° C. Durante la missione i ragazzi useranno i dati raccolti dal satellite Nimbus 4.

La radiazione che proviene dal Sole raggiunge la Terra. Una parte viene riflessa nello spazio, una parte viene assorbita dall’atmosfera dalle molecole di gas e la rimanente si trasmette attraverso l’atmosfera sulla superficie terrestre. Parte della radiazione che colpisce la superficie della Terra viene riflessa e la parte restante viene assorbita dalla Terra in forma di calore contribuendo, così, al suo riscaldamento. La radiazione solare scalda la Terra e questo calore viene emesso in forma di radiazione infrarossa. Parte di questa radiazione infrarossa viene assorbita dai gas serra che irradiano nuovamente parte dell’energia verso la Terra intrappolando il calore nella parte bassa dell’atmosfera. Il resto sfugge verso lo spazio. La radiazione infrarossa riemessa riscalda ancora un po’ la Terra. Questo meccanismo ciclico si ripete mantenendo la Terra più calda di quanto sarebbe se non ci fossero i gas serra.

Venere è un esempio di pianeta con un effetto serra molto intenso. La sua superficie è così calda che nessun lander è riuscito a rimanere operativo per più di poche ore prima che le attrezzature venissero distrutte! Venere è sempre coperta da uno spesso strato di nubi e la sua superficie non è visibile senza apparecchiature radar. Si pensa che Venere una volta avesse l’acqua ma ora la sua superficie è asciutta e ostile. Durante la “missione” su Venere, i ragazzi utilizzeranno i dati raccolti dalla sonda  Venera 15 e da Venus Express.

Venere non sarebbe un bel posto da visitare. La densa atmosfera ci schiaccerebbe se cercassimo di stare in piedi sulla sua superficie. La sonda Magellano ha scattato delle immagini usando apparecchiature radar che permettono di vedere attraverso lo spesso strato di nuvole che normalmente nasconde la superficie rocciosa. A causa dell’elevata densità delle nubi, la pressione atmosferica sulla sua superficie è 90 volte quella della Terra. Per la spessa copertura nuvolosa è impossibile per vederne la superficie nello spettro della luce visibile. La parte superiore dell’atmosfera è ricoperta da nubi di acido solforico che produce una pioggia acida che evapora ancora prima di raggiungere la superficie estremamente calda del pianeta.

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Marte è un pianeta arido e desolato ma gli scienziati hanno evidenze che una volta l’acqua liquida scorresse sulla sua superficie e sospettano anche che l’atmosfera di Marte fosse più spessa quando il pianeta era più caldo. Gli scienziati stanno esplorando l’atmosfera, la superficie e il sottosuolo di Marte per determinare se la vita sia esistita in passato o se esiste ancora oggi nel sottosuolo. Durante la missione i ragazzi useranno i dati raccolti dalla sonda Mariner 9 e Mars Reconnaissance Orbiter .

La superficie di Marte appare desertica con frequenti tempeste di sabbia e vortici di polvere.

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La “missione” consiste nell’analisi dei dati delle missioni su Venere, Terra e Marte per comprendere perché questi pianeti sono così diversi tra loro. I ragazzi osserveranno gli spettri di ciascun pianeta e li confronteranno con gli spettri di elementi come ozono, acqua, monossido di carbonio, anidride carbonica, metano e ossido nitrico, cercando possibili corrispondenze.

Una volta scelto un pianeta, ad esempio la Terra, dovranno scegliere un intervallo di lunghezze d’onda dello spettro dell’atmosfera della Terra per analizzarlo. Poi, per ciascun range proposto, confronteranno lo spettro dell’atmosfera di Venere con quello di ozono, acqua, monossido di carbonio, anidride carbonica, metano e ossido nitrico per vedere se combaciano. Ad esempio, nel range 1 lo spettro dell’atmosfera della Terra, di Venere e Marte combaciano con quello dell’anidride carbonica, presente quindi nell’atmosfera. Nel range 2 per la Terra c’è corrispondenza con lo spettro di ozono, anidride carbonica e acqua, mentre per Marte e Venere corrisponde solo quello dell’ anidride carbonica.

Confrontare i pianeti 

Marte è troppo freddo, Venere è troppo caldo, ma la Terra ha la temperature giusta per supportare la vita. Venere ha dimensioni simili a quelle della Terra ma è più vicino al Sole e non presenta vita a causa delle temperature superficiali estremamente alte in grado di far fondere facilmente il piombo (fino a 475°C!). Marte, più piccolo della Terra ma più lontano dal Sole, ha un ambiente che è troppo freddo e difficile per sostenere la vita sulla sua superficie.

Le osservazioni mostreranno che l’anidride carbonica è parte dell’atmosfera di tutti e tre i pianeti. Per scoprire perché Venere e Marte sono diversi dalla Terra, i ragazzi confronteranno la quantità di anidride carbonica su ciascun pianeta. Per prima cosa, determineranno la massa dell’atmosfera di ciascun pianeta rispetto a quella della Terra. Poi, determineranno la massa della CO2 in ciascuna atmosfera e confronteranno queste quantità.

Nell’applicazione, la massa dell’atmosfera della Terra viene indicata dalla sigla Me. mettendo a confronto la massa dell’atmosfera di Venere con quella della Terra, risulterà che l’atmosfera di Venere è 90 volte maggiore di quella della Terra, così si potrà dire che la massa dell’atmosfera di Venere è uguale a 90Me.

Facendo la stessa cosa per Marte, risulterà che l’atmosfera di Marte è 0,0095 Me.

Poi si metterà a confronto la massa della CO2 nell’atmosfera di ciascun pianeta. Solo lo 0,04% dell’atmosfera della Terra è composta da CO2, poiché la massa dell’atmosfera della Terra è indicata con Me, la massa della CO2 nell’atmosfera terrestre sarà 0,0004 Me. L’atmosfera di Venere è composta al 97% da CO2. Poiché la massa dell’atmosfera di Venere è 90 Me, allora la massa della CO2 nell’atmosfera di Venere sarà uguale a 0.97 x 90 Me = 87.3Me. Il 95% dell’atmosfera di Marte è composto da CO2 ma la massa dell’atmosfera di Marte è 0,0095 volte quella della Terra per cui la massa della CO2 nell’atmosfera di Marte è 0.009 Me.

Fatto ciò, i ragazzi confronteranno la quantità di CO2 nell’atmosfera di Venere con quella della Terra. Calcoleranno questo rapporto dividendo la quantità di CO2 nell’atmosfera di Venere per quella della Terra e scopriranno che la quantità di CO2 nell’atmosfera di Venere è circa 218250 volte quella della Terra (87.3 Me : 0,0004 Me = 218.250 arrotondato). Ripeteranno l’operazione con Marte e otterranno che la quantità di CO2 su Marte è circa 23 volte quella presente nell’atmosfera della Terra.

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Debriefing

Venere, nella sua atmosfera, ha oltre 200000 volte più CO2 della Terra! Questo sembrerà aver senso visto che abbiamo imparato che i gas serra riscaldano un pianeta e Venere, in effetti, è caldissima. Ma Marte ha molta più CO2 della Terra. Questo ha senso?

La temperature superficiale media di Venere è circa 462 ˚ C (troppo calda), quella di Marte è    -60 ˚ C (troppo fredda), quella della Terra è circa 15 ˚ C (giusta!). Ma anche se Marte ha più CO2 della Terra è molto più freddo. A questo punto apparirà chiaro che probabilmente la CO2 non è l’unica fattore che determina la temperatura di un pianeta.

I ragazzi osserveranno, quindi, le distanze di ciascun pianeta dal Sole per vedere se c’è una correlazione tra distanza e temperatura del pianeta. Scopriranno, così, che Venere dista circa 108 milioni di km dal Sole, la Terra dista circa 150 milioni di km dal Sole, mentre Marte dista circa 230 milioni di km dal Sole.

A questo punto i ragazzi, basandosi sulle evidenze raccolte, dovranno formulare e argomentare una risposta alle seguenti domande e presentarla alla classe:

Anche se Marte ha molta più CO2 della Terra nella sua atmosfera ha una temperatura superficiale media più fredda di circa -60 ˚ C. Marte ha più CO2 della Terra ma molto meno di Venere. Perché pensate che la temperatura di Marte sia molto più bassa di quella della Terra? Quali fattori influenzano la temperatura di un pianeta?

