o stellarium como estratégia para o ensino de - NBCGIB

O STELLARIUM COMO ESTRATÉGIA PARA O ENSINO DE ASTRONOMIA
LEOMIR BATISTA NERES
Dissertação de Mestrado apresentada ao
Programa de Pós-Graduação da Universidade
Estadual de Santa Cruz – UESC, no Curso de
Mestrado Profissional de Ensino de Física
(MNPEF), como parte dos requisitos necessários
à obtenção do título de Mestre em Ensino de
Física.
Orientador: George Kouzo Shinomiya
ILHÉUS – BA
02/2017
ii
N444
Neres, Leomir Batista.
O stellarium com estratégia para o ensino de astronomia /
Leomir Batista Neres. – Ilhéus : UESC, 2017.
vii, 64f. : il.
Orientador : George Kouzo Shinomiya.
Dissertação (Mestrado) – Universidade Estadual de Santa
Cruz. Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física.
Inclui referências e apêndices.
1. Astronomia – Estudo e ensino. 2. Stellarium (Software).
3. Física – Estudo e ensino I. Shinomiya, George Kouzo.
II.Título.
CDD – 520.07
iii
Dedico este trabalho ao meu pai Nerisvaldo José Neres e a minha mãe Fostina
Batista Neres pela formação que me deram e por não medir esforços para me
oportunizar o acesso à educação.
iv
Agradecimentos
Ao Departamento de Ciências Exatas e da Terra da Universidade Estadual de
Santa Cruz e à CAPES, pela oportunidade de realização do curso.
Aos professores do programa, e em especial aos professores Zolacir Trindade
e George Kouzo Shinomiya, pelo apoio dado durante todo o curso.
Aos meus familiares que sempre me deram apoio e incentivo para realizar
esse sonho.
Aos meus professores da educação básica e da graduação por terem
contribuído de maneira direta e indireta para minha formação humana e profissional.
v
RESUMO
O STELLARIUM COMO ESTRATÉGIA PARA O ENSINO DE ASTRONOMIA
Leomir Batista Neres
Orientador:
George Kouzo Shinomiya, DSc.
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação da
Universidade Estadual de Santa Cruz – UESC, no Curso de Mestrado Profissional
de Ensino de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Mestre em Ensino de Física.
Este trabalho tem o objetivo de abordar conceitos astronômicos na sala de aula
através da utilização de um recurso tecnológico: o software de código aberto
Stellarium, o qual permite a simulação de diversos fenômenos astronômicos e a
possibilidade do desenvolvimento de habilidades específicas ligadas ao uso da
tecnologia, tão presente em nossa vida cotidiana atualmente. Além disso, esse
software possibilita simular as fases da Lua, o nascer e ocaso do Sol, fornece a
distância dos astros em relação ao Sol e diversos outros fenômenos de difícil
observação a olho nu. Nesse sentido, a partir da utilização desse recurso
tecnológico, agregamos vários outros e elaboramos atividades estruturadas para
melhor compreensão da Astronomia por meio de uma sequência de ensino
aprendizagem que busca auxiliar o desenvolvimento desse tópico por outros
professores. Essa sequência foi desenvolvida com base na teoria da aprendizagem
significativa do teórico americano David Ausubel, que busca valorizar os
conhecimentos que o educando traz consigo, e quando aplicada em situação real de
sala de aula teve grande aceitação pelos alunos.
Palavras-chave: Astronomia, Aprendizagem Significativa, Stellarium.
ILHÉUS - BA
02/2017
vi
ABSTRACT
THE STELLARIUM AS A STRATEGY FOR THE TEACHING OF ASTRONOMY
Leomir Batista Neres
Orientador:
George Kouzo Shinomiya, DSc.
Abstract of master’s thesis submitted to Programa de Pós-Graduação da
Universidade Estadual de Santa Cruz – UESC, no Curso de Mestrado Profissional
de Ensino de Física (MNPEF), in partial fulfillment of the requirements for the degree
Mestre em Ensino de Física.
This work aims to study astronomical concepts in the classroom through the use of a
technological resource: the open source software Stellarium, which allows the
simulation of several astronomical phenomena and the possibility of developing
specific skills related to the use of technology so present in our daily lives today. In
addition, this software makes possible to simulate the phases of the Moon, the
sunrise and sunset, provide the distance of the stars from the Sun, and numerous
other phenomena that are difficult to observe with the naked eye. In this sense, from
the use of this technological resource, we add several others and elaborate
structured activities for a better understanding of Astronomy through a sequence of
teaching – learning that seeks to help the development of this topic by other
teachers. This sequence was developed taking into account the theory of significant
learning by the American theorist David Ausubel, who seeks to value the knowledge
that the learner brings with him. When applied in a specific classroom, this sequence
has had a great acceptance by the students.
Keywords: Astronomy, Significant Learning, Stellarium.
LHÉUS – BA
02 / 2017
vii
Sumário
Capítulo 1 .................................................................................................................... 1
1.1. Introdução ............................................................................................................ 1
Capítulo 2 .................................................................................................................... 6
Referenciais Teóricos .................................................................................................. 6
2.1. Aprendizagem Significativa .................................................................................. 6
2.1.1 Condições Para a Aprendizagem Significativa ................................................... 8
2.1.2 Aprendizagem Significativa versus Aprendizagem Mecânica ............................ 9
2.1.3 A Avaliação na Aprendizagem Significativa ..................................................... 11
2.3 Conteúdos Relacionados .................................................................................... 12
2.4 A Astronomia nos PCN’s ..................................................................................... 15
Capítulo 3 .................................................................................................................. 20
Metodologia ............................................................................................................... 20
3.1 Motivação ............................................................................................................ 21
3.2 Concepções Iniciais ............................................................................................ 24
3.3 Confecção da Sequência .................................................................................... 25
3.3.1 Textos de Apoio e Atividades Práticas ............................................................. 25
3.3.2 Manual do Stellarium e Instalação do Software ............................................... 27
3.4 Aplicação da Sequência ...................................................................................... 28
3.5 Avaliação ............................................................................................................. 29
Capítulo 4 .................................................................................................................. 32
Resultados ................................................................................................................ 32
4.1 Resultados dos Questionários de Concepções Iniciais ....................................... 32
4.1.1 Acesso aos Recursos Computacionais ............................................................ 33
4.1.2 As Principais Disciplinas que Ofertaram Tópicos de Astronomia ..................... 36
4.1.3 O Conhecimento Prévio de Astonomia ............................................................ 38
4.2 Resultados das Atividades .................................................................................. 46
4.3 Resultados do Questionário de Concepções Finais ............................................ 50
4.3.1 Concepções dos Alunos Sobre o Material Utilizado na Sequência .................. 50
4.3.2 As Concepções Astronômicas Após a Aplicação da Sequência ...................... 52
Capítulo 5 .................................................................................................................. 57
Considerações Finais ................................................................................................ 57
Capítulo 6 .................................................................................................................. 61
Referências Bibliográficas ......................................................................................... 61
Apêndice I Sequência de Ensino e Aprendizagem: “O Stellarium Como Estratégia de
Ensino de Astronomia”. ............................................................................................. 65
Apêndice II Manual Com os Principais Comandos do Stellarium ............................ 145
viii
Capítulo 1
1.1. Introdução
A Astronomia é considerada a mais antiga das ciências e foi motivo de
fascínio de várias civilizações ao longo da história. Surgiu a partir da necessidade do
homem em compreender o universo em que vive e seu comportamento ao longo do
tempo. É claro que essa busca se deu por etapas, a iniciar-se com o olhar do
homem para o céu. Com esse olhar, nossos antepassados perceberam que o
movimento dos corpos celestes eram repetitivos e previsíveis, o que possibilitou ao
homem antigo se organizar e habituar-se aos fenômenos naturais, levando-o a
considerar a melhor época para plantio, colheita e lugar para coabitar. Essa
regularidade dos astros levou o homem a criar calendários, descobrir planetas, e até
mesmo elaborar modelos do céu e guiar-se por eles, acreditando ser o nosso astro o
centro de tudo.
Artefatos como Stonehenge1 e o monte de Newgrange2 servem como marco
da constante busca do homem para entender a evolução do universo e seu
comportamento em pequenos intervalos de tempo usando para tal as observações a
olho nu. Registros antigos revelam que a atividade astronômica foi objeto de estudo
de diversas civilizações. Em 2137 a.C já existiam registros de eclipses solares na
China. Na América, os Maias já possuíam um calendário coerente e conheciam o
movimento de Vênus; na Babilônia, o desenvolvimento de um calendário
astronômico dividido em fases correspondentes às fases da Lua permitiam prever e
evitar desastres naturais; os sumérios já conheciam cinco planetas visíveis e tinham
um calendário astronômico de 29 dias e os gregos já desenvolviam medidas com
notável grau de aperfeiçoamento (HOVARTH, 2008).
1
Stonehenge é um dos mais antigos e interessantes monumentos astronômicos da antiguidade.
Localizado em Salisbury na Inglaterra, sua origem data de 3000 a.C, numa época conhecida como
período Neolítico. Acredita-se que sua estrutura, formada por círculos concêntricos com rochas de até
cinquenta toneladas, tenha sido utilizada para prever eclipses e as estações do ano por meio da
sombra do Sol projetada nas pedras. No entanto, ainda não existe uma certeza sobre qual a real
função astronômica do artefato (OLIVEIRA e SARAIVA, 2014).
2
Newgrange consiste num grande monte construído de camadas de terra e pedra. Situado na
Irlanda, esse monumento tem datação de 3200 a.C e mostra com precisão o solstício de inverno, que
é o dia mais curto (21 de dezembro) do hemisfério norte. O solstício de inverno marcava o início do
ano novo para a cultura neolítica do vale de Boyne, na Irlanda. Talvez essa seja a principal motivação
de sua construção (WORLD HERITAGE IRELAND, 2016).
Os objetivos astronômicos das civilizações antigas eram práticos, como
compreender a passagem do tempo, as estações do ano e fazer calendários para
plantio e colheita. Existia uma relação muito forte entre prever as ocorrências
climáticas e garantir a sobrevivência. E a “ciência” que auxiliava nesse entendimento
do céu era a Astronomia, que até então, estava misturada com a astrologia e
religiosidade. Os egípcios, por exemplo, tinham dois calendários, um para fins
religiosos e outro para a agricultura. O primeiro foi desenvolvido ao tentar descobrir
a posição de nascimento de Rá (Sol) no sudeste do horizonte a cada ano, para fazer
as celebrações de seu nascimento; já o segundo, foi criado com base nas
observações da estrela Sóis, cujo aparecimento era o fator regulador e possibilitava
prever as inundações do rio Nilo e escolher o período correto para o cultivo da terra.
Embora as descobertas astronômicas dessa e de outras civilizações tenham
sido muito importantes para separar a Astronomia de outras ciências e da religião,
foi a civilização grega, com base nos registros babilônicos e egípcios, quem mais
contribuiu para este feito. Com a contribuição grega, entre 600 a.C e 200 d.C, a
Astronomia sofreu transformações que só foram superadas a partir do século XVI.
Nesse intervalo, que se iniciou com a introdução de conceitos geométricos à
Astronomia grega trazidos por Tales de Mileto (624 – 546 a.C) do Egito, filósofos
como Anaxágoras (500 – 428 a.C) e Aristóteles (384 – 322 a.C), os astrônomos
Hisparco (190 – 125 a.C) e Ptolomeu (85 d.C– 165 d.C), e o matemático Erastótenes
(276 – 194 a.C), desenvolveram as bases que sustentaram o conhecimento
astronômico por mais de 13 séculos. Com seus trabalhos, foi possível entender o
fenômeno das fases da Lua, desenvolver o aspecto de esfericidade da Terra, propor
um modelo heliocêntrico para o sistema solar, calcular o diâmetro da Terra,
estabelecer o primeiro catálogo de magnitude estelar e a representação geométrica
do sistema solar (OLIVEIRA e SARAIVA, 2014).
Por mais de treze séculos, as leis estabelecidas pela Astronomia grega
regeram os conhecimentos que se tinha do céu no ocidente, muito pela adoção da
filosofia Aristotélica feita pela igreja católica, que naquela época não permitia
questionar o modelo de universo proposto por Ptolomeu e Aristóteles. Nesse
modelo, a Terra ocupava o centro do universo (modelo geocêntrico), os planetas
descreviam órbitas circulares ao seu redor e os planetas e demais corpos do céu
eram feitos de uma substância de propriedades ideais chamada quintessência, que
seria diferente das propriedades da Terra. No entanto, com as muitas observações
2
que seguiram, algumas inconsistências foram surgindo no modelo de Ptolomeu, e
em 1543, o polonês Nicolau Copérnico propôs o modelo heliocêntrico no qual ao
invés da Terra, o Sol ocupava o centro do cosmos, numa ideia bem mais simples
que os epiciclos3 propostos por Ptolomeu. Embora o modelo de Copérnico tenha
sido um passo fundamental para o surgimento do modelo heliocêntrico, ele ainda
apresentava graves erros ao considerar as órbitas dos planetas como círculos
perfeitos e por não preocupar-se com a formação dos astros.
Tempos depois de Copérnico publicar sua obra “De revolutionibus orbium
coelestium” o dinamarquês Tycho Brahe (1546 – 1601), fez algumas observações
dos astros, dentre elas da conjunção de Júpiter e Saturno, que lhe permitiu detectar
e registrar erros no movimento planetário. Esses dados foram estudados após sua
morte pelo seu aluno e auxiliar Johannes Kepler (1571 – 1630), que ao invés de
tratar as órbitas planetárias como círculos, conforme predito na Astronomia
aristotélica, ajustou as órbitas em elipses. Com esse modelo, Kepler resolveu o
problema das órbitas dos planetas e derrubou mais um dos postulados da
Astronomia aristotélica, deixando apenas a quintessência estabelecida. Esse último
postulado foi superado, em 1610, quando Galileu Galilei (1564 – 1642) utilizando o
recém-criado telescópio, apontou-o para o céu e descobriu as manchas solares, as
fases de Vênus, as crateras na Lua e os satélites naturais de Júpiter. Essas
observações serviram para contestar a “perfeição” do sistema de universo de
Aristóteles e mostrar que os astros eram compostos por gases e rochas que são
encontradas na Terra, e não eram feitos de quintessência como acreditava até então
(HOVARTH, 2008).
Após as mudanças propostas pelas contribuições de Copérnico, Brahe,
Kepler e Galileu, a Astronomia encontrava-se numa situação especial. Embora fosse
possível compreender o movimento dos planetas e de outros corpos celestes, pouco
se sabia sobre o que os mantinha em órbita do Sol. Coube a Isaac Newton (1643 –
1727) descobrir essa propriedade de “unir” as coisas, à qual ele chamou de
gravidade. A partir daí, Newton formulou a lei da gravitação universal que atendia
perfeitamente qualquer problema da gravitação clássica. Com seu trabalho, Newton
deduziu a terceira de Kepler (lei dos períodos), o que resultou numa expressão
3
Os epiciclos foi um modelo geométrico usado para explicar as variações de velocidade e direção do
movimento aparente da Lua, Sol e planetas. Em particular, explicou o movimento retrógrado
aparente dos cinco planetas conhecidos na época. Em segundo lugar, também explicou mudanças
nas distâncias aparentes dos planetas em relação à Terra.
3
matemática utilizada até os dias atuais, que permite obter a massa de estrelas
binárias e outros sistemas. Desde então, a Astronomia passou por uma profunda
transformação, o estudo do sistema solar continuou e diversos corpos celestes
foram descobertos, como novos planetas, asteroides, meteoros, exoplanetas,
galáxias, nebulosas, entre outros. Atualmente, a Astronomia se divide em alguns
ramos, como a cosmologia, a astrometria, a astrofísica e a mecânica celeste. Todas
essas áreas usam o céu como laboratório para, a partir de sua observação,
desvendar os segredos de nossa existência.
Por ser uma ciência que se consolidou após a inquietação do homem em
descobrir seu lugar no espaço e os mistérios da evolução, contemplando o
conhecimento de inúmeras gerações que ao longo de milênios observaram e
criaram métodos que permitiram ao homem compreender o tempo, desenvolver a
agricultura, entender as estações do ano e estimar a nossa breve estadia no
planeta, é de suma importância a sua presença no currículo das instituições de
ensino tanto a nível fundamental quanto médio. Segundo Bretrones (1999), a
Astronomia foi disciplina do currículo da educação secundária desde o período
imperial, mantendo-se até meados de 1940. No entanto, com as reformas realizadas
no ensino secundário em 1942, a Astronomia perdeu o status de disciplina,
passando a integrar os conteúdos das disciplinas de Ciências, Física e Geografia.
