Quando ho spiegato il campo magnetico ho scoperto che pochissimi in classe (una quinta liceo scientifico, ma succedeva anche per la quarta liceo psicopedagogico) erano a conoscenza della differenza fra poli geografici e poli magnetici terrestri. La maggior parte era stupita e interessata e ha fatto molte domande. Mi è tornata alla memoria una situazione simile di una mia compagna di studi all’università che aveva “scoperto” le fasce di Van Allen che io invece avevo studiato al liceo… insomma il magnetismo terrestre è qualcosa che affascina e che è in grado ancora di generare meraviglia e lo sanno bene i catastrofisti della fine del mondo del 2012 che su questo argomento hanno speculato con assurdità di ogni tipo.
I concetti più interessanti sono:
1) Il polo geografico corrisponde al polo magnetico opposto e cioè il polo Nord geografico coincide con il polo Sud magnetico e viceversa. Le motivazioni sono di tipo storico: il polo della bussola che indica il Nord della terra è stato ovviamente chiamato Nord, anche se il fatto di essere attratto dal Nord dimostra in realtà che è un polo Sud (Nord e Sud si attraggono). “Voi avreste fatto lo stesso?” ho chiesto ai miei studenti, che si sono immedesimati nella parte di esploratori in spedizione verso il polo Nord: viene proprio naturale chiamare Nord la parte della bussola che punta a Nord. Un po’ come è successo per il verso della corrente elettrica, che si pensava fosse generata da cariche in moto positive… mentre poi si è scoperto che sono gli elettroni (carichi negativamente) a muoversi. Però ormai il “danno” era fatto e così la consuetudine rende quasi impossibile tornare indietro: il verso della corrente in un filo conduttore è rimasto opposto a quello dello scorrere degli elettroni. Studiare l’elettromagnetismo è formativo anche perché fa emergere gli aspetti convenzionali del metodo scientifico che presuppongono un accordo comune su certi punti (come i segni positivo e negativo delle cariche o la determinazione del punto zero del potenziale…).
2) La terra può essere vista come un grande magnete: perché? La spiegazione più accreditata considera il campo geomagnetico come generato dalle cariche in moto delle intense correnti elettriche del nucleo terrestre. L’asse del dipolo magnetico è spostato di circa 11° rispetto a quello di rotazione terrestre.
3) Il campo geomagnetico ci protegge dalle radiazioni solari ionizzanti che altrimenti avrebbero distrutto la vita sul pianeta (fasce di Van Allen, ecc.), è uno “scudo” contro il vento solare. Il campo magnetico terrestre cattura le particelle provenienti dal sole e le indirizza verso i poli: conseguenze meravigliose di questo fatto sono le aurore polari.
4) Il campo magnetico terrestre non è costante: vi sono variazioni giornaliere e secolari. Dall’analisi di antiche formazioni rocciose ignee e sedimentarie è risultato che il campo ha subito una serie di inversioni di polarità distanziate in media da un intervallo di tempo di 200.000 anni. Durante il periodo nel quale i poli si scambiano, il campo magnetico diventa sempre più debole fino a “scomparire” per poi riapparire invertito. Le cause di questo fenomeno non sono ancora state individuate con sicurezza. Il satellite Oersted in orbita intorno alla terra ha misurato enormi variazioni del campo magnetico locale, confrontandoli con i dati raccolti precedentemente dal satellite Magsat. Come sostiene Gauthier Hulot dell’Institut de Physique du Globe a Parigi, potremmo trovarci proprio in uno dei momenti di inversione, che durano anche 4000 anni. Gary A Glatzmaier, professore di scienze all’Università della California di Santa Cruz ha realizzato una serie di simulazioni al computer dell’inversione del campo magnetico terrestre, rappresentate dalle immagini che seguono. Per saperne di più si può guardare un video a questo indirizzo e consultare la pagina web “Geodynamo” e quella dedicata ai “Magnetic Flip-Flops” .
Esercizi
Che cos’è e come funziona un magnetometro? Scrivere una breve scheda tecnica con tutte le caratteristiche di questa tipologie di strumento di misura.
