Relacionar a ausência das estrelas durante o dia à intensidade da luz solar.

Identificar o conceito de estrela.

Identificar a estrela mais importante do Sistema Solar, que conseguimos ver durante o dia.

Realizar atividade prática para demonstrar como a luz solar ofusca o brilho de outras estrelas mais distantes.

Desenvolver a leitura de textos científicos relacionados com o assunto e sua interpretação.

4 horas/aula

Os alunos deverão ser capazes de identificar o Sol como uma estrela, conhecendo sua importância para a Terra.  

Introdução: uma abordagem para o professor

Estrelas

Estrelas são esferas auto-gravitantes de gás ionizado, cuja fonte de energia é a transmutação de elementos através de reações nucleares, isto é, da fusão nuclear de hidrogênio em hélio e posteriormente em elementos mais pesados.

Existem anãs brancas com temperaturas efetivas até 200 000 K e estrelas de nêutrons com temperaturas efetivas até 1 500 000 K ou mesmo maiores, se considerarmos que a emissão não se dá por toda a superfície, se o campo magnético for intenso.

A Fonte de Energia das Estrelas

A questão de porque as estrelas brilham só foi levantada no século XIX quando a termodinâmica - o estudo de calor e energia - estava se desenvolvendo. Pela primeira vez as pessoas compreenderam que o calor e a luz emitidos pelo Sol, 400 trilhões de trilhões de watts, precisava ter uma fonte. Somente em 1938 os cientistas finalmente descobriram que a fonte desta energia aparentemente inesgotável era a fusão nuclear.

A primeira lei da termodinâmica declara que a energia, incluindo o calor, nunca é criada ou destruída, simplesmente é transformada de uma forma em outra. Ainda hoje os cientistas usam este princípio para entender o Universo. A primeira invocação desta lei veio do alemão Robert Julius von Mayer (1814-1878), que em 1840 completou seu curso de medicina e embarcou como cirurgião em uma viagem para a Índias Orientais Holandesas. Como o tratamento médico naquela época envolvia sangramentos, Mayer observou que o sangue dos marinheiros recém chegados da Europa era mais vermelho do que o daqueles que estavam há longo tempo nos trópicos, indicando que havia mais oxigênio no sangue dos que chegavam. Ele concluiu que menos oxigênio era necessário para manter a temperatura do corpo em clima mais quente, argumentou que a energia química da comida estava se transformando em calor e generalizou para a noção de que todas as formas de energia eram mutáveis entre si. A palavra energia, do grego energeia, tem como raízes en (em) e ergon (trabalho). Energia é basicamente a capacidade de um sistema de realizar trabalho. Em 1843 o físico inglês James Prescott Joule (1818-1889) aprofundou as medidas do americano Benjamin Thompson (1753-1814), Conde de Rumford, da conversão de energia mecânica e elétrica em calor. Em 1847 o físico alemão Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz (1821-1894) deduziu a fórmula da energia potencial gravitacional, e demonstrou que, na ausência de fricção, a soma da energia cinética com a energia gravitacional potencial não muda com o tempo. Deste modo, no fim da década de 1840, a conservação de energia tinha sido enunciada claramente por Mayer, Helmholtz e Joule.

No fim do século XIX os astrônomos começaram a se perguntar que forma de energia estava sendo convertida em calor no Sol. Em 1898, Sir Robert Stawell Ball (1840-1913), um astrônomo de Cambridge, notou que fósseis de peixes tinham olhos bem desenvolvidos, uma indicação de que o Sol brilhava desde muito antes da humanidade. Ele considerou e descartou a hipótese de que o Sol ainda estaria esfriando a partir de um aquecimento inicial durante sua formação. Não, o Sol teria há muito esfriado ao ponto de não mais emitir luz visível. Poderia o Sol ser movido a combustível tradicional?

Consideremos um pedaço de carvão mineral, o melhor combustível conhecido naquela época, e assumamos que seja possível misturar todo o oxigênio necessário para conseguir queima completa. Podemos então calcular quanto carvão é necessário por segundo para produzir a energia que o Sol emite por segundo, e quanto tempo uma quantidade de carvão tão grande quanto o Sol duraria. A resposta para carvão mineral, ou petróleo, ou mesmo hidrogênio puro, sempre resulta entre 6 000 a 10 000 anos. Um Sol movido a combustível normal não poderia durar mais do que a história humana escrita.