Até o final dos anos 80, o conteúdo de Astronomia presente na educação básica se
resumia a conceitos fundamentais ensinados na disciplina de Geografia. Numa
pesquisa realizada pela Sociedade Astronômica Brasileira entre os anos 95 e 96,
apenas 15 estados brasileiros continham em seus currículos tópicos de Astronomia,
que se limitavam ao estudo da gravitação universal (TREVISAN, 1999).
Com isso, infelizmente a Astronomia perdeu seu espaço na sala de aula, e
muitos motivos além dos já mencionados contribuíram para isso, tais como: o
despreparo dos professores devido ao seu curso não ofertar uma formação
condizente com o ensino de Astronomia, a carga horária limitada no ensino de
Ciências e Física, a falta de materiais e livros didáticos que esclareçam com
precisão os temas mais simples da Astronomia, aqueles que precisam ser ensinados
e aprendidos em sala de aula, e recursos ópticos como binóculos e telescópios para
fazer observações dos astros. Sem isso, essa tão importante ciência se perpetua
com ideias particulares, que tentam explicar os fenômenos naturais, mas que nem
sempre estão de acordo com o conhecimento científico.
4
Nessa perspectiva, algumas estratégias devem ser adotadas para resgatar o
ensino dessa ciência no nível médio, e uma que pode ser utilizada é o uso de
simuladores, que são softwares capazes de reproduzir e simular o comportamento
de algum sistema. Um software muito utilizado no ensino de Astronomia é o
Stellarium, facilmente encontrado para download e que pode ser instalado no Linux
e no Windows, que são os principais sistemas operacionais utilizados no país. Com
esse programa o professor pode simular diversos fenômenos astronômicos de difícil
visualização, além de obter informações atualizadas dos catálogos sobre os corpos
celestes. Seus comandos permitem fazer observações de fenômenos que já
ocorreram há séculos e de outros que estão por acontecer, possibilitando refazer a
simulação quantas vezes for necessário para ocorrer a assimilação do conceito
pleiteado. De acordo com Bernardes (2010), trabalhar a concepção da visualização
do espaço através da utilização de softwares educacionais é essencial para o
entendimento de muitos fenômenos.
Segundo Pinto (2009), o ensino, de modo geral, não tem considerado esta
expansão dos recursos tecnológicos, que fazem parte da realidade das pessoas.
Com essa falta de aproximação da escola às novas tecnologias, as aulas continuam
conservadoras, colocando o ensino numa dimensão diferente da atual clientela, que
convive com aplicativos e tutoriais que facilitariam o aprendizado de diversos
assuntos, e que deveriam ser aproveitados pela escola para promover um maior
rendimento na oferta de conteúdos que estão se distanciando das salas de aula,
como é o caso da Astronomia.
Com o objetivo de inserir conceitos astronômicos nas turmas de ensino médio
por meio da tecnologia, este trabalho buscou desenvolver uma estratégia de
utilização do software livre Stellarium para o ensino de Astronomia nas aulas de
Física da educação básica. Para isso, foi montado uma Sequência de Ensino
Aprendizagem (SEA) de nove aulas, contendo textos e exercícios que remetem às
simulações com software Stellarium. A sequência foi elaborada à luz da teoria da
aprendizagem significativa do teórico cognitivista David Ausubel, que trata a
aprendizagem como um processo de organização e integração das informações à
estrutura cognitiva do receptor. Foi produzida numa linguagem acessível e não
privilegiou conteúdos impossíveis de serem trabalhados no ensino médio, de modo,
que se espera que o material produzido possa ser disponibilizado a outros
professores na perspectiva de auxiliar a prática docente.
5
Capítulo 2
Referenciais Teóricos
2.1. Aprendizagem Significativa
A teoria da aprendizagem significativa surgiu em 1963 com a publicação do
trabalho “The psychology of meaningful verbal Learning”, do psicólogo educacional
americano David Paul Ausubel (1918 – 2008). Nessa obra, ele definiu o que deve
ser entendido por aprendizagem significativa e como esta se diferencia da
aprendizagem mecânica e memorística. Dessa maneira, ele elencou os princípios
amplos da aprendizagem significativa numa teoria geral, que pretende proporcionar
ao professor um recurso lógico para auxiliá-lo na construção de estratégias eficazes
de ensino e permitir o aperfeiçoamento de sua prática enquanto docente. A teoria de
Ausubel está alicerçada no princípio de que o principal contribuinte para uma
aprendizagem significativa é o conhecimento que o discente traz consigo, ou seja, o
conhecimento que se encontra incorporado à sua estrutura cognitiva.
Na ótica de Ausubel, para aprender de forma significativa, os discentes
devem relacionar novos conceitos e proposições com aqueles que já conhecem. No
entanto, isso não deve ser feito de qualquer forma e, não acontece com qualquer
saber presente na sua cognição, este deve ser um conhecimento especificamente
relevante e sua interação com o novo saber deve acontecer de forma lógica para
que efetivamente ocorra a aprendizagem significativa. Nessa perspectiva, a
aprendizagem significativa é o processo pelo qual uma nova informação interage
com uma estrutura de conhecimento específica, orientada por conceitos relevantes,
de maneira substantiva e não arbitrária com aquilo que o discente já sabe. A este
conhecimento, relevante à nova aprendizagem e que pode ser, por exemplo, uma
proposição, um símbolo, uma imagem ou um conceito já existente no plano mental
do indivíduo, é chamado por Ausubel de subsunçor (MOREIRA, 2010).
Sem rejeitar a ideia de que corpos organizados de conhecimento possuem,
de fato, conceitos estruturantes, é mais adequado pensar os subsunçores
simplesmente como conhecimentos prévios especificamente relevantes
para que os materiais de aprendizagem ou, enfim, os novos conhecimentos
sejam potencialmente significativos. Nessa linha, subsunçores podem ser
proposições, modelos mentais, construtos pessoais, concepções, ideias,
invariantes operatórios, representações sociais e, é claro, conceitos, já
6
existentes na estrutura cognitiva de quem aprende, subsunçores seriam,
então, conhecimentos prévios especificamente relevantes para a
aprendizagem de outros conhecimentos (MOREIRA, 2012, pag.13).
Esses subsunçores podem estar mais ou menos elaborados conforme eles
vão sendo trabalhados, o que faz com que sejam modificados ao se juntarem com
novos conhecimentos adquiridos através de uma aprendizagem significativa. Isso
ocorre quando se trabalha o subsunçor rotineiramente ou o utiliza como uma ideiaâncora em uma nova aprendizagem. Um subsunçor pode não ser trabalhado ao
longo da aprendizagem ou não ser mais tão utilizado. Isso é um processo normal
que acontece com todos, contudo, o subsunçor pode retomar seus sentidos mais
rapidamente ao ser utilizado. Diferente da aprendizagem mecânica, o aluno que
aprende algo de forma significativa, mesmo que venha deixar de utilizar os
conhecimentos adquiridos, não esquece tudo o que aprendeu, apenas perde a
discriminação dos significados do conteúdo.
No caso das Leis de Conservação, um aluno que tivesse adquirido esse
conceito significativamente, mas que depois de sair da escola, ou da
faculdade, passasse muito tempo sem envolver-se com temas de Física
provavelmente continuaria sabendo que essa é uma ideia central em Física,
mas talvez não lembrasse exatamente quais grandezas físicas se
conservam e quais não se conservam, e muito menos o formalismo de uma
determinada lei de conservação. Mas uma vez que a aprendizagem tivesse
sido significativa, e esse sujeito retomasse estudos de Física,
provavelmente não teria muita dificuldade em “resgatar”, “reativar” ou
“reaprender” o subsunçor Leis de Conservação. Isso acontece também com
professores que passam muito anos sem dar aulas sobre certos conteúdos
(MOREIRA, 2012, pag.8).
Os subsunçores surgem desde as primeiras descobertas, desde a infância do
aluno, quando eles aprendem a dar significados aos seres, objetos e palavras.
Durante as primeiras interações com a realidade os aprendizes começam a
desenvolver redes de conhecimentos em sua cognição. No entanto, essas redes
apresentam saberes aleatórios, sem uma lógica sequencial e, por isso, servem
apenas para satisfazer o ego da criança momentaneamente (XAVIER, 2010). A
partir daí, começa a fase de assimilação de conceito, que no início necessita de
experiências concretas, como exemplos de objetos e eventos, bem como da
necessidade de mediação por adultos. A maior parte dessa etapa ocorre na pré-
7
escola e os professores começam a negociar significados, que são aceitos ou não
no contexto de um novo conhecimento por parte do aprendiz (MOREIRA, 2011).
No decorrer do processo, a rede de conhecimento começa a interagir e
mostrar sequências lógicas entre os saberes existentes. A partir desse ponto, eles
começam a assimilar novos conhecimentos relacionando-os aos seus primeiros
subsunçores. Tal assimilação se dará no processo de ancoragem e irá formar um
novo conhecimento que criará novos subsunçores e modificará ou não os já
estabelecidos anteriormente, de forma que estes fiquem mais sólidos e mais
trabalhados. Quando isso ocorre, dizemos que houve uma aprendizagem por
assimilação, que é diferente da assimilação de Piaget. Enquanto a assimilação de
Piaget é uma interação sujeito-objeto, a de Ausubel se dá pela interação cognitiva
entre os conhecimentos novos e os conhecimentos prévios (MOREIRA, 1999).
2.1.1 Condições Para a Aprendizagem Significativa
Ausubel (2003), afirma que existem algumas condições para que ocorra a
aprendizagem significativa. Segundo ele, esse processo necessita que o material
didático seja potencialmente significativo e que o discente esteja predisposto a
aprender. É importante salientar que não existe, na perspectiva Ausubeliana, um
material significativo, mas sim, um material potencialmente significativo. Assim, o
autor não estabelece um barema para que um livro ou uma aula sejam significativos,
pois o mesmo afirma que o significado está nas pessoas e não nos materiais. Nesse
sentido, os conteúdos relacionados devem ter sentido lógico e vínculo direto com o
conhecimento a ser aprendido, permitindo ao aluno apresentar conceitos
relacionáveis que, ao interagir com o saberes anteriores, forme um subsunçor forte e
estável na sua estrutura cognitiva.
Nessa perspectiva, é importante confeccionar materiais didáticos baseados
nos conhecimentos prévios dos discentes, organizados em estruturas lógicas,
contextualizadas, com exemplos e vínculo teórico daquilo que precisam aprender.
Para Ausubel (2003), essa nova informação com nível ligeiramente avançado será
reconstruída e fortalecida na estrutura cognitiva do aluno à medida que houver a
interação com o conhecimento já existente. Com isso, conhecer os conhecimentos
prévios dos aprendizes se torna fator determinante para a aprendizagem
8
significativa, servindo não apenas para a confecção do material potencialmente
significativo, mas para que o aluno tenha uma predisposição em aprender que,
segundo Ausubel, é a segunda condição necessário para que ocorra a
aprendizagem significativa. No entanto, esta passa pela primeira condição, uma vez
que o fato do material ser potencialmente significativo pode levar o aluno a querer
relacionar os novos conhecimentos, de forma não-arbitrária e não literal, a seus
conhecimentos prévios. Isso é o que significa a predisposição para aprender
(MOREIRA, 2011).
No intuito de tornar o material desenvolvido de fato significativo, os
conhecimentos prévios dos aprendizes foram analisados com a aplicação de um
questionário de concepções iniciais de Astronomia o qual se encontra no apêndice 1
deste trabalho. Foi por meio das informações retiradas desse questionário que toda
a estratégia foi elaborada. Com isso, foi possível formular textos, atividades e
simulações, com base nos subsunçores já existentes na estrutura cognitiva do
educando. Além disso, as respostas permitiram verificar quais subsunçores relativos
à Astronomia não existiam em suas cognições, possibilitando criar organizadores
prévios4 em forma de textos de apoio que abordam conceitos básicos de Astronomia
de posição e outros aspectos do céu.
2.1.2 Aprendizagem Significativa versus Aprendizagem Mecânica
Enquanto
na
aprendizagem
significativa
os
subsunçores
são
bem
estabelecidos e estáveis na estrutura cognitiva do discente, na aprendizagem
mecânica eles são instáveis e não interagem de forma substantiva com o novo
conhecimento. A aprendizagem mecânica se
caracteriza como puramente
memorística, e acontece quando os novos conceitos não conseguem ancorar-se em
um conhecimento já internalizado, impossibilitando que as novas informações
interajam com os conceitos relevantes existentes, servindo apenas para uma
determinada situação, como uma prova, por exemplo. A aprendizagem se torna
4
Seriam materiais introdutórios apresentados em um nível mais alto de generalidade e inclusividade,
formulados de acordo com conhecimentos que o aluno tem, que fariam a ponte cognitiva entre estes
conhecimentos e aqueles que aluno deveria ter para que o material fosse potencialmente
significativo. Por exemplo, os alunos poderiam ler um texto bem abrangente sobre campos de um
modo geral (campo de conhecimentos, campo psicológico, campo de trabalho, etc.); ou, ainda, um
aplicativo, uma simulação, que servisse para introduzir o conceito de campo de uma perspectiva
geral, inclusiva. (MOREIRA,2010).
9
mecânica quando a nova informação é armazenada de forma isolada ou por
associações que não seguem princípios lógicos, de forma arbitraria e literal
(MOREIRA, 2005).
No entanto, Ausubel (2003), destaca que a aprendizagem mecânica não pode
ser entendida como uma subdivisão da aprendizagem, ambas estão presentes no
mesmo contínuo, e partindo da aprendizagem mecânica pode-se alcançar a
aprendizagem significativa.
A passagem da aprendizagem mecânica para a aprendizagem significativa
não é natural, ou automática; é uma ilusão pensar que o aluno pode
inicialmente aprender de forma mecânica, pois ao final do processo a
aprendizagem acabará sendo significativa; isto pode ocorrer, mas depende
da existência de subsunçores adequados, da predisposição do aluno para
aprender, de materiais potencialmente significativos e da mediação do
professor; na prática, tais condições muitas vezes não são satisfeitas e o
que predomina é a aprendizagem mecânica (MOREIRA, 2012, pag.15).
Ainda, segundo Ausubel (2003), a aprendizagem mecânica pode ocupar um
papel similar aos organizadores prévios quando não existir subsunçores na estrutura
mental do aprendiz. O conteúdo inicialmente memorizado pode ser aproveitado
como ideia-âncora pelo mediador (professor), e dependendo de como será
organizado a sequência de novos conhecimentos, pode se estabelecer na estrutura
mental do discente como um novo subsunçor. De modo geral, a teoria Ausubeliana
não trata a aprendizagem mecânica como uma dicotomia em relação à
aprendizagem significativa. Pelo contrário, haverá momentos que a aquisição de
novos subsunçores dependerá inicialmente da aprendizagem mecânica.
Na Astronomia, por exemplo, quando se trabalham os modelos Heliocêntrico
e Geocêntrico, na maioria das vezes os alunos são obrigados a decorar o nome dos
dois modelos, os dos principais teóricos que contribuíram para sua idealização e os
nomes dos planetas que o compõe, para tirarem boas notas nas provas. A partir
dessas ideias, que se encontram soltas, o professor pode ancorar-se para inserir
novos conceitos, como o de planetas anões e a caracterização atual do sistema
solar, usando o método inicialmente mecânico para dar significados lógicos, que se
estabilizarão na estrutura mental do jovem. Porém, vale ressaltar, que os teóricos
desse modelo de aprendizagem em nenhum momento colocam a aprendizagem
mecânica como predominante sobre a significativa. Pelo contrário, no processo de
ensino, deve-se valorizar a aprendizagem significativa.
10
2.1.3 A Avaliação na Aprendizagem Significativa
Embora a avaliação tenha sofrido algumas transformações em relação ao seu
formato inicial, puramente classificatório, que consistia em atribuir notas e determinar
quem estava apto ou não a seguir as próximas etapas do nível de ensino cursado, o
método avaliativo presente nas escolas brasileiras ainda privilegia a aprendizagem
mecânica, cobrando fórmulas e memorizações que rapidamente são esquecidas
pelos discentes, servindo apenas para “medir e examinar” o que se aprendeu. Nesse
modelo os professores fogem completamente dos preceitos da Lei de Diretrizes e
Bases da Educação - LDB, que determinam que os docentes zelem pela
aprendizagem dos alunos e verifiquem o avanço do discente por meio de uma
avaliação contínua e cumulativa, considerando os aspectos qualitativos em relação
aos quantitativos (BRASIL, 1996). Porém, a subjetividade da avaliação é
completamente deixada de lado, e o modelo que deveria estar nos moldes do
construtivismo,
retorna
aos
seguimentos
behavioristas,
completamente
comportamentalista, que promove a aprendizagem mecânica, marginalizando a
questão dos significados.