EXPLAIN:

I ragazzi arriveranno così a comprendere che Venere ha troppi gas serra nella sua atmosfera e una superficie caldissima. Marte, invece, è troppo piccolo per avere un calore interno e di conseguenza non nemmeno ha vulcani attivi che pompano gas serra nell’atmosfera. Senza effetto serra il pianeta, distante dal Sole, rimane freddo. La Terra ha acqua, vulcani e un ciclo del carbonio funzionante così la sua temperatura rimane moderata.

Quali sono le zone abitabili nel nostro sistema solare?

Per decadi, gli scienziati hanno dibattuto il concetto di zona abitabile, la regione intorno ad una stella che può sostenere la vita. Finché non scopriremo forme di vita su altri pianeti, questa speculazione continuerà per capire se la zona abitabile del sistema solare si estende molto al di là della Terra.

Se definiamo un pianeta, o un satellite, abitabile come un luogo dove la temperatura permette la presenza di acqua liquida, allora la Terra sarebbe l’unico nel nostro sistema solare in cui sia possibile la vita. Tuttavia gli astrobiologi hanno una definizione diversa per definire una zona abitabile. Alcuni scienziati, infatti, usano il concetto di zona abitabile continua (continuously habitable zone – CHZ) che è basata sull’idea che la radiazione di una stella diminuisce nel tempo. Di conseguenza, durante la vita di una stella la zona abitabile si espande. Considerando le “aspettative di vita” del nostro Sole, ad esempio, la Terra sarà  fuori dalla sua zona abitabile continua in un periodo di tempo che va da 1 a 3,5 miliardi di anni.

Più impariamo sulla vita, però, più la definizione di abitabilità cambia. Per esempio, la zona abitabile per gli eucarioti sembra abbastanza diversa da quella dei procarioti. I procarioti hanno bisogno di condizioni meno specializzate degli eucarioti. Possono sopravvivere senza ossigeno, vivono in condizioni estreme, usano fonti inorganiche di energia, necessitano di quantità minime  di materie prime e possono rimanere dormienti per secoli. Con questo in mente, alcuni scienziati definiscono altri due tipi di zone abitabili. La prima, la zona abitabile animale è quella che sostiene la complessa vita eucariotica. La seconda, la zona abitabile microbica, è quella che sostiene la molto più versatile e adattabile vita procariotica, come ad esempio gli estremofili.

Quando si considera una zona abitabile che possa supportare solo la vita microbica, le dimensioni della zona abitabile nel nostro sistema solare si espandono. Così, le ricerche attuali della presenza di vita ci portano più lontano verso le lune di Giove. Questi satelliti hanno temperature superficiali che non permettono la presenza di acqua liquida ma hanno altre condizioni che possono permettere l’esistenza di acqua liquida sotto la superficie. Tali condizioni potrebbero fornire gli elementi essenziali necessari per le richieste più basilari dei procarioti.

Molti fattori influenzano l’abitabilità.

Gli scienziati hanno capito che la distanza dal Sole è uno dei fattori che determina l’esistenza di acqua liquida sulla superficie di un pianeta o di un satellite. Per esempio, la presenza di un’atmosfera densa che contenga gas serra può estendere le dimensioni di una zona abitabile. Una tale atmosfera può intrappolare il calore e aumentare la temperatura di un pianeta, o satellite, fino a un range in cui l’acqua liquida può esistere sulla superficie. Così, una temperatura superficiale di un pianeta è il risultato sia della composizione della sua atmosfera che della distanza dal Sole. Questo significa che quando si cerca di definire una zona abitabile, bisogna tenere presente che l’abitabilità è il risultato delle interazioni tra molti fattori. Usando tutti i dati disponibili, gli scienziati speculano su quali fattori sono presenti in un pineta, o satellite, e formulano teorie sul modo in cui tali fattori interagiscono. Questo processo aiuta gli scienziati a definire le zone abitabili del sistema solare.

La Terra  è perfetta per la vita

La Terra sembra essere il luogo ideale per la vita nel nostro sistema solare. Se la Terra è considerata ideale, allora identificare una zona abitabile diventa una questione che riguarda il definire le condizioni minime che possono sostenere le cellule più semplici. Sulla Terra, queste cellule sono gli estremofili perché gli scienziati ritengono che possano essere simili alle forme di vita che possono resistere alle condizioni che ci aspettiamo di trovare in altri mondi nel nostro sistema solare. Definire una zona abitabile in questo modo può aiutarci a indirizzare le missioni spaziali mentre cerchiamo la vita su altri pianeti.

Tuttavia, la nostra comprensione della vita è ancora limitata e la nostra conoscenza delle condizioni presenti su altri pianeti o satelliti ancor di più. Definire una zona abitabile è proprio un modo per cominciare a pensare a dove cercare la vita. Mentre impariamo sulla vita, possiamo capire che dovremmo definire le zone abitabili sulla base della estremamente adattabile natura della vita e meno ai nostri tentativi di identificare fattori di abitabilità.

Siamo soli nell’universo?

Ormai è chiaro che non c’è un singolo fattore che rende un mondo abitabile, l’abitabilità è il risultato di molti fattori collegati tra loro che devono essere presenti in un modo che sostenga la vita.  In queste circostanze e con la giusta combinazione di acqua liquida, materie prime, energia e tempo, un pianeta, o un satellite, potrebbe essere in grado di sostenere una grande diversità di vita, come nel caso della Terra. per quanto riguarda altri mondi nel nostro sistema solare, data la limitata comprensione che abbiamo sulle condizioni che ci sono lì, possiamo solo speculare sulla presenza di vita ed è ciò che gli astrobiologi fanno.

 

ELABORATE

A questo punto, per casa, chiederò agli studenti di riflettere su quanto hanno imparato, identificare i confini della zona abitabile del sistema solare, quali sono i pianeti che si trovano nella zona abitabile e prepararsi a discutere in classe la possibilità di una seconda zona abitabile intorno ad un pianeta grande come Giove.

 

Per saperne di più:

Il movimento delle sostanze attraverso una membrana semipermeabile

Questa settimana, nelle mie seconde, ho cominciato ad affrontare il trasporto delle sostanze attraverso la membrana cellulare. Devo essere sincera e dirvi che il mio percorso mi soddisfa ancora:

Non posso aggiungere molto altro, non solo perché mi sono resa conto che questo percorso funziona ma anche perché the show must go on o il tempo è tiranno, come preferite.

Visto che, però, stare ferma per me è proprio impossibile, quest’anno aggiungerò una cosetta piccola piccola e la assegnerò come compito per casa in modo da non alterare lo spazio-tempo della mia programmazione.

Proporrò, quindi, un nuovo laboratorio virtuale da fare come compito a casa dopo le attività sperimentali e prima della spiegazione in classe.

Si tratta di un’attività semplice che parte da una domanda che gli studenti investigheranno:

In quali condizioni le cellule acquistano o perdono acqua?

Cominciamo ad apprendere il lessico specifico

Quando si apre la schermata principale, sulla sinistra del laboratorio, c’è una parte introduttiva con cui i ragazzi cominceranno a scoprire il lessico specifico di ciò che hanno già sperimentato in classe basandosi, invece, solo sulle loro idee pregresse.

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I ragazzi scopriranno così che la membrana cellulare permette ad alcune sostanze di attraversarla mentre impedisce ad altre di passare. Una membrana di questo tipo è detta selettivamente permeabile. In condizioni normali, l’acqua attraversa costantemente la membrana in entrambe le direzioni (dall’esterno all’interno e viceversa). La diffusione dell’acqua attraverso una membrana selettivamente permeabile è chiamata osmosi. Come altre sostanze, l’acqua diffonde secondo il proprio gradiente di concentrazione, ossia da una regione in cui è più concentrata a quella in cui è meno concentrata. Quando il trasferimento delle molecole d’acqua verso l’interno e verso l’esterno della cellula avviene alla stessa velocità, si è raggiunto uno stato di equilibrio. Se la concentrazione delle molecole d’acqua è maggiore all’esterno della cellula, allora questa soluzione per la cellula è ipotonica e l’acqua si muoverà velocemente verso l’interno della cellula per osmosi e la pressione contro l’interno della membrana cellulare aumenterà velocemente. Se la pressione diventa sufficientemente elevata, la membrana cellulare potrebbe anche scoppiare.  Una soluzione è isotonica per la cellula quando c’è la stessa concentrazione di molecole d’acqua sia all’interno che all’esterno della membrana cellulare. Per mantenere l’equilibrio, le molecole d’acqua si muovono verso l’interno e verso l’esterno alla stessa velocità.