As estrelas são enormes corpos celestes - entidades gasosas com uma variedade de massas, tamanhos e temperaturas.

Estima-se que existam 100 bilhões de estrelas no Universo! Há milhares de anos, o homem tem identificado e colocado nomes em constelações estelares.

O Sol é o astro mais próximo da Terra, o único visível durante o dia e parece um grande e redondo disco no céu. As outras estrelas estão tão longe de nós que só cintilam no céu à noite. Esse brilho é causado pela distância que estão de nós e pelo efeito da atmosfera no nosso planeta.   

O Sol

O Sol é o maior objeto do Sistema Solar e é mais de 1 milhão de vezes maior do que a Terra.

É um astro comum, um entre tantos na galáxia. Ele é formado por 70% de hidrogênio, 28% de hélio e 2% de metais. A fusão nuclear é a responsável pela produção de energia que o faz brilhar com tanta intensidade.

A temperatura da sua superfície é de 5.500 °C, e a do seu núcleo, de 14.000.000 °C! O Sol está na metade do seu ciclo de vida. Mas não precisamos nos preocupar, pois ele ainda vai continuar a brilhar por mais 5.000 milhões de anos.   

Adaptado de: http://www.discoverybrasil.com/guia_espacio/estrellas/index.shtml (consultado em 13/11/10, às 09h47min) e http://astro.if.ufrgs.br/estrelas/node9.htm (consultado em 13/11/10, às 09h46min).     

Estratégia   

Como os alunos poderão atingir os objetivos propostos:

Os alunos poderão atingir os objetivos propostos através de discussões entre eles, realização de atividades práticas de observação e experimentação, leitura e interpretação de textos e vídeos sobre o assunto.   

Como o professor irá ativar esse processo: 

O professor ativará este processo por meio de incentivo às discussões entre os alunos, apresentação de atividades práticas para observação, leitura de texto e interpretação, além de exibição de vídeos sobre o assunto para sistematização dos conhecimentos.   

Atividade Inicial: Observando as estrelas             

Professor, num primeiro momento da aula, proponha para a turma a confecção de uma caixa que simulará constelações de estrelas. Antes de iniciar a montagem da atividade, sonde dos alunos se conhecem as estrelas, o que pensam ser uma estrela, quais os seus conhecimentos prévios sobre o assunto. Depois desta discussão inicial, providencie os materiais abaixo:

Materiais necessários:  

- Caixa de sapatos

- Tinta preta

- Pincel

- Régua

- Cartolina preta

- Caneta marcadora branca ou dourada

- Alfinete de desenho

- Compasso

- Tesoura   

Modo de preparar:   

Pinte o interior da caixa de sapatos e da tampa com a tinta preta – quanto maior o pincel, melhor, pois a pintura será mais rápida. Veja se a tampa se ajusta bem à caixa, pois é preciso que esta seja à prova de luz. Fure um visor (círculo) de 1 cm de diâmetro numa extremidade. Recorte uma janela na outra extremidade da caixa, deixando 3 cm de cada lado e na base. Corte retângulos de cartolina preta, da mesma altura, mas levemente mais largos que a janela que você recortou na caixa. Escolha suas constelações dos mapas estelares de manuais. Com a caneta marcadora, copie com atenção as posições das estrelas nos retângulos. Com alfinete, fure a cartolina onde você desenhou as estrelas. Para estrelas mais brilhantes, faça furos maiores. Coloque na janela da caixa um retângulo por vez, olhe contra a luz através do visor do outro lado, e verá pontos claros, que representam as estrelas da constelação que você representou.             

Discuta com os alunos o que eles acabaram de observar, quais as características das estrelas, o que são constelações, dentre outros. Deixe-os se manifestarem, dando suas opiniões. Escreva no quadro as ideias principais.

Retirdo de: http://2.bp.blogspot.com/_LVQtuzNx5Kk/SpZJJyZ-5SI/AAAAAAAABao/nuwLoTX60vs/s400/CaixaPreta.jpg (consultado em 14/11/10, às 16h37min).  

Retirado de: http://4.bp.blogspot.com/_z4SGSNmjkg4/SkO38IWuAnI/AAAAAAAAAKg/xbITdA2NJhY/s400/zodiac.jpg (consultado em 14/11/10, às 16h40min). 

Atividade prática 1: Luz das estrelas             

Professor, depois do momento inicial, proponha mais um momento de atividade prática com os alunos, em que observarão como a distância pode influenciar no brilho das estrelas. Para tanto, providencie os seguintes materiais:   

Materiais necessários: 

- Lanterna de tamanho médio a grande.