No cotidiano escolar a avaliação é muito mais behaviorista do que
construtivista e determina largamente as práticas docentes. O contexto
(administradores escolares, pais, advogados, a sociedade em geral) exige
“provas” de que o aluno “sabe ou não sabe”. Esse tipo de avaliação
baseada no sabe ou não sabe, no certo ou errado, no sim ou não, é
comportamentalista e geralmente promove a aprendizagem mecânica, pois
não entra na questão do significado, da compreensão, da transferência. Se
o aluno sabe resolver um problema, sabe definir algo, sabe listar as
propriedades de um sistema, está bem mesmo que não tenha entendido o
problema, a definição ou o sistema (MOREIRA, 2012, pag. 26).
Para Ausubel (2003), a avaliação deve considerar a análise da compreensão,
formulação de significados e a capacidade de transferir conhecimento a situações
não rotineiras do aprendiz, promovendo situações novas que exijam a transformação
do conhecimento adquirido. Essas situações novas não podem ser entendidas como
um método mecânico, mas deve-se fazer com que a avaliação seja progressiva e
aconteça à medida que o novo conhecimento for se estabilizando na estrutura
mental do aluno, com caráter puramente contínuo e formativo predominando sobre o
somativo. Nesse sentido, a perspectiva Ausubeliana aponta que a avaliação da
11
aprendizagem significativa deve ter o caráter formativo e seja recursivo. Formativa
no sentido de ser um processo contínuo consubstanciado na orientação e regulação,
fornecendo subsídios adequados para que o aluno aprenda, privilegiando a
competência ao invés do desempenho. Recursivo no sentido de permitir que o
aprendiz refaça o que errou quantas vezes for necessário para assimilar o que está
aprendendo, possibilitando que crie um subsunçor forte em sua estrutura cognitiva.
Nesse modelo, o erro não assume caráter punitivo, mas sim como um mecanismo
que, se for mediado, pode colaborar para que a aprendizagem significativa ocorra.
2.2 Conteúdos Relacionados
É evidente a insatisfação dos alunos em relação às aulas tradicionais, nas
quais são utilizadas apenas quadro-negro e giz. Esta situação pode ser
correlacionada ao exposto por Krasilchick (2005), quando esta salienta que a
utilização demasiada da metodologia expositiva nas aulas de ciências, inibe a
participação dos alunos e concentra o processo de ensino e aprendizagem na
pessoa do professor. Também Kawamura e Hosoume (2003), argumentam que as
aulas de física priorizam o ‘quadro e giz’, não se atendo à metodologias que
favoreçam a criatividade e o interesse dos educandos. Isso reforça a necessidade
de aulas que não fiquem só na discussão superficial dos conceitos fundamentais e
com foco na memorização, que não permitem a correta distinção entre o objeto de
estudo da física, que são os fenômenos da natureza e o modelo teórico para
descrevê-lo.
Tais aulas estão focadas na listagem de conceitos, cuja fundamentação é
superficialmente discutida, e de inúmeras fórmulas matemáticas que devem ser
decoradas, como se as mesmas não fossem dedutíveis de algumas relações
fundamentais. Por consequência, a disciplina soa para a maioria dos estudantes
mais como uma aplicação matemática complicada e sem significado prático do que
um conjunto de conceitos fundamentais que, se devidamente articulados, permitem
a modelagem de diversos fenômenos físicos, vários dos quais vivenciados
cotidianamente pelos próprios discentes, tais como os fenômenos astronômicos.
Para que haja melhoria do ensino, é preciso utilizar métodos pedagógicos que
facilitem o aprendizado de conteúdos relevantes. Para isso, o uso da tecnologia se
12
torna inevitável, contribuindo para que o método tradicionalmente expositivo
empregado, que leva o aluno a um processamento unicamente visual das
informações, se torne um processo que permita a aprendizagem significativa.
Segundo a LDB (BRASIL, 1996), as tecnologias aliadas às aulas de ciências, neste
caso à área de Astronomia, prepara o aluno para uma melhor compreensão do
mundo através da ciência. Por meio dessa compreensão da ciência, prepara-se o
aluno para o mercado de trabalho, possibilitando uma aproximação do universo
acadêmico ao mundo do jovem, que muitas vezes se encontram em dimensões
diferentes, sem um elo entre si. A valorização desses mecanismos tecnológicos
pode ser um caminho para essa convergência.
O ensino de modo geral, não tem considerado esta expansão dos recursos
tecnológicos, que fazem parte da realidade das pessoas. Nas escolas
brasileiras, mesmo naquelas que possuem recursos diversos, o ensino
continua sendo tecnicamente conservador. As aulas são previsíveis e pouco
atrativas (PINTO, 2009, pag. 15).
Dessa forma, emerge das aulas de Astronomia a necessidade de atividades
que favoreçam o desenvolvimento da linguagem entre o professor e o aluno, e a
construção e assimilação de conceitos que permitam correlacionar a teoria com o
cotidiano, permitindo entender o conhecimento como um processo de construção
permeado pela criatividade e admiração. Assim, usar mecanismos tecnológicos para
instigar os alunos na valorização e no despertar de aspectos afetivos e simbólicos e
não unicamente os racionais, pode ser o caminho para o ensino significativo de
Astronomia no ensino médio (TROGELLO, 2015). Além disso, com a utilização
dessas ferramentas, o professor adentra no universo dessa geração que cresce
junto com a tecnologia, fazendo com que essa familiaridade com os recursos
didáticos utilizados contribua para que o material seja potencialmente significativo.
Dessa maneira, algumas estratégias precisam ser desenvolvidas para aproximar a
realidade tecnológica vivenciada pelo discente com a realidade das aulas oferecidas
na escola, e a simulação computacional é uma ferramenta que pode auxiliar nesse
processo. Na Astronomia, um recurso tecnológico com grande potencial didático é o
Stellarium.
13
O Stellarium é um software gratuito, de código fonte aberto que se constitui
como um objeto virtual5 de aprendizagem com ampla capacidade para explorar
aspectos relacionados à Astronomia (LONGHINI e MENEZES, 2010). Segundo
Valente (1993), na simulação, o aluno pode desenvolver hipóteses, pode testá-las,
analisar os seus resultados, e então refinar os conceitos. Por ser um recurso que
possibilita refazer as observações, o Stellarium contribui para a formação de uma
aprendizagem significativa por não trazer situações problema pré-determinadas,
possibilitando ao professor criar desafios e explorar as diversas ferramentas
contidas no software, motivando o aluno a criar diversas situações de observação
que podem ser compartilhadas com os colegas, motivando a participação de todos.
O programa oferece ferramentas para lidar com as imagens, tais como:
estrelas cintilantes; estrelas cadentes; chuvas de meteoros; controle de
tempo e zoom; interface em diversos idiomas; projeção olho-de-peixe para
redomas de planetários; controle de telescópios, dentre outros. O programa
permite que o usuário realize ajustes personalizados, de modo a inserir as
coordenadas geográficas do local onde mora ou de onde deseja visualizar o
céu. Também possibilita configurá-lo para qualquer data e horário, de modo
que se pode adiantar ou voltar no tempo, revelando a configuração do céu
de qualquer época (LONGHINI E MENEZES, 2010).
O Stellarium sem dúvidas é um excelente recurso para se ensinar Astronomia
na sala de aula. Os comandos fáceis e as inúmeras informações sobre os astros
existentes em sua memória permitem que se trabalhe com conceitos simples, como
o movimento do Sol e da Lua no céu, até fenômenos e objetos mais complexos
como explosões de supernovas, nebulosas, buracos negros, galáxias, exoplanetas e
os mais novos integrantes do sistema solar, os planetas anões. Com o recurso de
projeção do Stellarium, podemos visualizar de forma perfeita a abóboda celeste do
nosso cosmos, e a partir daí, encontrarmos qualquer astro que já tenha sido
catalogado no céu, resolvendo os problemas relativos à Astronomia de posição com
apenas poucos clicks. No entanto, esse recurso, que é gratuito, muitas vezes passa
despercebido pelos professores nas aulas de Física, Geografia e Ciências, e as
aulas de Astronomia ficam restritas ao livro didático, pois a maioria das escolas
brasileiras não dispõe de instrumentos ópticos eficientes para fazer uma observação
visual. E por falta desses recursos, os professores de Geografia e Ciências pautam
5
Objeto Virtual de Aprendizado é um recurso digital reutilizável que auxilia na aprendizagem de algum
conceito e, ao mesmo tempo, estimula o desenvolvimento de capacidades pessoais, como, por exemplo,
imaginação e criatividade (SPINELLI, 2007).
14
suas aulas no ensino do sistema solar no ensino fundamental, e os de Física nas
leis de Kepler e na gravitação universal de Newton no ensino médio. De maneira
que mesmo sob as orientações propostas nos parâmetros curriculares nacionais,
que tem o seu eixo temático VI voltado para o ensino da Astronomia, essa ciência é
pouco trabalhada e muito negligenciada na educação básica brasileira.
Inúmeras simulações astronômicas podem ser feitas com o Stellarium, o que
o torna um excelente recurso didático para trabalhar os tópicos de Astronomia
presentes nos PCN’s e colaborar para o renascimento dessa ciência enquanto
disciplina. Embora tenha tido caráter de disciplina no antigo ensino secundário
brasileiro até a década de 40, com as muitas reformas realizadas nas componentes
curriculares nacionais, a Astronomia passou a integrar as disciplinas de Física,
Geografia e Ciências, o que acabou distanciando essa ciência das demais, sendo
até mesmo esquecida por muitos professores. Muitos desses docentes acreditam
que ensinar Astronomia atrapalha o estudo de conteúdos que são cobrados com
mais frequência no vestibular, e outros fogem dessa ciência por não ter recebido o
saber necessário para ministrar aulas sobre esse assunto na academia. Com isso, a
Astronomia está ficando cada vez mais distante do contexto escolar, e buscar
alternativas eficazes para minimizar esse descaso é muito importante. Por isso, esse
trabalho procurou desenvolver um material didático que, aliado às simulações com o
Stellarium, pretende colaborar para a inserção de conceitos astronômicos nas aulas
de Física do ensino médio.
2.3 A Astronomia nos PCN’s
Em 1996, foi aprovada a Lei de Diretrizes e Bases da Educação brasileira e,
dentre outras providências tomadas por essa lei, destacou-se a inserção do ensino
médio como etapa final da educação básica. Com essa inclusão, ficou mantida a
obrigatoriedade desse nível de ensino que tinha sido retirada do texto original da
Constituição Federal pela Emenda Constitucional 14/96. Com isso, essa etapa
passou a integrar o primeiro nível da educação escolar, composta por educação
infantil, ensino fundamental e o ensino médio, sendo que este último “tem por
finalidades
desenvolver
o
educando,
15
assegurar-lhe
a
formação
comum
indispensável para o exercício da cidadania e fornecer-lhe meios para progredir no
trabalho e em estudos posteriores” (art. 22, lei n° 9394/96).
Nessa concepção, a Lei nº 9.394/96 muda no cerne a identidade
estabelecida para o Ensino Médio contida na referência anterior, a Lei nº
5.692/71, cujo 2º grau se caracterizava por uma dupla função: preparar para
o prosseguimento de estudos e habilitar para o exercício de uma profissão
técnica (BRASIL, 2000).
Nessa nova identidade, o ensino médio procura trabalhar a formação
humana, buscando desenvolver valores e competências que promovam o
crescimento individual e coletivo da pessoa, aprimorando a sua formação ética e
desenvolvendo a autonomia intelectual e o pensamento crítico. Essas competências
devem permitir ao cidadão continuar seus estudos em níveis mais avançados e
acompanhar as mudanças que caracterizam a produção do nosso tempo. Além
disso, “o ensino médio após a LDB passou a considerar a diversidade do aluno
como elemento essencial a ser tratado para melhoria da qualidade de ensino e
aprendizagem” (BRASIL, 2000). Nesse sentido, cabe ao professor identificar essas
particularidades e montar estratégias que possam colaborar para que essa
especificidade não atrapalhe a aprendizagem.
A LDB no seu artigo 26 trata da composição dos currículos da educação
básica, orientando para que ele seja composto de uma base nacional comum, e por
uma base diversificada que atenda as particularidades de cada unidade de ensino.
O inciso primeiro deste artigo estabelece a obrigatoriedade desses currículos
abrangerem quatro grandes áreas do saber, dentre elas, o conhecimento do mundo
natural e físico (KANTOR, 2012). O estudo dessa área, segundo as Diretrizes
Curriculares Nacionais para Ensino Médio, pretende, dentre outras habilidades e
competências não menos importantes, que o educando reconheça a ciência como
uma construção humana, e aproprie-se dos conhecimentos da Física, da Química e
da Biologia para explicar e intervir no mundo natural. As Diretrizes Curriculares
Nacionais para o Ensino Médio foram criadas em 1998. Regulamenta sobre os
princípios, fundamentos e procedimentos que devem ser observados por cada
unidade de ensino na organização curricular e pedagógica e estabelece que toda a
organização curricular deve ser orientada pelos valores apresentados na LDB
(BRASIL, 1998).
16
As Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio, que expressam
os princípios gerais e os pressupostos pedagógicos e filosóficos da LDB,
estabelecem que, na organização do currículo e em situações de ensino e
aprendizagem, deve-se estimular a curiosidade, a investigação e a
criatividade do aluno, evitando a simples transmissão dos conteúdos
curriculares. A razão dessa iniciativa é que os conteúdos não se encerram
em si mesmos, mas devem ser instrumentos para o desenvolvimento de
competências, de modo a proporcionar meios para o desenvolvimento
intelectual, afetivo e social do educando, objetivo central do ensino médio
(KANTOR, 2012, pag.17).
Embora o currículo não envolva apenas conteúdos, mas também as relações
humanas na sociedade, que envolvem questões relativas a gênero, ética e conflitos
entre classes, com a massificação da educação, tornou-se necessário orientar sobre
qual deveriam ser os conteúdos mínimos exigidos no currículo. Nessa perspectiva,
surgiram os Parâmetros Curriculares Nacionais, em 1998, que se apresentam não
como um currículo a seguir-se, mas como subsidio para orientar a escola na
formulação de sua proposta curricular. Os PCN’s trazem não só as disciplinas
básicas que devem compor a grade curricular, mas também alguns temas
transversais que devem ser trabalhados a fim de promover no educando a plena
formação cidadã, fortalecendo assim, o papel social da escola. Com isso, os
Parâmetros Curriculares Nacionais se constituem como a principal referência para o
trabalho docente das diversas áreas do ensino fundamental e médio, tendo como
objetivo central garantir os conhecimentos básicos para o exercício da cidadania
(BRASIL, 1998).
Os PCN’s trabalham os conteúdos relacionados à Astronomia no ensino de
Ciências Naturais no terceiro e quarto ciclos do ensino fundamental, no eixo
temático “Terra e Universo”. No terceiro ciclo, os conteúdos astronômicos abordados
são voltados para uma concepção de universo com enfoque no sistema Terra – Sol
– Lua, privilegiando atividades de observações diretas que permitam ao educando
construir suas próprias concepções e explicações, até que surja a dúvida, que será o
ponto de partida para o professor estabelecer uma nova interpretação dos
fenômenos observados e incorporar o conhecimento científico atual sobre o
fenômeno descrito. Para isso, o PCN para o ensino fundamental orienta que sejam
realizados trabalhos voltados a observações do movimento do Sol, da Lua e das
estrelas, a fim de promover a percepção da periodicidade desses fenômenos ao
longo do ano. Além disso, essas diretrizes mostram a necessidade da elaboração
de atividades práticas que permitam a localização espacial a partir das observações
17
dos astros como, por exemplo, a construção de um relógio de Sol6, que possibilita
identificar os pontos cardeais e os colaterais pela sombra projetada por uma haste
fixada ao solo durante boa parte do ano. Com isso, espera-se que o estudo do tema
Terra e Universo no terceiro ciclo possibilite aos educandos “chegarem ao quarto
ciclo concebendo o Universo sem fronteiras, onde está o sistema Terra – Sol – Lua”
(BRASIL, 1998).
