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O Universo desconhecido por nossos sentidos

 

28/05/2013

Autor y Coautor(es)
MARCELO DE OLIVEIRA SOUZA
imagem do usuário

CAMPOS DOS GOYTACAZES - RJ Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro

Estructura Curricular
Modalidad / Nivel de Enseñanza Disciplina Tema
Ensino Médio Física Universo, terra e vida
Ensino Fundamental Final Ciências Naturais Terra e universo
Datos de la Clase
O que o aluno poderá aprender com esta aula

- Entender o espectro eletromagnético.

- Compreender a razão pela qual há necessidade de observar o Universo em distintas faixas do espectro eletromagnético com o uso de radiotelescópios e telescópios espaciais.

- Entender as limitações e as possibilidades causadas pela deficiência visual. 

Duração das atividades
2 aulas com 50 minutos cada
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno

- Noções básicas de Astronomia: Sistema Solar, modelo Heliocêntrico, Estrelas e a Via Láctea.

- Noções básicas de Dinâmica: Leis de Newton.

- Noções Básicas de Eletromagnetismo: Espectro eletromagnético, ondas eletromagnéticas e óptica.

Estratégias e recursos da aula

Sugerimos que a aula seja apresentada em um laboratório de informática ou em um espaço (sala de aula ou auditório) que disponibilize para o professor o acesso a um computador, com sistema de som, e a um projetor multimídia. Propomos que a aula seja apresentada em três momentos como apresentado a seguir:

1o Momento - Sinais dos Astros

Nesse momento propomos a apresentação de informações básicos sobre as estrelas.

Uma estrela é uma grande esfera de plasma. O plasma é um gás ionizado em estado de alta energia. A estrela mais próxima do planeta Terra é o Sol. As estrelas produzem energia a partir de reações nucleares que ocorrem em seu núcleo. 

Abaixo apresentamos um texto com informações sobre as estrelas:

"Em um momento, um ponto luminoso no céu. Em um piscar de olhos. No mesmo local. Um novo brilho. Mais intenso. Observação rara, que no passado deve ter surpreendido muitas civilizações. Nos modelos que consideravam o firmamento imutável, como explicar essa mudança? Uma estrela visitante que surge brilhante, de surpresa.

No ano 386 há um registro, feito pelos chineses, do surgimento de uma estrela visitante muito brilhante na constelação de Sagitário. Existem relatos de registros anteriores feitos pelos chineses nos anos 2241 A.C., 352 A.C., 185 e 369, mas que são contestados por alguns pesquisadores. A observação realizada no ano 185 foi questionada por Chin e Huang em 1994, em um artigo publicada na revista Nature. Propõem que poderia se tratar da observação de um cometa. 

Após o ano de 386 há outros relatos de observação de uma estrela visitante brilhante. Um que chama a atenção é o relato feito nos Anais da Dinastia Sung, da China, sobre a observação do aparecimento de uma estrela visitante em julho de 1054. A data precisa do seu surgimento no firmamento parece ser o dia 4 de julho de 1054. Segundo o relato, a estrela esteve visível também durante o dia durante aproximadamente 23 dias. Gradualmente o seu brilho foi diminuindo. Após um ano, do seu majestoso aparecimento, ela não era mais visível. Uma grande surpresa é que não existem relatos de sua observação na Europa.

Outras estrelas visitantes de destaque foram as que surgiram em, 6 de novembro de 1572 na constelação de Cassiopeia, observada por Tycho Brahe, e em  9 de outubro de 1604 na constelação de Ofiúco, observada por Johannes Kepler. A primeira tinha um brilho maior que o de Vênus e a segunda um brilho próximo ao de Vênus. Foram facilmente observadas a olho nu. Após essa data, com o auxílio de instrumentos de observação, foi possível observar o surgimento de diversas estrelas visitantes. Nenhuma, até os nossos dias, com um brilho tão intenso. Passaram a ser chamadas de Supernovas.  Hoje consideramos um modelo no qual a supernova representa uma gigantesca explosão que ocorre em estrelas que possuem uma massa muito maior do que a do Sol. Representa o final de sua vida. Nessa explosão é liberada uma quantidade enorme de energia. Como nós, as estrelas nascem e morrem. O Sol não terá esse destino, também morrerá, mas de uma forma menos abrupta.