Immagina che una cellula venga posta in una soluzione che ha una concentrazione di sale maggiore rispetto a quello che la cellula stessa contiene. Tale soluzione viene detta ipertonica perché ci sono molti più ioni del sale e meno molecole d’acqua per unità di volume all’esterno della cellula rispetto all’interno. L’acqua si muoverà dalla regione a maggiore concentrazione di molecole d’acqua (interno della cellula) alla regione a minore concentrazione (esterno della cellula). La membrana selettivamente permeabile non permette agli ioni del sale di attraversarla ed entrare nella cellula. La cellula avvizzisce man mano che perde acqua.

In questo laboratorio virtuale metterai un globulo rosso, una cellula di Elodea e un Paramecio in una soluzione ipotonica, isotonica e ipertonica. Esaminerai come e perché queste cellule acquistano o perdono acqua nelle diverse soluzioni.

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Procedimento:

  • Seleziona una delle tre cellule raffigurate nella parte alta dello schermo e trascinala in uno dei becher.
  • Osserva il processo dell’osmosi. Determina se l’acqua, rappresentata dalle frecce animate, si muove verso l’interno, rimane in equilibrio o si muove verso l’esterno della cellula.
  • Clicca sul pulsante Table/Graph e registra le osservazioni fatte nella tabella.
  • Sposta la cellula in un altro becher o scegli un’altra cellula. Osserva ancora il processo dell’osmosi e registra le osservazioni nella tabella.
  • Ripeti l’attività con tutte e tre le cellule e tutte e tre le soluzioni. Clicca sul pulsante Journal e rispondi alle sette domande proposte.
  1. Quando la cellula è circondata da una soluzione ipotonica, l’acqua si muove verso l’interno o verso l’esterno della cellula?
  2. Quando la cellula è circondata da una soluzione ipertonica, in che direzione si muove l’acqua mentre attraversa la membrana semipermeabile?
  3. Confronta cosa accade alla cellula animale, a quella vegetale e al Paramecio quando sono immerse in soluzioni ipotoniche, isotoniche o ipertoniche.
  4. Un’Elodea o un Paramecio che vivono nell’acqua dolce di un lago sopravvivrebbero se fossero spostate nell’oceano? Motiva la tua risposta.
  5. Se tu grigliassi una bistecca, sarebbe meglio mettere il sale prima o dopo averla cucinata? Spiega perché in termini di osmosi.
  6. Perché l’insalata diventa molle e avvizzita quando è stata condita già da un po’? Spiega perché in termini di osmosi.
  7. Un modo efficace per uccidere le erbacce infestanti è quello di versare acqua salata sul terreno intorno alle piante. Spiega perché le erbacce muoiono usando i principi scoperti in questo laboratorio virtuale.

Per concludere: clicca sul pulsante Print, stampa e incolla domande e risposte sul quaderno per la correzione in classe.

Altre idee? Raccontatele qui!

 

 

Buon compleanno Charles

Caro Charles,

eccoci di nuovo qui a festeggiare il tuo compleanno. Difficile, per vecchi amici come noi, trovare un regalo originale da farti. Quest’anno ho deciso, quindi, di offrirti il lavoro fatto dai miei studenti che ti hanno dedicato addirittura un Late Night Show. Certo lo stile è un po’ acerbo ma genuinamente puro, come solo i ragazzi possono avere.

Il lavoro è stato lungo e non sempre facile. Hanno letto i tuoi testi, sai, e hanno scritto da soli il copione per lo spettacolo. Hanno contribuito in tanti alla realizzazione del video e, credimi, ci siamo davvero divertiti un mondo!

Ecco, quindi, il mio regalo per te Charles: la tua storia raccontata con i loro occhi. Sono sicura che sorriderai senza offenderti perché saprai leggere in questo omaggio la nostra voglia di celebrarti.

Tutti pazzi per la scienza – Il late night show di SCIENZOOM

I: Intervistatore: Buonasera cari telespettatori, eccoci dunque alla prima puntata di…“Tutti pazzi per la scienza”!!! Oggi e solo oggi sarà qui con noi uno dei personaggi più influenti della comunità scientifica!!! L’uomo che ha cambiato la biologia!!! Scienziato, Biologo, Naturalista, Geologo, Viaggiatore… ecco a voi… CHARLES DARWIN

D: Darwin: [con accento britannico] Buonasera a tutti voi. È un onore essere qui!

I: Prego, Charles accomodati… dunque per l’occasione abbiamo per così dire “selezionato” [fare occhiolino alla telecamera + simulare le virgolette con le mani] qualche domanda sul tuo nuovo libro. Prima però prego la regia di mandare il booktrailer.

Davvero interessante! Ne parleremo tra poco, ma che ne dici di iniziare questa intervista partendo dalle “origini”? Parliamo un po’ dell’incredibile viaggio che hai fatto intorno al mondo. Mi sembra che in una tua precedente intervista tu lo abbia definito [leggere per citare testualmente]

 “di gran lunga l’avvenimento più importante della mia vita e quello che ha determinato tutta la mia carriera”

E’ così? Raccontaci come tutto è cominciato!

D: [colpo di tosse] Dunque…

Sono nato a Shrewsbury in Inghilterra il 12 febbraio 1809… Che dire… credo che mio padre e i miei maestri mi giudicassero un ragazzo mediocre, un po’ al di sotto del livello intellettuale medio. Infatti, una volta mio padre mi disse…

I: Oh… mi dispiace interromperti, ma abbiamo poco tempo e forse sei partito un po’ [con enfasi] troppo dalla “origini” non credi?

D: Ah, certo, certo… dunque… A quindici anni fui mandato a studiare medicina ad Edimburgo, per seguire le orme di mio padre come mio fratello, ma i corsi proprio non mi interessavano, anzi… per dirla tutta mi nauseavano. Dopo 18 mesi, quindi, mio padre mi ritirò e mi mandò a studiare a Cambridge per farmi diventare un prete di campagna. L’idea questa volta mi piaceva. In fondo, in questo modo avrei avuto il tempo di coltivare il mio interesse per la natura, in special modo per gli insetti. Terminati gli studi, naturalmente sono tornato a casa e lì accadde l’evento più importante della mia vita. Un giorno, infatti, ricevetti una lettera scritta da un mio insegnante di Cambridge, in realtà un caro amico, il professor John Henslow.

I: Sì, credo che la regia abbia una sua foto da mostrarci… [mostrare foto]

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D: Sì… eccolo qui…Ebbene, nella lettera Henslow mi diceva che il capitano Fitz-Roy, comandante di un brigantino da esplorazione chiamato Beagle [mostrare foto], stava cercando un compagno di viaggio, un giovane naturalista disposto a dividere la cabina con lui e a fare un viaggio intorno al mondo, senza però percepire stipendio e che lui gli aveva fatto il mio nome. Mio padre, all’inizio, non era per niente d’accordo, ma grazie allo zio Josiah alla fine si convinse e mi lasciò partire.

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I: Ma raccontaci meglio… cosa hai provato quando sei salito su quella nave per la prima volta?

D: Ah… ero emozionatissimo. A quell’epoca avevo solo 22 anni ed era la prima volta che salivo a bordo di una nave del genere per compiere un viaggio così lungo. Considera, poi, che condividevo una cabina minuscola con il capitano Fitzroy e che lui aveva davvero un pessimo carattere. Considera anche che dormivamo su delle amache da cui, ti assicuro, sono caduto davvero molte volte. La cosa peggiore, però, che non avrei mai immaginato, fu che soffrii di mal di mare per tutto il tempo.

I: Quello che si dice un viaggio confortevole quindi!!!

D: Già, ma credimi…ne è valsa davvero la pena! Il viaggio del Beagle aveva lo scopo di tracciare le carte delle acque costiere delle regioni meridionali del Sud America, quindi visitammo davvero moltissimi luoghi incredibili: [Darwin parla indicando il viaggio su una mappa] Isole Canarie, Isole del Capo Verde, Bahia, Rio de Janeiro, Punta Alta, Valparaiso, Galapagos, Tahiti, Nuova Zelanda, Australia, Maldive, Mauritius, Sudafrica… e mentre l’equipaggio effettuava i rilevamenti della costa io scendevo a terra.

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I: WOW che viaggio! E cosa facevi una volta a terra?