No quarto ciclo, o PCN orienta que se comece a trabalhar a compreensão dos
fenômenos mais distantes no tempo e no espaço, por exemplo, as referências de
distância entre os astros, o conceito qualitativo da força gravitacional, a estrutura das
galáxias e os modelos de Universo. É recomendado também que as observações
diretas continuem, e possibilitem ao discente ao longo do ano identificar algumas
constelações no céu e os planetas visíveis a olho nu. Nesse ciclo, segundo o PCN, é
necessário trabalhar o significado histórico da troca do modelo geocêntrico pelo
heliocêntrico para o pensamento ocidental, de maneira que o estudo sobre o sistema
solar não fique restrito apenas a posição dos astros no céu, mas mostre também
que o desenvolvimento desse modelo provocou profundas mudanças históricas e
sociais durante os séculos XVI e XVII. Propõe-se ainda uma valorização da
contribuição astronômica para o progresso tecnológico da humanidade, fruto do
acúmulo de conhecimento e embates de ideias promovidos pela Astronomia.
Também é proposto o estudo das estações do ano, relacionando-as com a
diferença de iluminação a que estão submetidos os dois hemisférios
terrestres no decorrer do ano. Em todo esse estudo, deve-se novamente
considerar os conhecimentos que a humanidade apresentava em cada
época, valorizando as explicações de outrora e lembrando que elas foram
construídas dentro de circunstâncias históricas, sociais e tecnológicas que
não permitiam as explicações atuais, destacando que o avanço da
tecnologia ligada às observações e coleta de dados teve enorme influência
no desenvolvimento da Astronomia (KANTOR, 2012, pag. 18).
A Astronomia também faz parte das orientações curriculares para o ensino
médio. Com a complementação dos PCNEM pelo PCN+ ensino médio, em 2002,
6
O relógio de Sol pode ser uma haste vertical bem reta fixada no chão liso, horizontal e a céu aberto,
que projeta sombras diferentes nas várias horas do dia. Marcando o comprimento dessas sombras,
os alunos podem elaborar explicações para o tamanho e a direção delas, compreendendo melhor a
trajetória do Sol, marcando o nascente (ponto Leste), o poente (ponto Oeste) e o Norte-Sul pela
perpendicular que faz a menor sombra a do meio-dia, em relação à reta Leste-Oeste. Por conta dos
fusos horários, das convenções dentro do país e do horário de verão, o meio-dia oficial nem sempre
corresponde com exatidão ao meio-dia observado (BRASIL, 1998).
18
tópicos de Astronomia e Cosmologia foram inseridos na área de Ciências da
Natureza, Matemática e suas Tecnologias, no tema VI “Universo, Terra e Vida”.
Embora não especifique o nome da disciplina onde devam ser ensinados esses
tópicos, as suas unidades temáticas sugerem que estes se insiram na disciplina de
Física. Ao propor o estudo das temáticas “Terra e Sistema Solar, O universo e Sua
Origem e Compreensão Humana do Universo”, tópicos relacionados à disciplina de
Física como as interações gravitacionais; o movimento da Terra, da Lua e do Sol;
ordem de grandezas astronômicas e os principais modelos explicativos da origem e
constituição
do
Universo
são
especificados.
A
terceira
unidade
temática
“Compreensão Humana do Universo” traz um enfoque mais filosófico e cultural dos
modelos do Universo, ao invés da característica mais científica abordada no ensino
fundamental e nas duas primeiras temáticas do tema VI do PCN+ ensino médio.
Essa abordagem é indicada para proporcionar aos educandos a visão
cosmológica da ciência atual para que eles se situem temporal e
especialmente no universo e compreendam as condições necessárias para
o surgimento e evolução da vida na Terra. Mas seria, de acordo com tal
texto, necessário que essa apresentação não se resumisse apenas às
condições ambientais necessárias para a existência de vida e, em especial,
à vida humana, sendo também importante discutir as implicações filosóficas
decorrentes da existência da vida, colocando em evidência as relações que
se estabeleceram entre Ciência e Filosofia no decorrer da história humana
(KANTOR, 2012, pag.19).
É importante salientar que tanto o PCN+ quanto o PCN trazem alguns
aspectos de suma importância ao ensino de Astronomia, assumindo que este não
seja apenas um conteúdo informativo e sim uma ferramenta que induza o aluno a
pensar e agir em meio a seu cotidiano. No entanto, é necessário que se entenda a
Astronomia não como um conteúdo isolado ou mais uma disciplina da grade, mas
como parte das disciplinas de Ciências no Ensino Fundamental e da Física no
ensino médio (KANTOR, 2012). Nessa perspectiva, dentre vários outros aspectos
sugeridos, o PCN e PCN+ ressaltam a importância do ensino de Astronomia voltado
para a formação cidadã do aluno, buscando alternativas para que esse discente se
situe no mundo utilizando o pensamento cientifico como uma ferramenta cognitiva.
19
Capítulo 3
Metodologia
A sequência de ensino aprendizado “O uso do Stellarium como Estratégia
para o Ensino de Astronomia” foi elaborada com o objetivo de inserir conceitos de
Astronomia nas aulas de Física do ensino médio numa escola da rede pública de
ensino do estado de Mato Grosso. Para isso, foram elaborados alguns materiais e
desenvolvidas algumas estratégias para alcançar o objetivo geral proposto. A seguir,
tem-se uma breve explanação das principais etapas realizadas para elaborar a
sequência e promover a sua aplicação.
Motivação: nessa etapa, procurou-se trabalhar a motivação dos educandos
do ensino médio para participarem do projeto de ensino de Astronomia que foi
desenvolvido para aplicação dessa sequência. Para tal, foram realizadas palestras
no auditório da instituição, observações utilizando um telescópio refletor de 11’’,
observações do céu a olho nu e discussões dos fenômenos observados durante os
encontros.
Concepções iniciais: Antes de iniciar a confecção da sequência, foi
elaborado um questionário de concepções iniciais, que se encontra no apêndice 1
deste trabalho, contendo questões abertas sobre alguns conceitos astronômicos que
devem ser ensinados nas aulas de ciências do ensino fundamental segundo os
PCN’s, tais como: aspectos das fases da Lua, o movimento do Sol no céu, o sistema
solar e as estrelas. A finalidade desse questionário foi verificar os conhecimentos
prévios dos discentes e analisar os principais subsunçores presentes em sua
estrutura cognitiva referentes à Astronomia. O questionário continha ainda algumas
perguntas com o objetivo saber o que eles gostariam de estudar em Astronomia e se
conheciam algum software que simulava fenômenos astronômicos.
Confecção da sequência: Com base nos dados obtidos após a análise do
questionário de concepções iniciais, iniciou-se a elaboração da sequência didática.
Nessa etapa foram escritos três textos de apoio para servir de organizadores prévios
durante a aplicação da sequência, já que ficou explícita a falta de subsunçores para
aprender alguns fenômenos que se pretendiam ensinar nas aulas com o software.
Além disso, foi confeccionado um manual contendo os principais comandos e
funções do programa, a fim de proporcionar os saberes técnicos necessários para
20
utilizar o aplicativo durante a resolução das atividades de simulação, que também
foram preparadas durante essa etapa.
Aplicação da sequência: Com todas as atividades e textos de apoio
montados, começou a fase de aplicação da sequência, que se iniciou com uma
conversa e uma aula expositiva sobre conceitos básicos de Astronomia utilizando o
Stellarium, continuando com mais quatro encontros no laboratório de informática da
instituição com a realização de aulas expositivas e simulações contemplando
aspectos do sistema solar, do ciclo evolutivo das estrelas e um estudo específico do
fenômeno das fases da Lua.
Avaliação: durante toda a aplicação da sequência, ao final de cada atividade,
o aluno poderia julgar se aquela atividade de fato lhe proporcionou uma melhora
significativa no seu aprendizado sobre o tópico estudado. Com isso, foi possível
identificar quais mecanismos da sequência necessitavam de mudança e os pontos
positivos apontados. Além disso, a avaliação levou em consideração as observações
registradas durante as aulas e a resolução das atividades. Por fim, no término da
sequência, foi aplicado um segundo questionário para verificar qualitativamente e
quantitativamente se essa estratégia surtiu ou não resultado no aprendizado deles.
Nos tópicos seguintes deste capítulo, serão apresentadas as principais
atividades
desenvolvidas em
cada
etapa
dessa
sequência
de
ensino
e
aprendizagem. Embora elas não mostrem integralmente o trabalho realizado ao
longo dos quatro meses do primeiro semestre de 2016 em que esse projeto foi
realizado, ainda assim elas demonstram parcialmente como se construiu o processo
de elaboração de material didático, as atividades práticas realizadas e os
mecanismos de avaliação aplicados durante esse projeto.
3.1. Motivação
A primeira etapa consistiu em divulgar o projeto buscando conseguir alunos
para participar de suas atividades. Embora a Astronomia em si seja um atrativo no
ensino, o fato de ser um professor recém-chegado na escola e do projeto ser
executado no contra turno acabaram tornando essa etapa essencial para o
recrutamento de alunos voluntários. O termo “voluntário” foi empregado por que
muitos dos 20 alunos que participaram do projeto não integravam as turmas em que
21
as aulas de Física eram ministradas por mim. Além disso, não foi ofertada nota nem
qualquer outra forma de recompensa, se não o próprio conhecimento, para a
participação.
A etapa de motivação começou no dia 08/04/2016 com uma palestra,
ministrada por mim, em comemoração ao dia Internacional da Astronomia intitulada
“Conhecendo o Céu”7, promovido pelo Clube de Astronomia (CAPEL) do Instituto
Federal de Mato Grosso, no auditório do campus Pontes e Lacerda. Para participar
da palestra, foram convidados alunos da Licenciatura Plena em Física e do ensino
médio integrado ao ensino médio dos cursos de controle ambiental, informática e
administração. Nessa palestra foram mostradas algumas curiosidades astronômicas
e foi feita uma breve discussão de conceitos relacionados à cosmologia. Essa ação
também possibilitou informar sobre o projeto que iria iniciar-se no campus e as
condições para participar do mesmo. Dando continuidade ao processo de
divulgação, convidamos os alunos do nível médio para participarem de três eventos
de observação do céu utilizando um telescópio, que seriam promovidos pelos
professores de Física da instituição. Esses eventos foram dispostos da seguinte
maneira:



Observação da Lua no dia 19/04/2016 a partir das 19 h.
Observações da Lua, Júpiter e Saturno no dia 18/05/2016 a partir das 19 h.
Observações do Sol no período matutino; Saturno, em seu perigeu, e de
Marte no dia 03/06/2016 a partir das 19 h.
Na primeira observação da Lua, utilizou-se o telescópio da instituição e
durante as observações, que também foram estendidas ao público do nível superior,
foram feitas explanações sobre o aspecto de fases da Lua e de seu movimento em
torno da Terra. As reações do público foram diversas. Muitos não acreditavam e
outros repetiam as observações várias vezes a fim de contemplar o astro e verificar
o seu relevo, uma vez que o telescópio utilizado tem um alcance que permite
identificar diversas crateras na superfície lunar. A partir do segundo evento de
observação, começamos a utilizar os recursos do Stellarium para projetar a imagem
do astro observado na parede do laboratório de Física. Dessa maneira, quando
surgiam algumas perguntas, por exemplo, sobre a distância dos planetas em relação
à Terra ou como seriam as luas dos planetas observados, utilizávamos a simulação
7
Informações sobre a palestra no link: https://www.youtube.com/watch?v=p8mQ2kmhJ80
22
para dar um aspecto mais visual às justificativas sobre o fenômeno questionado.
Durante as observações do Sol, figura 3.1B, orientamos sobre a necessidade de
utilizar um filtro protetor. Esses filtros evitam a queimadura de células visuais que
podem provocar patologias irreversíveis ao olho humano.
Figura 3.1: Algumas imagens das atividades de divulgação desenvolvidas no campus, 1A –
Verificação do alcance do telescópio refletor utilizado; 1B – observação do Sol e das manchas
solares. 1C – Divulgação da palestra “Conhecendo o Céu”. 1D – Início das observações de Saturno e
Marte. Fonte: Acervo do autor.
Em todos os eventos de observação ilustrados na figura 3.1, falávamos que
iríamos aplicar uma sequência de ensino aprendizagem para sanar algumas dúvidas
apresentadas sobre os astros, e com isso os alunos começaram a questionar
quando seria este início. A partir daí, iniciou-se a fase de captação de voluntários
para participar do projeto. Isso foi feito com ajuda dos professores das diferentes
áreas de ensino que passaram uma lista nas turmas do ensino médio a fim de
verificar o número de alunos que realmente se interessariam a frequentar as aulas
no período vespertino e, surpreendentemente, 39 alunos se mostraram dispostos a
assisti-las. Como o único tempo livre era o turno vespertino, foi dada preferência aos
alunos do turno matutino, preenchendo assim as 20 vagas com alunos do primeiro,
segundo e terceiro ano do ensino médio. Foram escolhidos apenas 20 alunos
23
porque no laboratório só existem 20 máquinas em pleno funcionamento e uma
experiência prévia mostrou que esta exigência era realmente necessária.
3.2 Concepções Iniciais
Sendo o conhecimento prévio do aluno um fator determinante para a
aprendizagem significativa, e sendo o objetivo central deste trabalho produzir um
material potencialmente significativo para o ensino de Astronomia no ensino médio,
essa etapa teve o objetivo de identificar qual o conhecimento de Astronomia o
discente trazia consigo. Para isso, foi elaborado um questionário de concepções
iniciais contendo questões abertas que exploravam conceitos do sistema Terra – Sol
– Lua proposto no eixo temático “Terra e Universo” do PCN para ensino
fundamental. Escolheu-se está vertente por acreditarmos que os alunos já teriam
vivenciado esses conceitos dentro das aulas de ciências no ensino fundamental, e
assim, seria mais fácil identificar os subsunçores, caso existissem em sua estrutura
cognitiva. Além disso, o questionário de concepções iniciais buscou verificar há
quanto tempo esses educandos tinham estudado temas relacionados à Astronomia
e em qual disciplina, com a finalidade de verificar qual a importância que os
professores do ensino fundamental deram a esse tópico.
Aspectos sociais também foram pesquisados no questionário. Com isso, foi
possível obter algumas informações relevantes como, por exemplo, o número de
alunos que tinham computadores em sua residência e quais possuíam celulares com
acesso a redes sociais, isso foi importante na montagem do grupo de whatsapp para
passar algumas. Informações necessárias no decorrer das atividades da sequência
e no envio de exercícios e textos no e-mail que foi criado. Os questionários foram
aplicados durante a última semana de maio de 2016 e, ao invés de aplicá-lo apenas
aos alunos que tinham mostrado interesse em participar do produto, resolvemos
aplicar para todas as turmas de primeiro ano, duas turmas de segundo ano e duas
turmas de terceiro. Com isso, obtivemos 130 questionários que se tornaram o cerne
dessa sequência.
Por meio deles foi possível identificar quais subsunçores se encontravam
presentes na estrutura cognitiva dos educandos e como deveriam ser elaborados os
organizadores prévios para estabelecer a ponte entre o novo conhecimento e o já
24
existente na estrutura mental deles. O questionário de concepções iniciais também
serviu de parâmetro para a avaliação final, pois as informações obtidas puderam ser
confrontadas com o questionário de “concepções finais” aplicado ao término da
sequência de ensino e aprendizagem, possibilitando criar gráficos e extrair algumas
informações que ajudaram a avaliar se de fato a estratégia adotada auxiliou na
aprendizagem significativa ou se estabeleceu mais um processo mecânico. Outro
ponto relevante apontado pelos questionários foi saber o que os alunos gostariam de
estudar dentro da Astronomia, permitindo trabalhar a predisposição do aluno em
aprender. Porém, vale salientar que isso não pode ser literal. O professor tem que
organizar o conteúdo de forma lógica, pensando na melhor maneira de potencializar
o material para uma aprendizagem significativa, e haverá determinados momentos
em que aquilo que se deve ensinar pode não ser de interesse do aluno, mas isso
não pode e nem deve influenciar na escolha do conteúdo que realmente é
necessário.
3.3 Confecção da Sequência
A sequência de ensino aprendizagem “O uso do Stellarium como Estratégia
para o Ensino de Astronomia” foi elaborada com base nas informações adquiridas
com o questionário de concepções iniciais, e tem a finalidade de ser um material
potencialmente significativo no processo de construção do conhecimento de tópicos
de Astronomia no ensino médio. É composta por três textos de apoio, quatro
atividades práticas e um manual contendo as principais funções do software utilizado
para fazer as simulações, o Stellarium. A organização desse material e a função de
cada um no processo de construção da sequência são explanadas a seguir.