A questo indirizzo trovate la pagina della missione dell’Esa “Swarm” che lancerà ben tre satelliti in orbita per misurare il campo magnetico del nostro pianeta. Il materiale è tutto in inglese: realizzate un breve articolo scientifico sull’argomento per il giornalino scolastico.
È partito il conto alla rovescia: nella notte fra il 5 e il 6 giugno sarà possibile osservare il passaggio del pianeta Venere sul Sole. In Italia purtroppo si potrà vedere solo l’egresso, cioè il momento di uscita dal disco solare e sarà di mattina presto (attenzione a non fissare mai il sole direttamente, ma munirsi di filtri protettivi). L’evento è molto raro, in tutto il 1900 non si è mai presentato e noi abbiamo avuto la fortuna di vederlo anche nel 2004. Il prossimo passaggio sarà nel 2117. La prima osservazione da parte di un astronomo risale solo al 1639.
Ho letto un libro proprio appassionante sull’argomento, che si intitola “Il passaggio di Venere” della scrittrice Andrea Wulf (Ponte alle Grazie, 2012), che racconta le osservazioni dei due passaggi avvenuti nel 1761 e 1769. Vi starete chiedendo che ci possa essere di appassionante in un puntino nero che attraversa il sole (e in effetti questo era anche il parere del botanico Joseph Banks che a Tahiti, quando Cook cercava di misurare il passaggio, continuò invece a raccogliere piante!) e soprattutto perché abbia interessato tanto gli scienziati. Il motivo è importantissimo invece, perché fu proprio grazie alle osservazioni del ‘700 che finalmente gli esseri umani poterono misurare la distanza terra-sole. Prima di allora nessuno aveva idea delle sue dimensioni, si erano fatte delle stime, ma nessuna conferma sperimentale attendibile. Insomma, grazie al passaggio di Venere finalmente l’umanità avrebbe avuto una misura delle dimensioni del sistema solare (in quanto le distanze degli altri pianeti dal sole erano già state calcolate tutte rispetto alla distanza terra sole presa come unità di misura, l’unità astronomica UA, appunto). Fantastico, no? Che responsabilità sulle spalle degli astronomi di quel secolo! E che sogni di gloria per ognuno di loro!! Venere era la «chiave per svelare quel segreto».
L’autrice sostiene inoltre che il passaggio di Venere fu l’occasione per la nascita di una comunità scientifica internazionale, al di là delle divisioni politiche fra i Paesi, perché il successo della misurazione della distanza terra-sole dipendeva dal confronto fra misure e osservazioni che dovevano essere prese in luoghi molto distanti su tutto il nostro pianeta. È veramente molto romantico sapere che il tutto partì dall’idea e dalla passione di un unico uomo e cioè Edmond Halley che molti anni prima, nel 1716, pubblicò un saggio con la sua teoria e con un appello agli scienziati futuri che non si lasciassero sfuggire questa grande occasione. «Halley stava chiedendo ai suoi futuri discepoli di imbarcarsi in un progetto più grande e più visionario di qualunque impresa scientifica mai compiuta sino ad allora. I viaggi irti di pericoli verso remoti avamposti avrebbero richiesto molti mesi, o forse persino anni. Gli astronomi avrebbero rischiato la vita per un evento celeste che sarebbe durato solo sei ore e che sarebbe stato visibile solo se le condizioni metereologiche fossero state favorevoli». […] «Le osservazioni del transito di Venere dovevano essere il più ambizioso progetto scientifico che fosse mai stato programmato: un’impresa straordinaria. […] Anche il loro proposito di calcolare le distanze esatte nello spazio era un’idea ardita, considerando che gli orologi non erano ancora abbastanza accurati da misurare con precisione la longitudine, né esisteva un’unità di misura uniforme: un miglio inglese aveva una lunghezza diversa rispetto al miglio dei paesi di lingua tedesca, che a sua volta variava tra la Germania del Nord e l’Austria. Un mil in Svezia corrispondeva a più di dieci chilometri, in Norvegia a più di undici, mentre una lega francese poteva essere pari a tre chilometri, così come a quattro chilometri e mezzo. Nella sola Francia esistevano duemila diverse unità di misura, che variavano persino tra villaggi vicini. Tenendo conto di tutto ciò, l’idea di fondere centinai di osservazioni effettuate dagli astronomi di tutto il mondo per trovare un valore comune sembrava incredibilmente ambiziosa».