- Lanterna de tamanho pequeno.   

Modo de preparar:

Vá com os alunos para uma sala escura e ligue as lanternas. Coloque a luz das lanternas uma sobre a outra e a diferentes distâncias. Peça que os alunos observem e exponham suas opiniões. Neste momento, discuta com a turma o que perceberam, como as luzes das lanternas modificaram de acordo com a distância, o que isso pode ter a ver com o brilho das estrelas. Será que grandes estrelas, quando estão longe da Terra, podem parecer pequenas a nossos olhos?   

Atividade prática 2: Cintilação das Estrelas             

Professor, depois da discussão acerca da atividade anterior, realize com a turma mais uma atividade prática. Para tanto, providencie os materiais:   

Materiais necessários:

- Plástico polibolha

Retirado de: http://www.paulofelipe.com/estouentediado/wp-content/uploads/2007/05/plastico_bolha.jpg  (consultado em 14/11/10, às 16h45min). 

- Papel

- 2 lanternas

- Compasso

- Tesoura

- Régua

- Fita adesiva   

Modo de preparar: 

Na sala de aula, fixe uma lanterna a 5 m de distância de uma parede: esta lanterna representará uma estrela. Fixe a outra lanterna a 30 cm da mesma parede: esta representará um planeta. Faça um furo de aproximadamente 3 cm de diâmetro no papel e cubra o planeta com o mesmo. Peça a um aluno para mover o plástico polibolha, que representará a atmosfera do planeta, de um lado para outro na frente do planeta (entre a lanterna e a parede).

O brilho varia?

Agora faça a mesma coisa na estrela.

Qual a diferença?

Se você sair à noite, pode ver as estrelas cintilando de verdade.

Quais delas cintilam mais?

As que estão acima ou as mais próximas do horizonte? Por quê?

Acenda a luz da sala quando as lanternas estiverem acesas e peça que observem.   

Discutindo o assunto             

Professor, depois da realização das atividades práticas, disponha os alunos em semicírculo e inicie uma discussão. Incentive-os a se manifestarem, dando suas opiniões sobre o que observaram e conversando entre eles, como um debate.             

O que a distância de uma estrela pode influenciar em seu brilho? Por que durante o dia não vemos as estrelas? O que mais pode influenciar o brilho das estrelas?

Explique que como as estrelas estão muito distantes, a única maneira de estudá-las é pelo exame da luz que emitem. Ao observar um céu estrelado, provavelmente você perceberá duas coisas: as estrelas têm brilhos diferentes e cintilam. A cintilação é causada pela atmosfera da Terra, mas o brilho varia de uma estrela para outra. Se descobrir a que distância uma estrela está, será possível medir quanta energia ela produz na forma de luz, sua luminosidade. Algumas das chamadas “estrelas variáveis” mudam sua luminosidade devagar.

Vista daqui da Terra a única estrela visível durante o dia é o Sol, e por estar relativamente próxima de nós, em relação à maioria da estrelas, sua luz é mais intensa. Isso faz com que não possamos ver as outras estrelas durante o dia.   As outras estrelas estão muito distantes da Terra, e assim o caminho que a luz deve percorrer até chegar a nós é muito grande: parte de sua intensidade é perdida. Por isso, só conseguimos vê-las durante a noite e com mais nitidez em locais com baixa luminosidade, como áreas rurais e de campo.   

Adaptado de: Como o Universo Funciona. 1991. Editora Globo.  

Texto para os alunos:            

Professor, após os debates entre os alunos, entregue para eles um texto sobre as estrelas, para construção de novos conhecimentos e esclarecimento de dúvidas. Faça com eles uma leitura oral, destaque as informações mais relevantes, peça que eles anotem no caderno os novos conhecimentos.             

Abaixo segue sugestão de texto:   

Observando estrelas jovens 

Conheça o ciclo de vida das estrelas 

Quando aproveitamos a noite para olhar o céu estrelado, apreciamos o brilho de estrelas adultas. Poucas pessoas sabem que as estrelas têm um ciclo de vida parecido com o nosso: nascem, amadurecem e morrem. No momento em que esses astros começam a emitir a luz que pode ser percebida por nossos olhos, é sinal de que eles nasceram. Hoje, porém, os astrônomos já conseguem observar estrelas muito jovens, que ainda não brilham. São elas as protoestrelas.