3.3.1 Textos de Apoio e Atividades Práticas
Os textos de apoio confeccionados nessa sequência constituem-se como
organizadores prévios no processo de ensino aprendizagem. Eles foram elaborados
com base nas informações obtidas com a aplicação do questionário de concepções
iniciais e se configuram como uma importante ferramenta para aquisição de novos
subsunçores pelos educandos. O texto de apoio I, intitulado “Conhecendo a Lua”, foi
25
confeccionado para trabalhar com os aspectos de fases da Lua, o movimento desse
satélite em torno da Terra, a atmosfera lunar, a composição do solo lunar, as
viagens do homem à Lua e a origem do nosso astro mais próximo. Ao final desse
texto encontra-se uma atividade prática cuja resolução é voltada às simulações com
o software livre Stellarium. Essas atividades abordam questionamentos sobre as
fases da Lua, distância do nosso satélite natural em relação a Terra, as diferentes
magnitudes da Lua ao longo do mês e a confecção de um calendário lunar utilizando
o recurso de simulações.
No texto de apoio II, “Conhecendo o Sol e o Sistema Solar” são abordados
aspectos conceituais sobre o Sol e a nova classificação do sistema solar que
ocorreu após descobertas recentes de corpos celestes conhecidos como planetas
anões. O texto se inicia com uma breve explanação sobre o significado do Sol para
algumas civilizações antigas, trazendo informações sobre a sua influência para a
origem da Astronomia, a luminosidade emitida por ele, o processo de fusão nuclear
em seu interior e um estudo sobre as camadas que o compõe, como: a coroa solar,
a cromosfera, fotosfera e as zonas convectiva, radiativa e de transição. Em seguida,
começa o estudo dos planetas do sistema solar, abordando as principais
características de cada um deles e a inserção dos quatro novos planetas anões e o
rebaixamento de Plutão a essa categoria em 2006. Ainda sobre o sistema solar, o
texto faz referências ao cinturão de asteroides localizado entre as órbitas de Marte e
Júpiter, e do cinturão de Kuiper situado além de Netuno. Ao término, o leitor
encontra a atividade prática II que trabalha simulações voltadas para o sistema
solar, dando ênfase ao estudo da localização dos corpos celestes, do movimento
aparente do Sol no céu, das distâncias entre os astros e de outros conceitos
importantes para a compreensão do movimento dos planetas e demais corpos que
constituem o sistema solar.
O texto de apoio III, que explana sobre “O Ciclo Evolutivo das Estrelas”, foi
confeccionado para “atender” às solicitações dos educandos. Embora já fosse objeto
de estudo dessa sequência, esse tema foi o mais solicitado quando perguntados
sobre “o que gostariam de estudar em Astronomia”, no questionário de concepções
iniciais aplicado. Como esse tema exige um conhecimento astronômico mais
refinado, na confecção do texto tivemos uma preocupação em trabalhar o processo
de fusão nuclear que ocorre no interior das estrelas, como ocorre a formação de
uma estrela a partir de uma nebulosa (nuvem molecular) e demos ênfase ao estudo
26
do diagrama Hertzsprung-Russel, mostrando aos discentes que a maior parte da
vida de uma estrela se passa na sequência principal desse gráfico. Na sequência do
texto, foi trabalhada a fase final da vida de uma estrela e como a massa inicial da
protoestrela determina o seu fim. Ao longo de todo o texto o aluno encontra imagens
reais e outras ilustrativas que tem a função de resgatar algum subsunçor na forma
de símbolo que tenha apreendido em alguma época do seu estudo ou de sua vida.
Assim como os demais, no final do texto o educando encontra uma série de
atividades de simulação com Stellarium abordando o estudo das estrelas e do
espaço profundo.
3.3.2 Manual do Stellarium e Instalação do Software
O manual contendo os principais comandos e funções do Stellarium foi
confeccionado com o objetivo de otimizar o tempo de familiaridade com o Software
pelos educandos. Embora seja um programa com comandos simples, o uso das
teclas de atalho e de algumas funções o potencializa ainda mais como uma
ferramenta educativa para o ensino de Astronomia. Nesse manual, o leitor encontra
informações relativas a cada janela da barra de menu vertical e horizontal do
programa, além de uma tabela contendo os símbolos, suas teclas de atalho e a
função que cada uma exerce na memória do software. Com isso, ferramentas como
a função “projeção”, pouco utilizada pela maioria dos navegadores desse programa
pode ser descoberta e utilizada para trabalhar os variados problemas da Astronomia
de posição. O manual traz ainda informações sobre importantes ferramentas da
barra de menu horizontal, que dentre outras funções tem o controle do tempo, que
permite simular fenômenos que ocorreram há séculos e prever outros que ainda irão
acontecer, como o próximo perigeu de Plutão. Além disso, uma tabela contendo
teclas de atalho adicionais mostra os comandos de zoom, centralizar objeto, linhas
imaginárias e acelerar a passagem do tempo em horas, dias e semanas.
Mesmo sendo um software livre, o Stellarium é pouco conhecido no universo
escolar, o que acaba impedindo que muitos educandos usufruam desse recurso
durante as aulas de Física ou nas horas vagas na escola. Como esse programa
constitui-se na principal ferramenta explorada na sequência, observamos a
necessidade de instalá-lo nas máquinas do laboratório de informática n° 39 da
27
instituição. Esse laboratório foi escolhido por ser menos utilizado pelos professores e
alunos da área técnica do campus e possuir o recurso de multimídia composto por
home theater e data show instalados, o que é excelente para projetar as simulações
com o software e assistir vídeos. O processo de instalação do software foi rápido, na
penúltima semana do mês de maio, com a colaboração da equipe de técnicos em TI
do campus, baixamos o software na plataforma < www.stellarium.org/pt/> e o
instalamos nas 22 máquinas que compõe o laboratório.
3.4 Aplicação da sequência
Terminada a fase de confecção da sequência de ensino aprendizado iniciouse a fase de aplicação. Para conclusão desta etapa, foram necessários seis
encontros, sendo o primeiro utilizado para aplicação do questionário de concepções
iniciais – que serviu de base para a elaboração do material didático – e os demais
foram destinados às aulas expositivas e às simulações com Stellarium propostas
durante a aplicação da sequência. Esses encontros tinham duração de duas horas,
sendo dividido em duas aulas de cinquenta minutos e um intervalo de vinte minutos
cada, exceto, o primeiro e o último encontro que tiveram duração de cinquenta
minutos, pois foram destinados à aplicação dos questionários de concepções iniciais
e finais. A tabela 3.1 mostra as atividades promovidas em cada encontro, bem como
a data e hora de sua realização.
Quadro 1 – Cronograma com as principais atividades realizadas durante a sequência de
ensino aprendizado “O Stellarium como Estratégia para o Ensino de Astronomia”.
AULAS DATA/HORA
1°aula
2° aula
RECURSOS UTILIZADOS
DURAÇÃO
23/05/2016 à Aplicação do questionário de concepções
27/05/2016.
iniciais sobre conhecimentos de Astronomia.
50 min.
Aula expositiva com Datashow abordando
marcos históricos e aspectos conceituais da
Astronomia.
35 min.
21/06/2016
Início: 14 H
Vídeo sobre a teoria do Big Bang e debate
com a turma.
15 min.
Atividade prática I com os comandos do
Stellarium utilizando o manual do Stellarium
50 min.
28
disponibilizado no apêndice 2 deste trabalho.
3° aula 24/06/2016
Início: 14 H
4° aula 28/06/2016
Início: 14 H
5° aula 30/07/2016
Início: 14 H
6°aula
05/07/2016
Início: 14 H
Vídeo sobre as fases da Lua e discussões.
15 min.
Aula expositiva e debate sobre os aspectos
abordados no texto de apoio I.
35 min.
Atividade prática II.
50 min.
Aula expositiva (apresentação de trabalho em
grupo) e debate sobre os aspectos abordados
no texto de apoio II.
50 min
Atividade prática III.
50 min.
Aula expositiva e debate sobre os aspectos
abordados no texto de apoio III.
50 min.
Atividade prática IV
50 min.
Aplicação do questionário de concepções
finais sobre conhecimentos de Astronomia.
50 min.
3.5 Avaliação
A avaliação da aprendizagem nessa sequência foi feita mediante análise dos
questionários de concepções inicial e final, pela observação das atividades
realizadas durante todo o período de aplicação da sequência e por meio da análise
dos conceitos apresentados pelos alunos durante as discussões. Para isso, ao final
de cada atividade, eram recolhidos os cadernos de questões para serem corrigidos e
devolvidos na aula seguinte. Isso permitiu identificar erros conceituais e dificuldades
com os comandos do software durante as simulações. Ao devolver os cadernos com
os apontamentos de erros e acertos, dava-se um tempo para os alunos refazerem
as atividades com mediação do professor, que algumas vezes fazia uma revisão da
parte conceitual na lousa ou utilizava o recurso de projeção para solucionar as
dificuldades relacionadas às funções do programa. Com isso, o método de avaliação
permitiu a recursividade nas atividades, satisfazendo um dos requisitos apontados
na avaliação da aprendizagem significativa segundo Ausubel. Nessa perspectiva, os
erros detectados com a análise das atividades servem de ponto de partida para
inserção de novos conhecimentos e estratégias para solucionar os problemas, não
tendo sido usado para punir o aluno.
29
Outro método utilizado durante as aulas foi pedir para os alunos explicarem
aquilo que aprenderam. Para isso, no decorrer das discussões, uma problemática
era estabelecida e solicitava-se que algum integrante da turma tentasse solucionar o
questionamento feito pelo professor. Esse integrante fazia uma breve explanação da
parte conceitual do fenômeno e depois mostrava a combinação de comandos
utilizados para simular o evento. Com isso, foi possível avaliar se o educando era
capaz de externar o conhecimento adquirido com as aulas expositivas e os recursos
de simulação. Embora seja mais trabalhosa, essa estratégia permite verificar como o
subsunçor se apresenta na estrutura cognitiva do aluno, pois se o educando
apresentar dificuldades com a parte conceitual implica que o mesmo não possui um
conhecimento estabilizado em sua mente, o que exige uma revisão do conteúdo
proposto ou até mesmo uma mudança na metodologia usada.
Ao longo das aulas, também desenvolvemos diversos momentos de
discussões sobre alguns vídeos que foram mostrados no início do segundo e
terceiro encontros. Esses vídeos serviram de tema norteador para o início das
atividades dessas aulas. Nesses diálogos, era possível notar como cada aluno
posicionava-se frente aos assuntos propostos. A partir daí, eram feitos alguns
registros da fala desses educandos, por meio de filmagem, que serviram para
modificar alguns aspectos da sequência durante a aplicação. Além disso, foi
possível observar que alguns questionamentos dos jovens fugiam dos conteúdos
propostos na sequência o que nos motivou a criar um grupo numa rede social e um
e-mail para turma, com a finalidade de continuar essas discussões e enviar materiais
que pudessem orientá-los durante esses debates “virtuais”. Esse mecanismo
também foi encarado como passível de avaliação, uma vez que, com a participação
do professor, havia a possibilidade de mediar os debates e avaliar se as diversas
proposições colocadas pelos alunos estavam de acordo com o saber científico a
respeito do fenômeno.
Por fim, aplicamos um questionário de concepções finais que também pode
ser chamado de pós-teste, não no sentido de um exame com caráter puramente
mecânico, mas como um complemento para as observações e a análise das
miniapresentações realizadas pelos discentes durante as aulas. Nesse questionário
foram elaboradas questões de Astronomia direcionadas aos conceitos do sistema
Terra – Sol – Lua e do ciclo evolutivo das estrelas, além de perguntas sobre a
sequência em si, por exemplo: Qual o conhecimento proporcionado com as
30
atividades de simulação? O Stellarium foi um facilitador no entendimento da
Astronomia? Dentre outros questionamentos que buscavam evidências da
aprendizagem significativa. Ao contrário do método mecânico, na aprendizagem
significativa devemos buscar evidências de sua ocorrência, e isso exige estratégias
de observações mais sérias, que mostrem de fato a realidade do processo como um
todo, evitando usar o recurso do certo ou errado como predominante para a
avaliação do conhecimento.
31
Capítulo 4
Resultados
Esta seção é dedicada à análise dos resultados obtidos com as diferentes
estratégias de avaliação que desenvolvemos e ao relato das principais experiências
adquiridas durante as aulas expositivas da sequência de ensino aprendizagem
proposta. Para isso, foram explorados os dados dos questionários de concepções
iniciais e finais e das atividades realizadas no decorrer da aplicação da proposta de
ensino, bem como das principais observações dos aspectos conceituais externados
pelos alunos. É importante frisar que o questionário de concepções iniciais foi o
cerne para elaboração do material didático, e por isso ele foi aplicado com
antecedência de aproximadamente um mês em relação ao início das atividades no
laboratório de informática. Como eles foram aplicados para diferentes turmas do
ensino médio, resolvemos tabular os dados de todos no sentido de avaliar o quanto
o ensino de Astronomia estava presente ou não na estrutura cognitiva desses
jovens. Já as observações dos demais questionários e atividades foram utilizados
para verificar se a estratégia proporcionou uma aprendizagem significativa ou
meramente mecânica para o grupo dos vinte alunos que participaram da aplicação
da sequência, que foram destacados após início da sequência de ensino.
4.1 Resultados dos Questionários de Concepções Iniciais
O questionário de concepções iniciais foi aplicado para 130 alunos dos três
níveis do ensino médio de uma escola pública do oeste mato-grossense, sendo 44
do primeiro ano, 48 do segundo e 38 do terceiro. Os alunos que participaram da
aplicação da sequência saíram desse grupo, já que a resolução do questionário foi
uma das condições que estabelecemos como critério de inserção no projeto, além
da disponibilidade de horário. Com esses resultados, construímos o material didático
que se encontra no apêndice 1 deste trabalho e pudemos usá-los para identificar
aspectos da aprendizagem significativa quando os seus resultados foram somados
aos obtidos com as demais atividades realizadas e suas respectivas análises. Nessa
subseção, serão discutidas algumas respostas dos educandos às questões do pré32
teste. Essas respostas foram avaliadas e confrontadas, em alguns casos, com
posições teóricas que manifestam opiniões a respeito da abordagem. Também
usamos as informações coletadas para montarmos gráficos que ilustram o
entendimento de alguns resultados e possibilitam fazer correlações entre as
questões, a fim de encontrar alguns fatores determinantes para tal resultado.
4.1.1 Acesso aos Recursos Computacionais
A primeira pergunta do questionário procurou verificar o acesso dos jovens
pesquisados às tecnologias da informação e comunicação. Para isso, eles
responderam perguntas à respeito dos principais recursos computacionais que
possuíam: se tinham acesso à internet e se utilizavam esses recursos como apoio
ao ensino. Os resultados obtidos a partir desses questionamentos encontram-se no
gráfico 4.1.
140
130
130
117
N° de Alunos
120
114
94
100
73
80
57
60
36
40
16
13
20
0
Sim
Não
0
0
Acesso à
Uso os
Acesso à
Acesso à
Possui Usa o celular
internet. recursos das internet em internet na celular com na escola.
TIC's como
casa.
escola.
acesso às
apoio ao
redes
ensino.
sociais.
Gráfico 4.1: Informações de como os educandos pesquisados estão inseridos no universo da TIC's.
A análise desse gráfico mostra o quanto as TIC’s estão inseridas na vida dos
jovens. Como se pode notar, todos os alunos pesquisados nessa escola possuem
acesso à internet, seja em casa ou na escola. Porém, uma observação faz-se
necessária. Enquanto o maior percentual de acesso à internet é na escola, que
33
oferece a esses discentes pleno uso desse recurso, a segunda coluna, da esquerda
para a direita, aponta que apenas 44% dos pesquisados utilizam esse instrumento
como apoio ao ensino. Isso permite constatar que embora exista a oferta de internet
gratuita dentro da unidade escolar, a mesma está sendo usada para outros fins que
não são educacionais. Com isso, o propósito educacional das TIC’s parece não ser
cumprido e a sua potencialidade como ferramenta de universalização da educação
fica diminuída.