Le avventure narrate dalla Wulf sono degne di un romanzo di Stevenson, fra battaglie su vascelli nemici e spedizioni al Circolo Polare Artico o nei mari del Sud. Ogni pagina lascia nella memoria lo stupore verso la forza e la caparbietà di quegli scienziati che dovettero prima convincere i propri connazionali a finanziare il loro progetto e poi affrontare difficoltà tremende per realizzare il loro sogno e anche purtroppo per vederselo infrangere per colpa di una nuvola o di un banco di fumo causato dai contadini che proprio nel momento del passaggio di Venere avevano deciso di bruciare l’erba!! C’è chi appena Venere apparve fu preso da tremore e cadde a terra svenuto e chi invece rischiò la vita pur di osservarla e chi purtroppo la perse nell’impresa, morendo di tifo poco dopo, per esempio, perché pur sapendo dell’epidemia aveva preferito contrarre l’infezione piuttosto che andarsene e non poter effettuare le osservazioni. Si rimane con il fiato sospeso, ogni spedizione fu una vera e propria odissea. C’è chi «rimpiangeva di aver fatto l’astronomo», chi «si risvegliava ogni mattina con le lenzuola indurite dal gelo e le assi a capo del letto coperte da uno strato di ghiaccio spesso quasi la metà di esse […] mentre il bicchiere di brandy ghiacciava in pochi minuti, l’orologio si fermava a causa delle temperature rigide», chi all’equatore a causa dell’aria carica di umidità vedeva che «i libri rilegati in pelle si ricoprivano di una patina di muffa bianca, i rasoi divennero inutilizzabili e i coltelli arrugginivano in tasca ai marinai».
«Mai prima di allora scienziati e pensatori si erano alleati su scala mondiale» scrive Andrea Wulf «né la guerra, né gli interessi nazionali o le condizioni avverse riuscirono a fermarli. La forza del loro impegno non aveva pari e i legami internazionali che creò restarono saldi anche quando i transiti si erano conclusi da tempo».
Il libro è accompagnato da tante illustrazioni e disegni dell’epoca che lo rendono ancora più gradevole.
Link
Per informazioni sul passaggio di quest’anno c’è un articolo sul notiziario dell’Inaf, nel quale trovare anche un’ottima pagina didattica in pdf (per capire come con poca trigonometria sia possibile misurare la distanza terra-sole a partire dalla misura sperimentale dell’angolo di parallasse) e infine la pagina web dedicata al transito.
Si chiama Gabriele Giordano, è uno studente di 16 anni appassionato di fisica e ha un blog dal titolo incoraggiante: Era futura. Ha partecipato al carnevale della Fisica di gennaio con un bell’intervento sul Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo di Galileo. Il suo blog è molto interessante, lo consiglio a tutti, docenti e studenti, perché riporta notizie curiose su vari argomenti, scritte in maniera accurata e documentata. Qualche esempio? La news sul nuovo video della Nasa di piccoli esperimenti di fisica sulla Stazione spaziale internazionale con l’annuncio di un nuovo video game che uscirà il 22 marzo; il bellissimo pezzo sui materiali ferrofluidi con i video delle loro sculture; fra i post più popolari vale sicuramente la pena di informarsi su una bottiglia di plastica che “riempita con un litro d’acqua purificata e alcuni tipi di candeggina, potrebbe servire come una lampadina per alcune delle milioni di persone che vivono senza elettricità”…
Gli argomenti trattati passano dall’astronomia e dalla esplorazione spaziale fino alla fisica quantistica e alle nanotecnologie; molto divertenti e istruttivi anche gli esperimenti originali nei quali Gabriele Giordano ogni tanto si immerge (“questione di occhiali” oppure “tribus digitis”).
Il motto del blog è tratto da George Gamow “La curiosità uccide i gatti, la curiosità crea gli scienziati”. Curiosità e capacità non mancano di sicuro a questo giovane blogger, quindi quello che si può concludere – e che è anche un mio personale augurio – è di vedere un giorno tutte queste promesse trasformarsi in un ottimo scienziato!