Na explosão de uma supernova há a liberação de grande quantidade de material para o espaço. Permanece existindo um núcleo pequeno muito denso. Esse núcleo pode ter a forma de uma estrela de nêutrons, ou um buraco negro. A poeira e os gases espalhados darão origem a novas estrelas. Nas reações que ocorrem no núcleo das estrelas é onde acreditamos que se formam, a partir do hidrogênio, o elemento mais abundante no Universo, os elementos que temos hoje em nosso mundo. O sistema solar foi, dentro do modelo científico que consideramos, formado a partir do resto de uma supernova... Nós somos filhos das estrelas, como dizia o cientista americano Carl Sagan. Da poeira das estrelas surge a vida. Ciclos de vida e morte. Do pó nascemos ao pó retornaremos..."

Fonte: livro  “Um Passeio pelo Céu” – Marcelo de Oliveira Souza - editora Muyraquitã - 2007 

As estrelas emitem energia e partículas para o espaço como resultado de reações internas. As emissões de energia podem ocorrer em todas as faixas do espectro eletromagnético (figura 1),  desde as ondas de rádio até os raios gama.  A faixa do espectro visível para as gentes abrange somente a região com comprimentos de onda compreendidos entre aproximadamente 400nm e 700nm.

Espectro Eletromagnético

Figura 1 - Espetro Eletromagnético

Fonte: Wikipedia - http://pt.wikipedia.org/wiki/Espectro_vis%C3%ADvel

 

A atmosfera terrestre filtra grande parte da radiação proveniente do Sol e dos demais astros do Universo (figura 2). De todo o espectro eletromagnético são filtradas pela atmosfera a maior parte da faixa do infravermelho e do ultravioleta, e a toda a faixa do raio X e do raio Gama.

Proteção da atmosfera

Figura 2 - Proteção da atmosfera

Fonte: imagem com montagem produzida por Marcelo de Oliveira Souza

 

Essa é a razão pela qual para poder observar o Universo em todas as faixas do espectro é necessário colocar telescópios no espaço, além da atmosfera terrestre. Abaixo apresentamos dois textos com informações sobre o início da  radioastronomia e sobre a observação do Universo em outras faixas do espectro:

"Em nossa imaginação criamos uma representação para o Universo. Imagem única. Formada pelas informações coletadas por nossos sentidos. Nossa conexão com o mundo. Visão, audição, tato, olfato e paladar. O cérebro, a gerne do processamento dessas informações. Em um passado não muito distante, as representações de nosso mundo estavam limitadas ao alcance dos nossos sentidos. Será que existe um Universo distinto do que sentimos? Dúvida existencial presente na alma do ser humano.

Com o auxílio de um instrumento de observação, extensão de nosso olho, Galileu Galilei, iniciou o descortinamento de um novo firmamento. Em 1610 publicou dados relativos as suas primeiras observações. Imagens desconhecidas pelos nossos sentidos. Instrumentos mais precisos foram permitindo à humanidade vislumbrar um Universo desconhecido. Telescópios, escadas para nos auxiliar a tocar as estrelas. Metáforas para poetas. Suporte científico para cientistas criativos e sonhadores.

Apesar desse auxílio, continuávamos limitados a observar o Universo dentro da faixa do espectro eletromagnético que a nossa retina é sensível. Em 1932, uma grande surpresa. O físico norte-americano Karl Guthe Jansky anunciou na “Proceedings of the IRE” que havia detectado ondas de rádio cuja fonte estava localizada no centro da nossa galáxia, a Via Láctea. Primeira detecção de um sinal não visível com fonte extraterrestre. Início da radioastronomia!!! Ele havia sido contratado em 1928 pela Bell Telephone Laboratories para investigar as fontes de interferência na recepção de sinais transmitidos pelas estações de rádio, terrestres, é bom que se diga... Desde 1931 havia percebido que um dos sinais detectados, e que interferiam na recepção, tinha uma fonte que parecia não estar em nosso planeta... Uma análise mais detalhada o  permitiu confirmar as suspeitas iniciais. A fonte da emissão estava localizada no centro da nossa galáxia!!! Descoberta feita por acaso...