Outro fato importante é que 88% destes discentes possuem aparelhos de
celular ou smartphones com acesso às redes sociais e 72% usam o celular na
escola. Isso, mais o número acima, evidencia que essa ferramenta está se
caracterizando como recurso de lazer para os alunos dessa escola e não como um
instrumento pedagógico. Segundo Rischbieter (2009), a escola deve explorar os
recursos de pesquisa e transporte de bens culturais oferecidos pelo celular. Saber
usar essa tecnologia é considerar o sujeito na sua dimensão integral. No entanto,
essa reflexão deve ser feita com cuidado, como mostrado no gráfico 4.1. Dos alunos
que responderam o questionário 66,15% não consideram essa ferramenta como
meio de promoção do conhecimento. Vale ressaltar também, a importância do
professor nesse processo de reconhecimento da tecnologia durante o processo de
ensino. Nesse sentido, no decorrer da aplicação da sequência de ensino e
aprendizagem, criamos um grupo de whatsapp que muito nos auxiliou nessa etapa,
pois, por meio dele promovíamos discussões e atividades sobre Astronomia, o que
permitiu estender os assuntos explanados em sala, otimizando o tempo e servindo
de processo de avaliação da aprendizagem, já que em muitos debates os alunos
faziam exposição de conceitos importantes de Astronomia.
Embora os dados do Gráfico 4.1 revelem o contato destes alunos com o
mundo tecnológico, parece que os softwares educacionais são uma realidade
distante da vivenciada por esses jovens. Informações do gráfico 4.2 mostram que
praticamente todos os alunos desconhecem essa ferramenta de ensino. Dos 130
alunos que fizeram o pré-teste, apenas 17 deles afirmaram conhecer algum software
educativo, sendo que destes, somente 3 citaram o Stellarium. Os demais citaram o
Google Earth8, Carta Celeste9 e a plataforma Phet10 colorado. Isso mostra que esse
8
Google Earth é um programa que apresenta um modelo tridimensional do globo terrestre.
Carta Celeste é um aplicativo de celular que mostra um mapa informativo dos astros; bastando para tal, apontar
o celular na direção do objeto desejado.
9
34
recurso não deve ser utilizado pelos professores dessa escola como estratégia de
ensino. Talvez isso explique o fato da maioria dos discentes pesquisados usarem
seus recursos tecnológicos para coisas que não são ligadas ao ensino.
Conhecimento sobre softwares educativos
140
113
120
N° de alunos.
127
123
100
80
Sim
60
Não
40
20
17
7
3
0
Conhece software
educacional.
Conhece software tipo
planetário.
Citou o Stellarium
Gráfico 4.2: Resultados das perguntas relativas ao uso de softwares educacionais pelos discentes.
Segundo Serafim e Souza (2011), é importante que o professor se aproprie
das TIC’s para que esses recursos sejam sistematizados à sua prática docente,
ressaltando que a mediação e aplicação dos recursos tecnológicos na sala de aula
pelo professor dependem de como ele entende esse processo de transformação que
o mundo e a escola estão sofrendo. De como ele se sente em relação a essas
transformações, se ele julga essa inserção como algo positivo ou se sente
incomodado em relação a essa nova realidade. Nessa perspectiva, o uso do
software Stellarium possibilitou inserir esse tipo de material didático na vivência dos
vinte educandos que frequentaram as aulas e aos demais alunos que foram de
forma indireta influenciados por eles, uma vez que nesse período foi comum
observar os alunos comentando com seus colegas sobre as atividades que
realizavam nas aulas de Astronomia que ofertamos.
10
Phet Colorado é uma plataforma interativa que cria simulações gratuitas de Matemática e Ciências.
35
4.1.2. As principais disciplinas que ofertaram tópicos de Astronomia
Também fizemos questionamentos mais particulares, que visaram estimar a
quanto tempo os discentes estudaram o conteúdo de Astronomia, assim como
verificar em qual disciplina a oferta desses conteúdos ocorreram com maior
frequência. Os dois gráficos a seguir trazem informações dos resultados obtidos com
esses questionamentos e uma breve discussão das observações que julgamos mais
relevantes para o entendimento do público que receberíamos durante as aulas.
Disciplinas que ofertaram tópicos de Astonomia segundo
os discentes.
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
84
20
11
11
4
Física
Geografia
Ciências
Biologia
Não se lembra
Gráfico 4.3: Os resultados deste gráfico nos mostram o número de alunos que citaram as disciplinas
que ofertaram tópicos de Astronomia durante sua vida discente.
Embora não seja o interesse principal deste trabalho, os dados obtidos no
Gráfico 4.3 permitem observar que as disciplinas de Física, Ciências e Biologia
foram as menos citadas pelos discentes. Essas matérias, junto com a Química (que
não foi mencionada nos questionários), compõem o currículo do ensino médio
voltado para a grande área do conhecimento – Ciências da Natureza e suas
Tecnologias. Notamos que apenas 11 fizeram menção de assuntos relacionados à
Astronomia nas aulas de Física e 4 alunos em Biologia. Posteriormente
questionados sobre como estudaram esse assunto, aqueles que abordaram a
disciplina de Física afirmaram tê-lo estudado por um curto período durante o estudo
da Gravitação Universal, e os alunos que mencionaram Biologia, afirmaram terem
confundido a disciplina de Biologia com a de Ciências que é ofertada no ensino
36
fundamental. Sendo assim, a orientação feita nos PCN + ensino médio para o
estudo do eixo temático “Universo, Terra e Vida” parece não ser seguida por parte
dos professores dessa escola, e quando seguidas, apresentam pouca preocupação
sobre conceitos astronômicos além do ensino das leis de Kepler e do ensino da
gravitação universal de Newton. Isso ficou evidente após observarmos que as
atividades realizadas por esses discentes, quando estudaram esses conteúdos,
eram restritas a cálculos sobre as órbitas dos planetas e a força gravitacional, sem
estabelecer qualquer menção a temas mais atuais da Astronomia. Prevalece,
portanto, o aspecto matemático desses dois tópicos em relação ao contexto histórico
e cultural que envolveu essas descobertas astronômicas ao longo dos séculos.
Outros resultados importantes podem ser retirados do gráfico 4.3, dentre eles o alto
percentual de alunos (65%) que afirmaram ter estudado conceitos astronômicos na
disciplina de Geografia, contrapondo-se ao baixo índice de citações da oferta desse
assunto na disciplina de Ciências.
Há quanto tempo estudou o conteúdo de Astronomia
(sistema solar, fases da Lua, estrelas, etc.)?
30
26
25
N° de alunos.
20
20
15
17
1° ano
13
10
10
7
5
2° ano
11
10
7
6
3° ano
2
1
0
mais de 3 anos
entre 1 e 2 anos
menos de 1 ano
não se lembra
Gráfico 4.4: Tempo que os discentes estimam ter estudado algum tópico de Astronomia.
Relacionando as informações dos gráficos finais, podemos estimar que a
oferta desse conteúdo ocorreu com maior periodicidade no ensino fundamental, uma
vez que 38% dos entrevistados declararam tê-lo estudado há mais de 3 anos, ao
passo que apenas 29% lembram ter visto aspectos dessa ciência há menos de dois
anos, sendo que destes, somente três são do terceiro ano do ensino médio, que
também foi a série que apresentou maior quantidade de alunos que não se lembram
37
de ter estudado tópicos de Astronomia . Esse item da pesquisa revela que 34% dos
discentes não tem nenhuma lembrança de ter estudado essa ciência em algum
momento de sua trajetória discente, o que pode ser entendido como ausência de
sua presença no currículo das instituições que esses discentes frequentaram.
A análise dessas perguntas também permite deduzir que a disciplina de
Ciências de fato não foi determinante para o ensino desse conteúdo, conforme as
orientações dos PCN para o terceiro e quarto ciclo do ensino fundamental, mas sim,
a disciplina de Geografia que não tem esses assuntos relacionados ao seu currículo
segundo os PCN, fazendo apenas um estudo de localização por meio de
coordenadas geográficas e pontos cardeais. No entanto, ao procurar um grupo de
alunos que responderam ter visto esse estudo em Geografia, a maioria afirmou que
estudaram sobre o sistema solar e os modelos de universo dentro dessa disciplina.
O que mostra que embora a Astronomia seja uma ciência encarada como objeto de
estudo da grande área de Ciências da Natureza e suas Tecnologias, frequentemente
ela permeia outras áreas do saber, e dentre essas a Geografia. Porém, os
resultados mostraram a necessidade de resgatar o ensino dessa ciência nas aulas
de Física no ensino médio, procurando não só atender as orientações dos PCN, mas
também sanar a lacuna identificada no currículo das intuições frequentadas por
esses discentes durante o ensino fundamental.
4.1.3 O Conhecimento Prévio de Astronomia
Com a intenção de conhecer os conceitos astronômicos presentes na
estrutura cognitiva dos educandos, elaboramos perguntas sobre o sistema Terra –
Sol – Lua no pré-teste que foi aplicado. Essa temática foi levada em consideração
baseado nas orientações dos PCN’s para o terceiro e quarto ciclo do ensino
fundamental. Isso permitiu verificar a existência de subsunçores que poderiam servir
de ideia-âncora para aquisição de novos conhecimentos, bem como identificar quais
assuntos deveriam ser contemplados na estrutura dos textos de apoio para que os
mesmos exercessem a função de organizadores prévios no material didático.
38
Quando olhamos para o céu numa noite sem nuvens o que é
possível ver?
130
140
N° de alunos.
120
102
100
80
Frequência de
citações.
60
40
23
20
12
0
Lua
Estrelas
Satélites
Planetas
O gráfico 4.5: Frequência dos astros citados pelos alunos nas respostas.
Como podemos notar, 100% dos alunos que responderam ao questionário
reconhecem a presença das estrelas no céu noturno. No entanto, o mesmo
percentual não se aplicou à Lua (78%), aos satélites (18%) e nem aos planetas
(9%). Isso mostra que a observação do céu a olho nu não é uma atividade
recorrente na vida destes discentes, pois o baixo índice de citações dos planetas
que podem ser vistos a olho nu e a ausência de outros objetos astronômicos, tais
como meteoros, galáxias e constelações, remetem a concepções de senso comum e
não a observações diretas conforme instruções dos PCN’s tanto para o nível
fundamental, quanto para o ensino médio. Isso é o reflexo da baixa oferta dessa
ciência nas duas modalidades de ensino, conforme ficou exemplificado no gráfico
4.4, no qual 34% dos estudantes pesquisados já não se lembram da última vez em
que estudaram assuntos de Astronomia na educação básica. Isso contribui para a
formação de uma geração que, embora esteja conectada ao universo da informação
como vimos no gráfico 4.1, não está conseguindo diferenciar os modelos do
Universo, colocar em ordem as fases da Lua e nem apontar a principal diferença
existente entre um planeta e uma estrela, conforme dados do gráfico 4.6.
39
110
120
N° de alunos.
100
84
80
55
60
40
20
62
Acertou
31
15
Errou
14
13
6
Não souberam
0
Diferença entre o Diferença entre uma Ordem de fases da
modelo
estrela e um planeta.
Lua.
Heliocêntrico e
Geocêntrico.
Gráfico 4.6: Número de alunos que acertaram, erraram ou não souberam responder perguntas
relacionadas ao sistema Terra – Sol – Lua.
Analisando o percentual de acertos dos alunos nas três perguntas, somente
23,8% dos participantes conseguiram diferenciar os principais modelos do sistema
solar, 10,7% ordenaram corretamente as fases da Lua à medida que seu aspecto
muda ao longo do mês e apenas 10% conseguiram distinguir um planeta de uma
estrela, ao passo que, somados todos aqueles que erraram ou não souberam
responder às três perguntas, 85% não possuem subsunçores estáveis sobre esse
assunto em sua estrutura cognitiva. Estes dados tornam evidente o quão distante a
Astronomia esteve da realidade destes discentes ao longo do processo educativo,
contribuindo para o prevalecimento de concepções e representações adquiridas
durante a vivência dos discentes, diferindo das ideias que deveriam ser ensinadas
na escola segundo os PCN’s. Percebeu-se, ainda, um baixo conhecimento à
respeito dos aspectos das fases da Lua. Analisando as respostas dos questionários,
a maioria daqueles que erraram atribuíram uma sucessão de fases “cheias” e
“novas”, não mencionando as fases quarto crescente e minguante, revelando assim
um profundo desconhecimento de um estudo que permitiu ao homem antigo
confeccionar os primeiros calendários astronômicos. Além disso, ao tratar da
diferenciação entre planetas e estrelas, os alunos não abordaram o fenômeno de
fusão nuclear que ocorre no interior das estrelas e nenhuma concepção sobre a
formação dos planetas, resumindo-se apenas ao fato da estrela ser um corpo
luminoso e o planeta um corpo iluminado, emergindo daí uma aprendizagem
mecânica do ensino de óptica no ensino médio, pois apesar de terem decorado e
conceituado corretamente os corpos iluminado e luminoso, não se preocuparam em
40
saber qual a fonte de luz de um e nem o que provoca a ausência de emissão no
outro. Também perguntamos aos discentes o número de planetas que compõe o
sistema solar atual, e conforme pode ser observado no Gráfico 4.7, 73 discentes
acertaram, 38 erraram e 19 não souberam.
N° de alunos.
Número de planetas no sistema solar.
80
70
60
50
40
30
20
10
0
73
38
19
Acertaram
Erraram
Número de
planetas no
sistema solar.
Não
Souberam
Gráfico 4.7: Resultados da concepção dos alunos sobre o número de planetas do sistema solar.
Independentemente da maioria dos entrevistados (73) terem respondido
corretamente essa pergunta, se somarmos os que erraram (38) com aqueles que
não souberam, chegamos a um percentual de 44% dos alunos que não sabem dizer
o número de planetas existentes no sistema solar. Além disso, por ter sido uma
pergunta aberta, tivemos a oportunidade observar que os 29% que erraram esse
questionamento citaram um sistema solar composto por 9 planetas, mostrando que
já estudaram esse assunto (conforme exposto no gráfico 4.3), mas que os mesmos
não estão atualizados à nova classificação da União Astronômica Internacional (UAI)
que promoveu o rebaixamento de Plutão à categoria de Planeta anão. Isso ficou
bastante evidente quando responderam à pergunta que fizemos sobre o número e o
nome dos planetas anões que integram o sistema solar atual, em que apenas 8%
acertaram o número e todos erraram os nomes, havendo somente citações de
Plutão e Ceres, revelando uma concepção totalmente desatualizada do sistema
solar atual. Além disso, quando pedimos a esses educandos que fizessem um
esquema (desenho) do sistema solar, colocando o nome dos planetas que orbitam o
Sol, dos 130 alunos que fizeram o questionário de concepções iniciais, 64% erraram
e somente 21% acertaram a sequência das órbitas dos planetas ao redor do Sol.
41
Ilustração do sistema solar atual.
100
83
80
60
40
Ilustração do sistema
solar atual.
27
20
20
0
Acertaram
Erraram
Não Fizeram
Gráfico 4.8: Resultados dos desenhos feitos pelos alunos ilustrando o sistema solar.
Embora 56% dos discentes saiba o número de planetas existentes, apenas
21% apresentaram conhecer a sequência correta dessas órbitas. Porém, esses
resultados revelam que muitos alunos apresentam subsunçores sobre o sistema
solar, e estes podem ser utilizados como ideia-âncora para a inserção de um estudo
mais avançado sobre a nova classificação da UAI, que abordasse os planetas
anões, as descobertas sobre o cinturão de asteroides e o cinturão de Kuiper, assim
como uma explanação da principal teoria aceita para a formação do sistema solar.
Por outro lado, os resultados apontaram que 15% dos educandos não possuíam
qualquer familiaridade com este tema, o que nos levou a acrescentar no texto de
apoio II informações sobre o sistema solar para servir de organizadores prévios que
corroborariam para a aquisição de subsunçores estáveis na estrutura cognitiva
desses discentes.
Ainda sobre esta parte do questionário, notamos que as informações que os
alunos receberam sobre a organização do sistema solar estão desatualizadas
perante as novas descobertas astronômicas. Uma possível causa dessa defasagem
pode ser o livro didático, que muitas vezes é a única fonte de conhecimento
astronômico encontrado por professores e alunos durante as aulas de ciências na
educação básica. Segundo Amaral e Oliveira (2011), a maioria dos livros didáticos
disponibilizados para a disciplina de Ciências apresentam limitações e inadequações
conceituais que podem prejudicar o processo de ensino aprendizagem. Esses livros
não motivam a observação direta do céu como sugerido nos PCN’s para o terceiro e
quarto ciclos do ensino fundamental, além de não adequar as imagens aos
conceitos a serem transmitidos. Consequentemente, promove-se uma série de
42
concepções arbitrárias sobre fenômenos importantes da Astronomia como pode ser
exemplificado na figura 4.1, que traz o esquema de sistema solar feito pelo discente
“EPD” e que foi repetido por diversos alunos no questionário de concepções iniciais.