P.S. Il blog di Gabriele Giordano mi ricorda un altro sito, fondato nel 1999-2000 da uno studente di 14 anni e che è ancora attivo: La mela di Newton. Vincitore di tre premi internazionali, il blog contiene articoli e approfondimenti su scienza e tecnologia e ha anche una sezione dedicata agli insegnanti e alla didattica.
Non poteva trovare un titolo migliore, il progetto a cura dei professori Franco Ghione e Laura Catastini del gruppo di ricerca scientifica e didattica dell’Università di Roma “Tor Vergata”. Il sottotitolo è “Storia, didattica, arte” ma per capire veramente di che cosa si tratta, bisogna navigare fra le pagine del sito web, perché i materiali al suo interno sono tantissimi e molto variegati.
Il progetto è rivolto agli insegnanti delle scuole superiori e raccoglie molti contributi come: la rubrica denominata “Scuola actually” (con lavori e riflessioni di tutti coloro che fanno parte del mondo della scuola), la sezione degli articoli (con articoli e contributi più estesi di didattica della Matematica, storia della disciplina, e collegamenti con l’arte – come i saggi su Piero della Francesca – e la psicologia o le neuroscienze) o anche la pagina con le animazioni Java (ne ho scoperta una utilissima che illustra graficamente la riflessione della luce in uno specchio parabolico oppure un’altra sul teorema di Carnot e tante per capire l’Ottica di Euclide).
Insomma, anche se l’ultimo aggiornamento risale al 2009, vale proprio la pena di consultare questo sito ricco e interessante.
Dimenticavo: nel sito è possibile scaricare il testo integrale del libro di Laura Catastini Il pensiero allo specchio e il libro di Franco Ghione Tau Topologo con le illustrazioni di Mario Schifano.
Il moto dei satelliti è un classico argomento di Fisica che ogni anno svolgo in classe. Ho trovato un po’ di materiale in Internet per arricchire il mio percorso didattico. C’è ad esempio questa tanto semplice quanto bella applet Java che illustra la famosa montagna di Newton: dal disegno originale è possibile far partire un corpo dalla cima della montagna (con il pulsante “fire”) e modificando il valore della velocità iniziale si riesce a farlo entrare in orbita. Al di sotto di questo valore limite, il corpo cadrà sulla Terra, se invece è al di sopra, il corpo lascerà definitivamente il nostro pianeta…
Sempre per quanto riguarda le simulazioni interattive, consiglio quella sul moto di un satellite del sito Openfisica a cura di Paolo Bernacchioni, Ludovica Battista (docenti di Matematica e Fisica presso il liceo scientifico Torelli di Fano) e il fisico e ricercatore Lorenzo Bernacchioni. La simulazione affronta il problema del moto di un satellite attorno a un pianeta dal punto di vista dell’energia totale del satellite (cinetica più potenziale) che determina il tipo di orbita (chiusa, aperta). Nella scheda “proposte di lavoro” allegata alla simulazione on line è possibile seguire un percorso didattico relativo all’argomento trattato.
Segnalo anche questa breve pagina intitolata Moto rotatorio di un satellite artificiale, perché ricava la formula che lega il periodo di rivoluzione di un satellite in orbita circolare intorno a un pianeta (come ad esempio la Terra).
Un altro spunto di lavoro è quello di dare come esercizio il calcolo del raggio dell’orbita di un satellite geostazionario, a partire dalla terza legge di Keplero e imponendo il periodo di rotazione uguale a quello della Terra. Una volta trovato il raggio dell’orbita si può anche determinare la quota di tali satelliti misurata a partire dalla superficie della Terra (circa 36 000 Km).
Se inoltre volete una risposta esauriente alla domanda “Come fanno i satelliti artificiali a mantenersi in orbita senza cadere sulla Terra?” potete leggerla a questo indirizzo.
Infine vale la pena di dare un’occhiata ai tredicimila satelliti artificiali che orbitano intorno alla Terra, in questo video di Google Earth:
l’annuncio di un nuovo video game che uscirà il 22 marzo; il bellissimo pezzo sui 