Em 1937, Grote Rober, motivado após ter lido o anúncio da descoberta, construiu um radiotelescópio no jardim de sua casa. Realizou a primeira sequência de registros sistemáticos de sinais extraterrestres e confirmou a descoberta feita por Jansky. A partir desse momento temos o início da construção de gigantescos radiotelescópios. Registro de dados de um Universo desconhecido pelos nossos sentidos.

Em 1967, Susan Jocelyn Bell-Burnell, estudante de pós-graduação da Universidade de Cambridge, realizou a detecção de sinais extraterrestres periódicos e com uma alta frequência. Não tendo uma fonte visível, chegou a se especular na época que poderiam ser sinais emitidos por seres extraterrestres. LGM, little green men, pequenos homens verdes. Ela e seu orientador Anthony Hewish publicaram um trabalho sobre essa detecção. A fonte dos sinais é um tipo de astro conhecido como estrela de nêutrons, também chamado de pulsar. Foi a primeira vez que haviam sido detectados, já que não era possível observá-los na faixa do visível. Por essa descoberta o seu orientador recebeu o Prêmio Nobel em 1974. Uma das grandes injustiças da ciência foi a não premiação de Jocelyn Bell.

O PhD em Física, Kent Cullers, é deficiente visual. Foi o primeiro deficiente visual a se formar em Física. Obteve o seu doutorado em 1980. Trabalhou no projeto SETI. Projeto que analisa os sinais detectados pelos rádio-telescópios em busca de vida extraterrestre.  Ele não conta com o auxílio da visão, fato que não o impediu de perscrutar o Universo e tentar compreendê-lo. Ouve o som das estrelas. Fonte para uma sinfonia que ele está compondo usando a sensibilidade de sua alma. No silêncio da ausência de imagens, imagina um Universo melodioso, colorido pela esperança, e justo. Ultrapassando todos os obstáculos se transformou em um exemplo para a humanidade..."

Fonte: livro  “Um Passeio pelo Céu” – Marcelo de Oliveira Souza - editora Muyraquitã - 2007 

"Ilusão... Magia... Início da noite... No horizonte... Uma grande esfera no céu... Lua cheia gigante... Selene imponente... A Terra rodando... Selene subindo... Encolhendo... Pequena, no alto do céu... Os astros se divertem... A mente sendo ludibriada... Engano inconsciente... Astúcia de Selene??? A natureza mostrando seu poder...  Os seres humanos... Neófitos no Universo...

Nesse momento as atenções estão direcionadas para a Copa do Mundo. Nos jogos há momentos que surgem dúvidas em relação ao que observamos. Para nos auxiliar temos a disposição recursos tecnológicos que permitem a observação do mesmo lance a partir de diferentes referenciais. Visualizamos como se estivéssemos situados em diferentes posições no estádio, ou, até sobrevoando o estádio!!! Há câmeras em todos os locais. Percebemos como para uma mesma cena, dependendo do referencial, ou seja, do local onde estamos, podemos observar algum detalhe diferente. Pode-se perceber se realmente ocorreu a falta. A bola atravessou a linha? A mão do jogador tocou na bola? Como a nossa mente nos engana...