Nesse desenho, o discente ilustra um modelo de sistema solar em que apenas o
planeta Saturno apresenta uma estrutura de anéis, desconsiderando a existência
deste mesmo fenômeno nos planetas Júpiter, Urano e Netuno.
Figura 4.1: Ilustração do sistema solar feita pelo aluno “EPD” no questionário de concepções iniciais.
Esse desenho revela o modelo ultrapassado do sistema solar que é ensinado
na maioria das escolas, aonde se atribui ao planeta Netuno o limite do sistema solar.
Limite este que também era atribuído erroneamente a Plutão até meados de 2006,
quando a UAI promoveu a sua reclassificação. E assim, diversos aspectos
importantes do sistema solar são desconsiderados pela escola, citando, por
exemplo, os inúmeros satélites naturais dos planetas, o cinturão de asteroides, o
cinturão de Kuiper e a própria teoria de criação do sistema solar, que não é discutida
nas aulas de Ciências do ensino fundamental e nem nas aulas de Física do ensino
médio. Isso abre espaço para o surgimento de concepções alternativas que tratam
fenômenos astronômicos da mesma maneira que se tratava até meados do século
XVII, promovendo explicações de eventos de maneira equivocada, mesmo numa era
em que o conhecimento que se tem do céu rompe as barreiras do sistema solar e se
expande ao espaço profundo. Para Langhi e Nardi (2005), essas concepções
alternativas em Astronomia aprendidas na educação básica influenciam a formação
43
do futuro professor, pois as mesmas persistem no ensino superior devido a estudos
superficiais ou a isenção da oferta desse conteúdo na graduação.
105
N° de alunos
97
Sim
Não
33
Alunos que confirmaram ter
observado "estrelas cadentes".
25
Acertaram
Erraram
Concepção dos alunos sobre
meteoros.
Gráfico 4.9: Resultados do número de alunos que afirmam ter observados “estrelas cadentes” e de
suas concepções sobre meteoros.
No gráfico 4.9, temos um exemplo da ação dessas concepções alternativas
no processo de ensino aprendizagem. Conforme leitura dos dados, verifica-se que
74,6% dos alunos afirmaram ter visualizado em algum momento de sua vida uma
“estrela cadente”, e apenas 19,2% responderam corretamente à pergunta: “O que é
um meteoro?”. Essa última pergunta permitiu analisar que nenhuma das respostas
mencionou que o termo “estrela cadente” é de uso popular e se refere à passagem
de meteoros pela atmosfera terrestre, prevalecendo assim o conhecimento adquirido
por meio de concepções alternativas, que segundo alguns entrevistados, foram
ensinados nas aulas de Ciências e Geografia do ensino fundamental. Embora essa
afirmação seja condizente com a percepção de Langhi e Nardi (2005), verifica-se
que os erros conceituais são disseminados não só pelos professores e livros
didáticos, mas também em diversos sites da internet e páginas de universidades
conceituadas, contribuindo para a continuidade dessas concepções.
O mesmo ocorre com o estudo da origem e evolução do universo que aborda
apenas a parte da teoria que menciona a origem do universo a partir de uma grande
explosão, chamada de Big Bang, sem preocupar-se com o contexto histórico para o
seu desenvolvimento e as diversas descobertas realizadas para a consolidação
dessa hipótese, que hoje é a mais aceita pela comunidade científica. Com isso, o
44
aluno estuda o “átomo primordial” sem conhecer aspectos cosmológicos essenciais,
tais como as forças fundamentais da natureza (gravitacional, eletromagnética,
nuclear forte e nuclear fraca), que poderiam ser ensinados conceitualmente dentro
das aulas de Ciências no quarto ciclo do ensino fundamental e no ensino médio na
disciplina de Física. Referindo-se ao questionário de concepções iniciais,
perguntamos aos discentes sobre o que dizia a teoria do Big Bang e somente 26,1%
deram respostas aceitáveis ao questionamento, enquanto 30,7% afirmaram não
saber e 43,1% erraram o conceito de formação do Universo defendido por essa
teoria. Assim como em outros itens pesquisados no questionário, notamos que os
alunos já estudaram o assunto, mas apresentam concepções equivocadas do
mesmo e não conseguem externar esses conceitos de forma clara e objetiva, o que
evidencia falta de subsunçores estáveis em sua estrutura mental.
Ainda buscando compreender as principais concepções astronômicas
presentes na estrutura mental desses alunos, também perguntamos a eles qual o
entendimento que eles tinham de galáxias e obtivemos respostas variadas, sendo
que dos 130 alunos pesquisados somente 6,1% deram respostas aceitáveis;
enquanto 42,3% afirmaram desconhecer o conceito e 51,6% demonstraram
concepções equivocadas. Fazendo afirmações que evidenciam a falta dessa
abordagem na sala de aula, muitos conceituaram uma galáxia como sendo: “Um
conjunto de sistemas” (MSF); “Um conjunto de planetas e estrelas ou sistemas”
(EDL); “Um planeta que pode ser que tenha algum dia a existência de vida humana”
(AVSP). O que reflete a ausência de termos como nebulosas, estrelas, buracos
negros, meteoros, asteroides, cometas dentre outros que poderiam exemplificar o
sistema citado pelos educandos MSF e EDL, e demais que fizeram abordagens
parecidas. A falta desses conceitos levam os alunos a assumirem as concepções
alternativas já mencionadas e que pode ser evidenciado na resposta do educando
AVSP.
Essas concepções alternativas aliadas à pouca oferta dessa ciência pelas
unidades de ensino colaboram para que o estudo de Astronomia fique restrito a
cientistas e astrônomos, permitindo que apenas uma parte ínfima da sociedade
tenha acesso à principal ciência que busca responder à pergunta intrínseca à raça
humana – de onde viemos? Para onde vamos? – Sem falar que as unidades de
ensino não estão atentas à motivação em aprender que a Astronomia promove.
Essa ciência em si é um excelente meio de prender a atenção dos discentes das
45
diversas modalidades e níveis de ensino e potencializa a predisposição do aluno em
aprender, o que segundo Ausubel (2003) é uma das condições necessárias para
obter uma aprendizagem significativa. Buscando atender essa orientação foi
perguntado aos alunos quais conteúdos astronômicos eles gostariam de estudar, e
para 60,7% dos 130 educandos que responderam ao questionário, a compreensão
do ciclo evolutivo das estrelas é o tópico de Astronomia que mais chama sua
atenção. Os demais abordaram o entendimento de alguns aspectos do sistema solar
e das galáxias, não mencionando outros assuntos, talvez por desconhecerem até
mesmo o significado dos termos atribuídos a outros objetos celestes. Esse resultado
justificou a inserção de uma temática na sequência de ensino aprendizagem que
contempla o estudo das estrelas e de seu ciclo evolutivo.
4.2 Resultados das atividades
As atividades mencionadas nessa subseção se resumem aos questionários
aplicados nos encontros promovidos durante a sequência de ensino aprendizagem e
são disponibilizadas no apêndice 1 deste trabalho. Essas atividades foram
resolvidas pelos vinte alunos que participaram do projeto durante os encontros
promovidos. Para a resolução desses questionários foram utilizados os recursos de
simulação ofertados pelo software planetário Stellarium, as explanações realizadas
durante as aulas expositivas e a leitura dos textos de apoio. A primeira atividade
trabalhou basicamente o aspecto das fases da Lua, concentrando-se na confecção
do calendário lunar por meio de simulações com Stellarium. Nessa atividade, 90%
dos educandos conseguiram completar o calendário, registrando corretamente o
nascer e o ocaso do satélite no horizonte, bem como delimitar a área sombreada da
Lua para a data da simulação. Os dois alunos que não obtiveram êxito na atividade
inicialmente demonstraram dificuldades com os comandos do Stellarium relativos a
centralizar o objeto celeste e trabalhar com a velocidade do tempo. Após sanadas
essas dúvidas com a ajuda do manual do Stellarium, que fora disponibilizado no
início do encontro, os alunos foram orientados a refazer o calendário e sempre que
necessário solicitar a ajuda do professor. Com essa estratégia foi possível a
confecção de 20 calendários, com os quais os educandos responderam às demais
perguntas deste questionário, obtendo um percentual médio de 85% de acerto em
46
relação às perguntas realizadas, respondendo corretamente à sequência das fases
da Lua e abordando a distância média que esse astro se encontra da Terra. Outro
ponto importante dessa atividade foi o interesse dos alunos em resolver os
problemas propostos. Muitos deles comentaram que não tinham noção de como
ocorria o fenômeno das fases da Lua e confundiam a sequência que as mesmas
ocorriam durante o mês.
Mencionaram também que não sabiam que a Lua aparece durante o dia e
reconheceram o Stellarium como uma excelente ferramenta para o ensino de
Astronomia, como pode ser verificado nas citações de alguns alunos abaixo:
“ [...] o software tem a capacidade de mostrar com clareza o céu e permite
alterar a velocidade do tempo [...] ” (.HSFS).
“ [...] nunca observei o aparecimento da Lua no céu durante o dia,
acreditava que isso só acontecia à noite [...] ” (LJAS).
“ [...] a resolução da atividade foi facilitada pelas funções: centralizar objeto
selecionado, grade azimutal e velocidade do tempo [...] ” (RSA).
“ [...] o recurso de zoom me auxiliou a colorir a área sombreada da Lua.
Também gostei do percentual de luminosidade da área da Lua que o
software informa [...] ” (RRGO).
Embora os resultados tenham sido bastante positivos, dois pontos negativos
foram abordados por alguns discentes. O tempo para resolver a atividade e a
dificuldade com os comandos do software, principalmente com a memorização das
teclas de atalho. Porém, isso é normal, considerando que a maioria destes discentes
só tiveram contato com o software durante a aula introdutória. Muitos comandos
ainda estão instáveis em suas mentes, e se consolidarão à medida que forem
desenvolvendo mais simulações. Quanto ao texto de apoio I, ele foi essencial para a
inserção de algumas informações novas sobre a teoria de formação da Lua e para
promover o conhecimento das viagens tripuladas e não tripuladas que são feitas
para a Lua desde a década de 60. Durante os debates, ficou nítida a falta de
concepções à respeito dessas abordagens, levando muitos a ficarem surpresos com
as informações contidas no texto.
47
A segunda atividade da sequência trabalhou com o sistema solar sob a ótica
da nova classificação promovida pela UAI, em 2006, que inseriu novos planetas
anões e reduziu Plutão a essa categoria. Para isso, o texto de apoio trouxe
informações sobre cada astro dessa categoria, assim como dos planetas e demais
objetos celestes que orbitam o Sol. Como o estudo do sistema solar envolve
basicamente o estudo da astrometria, utilizamos a priori as simulações com
Stellarium para resolver os problemas que envolviam a posição dos astros na
abóboda celeste. Na primeira questão desta atividade, por exemplo, pedimos aos
discentes para determinar os pontos cardeais a partir do movimento aparente do Sol
no céu. Apesar de parecer muito fácil, quando essa mesma questão foi feita no
questionário de concepções iniciais 49,2% dos educandos erraram, ao passo que,
auxiliados com os recursos de grade azimutal e variação do tempo do Stellarium, os
discentes compreenderam que o Sol nasce no Leste e se põe no Oeste em seu
movimento aparente e move-se aproximadamente 1 grau por dia em direção ao
Leste quando consideramos o dia solar. Também trabalhamos com a observação da
passagem meridiana do Sol, a linha eclíptica e o novo modelo de sistema solar
vigente. Os resultados das principais respostas dos discentes com relação a essa
atividade estão no gráfico 4.10.
25
N° de alunos.
20
20
19
18
17
14
15
Acertaram
10
6
5
2
Erraram
3
1
0
0
Questão n°2: Questão n°6: Questão n°7: Questão n°5 e Questão n°10 e
Perguntas
Sistema solar Distancia dos 8:Passagem 11: Satélites
sobre afélio e
com a
meridiana,
astros em
naturais de
Periélio dos distancia dos relação ao Sol. azimute e
outros
planetas.
astros em
linhas
planetas.
relação ao Sol.
imaginárias.
Gráfico 4.10: Resultado das principais respostas dos alunos na resolução da atividade 2 da
sequência de ensino que se encontra no apêndice 1 deste trabalho.
48
Como pode ser observado no gráfico 4.10, as questões que apresentaram um
percentual mais elevado de erros foram aquelas que envolveram distância entre os
astros e conversão de unidades de medida (30%), evidenciando que os problemas
com a simulação diminuíram. Também é perceptível o elevado número de acertos
que os educandos conseguiram em todas as questões, com destaque para a
compreensão das luas dos outros planetas que orbitam o Sol (100%), e o
preenchimento da ilustração do sistema solar com os planetas e planetas anões
(85%).
Apesar
de
explanarmos
apenas
essas
questões,
diversos
outros
questionamentos foram feitos pelos alunos e respondidos pelo professor, que
também mediou as discussões promovidas pelos grupos durante o debate sobre o
texto de apoio II. Nesse debate utilizamos a estratégia de trabalhar com grupos para
dividir o texto entre eles e ganhar tempo durante as apresentações.
A última atividade da sequência trabalhou com o ciclo evolutivo das estrelas
abordando as principais condições necessárias para que ocorra o colapso de uma
nuvem molecular e se inicie o processo de fusão nuclear em seu núcleo. Nessa
etapa utilizamos o Stellarium como auxílio ao estudo do texto de apoio III. Isso foi
necessário por que, ao contrário das outras atividades da sequência, essa exigiu
conceitos mais específicos, como, por exemplo, um estudo do diagrama HR e da/s
etapas de evolução da estrela. No entanto, o Stellarium não foi abandonado nessa
atividade. Ele exerceu papel fundamental para trabalharmos com as imagens e
distâncias das nuvens moleculares, das anãs brancas e vermelhas, dos buracos
negros, das estrelas de nêutron e demais etapas evolutivas das estrelas. Além
disso, as simulações com o programa permitiram estudar o brilho das estrelas
através das informações fornecidas da magnitude aparente e absoluta, as principais
constelações do hemisfério Sul, as principais estrelas que compõe essas
constelações e algumas galáxias próximas. Como resultados dessa atividade,
destacamos o interesse demonstrado pelos educandos em estudar esse tópico,
promovendo discussões pertinentes sobre o processo de formação das estrelas e de
outros aspectos encontrados no texto de apoio III. A média de acertos das questões
dessa atividade que ficou em torno de 90%. Analisando as respostas dissertativas
de alguns alunos, ficou evidente a melhora na abordagem dos conceitos e no
sequenciamento lógico das ideias com relação ao estudo das estrelas. Também
pode-se verificar a familiaridade com os comandos do software e uma maior
utilização de suas teclas de atalho sem o uso do manual.
49
4.3 Resultados do Questionário de Concepções Finais
O questionário de concepções finais, junto com as observações em sala e as
análises das atividades realizadas pelos educandos durante a sequência,
constituíram-se como os principais recursos de avaliação da sequência de ensino e
aprendizagem que se encontra no apêndice 1 deste trabalho. Nesse questionário,
elaboramos questões que visaram verificar se o material utilizado durante a
sequência consolidou-se como potencialmente significativo, e qual a evolução que
esses recursos proporcionaram aos educandos com relação às concepções que
tinham inicialmente de alguns conceitos astronômicos. Além disso, foi possível
identificar de maneira mais específica os pontos negativos apresentados na
sequência, possibilitando desenvolver ajustes necessários para uma futura aplicação
desse material.
Ao contrário do questionário de concepções iniciais, o pós-teste não integra a
sequência exposta no apêndice 1, pois acreditamos que essa análise é bastante
particular, podendo ser desenvolvida de outras maneiras por outros professores. O
questionário de concepções finais aplicado nessa sequência foi composto por vinte
questões que perguntaram aspectos relacionados ao uso do software, material
disposto na sequência e sobre conceitos astronômicos ensinados durante as aulas.
Esse questionário foi aplicado durante o último encontro que promovemos e contou
com a participação dos vinte alunos que frequentaram as aulas ministradas durante
a sequência. Os resultados que obtivemos com esses questionários se encontram
nas subseções a seguir, comentados e representados graficamente.
4.3.1. Concepções dos Alunos Sobre o Material Utilizado na Sequência
As questões iniciais do pós-teste se preocuparam em saber se os recursos
existentes no software foram entendidos pelos discentes como um facilitador para a
aprendizagem em Astronomia e o que eles acharam da funcionalidade do programa.
E como pode ser observado nos resultados representados no gráfico 4.11, todos os
alunos julgaram o Stellarium como um facilitador no estudo da Astronomia, sendo
que para 70% dos educandos, a funcionalidade do software é excelente, permitindo
fazer simulações que se assemelham às observações realizadas com um telescópio.