As estrelas nascem em imensas e rarefeitas nuvens de gás chamadas nebulosas. Para se ter uma ideia, o tamanho de uma nebulosa é maior que a distância do Sol até a estrela mais próxima, algo inimaginável, da ordem de dezenas de trilhões de quilômetros. As nebulosas - formadas basicamente pelos gases hidrogênio e hélio podem ser consideradas berçários estelares, já que abrigam as estrelas recém-nascidas, que os cientistas batizaram de jovens ou protoestrelas.

Hidrogênio e hélio   

As nebulosas são formadas de hidrogênio e um pouco de hélio, que são os elementos mais comuns no universo. Mas será que esses gases só existem no espaço? A resposta é não. O hidrogênio existe em abundância aqui na Terra, só que ele aparece sempre ligado com outros elementos. Você já ouviu, por exemplo, alguém chamar a água de H2O? Essa é a fórmula da água e o H representa o hidrogênio. Ela diz que a molécula da água é formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Já o hélio é tão raro na Terra, que foi descoberto primeiro no Sol. Quando os astrônomos começaram a estudar a composição do Sol, detectaram um elemento que eles não conheciam por aqui, daí veio o nome hélio, que significa Sol em grego. É difícil encontrar hélio na Terra, porque ele é muito leve e escapa da nossa atmosfera. Ao contrário do hidrogênio, ele não se combina para formar outras moléculas. Apesar de raro, às vezes o hélio é usado para encher balões de aniversário.   

O Sol é uma estrela   

Quando falamos de estrelas é preciso lembrar uma coisa: O Sol também é uma estrela. Mas por que as outras estrelas parecem tão pequenas e fracas comparadas com o nosso Sol? É porque elas estão muito mais longe de nós do que o Sol. Imagine: se a Terra fosse do tamanho da cabeça de um alfinete, o Sol seria do tamanho de uma laranja, e eles estariam a cerca de vinte passos de distância um do outro. A estrela mais próxima ficaria mais ou menos à distância de sete mil quilômetros, cerca de 20 vezes a distância do Rio de Janeiro a São Paulo.

Nos últimos anos, os cientistas conseguiram melhorar sua compreensão de como nascem as estrelas. No entanto, ainda não se conhecem aspectos importantes de sua formação. Ignora-se, por exemplo, como uma nuvem tão grande e rarefeita pode se transformar em estrelas como o nosso Sol. Para compreender melhor cada uma das etapas do nascimento de uma estrela, é preciso observar estrelas extremamente jovens e as nebulosas onde são formadas. Mas isso não é lá muito fácil...

Mesmo sabendo que as estrelas se formam nas nebulosas, até 1993 os astrônomos não tinham conseguido observar uma protoestrela. Primeiro, porque existem poucos objetos no céu que podem ser considerados, com certeza, protoestrelas. Depois, porque esbarra-se em outro problema: o fato de as estrelas em formação estarem dentro do que poderíamos chamar casulos de gás e poeira cósmica, que não deixam a luz desses futuros astros chegarem a nós.

Só com o avanço da tecnologia - que permitiu o aperfeiçoamento de aparelhos que conseguem detectar outros tipos de luz como os raios infravermelhos e submilimétricos - os astrônomos, finalmente, puderam observar essas estrelas jovens. E, a partir de então, fizeram novas descobertas.

A luz que a gente não vê   

Assim como existem sons que nossos ouvidos não detectam - como o famoso apito para cachorros, que passa despercebido para os humanos -, existe luz que a gente não vê. O infravermelho é um exemplo de um tipo de luz que não vemos. Uma torradeira elétrica, por exemplo, usa o infravermelho para torrar o pão e a gente não vê. Outro exemplo é o ultravioleta, aquela luz que queima a pele quando ficamos expostos ao Sol. Os raios X, os raios gama, as ondas de rádio e as microondas também são tipos de luz. Mas o que isso tem a ver com a astronomia? É que muitos astros emitem tipos de luz que não podemos ver, e que os telescópios usuais não podem detectar.   

Nas primeiras fases de sua formação, as estrelas são muito frias, e emitem luz nas faixas de rádio e infravermelho. Quando elas começam a esquentar, emitindo luz visível, o casulo de poeira e gás que circunda a protoestrela absorve a luz emitida pelo embrião. A luz absorvida pelos grãos de poeira é reenviada na faixa do infravermelho. O gás que circunda as estrelas jovens emite luz na faixa de rádio. Portanto, só com equipamentos capazes de detectar essas faixas de emissão de luz é possível estudar os berçários de estrelas.   