D: Ah… Cose meravigliose! Raccoglievo piante, animali e fossili incredibili!!! Come ti dicevo, ho sempre avuto una vera passione per la natura. Pensa che

una volta, in Inghilterra, strappando la corteccia da un albero morto vidi due coleotteri rari. Li presi, uno in una mano, l’altro nell’altra, ma ne vidi un terzo appartenente ad una specie mai vista. Subito passai il coleottero dalla mia mano destra alla bocca e afferrai l’altro con la mano libera. Il coleottero che avevo portato alla bocca, però, probabilmente era un coleottero bombardiere [mostrare foto o filmato]. Appena lo misi in bocca lui emise un liquido acre che faceva bruciare la lingua, e fui costretto a sputarlo perdendo così tutti i coleotteri!!! [dire con tono dispiaciuto]

I: Ah…Un vero dispiacere! [il pubblico ride]

D: Puoi ben dirlo [serio]

I: Certo, e immagino che per arrivare a formulare le tue ipotesi rivoluzionarie sull’origine delle specie per selezione naturale avrai dovuto sicuramente osservarne molti di animali e vegetali… Uhm… [Lo scruta con attenzione] Ma tu, però, non mi sembri un tipo molto “avventuroso”. Come hai fatto a catturare tutti gli esemplari di uccelli, uccellini e quant’altro per poi studiarli con comodo sul Beagle?

D: Ma… Non è necessario essere avventurosi per fare il naturalista… [risata del pubblico] Devi sapere che durante il periodo trascorso a Cambridge mi sono esercitato molto con il fucile! Per esempio, lo imbracciavo davanti allo specchio

per constatare se la posizione era perfetta. Oppure un altro esercizio che facevo sempre era sparare contro una candela accesa mentre un amico la muoveva. L’istruttore del collegio mi disse che trovava molto strano che passassi così tanto tempo in camera schioccando una frusta [Ridendo compiaciuto].

Evidentemente non sapeva distinguere i due rumori…

I: Ah ah ah molto simpatico! Cari telespettatori dobbiamo mandare qualche secondo di pubblicità. Restate con noi mi raccomando! A tra poco amici con… Charles Darwin [parlando al pubblico – applausi] [pubblicità che sponsorizza il giornalino scientifico della scuola]

I: Cari telespettatori rieccoci a “Tutti pazzi per la scienza”!!! Oggi e solo per oggi è qui con noi… CHARLES DARWIN [dire con entusiasmo, applausi]. Allora riprendiamo da dove eravamo rimasti… ci stavi raccontando del tuo viaggio intorno al mondo…

D: Sì! Come stavo dicendo, ogni volta che scendevo a terra scoprivo evidenze straordinarie a favore di una visione del mondo completamente diversa da quella che mi era stata insegnata fin da piccolo. In questi luoghi ho trovato tantissimi fossili, tra cui quelli di grandi mammiferi, per lo più ancora sconosciuti. In particolare, in Argentina, in un luogo dove abbondano gli armadilli, rimasi colpito dai resti fossili di quello che sembrava un animale con un rivestimento osseo a scaglie, molto simile ad un armadillo vivente: il Gliptodonte. Ma ho trovato anche le ossa di un bradipo terrestre gigante ora estinto, il Megatherium, che si può immaginare come un orso grande quanto un elefante. Naturalmente, allora io non ero in grado di riconoscere tutto ciò da solo, per cui spedii tutto in Inghilterra e solo al mio ritorno compresi molte cose…

I: Raccontaci!

D: Una volta tornato a casa, ho studiato le mie collezioni, e fatto moltissimi esperimenti discutendo a lungo le mie idee con altri scienziati. Lentamente ho così capito che la Terra e tutti i suoi organismi non sono stati creati solo poche migliaia di anni fa, come avevo sempre creduto, ma sono il frutto di cambiamenti lenti e continui.

I: Nel tuo libro formuli una nuova teoria davvero rivoluzionaria. Quando hai capito tutto ciò? Già durante il tuo viaggio intorno al mondo?

D: Assolutamente no. Certo, durante il viaggio cominciai ad intuire qualcosa, ma compresi davvero il significato di quanto avevo osservato solo una volta tornato a casa.

I: Ma… sono passati 20 anni da allora!!! Perché mai hai aspettato così tanto a pubblicare il tuo libro? Nessun editore disponibile? [fare l’occhiolino alle telecamere]

D: [ride] No… già qualche anno dopo il mio ritorno avevo iniziato a scrivere un saggio che descriveva a grandi linee le mie idee. Però ebbi paura. Se avessi pubblicato allora il mio libro, le miei idee avrebbero causato grande scalpore. Mia moglie era contraria ed io… ho preferito rimandare. Devi capire che in quegli anni un’idea del genere poteva essere considerata addirittura blasfema. Pubblicare per me sarebbe stato come confessare un delitto.

I: Ma ora sei qui per parlarci del tuo libro “L’origine delle specie per selezione naturale”, per cui alla fine ti sei deciso a “confessare”. Cosa ti ha fatto cambiare idea?

D: L’anno scorso rimasi stupito e, a dirla tutta, anche un po’ sconvolto, nello scoprire che un’altro naturalista, un certo Alfred Wallace, era arrivato alle mie stesse conclusioni. Wallace mi ha inviato il suo manoscritto chiedendomi di aiutarlo a farlo pubblicare. È stato il panico…non potevo più aspettare… così alla fine ho deciso di aiutare Wallace, come mi aveva chiesto, ma allo stesso tempo di pubblicare anche il mio libro.

I: Beh, direi che quello che è successo dopo, cioè il tuo grande successo, è storia nota. Ma potresti sintetizzare per i nostri spettatori cosa sostiene la tua teoria?

D: Certo! Sono convinto che le specie attuali che possiamo osservare derivano tutte da specie antenate attraverso un processo che possiamo definire “discendenza con modificazioni”. In sostanza, secondo me, tutte le specie viventi sono imparentate tra loro e hanno avuto origine, attraverso successive modificazioni, da antenati comuni vissuti in epoche più o meno remote.

I: Un po’ come il Gliptodonte e l’armadillo?

D: Esattamente! La storia della vita può quindi essere pensata come un albero, o meglio come un grande corallo con tante ramificazioni, nel quale ogni biforcazione rappresenta la nascita di nuove specie da una linea di discendenza comune. [mostrare la foto del taccuino dove Darwin scrisse I think ]

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I: Incredibile davvero! Quindi secondo la tue idea, se potessimo viaggiare a ritroso nel tempo, alla fine arriveremmo all’antenato comune di tutte le specie?

D: Proprio così!

I: Rivoluzionario, davvero rivoluzionario! A proposito di tempo…purtroppo quello a nostra disposizione è terminato. È stato un vero piacere averti come ospite… Prima di salutarci però una raccomandazione: se tra 20 anni decidessi di “confessare” qualche altro delitto, ti preghiamo di venire a farlo qui a “Tutti pazzi per la scienza” il Late Night Show di SCIENZOOM! A “presto” quindi [ironico] e grazie mille anche a voi meraviglioso pubblico!!! Buonanotte!

 

Il potenziale d’azione dei muscoli

Nuova puntata sul sistema muscolare. Ricordate? Il mio percorso per le classi quarte del liceo scientifico prevede un’attività cooperativa per esplorare l’anatomia di un sarcomero e fare anche un accenno alla fisiologia della contrazione che poi spiego in classe in modo più tradizionale. Quest’anno voglio spingermi un po’ più in là e questa settimana proporrò ai ragazzi anche un bel laboratorio virtuale sulla stimolazione muscolare.

Si tratta del Virtual Lab Muscle stimulation della Glencoe.

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Il laboratorio virtuale permette di svolgere un’investigazione per rispondere alla seguente domanda:

In che modo il valore soglia dello stimolo di un muscolo scheletrico viene influenzato dall’aumento del carico?

In questa investigazione i ragazzi esploreranno, quindi, la relazione tra carico e valore soglia dello stimolo di un muscolo. Determineranno il valore soglia dello stimolo per quattro diversi muscoli di rana (muscolo dell’arto anteriore o upper forelimb; muscolo dell’arto posteriore o lower forelimb; muscolo gastrocnemio del polpaccio o calf; muscolo sartorio dell’interno della coscia o thigh) con carichi variabili che vanno da 0 g a 80g.

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Un po’ di informazioni prima di cominciare

Cliccando sul pulsante Information i ragazzi troveranno informazioni utili allo svolgimento dell’investigazione.

Esistono tre tipi di tessuto muscolare: cardiaco, liscio e scheletrico.

I muscoli cardiaco e liscio sono detti involontari, perché le loro contrazioni non possono essere controllate in modo cosciente. Il muscolo cardiaco si trova solo nel cuore e si contrae circa 70 volte al minuto per pompare il sangue in tutto il sistema circolatorio del corpo. I muscoli lisci circondano molti organi interni, come la trachea, l’intestino e la vescica. I muscoli lisci si contraggono e si rilassano lentamente, esercitando, e rilasciando, una pressione sugli organi che circondano.