Na observação do Universo estivemos durante muito tempo limitados a observações realizadas a partir da superfície de nosso planeta. Um único referencial. Os movimentos da Terra nos auxiliam a buscar encontrar posições distintas para observar o mesmo astro, ou observar novos astros. Há limitações. Algumas delas são impostas pela atmosfera da Terra. Com o início da conquista espacial foi possível realizar observações a partir de outros referenciais. Passeamos pelo sistema solar... As novas tecnologias disponíveis permitem que possamos receber imagens enviadas pelas naves espaciais com muito boa resolução. Há diversos satélites telescópios em órbita da Terra. Observam o Universo em diversas faixas do espectro eletromagnético. Algumas delas não são possíveis observar a partir da superfície da Terra. A atmosfera para nos proteger filtra alguns desses sinais. Para a dimensão que imaginamos ter o Universo, estamos limitados a uma infinitamente pequena região. Imaginamos a forma da Galáxia onde vivemos, a Via Láctea, por comparação com a observação de outras Galáxias e pela observação realizada a partir da Terra. Em uma região com pouca iluminação artificial, é possível perceber uma faixa clara atravessando o firmamento. Por sua aparência, recebeu o nome de Via Láctea, caminho de leite no céu. Em 1750 o filósofo inglês Thomas Wright (1711-1786) apresenta uma proposta para a forma do Universo conhecido na época, analisando a forma da Via Láctea. Imaginava que o Universo estava limitado a uma fina casca de uma esfera. Nessa região se olhássemos para o lado veríamos uma grande quantidade de estrelas.  Olhando para cima e para baixo nessa casca, como era delgada, veríamos poucas estrelas. Explicava dessa forma porque não víamos o céu todo repleto de estrelas. O que havia no centro dessa esfera? Por que o Universo tinha essa forma? Dúvidas... Em 1775 o filósofo Immanuel Kant (1724-1804)apresentou novos elementos a essa discussão. Imaginando a Via Láctea como um disco, modelo que se adapta a proposta feita por Thomas Wright, sugeriu a hipótese de haver outros discos semelhantes ao que vivemos. Os Universos Ilhas. Na época, quando se observava algumas estrelas elas apareciam como objetos difusos nos telescópios. Pequenas nuvens. Baseado nessas observações imaginou que essa seria a forma que poderíamos observar outros discos compostos por estrelas, semelhantes ao disco com estrelas no qual vivíamos. Após essa primeira proposta se passaram muitos anos até que surgissem condições técnicas para realizar as análises mais precisas que eram necessárias. Somente em 1923 o astrônomo norte-americano Edwin Powell Hubble(1889-1953) comprovou com dados observacionais a existência de outras galáxias. Existiam outras galáxias no Universo... Vivemos em uma galáxia com incontáveis estrelas. Existem incontáveis galáxias com incontáveis estrelas... Para essas análises não contamos com os recursos que são utilizados nos jogos de futebol. Não podemos, hoje em dia, colocar uma câmera sobrevoando a nossa galáxia. Passeando em torno de outras galáxias. Olhando a nossa galáxia a partir de outra galáxia.... Quem sabe um dia..."

Fonte: livro  “Um Passeio pelo Céu” – Marcelo de Oliveira Souza - editora Muyraquitã - 2007

Uma das áreas que tem tido um grande desenvolvimento nos últimos tempos é a radioastronomia. Com a construção de gigantescos conjuntos de radiotelescópios. Entre uma grande quantidade de radiotelescópios existentes no Mundo há dois projetos que se destacam: O radiotelescópio de Arecibo e o sistema de radiotelescópios conhecido pela sigla ALMA.

O maior radiotelescópio fixo do mundo está localizado em Arecibo, região de Porto Rico (figura 3). Sua antena parabólica possui 305 m de diâmetro.

Radiotelescópio de Arecibo

Figura 3 - Radiotelescópio de Arecibo

Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Radiotelesc%C3%B3pio_de_Arecibo

 

O ALMA (   Atacama Large Milimeter Array - Matriz Atacama de Largo Milímetro)  foi inaugurado no dia 13 de março de 2013. Está localizado a uma altura aproximada de 5.000m na região de Chajnantor, próximo de San Pedro de Atacama, no Chile. É composto por um conjunto de 66 antenas, cada uma com 12 metros de altura e 7 metros de diâmetro (figura 4 e figura 5).