Disponível em: http://chc.cienciahoje.uol.com.br/revista/revista-chc-2000/108/observando-estrelas-jovens/observando-estrelas-jovens-0 (consultado em 13/11/10, às 11h26min). 

Ferramentas tecnológicas – Atividades Visuais:             

Professor, após as discussões sobre o texto, apresente para a turma alguns vídeos informativos sobre o assunto, de forma que possam construir novos conhecimentos e sistematizar o que já aprenderam. Depois de verem os vídeos, peça que cada aluno faça no caderno uma história em quadrinhos que represente o que aprendeu na aula de hoje.             

Abaixo seguem sugestões de vídeos:   

A Via-Láctea - Nascimento e Morte das Estrelas - http://www.youtube.com/watch?v=w04w7JRCKME (consultado em 13/11/10, às 11h27min).    

History Channel - O Universo - Vida e Morte de uma Estrela (Parte1de5) - http://www.youtube.com/watch?v=tw-bD8UhZYw&feature=related (consultado em 13/11/10, às 11h28min).    

History Channel - O Universo - Vida e Morte de uma Estrela (Parte2de5) - http://www.youtube.com/watch?v=8OuhdjXYA-I&feature=related (consultado em 13/11/10, às 11h33min).    

History Channel - O Universo - Vida e Morte de uma Estrela (Parte3de5)- http://www.youtube.com/watch?v=LeVsPgVFKwI&feature=related (consultado em 13/11/10, às 11h29min).    

History Channel - O Universo - Vida e Morte de uma Estrela (Parte4de5)- http://www.youtube.com/watch?v=fkKD7GaHYiM&feature=related (consultado em 13/11/10, às 11h30min).    

History Channel - O Universo - Vida e Morte de uma Estrela (Parte5de5) - http://www.youtube.com/watch?v=jVxwS6BYO3o&feature=related (consultado em 13/11/10, às 11h31min).    

POEIRA DAS ESTRELAS - PARTE 07 - FANTASTICO - GLOBO - http://www.youtube.com/watch?v=QNMtAjwufkQ (consultado em 13/11/10, às 11h32min).   

Professor, abaixo seguem alguns recursos complementares para a aula, que você poderá usar caso seja necessário, ou apenas como um saiba mais:

http://chc.cienciahoje.uol.com.br/noticias/astronomia-e-exploracao-espacial/estrelas-nao-caem/ (consultado em 13/11/10, às 11h34min).    

http://www.astro.iag.usp.br/~maciel/teaching/artigos/mortes.html (consultado em 13/11/10, às 11h35min).    

http://chc.cienciahoje.uol.com.br/blogue-do-rex/2010/marco/hora-do-planeta-e-das-estrelas (consultado em 13/11/10, às 11h36min).    

http://chc.cienciahoje.uol.com.br/noticias/astronomia-e-exploracao-espacial/estrelas-que-contam-historias/ (consultado em 13/11/10, às 11h37min).    

http://www.luso-poemas.net/modules/news/article.php?storyid=157504 (consultado em 13/11/10, às 11h38min).    

http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/observando-o-ceu/uma-leitura-do-mapa-do-ceu.php (consultado em 13/11/10, às 11h40min).   

Avaliar numa perspectiva formativa implica estar atento à construção de conhecimentos conceituais, comportamentais e atitudinais de nossos alunos. Por isso é importante estar atento a todo o percurso do aluno enquanto aprende: suas ideias iniciais, aquelas apresentadas durante a investigação, à maneira que relaciona com os colegas, sua atitude investigativa e crítica, no decorrer da aula. Feitas estas considerações, propomos mais um momento para que os alunos sejam avaliados.             

Divida a turma em grupos e entregue para cada grupo uma folha de cartolina, em que os grupos deverão montar cartazes informativos sobre as estrelas. Cada grupo poderá representar um aspecto importante do assunto, ou cada um poderá pesquisar sobre uma estrela ou constelação específica e falar sobre ela. Ao final, os trabalhos deverão ser expostos e explicados para o restante da turma, e os cartazes colocados no mural da escola, para divulgação dos conhecimentos dos alunos. Desta forma, você poderá avaliar o processo de ensino-aprendizagem e se os alunos conseguiram atingir os objetivos propostos.