I muscoli scheletrici sono i muscoli utilizzati per il movimento. Sono chiamati muscoli volontari, perché le loro contrazioni sono controllate in modo cosciente. I muscoli scheletrici sono attaccati alle ossa da bande di tessuto connettivo chiamate tendini e lavorano in coppie antagoniste per muovere le ossa dello scheletro.

Il tessuto muscolare scheletrico è costituito da singole cellule muscolari cilindriche, dette fibre. Le singole fibre muscolari mostrano una risposta allo stimolo nervoso di tipo “tutto o nulla”, ossia la contrazione è avviata solo da uno stimolo superiore a un valore minimo chiamato valore soglia.

Se ad un muscolo scheletrico viene applicato un singolo stimolo elettrico rapido, il muscolo risponderà contraendosi e rilassandosi rapidamente. Questo tipo di contrazione rapida è chiamato scossa muscolare o muscle twitch.

La stimolazione elettrica minima (misurata in volt) necessaria per far contrarre un muscolo è nota come soglia di stimolazione muscolare  o threshold stimulation.

Questo valore varia nei diversi tipi di muscoli scheletrici e per uno stesso muscolo varia al variare del carico.

A differenza della singola fibra, l’intero muscolo non mostra una risposta di tipo “tutto o nulla” anche se esiste un valore soglia minimo necessario per avviare la sua contrazione. Ogni muscolo, infatti è formato da diverse unità motorie che rispondono allo stimolo in modo indipendente.

La forza della contrazione è determinata dal numero di singole fibre muscolari che rispondono allo stimolo e può, quindi, essere aumentata aumentando lo stimolo, ossia coinvolgendo più fibre muscolari. Quindi, l’intero muscolo si contrae quando un numero sufficiente di fibre muscolari si contrae in una sola volta.

Man mano che  il carico su un muscolo aumenta, questo ad un certo punto non sarà più in grado di contrarsi, indipendentemente da quanta stimolazione elettrica riceve. Questo è noto come punto di sovraccarico muscolare o point of muscle overload.

Molto di quanto sappiamo su come lavorano i muscoli scheletrici  è stato scoperto in laboratorio. L’esperimento classico modellizzato in questa investigazione prevede l’isolamento e la stimolazione di alcuni muscoli di rana per osservarne le risposte. Il muscolo isolato è attaccato ad un supporto ad anello collegato ad un oscilloscopio. Un elettrodo in grado di stimolare il muscolo è fissato al supporto e ha la punta poggiata sul tessuto muscolare. L’oscilloscopio è utilizzato sia per generare stimoli di diverse tensioni che per registrare la risposta del muscolo ad uno stimolo (contrazione), che viene indicata da un picco sulla traccia dell’oscilloscopio.

Per variare la quantità di carico sul muscolo vengono applicati piccoli pesi da laboratorio alla base del muscolo a cui è stato applicato un gancio. Per determinare la soglia della stimolazione del muscolo sotto un carico specifico,  vengono applicati stimoli sempre più forti tramite l’elettrodo di stimolazione fino a che  viene registrata una contrazione sulla traccia dell’oscilloscopio.

Procedura

  1. Una volta lette le informazioni introduttive i ragazzi devono seguire la procedura indicata. Come detto in precedenza si tratta di una modellizzazione per cui nella parte dedicata alla spiegazione del procedimento da seguire viene ricordato che se lo stesso esperimento venisse realizzato in laboratorio si dovrebbero tener presenti altri fattori che nel modello non vengono considerati, come la fatica muscolare (muscle fatigue), che modifica le singole contrazioni muscolari rallentando sia la fase di contrazione che quella di rilasciamento, e i tempi di recupero (recovery time).
  2. L’attività prevede l’uso di un oscilloscopio per esaminare l’effetto della variazione del carico (peso) sull’azione del muscolo scheletrico di una rana. Per cominciare si deve cliccare sul menu a tendina del pulsante “Muscle” e selezionare il tipo di muscolo che si vuole testare per primo. Assicurarsi che l’oscilloscopio sia settato su “0 V”(dove V sta per Volt) e cliccare sul bottone “Apply Stimulus”.  Durante la fase di applicazione dello stimolo si deve prestare molta attenzione al tracciato (trace readout) sullo schermo alla ricerca di un picco nella linea dritta che viene prodotta. Se non si osserva alcun picco, si deve aumentare lo stimolo di 0.5 volt (il voltaggio più alto successivo) usando la freccina rivolta verso l’alto sull’oscilloscopio  e poi si clicca nuovamente su “Apply Stimulus”.  Questa procedura deve essere ripetuta finché non si registra la produzione di un picco nel tracciato dell’oscilloscopio. Quindi, si clicca su “Data Table”  e si annota nella tabella il voltaggio che ha prodotto il picco nella casella “0 g”. Questo valore è la soglia di stimolazione muscolare  o threshold stimulation. NB:  se non si dovesse osservare alcun picco, assicurarsi di cliccare su “Apply Stimulus” almeno tre volte perché  il muscolo riceva lo stimolo in modo appropriato. aply stimulus.jpeg
  3. A questo punto si devono ripetere i passaggi precedenti utilizzando i diversi pesi. Per fare ciò, si trascina sul gancio attaccato al muscolo della rana  il peso da 5g e poi si procede nello stesso modo in cui si è testata la soglia di stimolazione muscolare al punto 2. Una volta individuato il voltaggio a cui si genera il picco, si ripete la procedura utilizzando anche gli altri quattro pesi (10-20-40-80 grammi) inserendo ogni volta i valori ottenuti nella tabella dei dati (Data Table).
  4. Quando si sono testati tutti pesi  per il tipo di muscolo selezionato, si ripete la procedura anche per gli altri tre tipi di muscolo rimanenti. Ricordarsi che, in caso di bisogno, si può sempre ricominciare cliccando sul pulsante “Reset”.
  5. Nel caso in cui non si generi alcun picco nemmeno con un voltaggio di 10 V, nella tabella si deve scrivere nessuno (none). Ciò significa che il peso applicato è troppo elevato perché il muscolo riesca a sollevarlo anche se gli viene fornito uno stimolo elettrico molto grande. Questo è il punto di sovraccarico muscolare o point of muscle overload.
  6. Una volta terminati tutti i test su ciascuno dei quattro muscoli, si clicca sul pulsante Journal e si risponde alle quattro domande proposte:
  • Sulla base dei dati sperimentali che avete raccolto, quale conclusioni potete trarre sulla relazione che c’è tra il peso applicato ad un muscolo e la sua soglia di stimolazione muscolare?
  • Perché la soglia di stimolazione muscolare dovrebbe modificarsi al variare del peso?
  • Quali muscoli sono stati in grado di contrarsi sotto il peso maggiore? Questo cosa vi suggerisce a proposito del ruolo che questi muscoli hanno nel movimento di una rana?
  • Descrivete un esperimento che potreste realizzare per determinare quali muscoli delle zampe di una rana  sono importanti per saltare lunghe distanze.
  • Infine, si clicca sul pulsante Submit, si inseriscono il nome e la mail dello studente, la nostra mail e si inviano le risposte alla nostra casella di posta elettronica.

Provatela anche voi e fatemi sapere com’è andata! 🙂

 

 

 

Time zones

Phileas Fogg aveva compiuto il giro del mondo in 80 giorni! Phileas Fogg aveva guadagnato la sua scommessa di ventimila sterline! Ma come mai un uomo così esatto, così meticoloso, aveva potuto sbagliarsi di un giorno? Come mai aveva potuto credere, quando arrivò a Londra, che fosse sabato, 21 dicembre, mentre era venerdì 20, ovvero settantanove giorni dopo la sua partenza?”

Jules Verne, “Il giro del mond0 in 80 giorni” , pag. 1388, I Mammut Newton Compton Editori.

Le vacanze sono ormai finite. Lunedì mattina rivedrò la mia prima e  ci occuperemo di “orientamento”. I ragazzi solitamente considerano questo argomento veramente noioso: sterili definizioni che in fondo non servono a nulla, tanto c’è Google Map, no?

Sono una grande appassionata di Verne e vi confesso che in più occasioni ho tratto spunto dai suoi romanzi che mi fanno ancora sognare come quando ero bambina. Da quando poi ho scoperto Audible, approfitto del tragitto che ogni giorno devo fare per andare a scuola per “leggere” romanzi di tutti i tipi. Negli ultimi mesi sto facendo una rilettura di tutti i romanzi di Verne e così, mentre pensavo a come “animare” la prossima lezione ho deciso di utilizzare la storia di Phileas Fogg per aiutare i ragazzi a “fissare” i concetti di tempo civile, fusi orari e linea del cambiamento di data.