ALMA

Figura 4 - ALMA

Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/Atacama_Large_Millimeter_Array

ALMA 2

Figura 5 - ALMA

Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/Atacama_Large_Millimeter_Array

É possível ter em cada escola um radiotelescópio, há diversos projetos de equipamentos de baixo custo. O mais famoso é o sistema proposto no projeto Radio Jove. É um sistema que custa aproximadamente R$200,00 e já foi instalado em 1.700 escolas de diversos países do Mundo. Para conhecê-lo com mais detalhes basta acessar a página do projeto: http://radiojove.gsfc.nasa.gov/

Informações sobe outro radiotelescópio de baixo custo estão disponíveis nas referências abaixo (as três primeiras em inglês e última em português):

http://www.scienceinschool.org/2012/issue23/telescope

http://www.nastro.org.uk/how-to-build-a-radio-telescope.html

http://www.iiap.res.in/iya09/VPwkshop/talks/DhirajGaikwad.pdf

http://www.ucb.br/sites/100/118/TCC/2%C2%BA2007/TCCKley2007.pdf

Os radiotelescópios de baixo custo geralmente são utilizados para registrar ondas de rádio provenientes do Sol e do planeta Júpiter. Registros de atividades solares podem ser ouvidos a partir de arquivos de áudio disponibilizados no seguinte endereço:

http://www.astrosurf.com/luxorion/audiofiles-solar.htm

Sugerimos que seja solicitado aos estudantes que desenvolvam e apresentem uma apresentação multimídia (como por exemplo com slides produzidos no software power-point)  com dados sobre a radioastronomia e com propostas para a construção de um radiotelescópio de baixo custo. Propomos também que os estudantes elaborem material multimídia com informações sobre os telescópios espaciais em atividade com dados sobre a faixa do espectro eletromagnético que cada um desses telescópios espaciais é sensível.

Referências:

Estrelas

http://astro.if.ufrgs.br/esol/esol.htm

http://www.iag.usp.br/siae98/universo/evolucao.htm

http://astro.if.ufrgs.br/estrelas/estrelas.htm

http://pt.wikipedia.org/wiki/Estrela

Radioastronomia

http://lief.if.ufrgs.br/~gentil/

http://educacaoespacial.files.wordpress.com/2010/10/radioastronomia-ferramenta-para-observar-o-universo1.pdf

http://www.iar.unlp.edu.ar/radio.htm

Estrela de Nêutrons ou Pulsar

http://www.infoescola.com/cosmologia/estrela-de-neutrons/

http://www.if.ufrgs.br/oei/stars/neutron_st/neutrst.htm

Telescópios Espaciais

http://pt.wikipedia.org/wiki/Categoria:Telesc%C3%B3pios_espaciais

 

2o Momento - Atividade Mundo Desconhecido pelos nossos sentidos

A partir da percepção de que as gentes possuem limitações na observação do Universo é possível compreender o que ocorre quando tragicamente se perde a visão. Os deficientes visuais enfrentam grandes, e desconhecidos pela maior parte das gentes, dificuldades em seu cotidiano. A radioastronomia pode ser utilizada como o ponto de partida para apresentar aos estudantes as dificuldades enfrentadas pelos deficientes visuais. Na cidade de Campos dos Goytacazes, localizada na região Norte do Estado do Rio de Janeiro, a equipe do Clube de Astronomia Louis Cruls realizou uma inédita experiência de usar a Astronomia para mostrar a necessidade de compreender o mundo como é percebido pelos deficientes visuais. No período de 13 a 16 de abril de 2013 foi instalado no maior Shopping Center da cidade uma tenda fechada como parte do projeto "Universo Desconhecido". Os visitantes usavam vendas nos olhos e eram guiados por deficientes visuais em um passeio por representações tácteis de constelações, modelos táteis de planetas em escalas e registros sonoros de atividades solares e pulsares. Abaixo apresentamos algumas imagens da atividade desenvolvida (figuras 6 a 9):

Universo Desconhecido -1

Figura 6 - Projeto Universo Desconhecido

Fonte: Marcelo de Oliveira Souza

 

Universo Desconhecido -2

Figura 7 - Projeto Universo Desconhecido

Fonte: Marcelo de Oliveira Souza

 

Universo Desconhecido -3

Figura 8 - Projeto Universo Desconhecido

Fonte: Marcelo de Oliveira Souza

 