Inizierò, quindi, la lezione raccontando sinteticamente la trama del romanzo e leggerò alcune righe della penultima pagina del libro (nell’apertura di questo post) per lanciare una sfida: cosa ci serve sapere per rispondere alla domanda posta da Verne?

Dopo una breve discussione, introdurrò i concetti di reticolato geografico, paralleli e meridiani, orizzonte, punti cardinali, orientamento di notte e con la bussola, coordinate geografiche, GPS, fusi orari, linea del cambiamento di data, tempo civile e tempo coordinato universale (UTC) (essendo una classe ad indirizzo Cambridge introdurrò il lessico specifico sia in italiano che in inglese).

Quindi, per fissare le idee e controllare se hanno capito sfrutterò il fatto che i ragazzi utilizzano quotidianamente in classe un loro dispositivo elettronico per fare una gara a squadre sfruttando un gioco on line reperibile sul sito di QuiaQuintessential Instructional Archive: Rags to Riches.

Per giocare servirà anche una carta dei fusi orari abbastanza dettagliata. Se ne volete una interattiva vi consiglio quella presente sul sito timeanddate.com, oppure ottima è anche quella disponibile su Wikipedia:

standard_world_time_zones

By TimeZonesBoy – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=42165217

Il gioco consiste in 10 domande (in inglese) in cui i ragazzi metteranno alla prova la propria comprensione su fusi orari. Ogni volta che sbagliano, il gioco ricomincia da capo per cui vincerà la squadra che per prima terminerà il gioco o risponderà a un numero maggiore di domande in 30 minuti.

Per farvi un esempio, una domanda del gioco è questa: se a New York sono le 3 del mattino di martedì, che ora e che giorno è alle Hawaii?

Se non disponete di una connessione internet, potreste trascrivere le 10 domande in una scheda cartacea allegando una stampa anche della carta dei fusi orari e il gioco è fatto!

Dopo la gara, i ragazzi saranno pronti per rispondere alla domanda di Verne:

“Come mai aveva potuto credere, quando arrivò a Londra, che fosse sabato, 21 dicembre, mentre era venerdì 20, ovvero settantanove giorni dopo la sua partenza?”

In una slide proietterò le tappe del viaggio di Fogg:

  • Londra (treno) – Brindisi (piroscafo) – Suez: sette giorni.
  • Suez (piroscafo) – Bombay: tredici giorni.
  • Bombay (treno-elefante-treno) – Calcutta: tre giorni.
  • Calcutta (piroscafo) – Hong Kong: tredici giorni.
  • Hong Kong (barca) – Shangai (piroscafo) – Yokohama: sei giorni.
  • Yokohama (piroscafo) – San Francisco: ventidue giorni.
  • San Francisco (treno-slitta) – Omaha (treno) – Chicago (treno) – New York: sette giorni.
  • New York (piroscafo) – Irlanda – Liverpool (treno) – Londra: nove giorni.

Dopo aver individuato le località sulla carta, i ragazzi dovranno stabilire in che direzione Fogg ha attraversato la linea del cambiamento di data e così saranno in grado di rispondere alla domanda. Naturalmente, ancora una volta servirà la carta dei fusi orari.

“Ecco la spiegazione di questo errore. Ed è, in verità, molto semplice! Infatti, procedendo verso est, PhileasFogg andava verso il sole e, di conseguenza, i giorni diminuivano di quattro minuti per ogni grado. Ora, siccome si contano trecentossessanta gradi sulla circonferenza terrestre, moltiplicando i quattro minuti per trecentosessanta si hanno appunto 1440 minuti, ossia un giorno, vale a dire il giorno inconsciamente guadagnato da PhileasFogg.”

Jules Verne pag. 1388

Ma le domande non sono finite. L’astronomia è una passione condivisa e seguiamo con grande attenzione le diverse missioni spaziali ma anche la vita sulla stazione spaziale internazionale (ISS). Per concludere in bellezza questa esplorazione del tempo civile, quindi, non mi resta che chiedere:

Che ora è sulla stazione spaziale internazionale? Sapete chi lo ha deciso?

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La risposta è  GMT + 0 (Tempo Medio di Greenwich) o UTC + 0 (Tempo Coordinato Universale) che corrisponde allo stesso tempo che c’è in Islanda.

Originariamente, il tempo era stato impostato per essere GMT -5, in modo da abbinarlo al fuso orario di Houston, in Texas, poiché è qui si trova il centro di comando principale per la ISS. Ma  poiché anche a Mosca ci sono centri di controllo che seguono gli astronauti che lavorano dalle 7 del mattino alle 7 di sera, questo fuso portava molti disagi agli operatori russi e i due paesi, nel nome della cooperazione internazionale,  hanno così deciso di  impostare il tempo a GMT +0.

Che ne pensate? E voi, quale strategia utilizzate con i vostri ragazzi per affrontare questo argomento? Fatemi sapere! 

http://www.bbc.com/news/science-environment-12809222/embed

Piccolo aggiornamento. Come previsto ho sperimentato le attività e posso assicurarvi che ci siamo divertiti moltissimo! Usare la strategia della gara per fissare i concetti, poi, ha prodotto i risultati sperati: divertimento e apprendimento. Cosa chiedere di più! 🙂

Celebriamo l’inverno

Ogni volta che il solstizio d’inverno si avvicina io penso all’estate. No, non sono impazzita. Alcuni anni fa, in estate appunto, ho fatto un viaggio in Irlanda e ho visitato la tomba a corridoio di Newgrange, sito Patrimonio dell’Umanità dell’Unesco, a una cinquantina di chilometri a nord di Dublino. Questa tomba risale a circa 5000 anni fa (3200 a.C.) ed è più antica delle piramidi di Giza in Egitto e di Stonehenge in Gran Bretagna.

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Cosa ha a che fare Newgrange con il Solstizio d’inverno?

Ebbene, questa tomba è dedicata anche a una delle celebrazioni più importanti del mondo pre-cristiano: il solstizio d’inverno.

Entrare in questa tomba è stata un’esperienza incredibile. Si cammina, chinati, attraverso un corridoio stretto e basso e ad un certo punto, si arriva ad camera a forma di croce dove, all’alba del solstizio d’inverno, avviene una magia:  un raggio di luce di 19 metri attraversa il corridoio e illumina la camera.

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Certo, per ovvi motivi, non ho potuto assistere all’evento ma immersa nel buio totale per qualche minuto ho assistito ad una sua simulazione grazie ad un raggio di luce arancione che ha mostrato l’effetto artificialmente.

Per centinaia di anni in molti hanno creduto che il modificarsi delle stagioni e la fluttuazione nella durata delle ore di luce fossero controllate da divinità solari. I primi pagani celebravano il solstizio d’inverno con feste e riti per ingraziarsi gli dei e assicurarsi il rapido ritorno del Sole.

Il Natale è una festa cristiana ma alcune ipotesi sostengono che nel tardo impero romano il solstizio invernale e la celebrazione del Sole Invitto del 25 dicembre abbiano probabilmente avuto un ruolo anche nella sua istituzione. Alcuni riferimenti, poco certi, sulla festività del  Natale, ipotizzano che nel IV sec. d.C., i capi della Chiesa romana tentarono di eliminare le feste pagane adottando il 25 dicembre come data del compleanno di Cristo, sperando, così, di sostituire la festa pagane del Natalis Solis Invicti con la celebrazione della nascita di Cristo.

Ebbene, la tomba di Newgrange sarà lo scenario dell’attività di engage che farò la prossima settimana per coinvolgere i ragazzi e far emergere quanto sanno circa il fenomeno dell’alternanza delle stagioni e il significato astronomico di solstizi ed equinozi.

Mercoledì 21 dicembre 2016

Quest’anno, nel nostro emisfero, il solstizio cadrà il 21 dicembre. In molti libri di testo del primo biennio (compreso quello che ho in adozione anch’io) viene indicata come unica data il 22 dicembre. In realtà, come sappiamo, la data dei solstizi e  degli equinozi può variare e questa eccessiva semplificazione può indurre misconcezioni negli studenti e come tale, secondo me, la faccenda va approfondita almeno un po’.