Universo Desconhecido -4

Figura 9 - Projeto Universo Desconhecido

Fonte: Marcelo de Oliveira Souza

 

Baseado na experiência do projeto "Universo Desconhecido" sugerimos que os estudantes sejam motivados a desenvolver modelos tácteis de planetas do sistema solar e representações tácteis de algumas das constelações de mais fácil reconhecimento. Os estudantes também podem desenvolver modelos de naves, foguetes, superfície da Lua, ... Devem ser motivados a usar a criatividade. Após terem desenvolvido os modelos propomos que seja organizada uma atividade na escola na qual todos os estudantes possam participar. Todo o  material desenvolvido deve ser colocado em uma sala que deve permanecer com a porta fechada. Devem ser organizados grupos pequenos de estudantes. Deve entrar na sala um grupo de cada vez. Os estudantes do grupo, antes de entrar na sala devem colocar vendas nos olhos. Devem ser guiados e orientados por estudantes e professores durante o tempo em que estiverem com as vendas  Dento da sala propomos que sejam executados arquivos de áudio com registros das atividades solares e dos pulsares. A proposta básica dessa atividade é que os estudantes através da dificuldade que terão para se deslocar na sala e em identificar os objetos associados aos modelos táteis percebam como se sentem os deficientes visuais. Os estudantes perceberão também que é possível desenvolver pesquisas e produzir novos conhecimentos mesmo que tendo algum tipo de deficiência. O desenvolvimento de recursos tácteis é muito importante para permitir que as pessoas com deficiência visual tenham a possibilidade de conhecer as formas e características dos astros e também as formas imaginadas para as constelações. Existe muito pouco material didático relacionado com a área de Astronomia disponível para os deficientes visuais.  O material produzido nessa atividade poderá ser encaminhado para centros que desenvolvem projetos para deficientes visuais e poderão ser a fonte para a produção de novos materiais didáticos. Há uma grande importância na análise dos sinais emitidos por estrelas e planetas e captados na faixa de ondas de rádio. Foi o modo como foram detectadas as estrelas de nêutrons. Hoje em dia a radioastronomia é uma área que está tendo um grande desenvolvimento. O gigantesco e sensacional projeto ALMA é um exemplo disso.  A radioastronomia é uma área aberta para a participação de pesquisadores com deficiência visual. O Kent Cullers é um grande exemplo. Da mesma forma todas as áreas do conhecimento estão abertas a participação dos deficientes visuais. Há grandes possibilidades para todos. 

Referências:

Arquivos de áudio com registros de pulsares

http://www.astrosurf.com/luxorion/audiofiles-pulsar.htm

3o Momento - Debate

Após a realização das atividades propomos que seja realizado um debate sobre questão da inclusão das gentes com alguma forma de deficiência na sociedade. Deve ser solicitado aos estudantes que apresentem propostas de como essa inclusão pode ser realizada. Será um excelente momento para surgir propostas inovadoras e criativas. Para orientar o debate podem ser usadas as seguintes questões como base para motivar a participação ativa dos estudantes:

Os deficientes visuais podem trabalhar na área de Astronomia? Há alguma área da ciência que não permite a participação ativa dos deficientes visuais? A partir da experiência realizada como os estudantes percebem o mundo na perspectiva dos deficientes visuais? 

Recursos Complementares

Deficiência Visual

Associação de Deficientes Visuais e Amigos - http://www.adeva.org.br/

Associação Brasileira de Assistência à Pessoa com Deficiência Visual - http://laramara.org.br/

Fundação Dorina Nowill para Cegos - http://www.fundacaodorina.org.br/deficiencia-visual/

Associação Brasileira de Educadores de Deficientes Visuais - http://intervox.nce.ufrj.br/~abedev/

Avaliação

Propomos duas avaliações:

- Produção de material multimídia (vídeo, animações, páginas de web ou apresentações em formato Power-point) com a opinião justificada dos estudantes em relação ao tema abordado: O Mundo desconhecido pelos nossos sentidos.

- Avaliação oral sobre a observação do Universo em todas as faixas do espectro eletromagnético.

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