Le due possibili date del solstizio sono la conseguenza della differenza tra anno solare e anno civile.  L’anno civile come sappiamo è formato da 365 giorni esatti (escluso i bisestili 366) mentre l’anno solare, ossia l’intervallo di tempo  necessario affinché il Sole appaia nella stessa posizione sull’eclittica, dura 365 giorni 5 ore e 49 minuti circa. Il problema nasce proprio per le 5 ore e 49 minuti in più che ogni anno si accumulano e fanno slittare la data in avanti. Ogni quattro anni le 5 ore e 49 minuti circa diventano quasi 24 ore e l‘aggiunta di un giorno in più  dell’anno bisestile successivo fa tornare nuovamente indietro la data. Solitamente, si hanno quindi periodi di quattro anni in cui tre solstizi d’inverno cadono il 21 Dicembre e l’ultimo il 22 Dicembre. Nel 2015, il solstizio d’inverno è stato proprio il 22 dicembre per cui quest’anno (e così anche nel 2017 e nel 2018) si verificherà il 21 dicembre. Nel 2019 il solstizio d’inverno cadrà nuovamente il 22 Dicembre e il ciclo ricomincerà.

Il solstizio d’inverno è, per l’emisfero nord, il giorno più corto dell’anno e segna l’ inizio  di ciò che consideriamo inverno. Come potremmo fare per dimostrarlo?

Grazie all’applicazione Daylight hours explorer, dell’Università del Nebraska-Lincoln, apriremo la fase di Explore verificando che alla latitudine della nostra scuola (44° 51’ 53” N), il 21 dicembre il Sole splenderà per solo 8 ore e 42 minuti .

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Modificando la latitudine nell’applicazione, potremo vedere anche che la durata del dì è ancora più breve man mano che ci si sposta verso nord e che al Polo Nord la luce non arriva per niente. Come mai?

Muovendo il planisfero si può osservare, invece, come cambia la posizione del circolo di illuminazione, cioè la linea che divide la parte illuminata (diurna) dalla parte in ombra (notturna) del nostro pianeta.

Cambiando la data, si può invece verificare che durante gli equinozi, il circolo di illuminazione diventa perpendicolare rispetto all’equatore e quindi passa per il polo nord e il polo sud.

Da cosa dipende la quantità di luce che ogni luogo della Terra riceve ogni giorno?

La lunghezza del dì non è influenzata dalla nostra distanza dal Sole, ma dipende, invece, dall’inclinazione dell’asse terrestre. Ma questa è un’altra storia e ve la racconterò in un prossimo post!

 

Attività inquiry-based per insegnare le scienze della Terra: ELI

Spesso mi scrivete per chiedermi dove è possibile trovare idee per attività inquiry-based. Ho quindi deciso di continuare a segnalarvi siti o attività interessanti disponibili in rete. Come vi ho già detto altre volte, in italiano non c’è quasi nulla purtroppo ma i siti americani sono molto generosi a riguardo.

Questa settimana vi parlerò, quindi, del sito ELI (Environmental literacy and inquiry) in cui vengono proposte attività inquiry-based che utilizzano tecnologie come GIS e Google Earth per investigare temi ambientali.

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Il programma ELI è rivolto alla scuola media  ma è facilmente adattabile anche per studenti più grandi. Il sito include unità su energia, cambiamenti climatici e uso del suolo, ma di particolare interesse (almeno per me!) è la sezione  Tectonics che propone 6 attività inquiry-based:

  • I georischi ed io. Quali tipi di rischio geologico ci sono intorno a me? Qual è il margine di placca più vicino a me? In questa investigazione, gli studenti individueranno i rischi geologici creati da forze tettoniche vicino alla loro posizione geografica.
  • Come facciamo a riconoscere i margini delle placche tettoniche? In questa investigazione, gli studenti useranno i dati tettonici in un Web Gis per  identificare i margini orientali e occidentali della placca nordamericana. In particolare analizzeranno i dati sugli epicentri dei terremoti e sui vulcani per determinare i margini della placca nordamericana e analizzeranno i movimenti delle placche circostanti per determinare i tipi di margine della placca (convergente, divergente o trasforme).
  • In che modo l’energia termica si muove intorno alla Terra? In questa investigazione gli studenti dovranno individuare le aree in cui il calore sfugge dall’interno della Terra e fornire evidenze di un mantello caldo. In particolare, investigheranno la distribuzione del flusso di calore superficiale  e la sua relazione con i margini di placca e scopriranno le caratteristiche geologiche presenti sulla superficie terrestre associate a questa perdita di calore.
  •  Cosa succede quando le placche divergono? In questa investigazione, gli studenti  individueranno i diversi margini divergenti e ne studieranno la storia. In particolare investigheranno  gli stress tettonici lungo il margine di una placca esaminando i dati sismici e calcoleranno la velocità di espansione di una placca. Quindi, indagheranno  le caratteristiche delle aree lungo i margini divergenti dove la crosta continentale diventa crosta oceanica.
  • Cosa succede quando le placche si muovono lateralmente l’una accanto all’altra?  In questa investigazione, gli studenti individueranno i margini  trasformi oceanici e continentali e ne studieranno la storia. In particolare, studieranno un margine oceanico trasforme, la zona di frattura Charlie-Gibbs, utilizzando dati sismici e l’età del pavimento oceanico. Poi, investigheranno un margine trasforme continentale, la faglia di San Andreas, e il rischio sismico associato al vivere in quest’area attraverso dati sismici e fotografie storiche.
  • Che cosa succede quando due placche si scontrano? In questa attività, gli studenti utilizzeranno la distribuzione dei terremoti e dei vulcani in un GIS Web per imparare cosa succede quando si scontrano due placche oceaniche e quando si scontrano una placca continentale e una oceanica. In particolare scopriranno la relazione tra le zone di subduzione e i vulcani, determineranno la pendenza del piano di subduzione lungo un margine convergente e i tipi di strutture geologiche che si formano nelle zone convergenti.

Super interessanti sono anche i video tutorial  e  i materiali di supporto che accompagnano le investigazioni. Che ne dite? Ce n’è per tutti i gusti! 🙂

Minerali nella vita di tutti i giorni

Quando inizio a parlare di minerali  solitamente porto in classe una piccola collezione di campioni che ho raccolto nel tempo e comincio a farli girare tra i ragazzi. L’entusiasmo è subito a mille perché spesso anche loro hanno piccole collezioni personali di campioni acquistati nei mercatini o nei musei e sono curiosi di saperne di più.  Questo entusiasmo si smorza, però, altrettanto rapidamente quando poi si tratta di studiarne le proprietà e la classificazione. Fondamentale, quindi, è riuscire ad agganciare questi minerali alla vita di tutti i giorni e gli spunti non sono mai abbastanza. Oggi vi segnalo il sito  della Minerals Education Coalition che propone una serie di  attività didattiche sui minerali e la loro estrazione.

Interessanti sono i fact-sheets sui minerali usati in prodotti d’uso comune nella vita di tutti i giorni: cellulari, CD e DVD, lampadine a fluorescenza, auto ibride,  lampadine a LED, pannelli solari e pale eoliche.

Una delle mini-lezioni proposte riguarda ad esempio la bicicletta.

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Le biciclette sono usate come mezzi di trasporto, per divertirsi, per fare esercizio fisico, per lo sport e per le consegne. Non sempre, però, si riflette sul fatto che sono fatte con materiali che provengono dalle miniere.

La mini-lezione inizia con una domanda stimolo:

Ti sei mai chiesto quali materiali servono per costruire una bicicletta e in che modo si ricavano? Sai dove si possono reperire? 

L’attività consiste in una scheda per lo studente in cui viene proposta l’analisi di alcuni dati sui minerali necessari per costruire una bicicletta, in che percentuale vengono importate queste risorse minerarie negli Stati Uniti e quali sono le principali fonti. Gli studenti devono, quindi, calcolare in che percentuale gli Stati Uniti sono autosufficienti nella produzione di questi minerali e fare una ricerca per scoprire per quali parti della bicicletta vengono utilizzati. Perché la cosa diventi più rilevante per i ragazzi, ho intenzione di inserire nella tabella una colonna con le percentuali di importazione di questi minerali dell’Italia .

Gli studenti vengono poi guidati nella riflessione attraverso una serie di domande a cui potrebbero rispondere lavorando in gruppo:

  • Un produttore americano (italiano) può costruire una bicicletta  senza essere costretto a utilizzare risorse minerarie importate da altri paesi? Perché o perché no?
  • Qual è il numero minimo di paesi che servono per avere le risorse minerarie necessarie per costruire una bicicletta? Elencali.
  • Elenca le risorse minerarie importate dagli Stati Uniti  (Italia) per costruire una bicicletta  cominciando da quella in percentuale minore. 
  • Indica altri possibili utilizzi dei minerali o degli elementi presenti in una bicicletta che conosci. Un produttore americano (italiano) può costruire una bicicletta  senza essere costretto a utilizzare risorse minerarie importate da altri paesi? Perché o perché no?
  • Secondo te, quali tra questi minerali  potrebbe essere ottenuto attraverso il riciclo?

Per sfidarli ulteriormente viene proposto anche quest’ultimo stimolo:

Alcune biciclette sono fatte di titanio o di una lega di alluminio e scandio. Altre ancora hanno un telaio fatto di acciaio. Titanio, scandio e alluminio hanno tutti una densità che è la metà di quella dell’acciaio. Secondo te, quale vantaggio potrebbe esserci nell’uso di materiali meno densi e perché?

Che ne pensate? Quali altri scenari di vita reale utilizzate? Avete idee per migliorare questa attività? Scrivete!!!! 🙂

Per saperne di più su biciclette e minerali:

IBSE e NASA: la biglia blu

Le indicazioni nazionali per le classi prime dei licei prevedono lo studio della superficie del pianeta dal punto di vista geomorfologico con un approccio di tipo descrittivo. Penso che sia molto utile e importante imparare ad osservare e riconoscere strutture e processi che modellano la superficie della Terra ma trovare un modo interessante per farlo non è facile.

Surfando” in rete sono incappata nella grande biglia blu.

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Di NASA/Apollo 17 crew; foto di Harrison Schmitt o Ron Evans

La biglia blu, o Blue Marble, altro non è che una fotografia della Terra stata scattata il 7 dicembre 1972 dall’equipaggio dell’Apollo 17. È  la prima immagine che ha ritratto la Terra dallo spazio completamente illuminata e, nel tempo, è diventata anche simbolo della fragilità e della vulnerabilità del nostro pianeta.

Cos’ha a che fare la Blue Marble con la geomorfologia e l’inquiry?

Sul sito della NASA ho scovato una stupenda attività IBSE, sviluppata con il learning cycle delle 5E, che unisce lo studio della geomorfologia della Terra con quello delle morfologia delle superfici dei corpi rocciosi del sistema solare: Blue Marble Matches – Using Earth For Planetary Comparisons.

Quando l’ho analizzata mi sono entusiasmata: è una sintesi perfetta del percorso di scienze della Terra e dello spazio che svolgo solitamente in prima. Ho, quindi, cominciato subito a tradurla in modo da avere tutto pronto quando arriverà il momento (tra qualche mese, in realtà, ma mi piace giocare d’anticipo!).

Questa attività è stata progettata per introdurre allo studio dei processi geologici che modellano la superficie terrestre e per insegnare agli studenti come si fa a identificarne le caratteristiche in immagini. Gli studenti lavorano in gruppo per comprendere come agiscono questi processi invece di memorizzarli semplicemente. Questa attività permetterà anche di mostrare ai ragazzi in che modo gli scienziati utilizzano ciò che sanno sul nostro pianeta per comprendere meglio anche gli altri corpi del sistema solare.

La grande idea: la Terra è un sistema

L’idea che sta alla base dell’attività è che per studiare la Terra si utilizza un approccio sistemico. Poiché la Terra è un sistema, le sue caratteristiche fisiche (nubi, oceani, montagne, vulcani) e gli organismi viventi (batteri, piante e animali) sono interconnessi. Il Sistema Terra è dinamico, aperto (scambia materia ed energia) e in evoluzione.

Perché ragionare in termini di “sistema”?

I sistemi sono ovunque e le loro componenti si organizzano in livelli, o sottosistemi, ciascuno dei quali ha proprietà proprie. Per esempio, il corpo umano, che è un sistema, è costituito da sottosistemi come il sistema digerente o il sistema nervoso. Il sistema digerente è costituito da organi, che sono fatti di tessuti, che sono costituiti da cellule, che sono fatte di molecole, che sono fatte di atomi e tutti sono sistemi. Il corpo ha delle proprietà (come la coordinazione atletica o la consapevolezza stessa) che possono essere spiegate solo tenendo conto delle interazioni tra queste componenti. Le proprietà di un sistema si estendono oltre i limiti fisici delle sue singole componenti: l’intero è qualcosa di più della somma delle singole parti. Noi non possiamo comprendere veramente come funziona qualunque sistema se non prendiamo in considerazione questa rete di relazioni, né possiamo capire come funziona una singola componente se non consideriamo l’insieme a cui appartiene.

Le componenti del Sistema Terra sono chiamate sfere, ciascuna delle quali è già un sistema in sé. Esse sono:

  • –  geosfera/litosfera: terra solida;
  • –  idrosfera: fiumi, laghi, oceani e ghiaccio (criosfera);
  • –  biosfera: tutti gli esseri viventi
  • –  atmosfera: l’involucro d’aria che circonda la Terra.

Anche altri corpi rocciosi del nostro sistema solare (la Luna, Marte, Venere, etc.) hanno una litosfera ma non presentano tutte e quattro le componenti insieme.  Ad esempio, alcuni hanno anche l’ atmosfera, altri no. Inoltre, per quanto ne sappiamo, oltre alla Terra, nessun altro corpo del nostro sistema solare ha la biosfera. Questa attività si concentra, quindi, solo sulle caratteristiche geologiche che riguardano la litosfera / geosfera.

Blue Marble Matches

I materiali disponibili per l’attività comprendono una guida per il docente,  le schede per gli studenti, le immagini da utilizzare, una descrizione dei processi geologici e delle caratteristiche morfologiche principali… insomma tutto ciò che serve già pronto da stampare o… da tradurre.

L’attività è adatta a studenti di età molto diverse (dalla terza elementare alle superiori). Nella guida per il docente vengono, quindi, indicati anche i possibili adattamenti per poterla effettuare anche con i più piccoli.

Last but not least… è un’attività IBSE sviluppata secondo il learning cycle delle 5E. Cosa volere di più?

Diamo un’occhiata più da vicino.

ENGAGE

In questa fase, gli studenti osservano immagini proposte e descrivono ciò che vedono con le proprie parole, ossia senza ancora conoscere il lessico specifico. Prima di cominciare, in classe, vengono lette e discusse informazioni introduttive sul sistema Terra in modo da dare agli studenti che non le posseggono alcune conoscenze di base sui quattro diversi processi geologici che modellano la superficie terrestre (eolici, da impatto, fluviali e vulcanici) e sulle strutture morfologiche ad essi associati. Poi l’attività prevede che a piccoli gruppi, gli studenti osservino un’ immagine della Terra e scrivano quante più osservazioni riescono a fare su ciò che vedono. In questa fase non è necessario che gli studenti sappiano dare un nome alle caratteristiche morfologiche osservate ma possono utilizzare semplici termini descrittivi.

blue-marble

Una volta terminata la fase di osservazione, l’insegnante proietta tutte le immagini allo stesso tempo e invita, un gruppo alla volta, a leggere alla classe le descrizioni fatte per verificare se gli altri gruppi, che hanno osservato immagini differenti, riescano a identificare di che immagine si tratta. Quindi, gli studenti osservano nuovamente tutte le immagini per cercare di identificare quali dei quattro processi considerati, legati a vento, acqua, vulcani e impatti con corpi extraterrestri, abbiano creato le strutture osservate, indicando, se li conoscono, i nomi di tali strutture (esempio canali, colate laviche, dune…). Infine, si discutono le risposte date dai vari gruppi e si chiede agli studenti se conoscono alcuni dettagli delle strutture che hanno identificato: come si formano, se pensano se queste strutture esistano anche su altri pianeti del nostro sistema solare e come pensano che gli scienziati utilizzino ciò che sanno sulla Terra per esplorare altri pianeti.

EXPLORE

In questa fase, gli studenti faranno nuove osservazioni di immagini della Terra scattate dallo spazio per identificarne le strutture e creare una lista di criteri utili per l’identificazione delle diverse caratteristiche.

EXPLAIN

Nella fase di Explain, gli studenti rivedono e revisionano i criteri individuati per l’ identificazione delle strutture utilizzando i termini scientifici appropriati.

ELABORATE

Gli studenti applicano, poi, la conoscenza appresa sulle caratteristiche geologiche della Terra per identificare le strutture presenti in immagini di altri corpi rocciosi del sistema solare.

EVALUATE

A questo punto gli studenti dovrebbero aver compreso il fatto che anche i corpi del sistema solare sono influenzati da processi simili a quelli che modellano la superficie terrestre. In quest’ultima fase, gli studenti fanno una sintesi di quanto hanno appreso, compilando una tabella in cui inseriscono le  osservazioni e le interpretazioni di tali osservazioni per trarre conclusioni sui processi che hanno modellato la superficie di altri corpi planetari supportate dalle evidenze raccolte nelle attività precedenti.

Consigliata assolutamente!!! 🙂