50
Perguntados sobre quais aspectos do software mais chamaram a sua atenção, a
maioria (60%) citou, a capacidade de alterar o tempo, a ilustração gráfica e as
informações que o software fornece do astro pesquisado. Também foi citado o
recurso de zoom, que permite aproximar o objeto celeste observado e a função de
mudar a velocidade do tempo. Para os 20 alunos que responderam ao questionário,
as simulações realizadas os instigaram a prosseguirem nos estudos da Astronomia,
que segundo eles serão realizados em casa utilizando as informações e recursos
disponibilizados no programa.
25
20
20
N° de alunos.
20
14
15
Sim
10
Não
6
Insuficiente
5
0
0
0
Você achou o
Quanto à
As simulações com
Stellarium um
funcionalidade do
software se
recurso que facilitou Software, você achou assemelham às
sua aprendizagem isuficiente, regular, observações com
em astronomia?
muito bom ou
telescópio?
excelente?
Regular
Muito bom
Excelente
Gráfico 4.11: Principais respostas dos educandos sobre a funcionalidade do software Stellarium.
Também perguntamos aos discentes a opinião que eles adquiriram sobre a
sequência, de maneira que expressassem os pontos positivos e negativos da
mesma. Como resultado, obtivemos respostas que evidenciaram que a estratégia de
utilizar as simulações com Stellarium, aliada às atividades e textos contidos na
sequência de ensino e aprendizagem foi positiva, pois a maioria dos discentes
afirmaram que a sequência ajudou na compreensão de diversos fenômenos da
Astronomia e para alguns, esse conteúdo deveria ser trabalhado mais vezes durante
as aulas de Física, como exposto, respectivamente, pelas alunas FMC e RRGO:
“[...] as aulas foram muito interessantes e a sequência me despertou o
interesse maior pela Astronomia, além de ter sanado muitas dúvidas que
tinha em relação a alguns termos astronômicos. Acredito que esse conteúdo
deveria ser trabalhado mais vezes durante as aulas de Física, de modo, que
51
nos possibilitasse aprofundar nos estudos dessa ciência que, a meu ver,
além de interessante, é importante para a compreensão da natureza [...]”.
“ [...] Os pontos positivos se resumem em elevar meus conhecimentos em
relação à Astronomia e no esclarecimento de dúvidas sobre como alguns
fenômenos acontecem, por exemplo: as fases da Lua, os astros que
compõe o sistema solar e sobre as estrelas. O único ponto negativo que
achei foi o pouco tempo de aplicação da sequência, a mesma deveria
ocorrer durante o ano todo [...]”
Essas e outras opiniões dadas no questionário nos levaram a acreditar que os
pontos positivos foram predominantes durante as aulas. No entanto, apesar de não
haver apontamentos negativos pelos alunos, notamos a necessidade de mudar
alguns tópicos da sequência aplicada inicialmente, que resultou na confecção da
versão exposta no apêndice 1 dessa dissertação. Também perguntamos aos alunos
se os textos contidos na sequência trouxeram informações novas e se ajudaram na
compreensão dos assuntos explanados nas aulas, e para 95% dos pesquisados os
textos foram muito importantes para aquisição dos novos conhecimentos.
Perguntamos, ainda, se eles gostariam de participar de novas edições do projeto
seguindo o modelo proposto inicialmente e todos afirmaram que participariam.
4.3.2. As Concepções Astronômicas Após a Aplicação da Sequência
As questões do pós-teste voltadas à análise dos conhecimentos astronômicos
que os alunos adquiriram ao longo da sequência, buscaram verificar se os
educandos eram capazes de externar os novos conhecimentos presentes em sua
estrutura cognitiva. Para isso, foram feitas perguntas abertas sobre as fases da Lua,
o movimento dos astros ao redor do Sol e aspectos do ciclo evolutivo das estrelas.
Iniciamos essa etapa do pós-teste pedindo aos discentes que explicassem como
ocorre o fenômeno das fases da Lua e apresentassem a sucessão dessas fases ao
longo do mês. E com os resultados do gráfico 4.12, podemos observar que 75% dos
discentes apresentaram explicações aceitáveis para a ocorrência desse fenômeno e
95% acertaram a sucessão de fases da Lua no decorrer do mês, o que demonstra
que a maioria dos alunos compreenderam o fenômeno e são capazes de manifestar
suas novas concepções de forma correta. Embora esses resultados sejam mais
significativos que os obtidos no questionário de concepções iniciais, no qual 84,6%
52
dos alunos erraram a sucessão de fases da Lua, uma observação faz-se necessária,
pois enquanto 15 alunos conseguiram explicar o fenômeno, 19 acertaram a
sucessão de fases, ou seja, quatro alunos compreenderam o ciclo de fases, mas
não conseguiram explicar a sua causa, o que nos mostra que para esses alunos a
aprendizagem desse evento foi mecânica, uma vez, que não conseguiram expor o
conteúdo que foi ensinado, tendo basicamente, decorado a sucessão de fases da
Lua.
19
20
18
N° de alunos.
16
15
14
12
Acertaram
10
8
6
Erraram
5
4
1
2
0
Explique como ocorre o
fenômeno de fases da Lua.
Qual a sucessão das fases da
Lua durante o mês?
Gráfico 4.12: Conhecimento dos alunos sobre as fases da Lua no pós-teste.
Com relação aos conteúdos abordados na sequência de ensino e
aprendizagem sobre o Sol e o sistema solar, procuramos pedir explicações no pósteste, que possibilitassem verificar a compreensão dos discentes sobre o estudo dos
modelos de universo e a nova classificação do sistema solar proposto pela UAI a
partir de 2006. Dessa forma, foi possível verificar que 70% dos discentes
conseguiram dar explicações em conformidade com o que foi ensinado durante as
aulas e informações contidas no texto de apoio II à respeito das principais diferenças
existentes entre um planeta e um planeta anão. Além disso, com os resultados
apresentados no gráfico 4.13, pode-se notar que os alunos conseguiram
compreender o modelo heliocêntrico e diferenciá-lo do modelo geocêntrico. Embora
não tenhamos dado destaque ao estudo dos modelos de Universo no texto de apoio
II, durante as aulas mencionamos diversas vezes todo o processo de evolução
científica e social necessários para o surgimento do modelo heliocêntrico. Adiante,
53
também foi possível verificar que as concepções alternativas que os alunos
apresentaram no primeiro questionário sobre o conceito de meteoro foram
modificadas e 85% dos educandos obtiveram os conhecimentos necessários para
classificar meteoros, asteroides e cometas. Outra importante informação contida no
gráfico 4.13, é que o processo de fusão nuclear que ocorre no interior do Sol foi
entendido por 80% dos discentes pesquisados, sendo que estes apresentaram
respostas consistentes, demonstrando a aquisição de um subsunçor estável em
suas mentes. Isso também pode ser observado nas explicações que os alunos
deram sobre a passagem meridiana, nas quais, foi possível identificar ilustrações do
fenômeno pesquisado e respostas que trabalhavam a parte conceitual de forma
objetiva e clara.
25
20
20
15
10
5
17
19
16
14
6
Acertaram
3
1
0
1
Erraram
0
Explique a
Explique a
Explique o
Explique a
diferença entre diferença
processo de
difernça do
um planeta e existente entre conversão de
modelo
um planeta
meteoros,
energia
geocêntrico
anão.
asteroides e
existente no
para o
cometas.
Sol.
heliocêntrico.
Explique o
fenômeno da
passagem
meridiana.
Gráfico 4.13: Novas concepções dos alunos sobre o sistema solar após a aplicação da sequência de
ensino e aprendizagem.
No pós-teste também foram contemplados questionamentos referentes ao
ciclo evolutivo das estrelas, que foi o último tópico trabalhado na sequência de
ensino e aprendizagem. Nessas perguntas, abordamos a parte conceitual do
processo de formação das estrelas e das etapas que ocorrem após esses astros
encerrarem o processo de fusão nuclear em seus núcleos. Algumas dessas
perguntas podem ser observadas no gráfico 4.14, com os respectivos resultados
obtidos. Esses resultados apontam que todos os educandos aprenderam que as
54
estrelas se originam nas nuvens moleculares, sendo que muitos conceituaram essas
regiões do espaço, como pode ser observado na resposta do aluno RLGSD.
“ [...] as estrelas nascem dentro de gigantescas nuvens de hidrogênio e
hélio chamadas nebulosas. As nebulosas são grandes berçários de estrelas
[...]”
A maioria dos educandos (65%) também apresentou respostas aceitáveis à
respeito do processo de evolução estelar, descrevendo corretamente as diversas
etapas desse ciclo. Porém, analisando as respostas dadas pelos 35% que erraram a
explicação, verificamos que esses alunos não compreenderam como ocorre o
processo de contração da nebulosa, provocado pela gravidade, até formar a
protoestrela. E por não compreenderem o início do processo, também não
conseguiram assimilar a etapa final da evolução estelar, uma vez que esses
mesmos alunos deram respostas inconsistentes sobre a origem dos buracos negros.
No entanto, quando perguntados sobre o ciclo final de evolução do Sol, 85%
afirmaram que o Sol irá se transformar em uma anã branca.
25
20
N° de alunos.
20
17
15
13
10
13
7
Acertaram
7
Erraram
5
3
0
0
Em que regiões Como ocorre o
Como se
Qual será o ciclo
do espaço
processo de
originam
final da
nascem as
evolução de basicamente os evolução do
Sol?
estrelas?
uma estrela? buracos negros?
Gráfico 4.14: Concepções dos alunos sobre o ciclo evolutivo das estrelas.
Além dessas perguntas, cujos resultados foram representados graficamente
ao longo dessa seção, outros questionamentos foram feitos aos alunos tanto no
questionário de concepções finais, quanto nos diálogos durante as aulas. E em
55
todas as respostas apresentadas, mesmo nas incoerentes, pudemos observar que
houve uma evolução em relação às concepções que os educandos tinham
anteriormente. Embora os resultados aqui expostos não reproduzam integralmente
todos os levantamentos que obtivemos durante a aplicação da sequência de ensino
e aprendizagem, as discussões dos pontos que achamos necessários foram
realizadas, e em todas elas nota-se uma melhora significativa no aprendizado dos
educandos com relação aos tópicos de Astronomia ensinados durante a sequência.
56
Capítulo 5
Considerações Finais
A sequência desenvolvida procurou inserir tópicos de Astronomia no ensino
médio, a partir dos conhecimentos preexistentes na estrutura cognitiva dos
discentes, e observar se essa estratégia de ensino possibilitou a aquisição de novos
subsunçores relacionados à Astronomia, além de verificar se as concepções já
existentes e que apresentavam convicções alternativas foram transformadas em
conhecimentos estáveis na estrutura mental dos discentes. Essa preocupação com
os saberes prévios dos alunos sobre Astronomia foi fundamental para a formulação
da sequência de ensino aprendizagem, pois a partir deles, elaboramos um material
didático que contemplou assuntos que os educandos estavam predispostos a
aprender, a recursividade da avaliação e os organizadores prévios necessários para
predominância da aprendizagem significativa em relação à aprendizagem mecânica.
Além disso, procuramos conciliar o conteúdo dos textos de apoio às atividades de
simulação utilizando o Stellarium, objetivando criar as condições necessárias para
tornar esse material potencialmente significativo e atender aos requisitos apontados
pela teoria de David Ausubel para encontrar evidências de uma aprendizagem
significativa.
Isso foi possível por meio da análise dos resultados obtidos com a aplicação
do questionário de concepções iniciais que antecedeu o início das atividades. A
partir desses resultados, notamos que os discentes pesquisados conheciam poucos
aspectos de Astronomia e apresentavam concepções alternativas de fenômenos
importantes dessa ciência, tais como: fases da Lua, sistema solar, constelações,
ciclo evolutivo de estrelas e astrometria. Percebemos também que os alunos se
interessavam pelo estudo de vários tópicos de Astronomia, porém os mesmos não
eram ensinados nas aulas de Física e foram vistos de forma superficial
principalmente nas disciplinas de Geografia e Ciências durante o ensino
fundamental, de maneira que poucos subsunçores foram identificados e a maioria
apresentavam problemas conceituais. Outro ponto observado nos resultados obtidos
com o questionário foi que a maioria dos discentes não apresentava o hábito de
utilizar o recurso das TIC’s como auxiliar nos seus estudos e desconheciam o uso de
softwares educacionais como estratégia de ensino. Isso permitiu identificar a
57
necessidade de criar um mecanismo que os auxiliasse durante as simulações com o
Stellarium, pois esse distanciamento dos recursos tecnológicos relacionados ao
ensino poderia influenciar na habilidade de trabalhar os comandos do programa. No
entanto, a maior contribuição do questionário inicial foi para a confecção da
sequência de ensino e as estratégias didáticas desenvolvidas.
As atividades elaboradas durante a sequência possibilitaram aos alunos
demonstrar suas concepções sobre Astronomia, pois as mesmas eram compostas
por questões abertas, que permitiram avaliar, de maneira mais específica, a
aprendizagem à respeito dos corpos celestes observados nas simulações e as
respostas sobre os conceitos astronômicos associados ao fenômeno estudado, o
que revelou evidências de aprendizagem significativa durante o processo. Aliadas a
isso, as simulações com o Stellarium contribuíram significativamente para o
aprendizado dos alunos, visto que na confecção do calendário lunar, muitos
educandos afirmaram ter compreendido o jogo de sombras que envolvem a Terra, a
Lua e o Sol. Além disso, demonstraram muito entusiasmo com os recursos
oferecidos pelo programa, o que acreditamos ter contribuído para o elevado
percentual de acertos nessa atividade e nas excelentes participações dos discentes
durante os debates, o que foi observado nas explanações realizadas de maneira
lógica e objetiva aos questionamentos realizados.
Ao longo das atividades, ficou nítido o fascínio, admiração e inquietude que a
Astronomia exerce nas pessoas. Durantes as aulas, os alunos se mostraram
surpresos com alguns fenômenos, citando, por exemplo, as luas existentes nos
outros planetas do sistema solar e a predominância de asteroides entre as órbitas de
Marte e Júpiter, pois na concepção que tinham anteriormente não havia qualquer
outro astro no sistema solar além dos planetas. Quanto à inquietude mencionada,
ela ficou evidente quando foi estudada a teoria da nebulosa planetária defendida por
Kant e Laplace, e aceita pela comunidade científica, sobre a origem do sistema solar
(TYSON e GOLDSMITH, 2015). Nesse estudo, que foi feito a partir do conteúdo
exposto nos texto de apoio II, os alunos fizeram diversas perguntas sobre a origem
das nuvens moleculares e do universo, mostrando que esse assunto promove um
sentido particular à humanidade, que é o desejo em compreender como tudo se
originou. Nessa perspectiva, é possível notar que o estudo da Astronomia é uma
excelente ferramenta para atrair a atenção dos alunos, e consequentemente atender
58
à segunda condição apontada por Ausubel para a existência de uma aprendizagem
significativa, que é a predisposição do educando em aprender.
Outro ponto que mostrou o potencial didático da sequência proposta foram os
resultados obtidos com a aplicação do questionário de concepções finais. Embora a
análise das atividades e as observações sobre a participação dos discentes tenham
sido muito importantes para identificar aspectos de aprendizagem significativa, esse
questionário permitiu verificar a evolução que a estratégia promoveu nas
concepções que os alunos tinham sobre a Astronomia. A partir dele, pudemos
observar especificamente quais atividades foram mais efetivas na promoção da
aprendizagem significativa, bem como as partes que necessitavam ser revisadas
para uma futura aplicação dessa sequência. Apesar de não fomentarmos a
predominância da avaliação quantitativa sobre a qualitativa durante o trabalho, os
resultados ilustrados graficamente também serviram de parâmetro para observar se
houve aprendizagem significativa durante a sequência, pois os mesmos buscaram
explorar a capacidade que os discentes adquiriram em conceituar os fenômenos
aprendidos durante as aulas.
De maneira geral, os resultados das avaliações da aprendizagem dos
conteúdos trabalhados durante a sequência didática, tanto por meio das atividades
com Stellarium e textos de apoio, quanto dos questionários de concepções iniciais e
finais, mostraram que houve um aumento significativo do conhecimento dos
educandos com relação aos conteúdos astronômicos abordados durante a aplicação
da sequência de ensino aprendizagem, o que evidencia que os alunos adquiriram
novos subsunçores e transformaram as concepções alternativas que muitos traziam
consigo, em subsunçores estáveis, alinhados ao conhecimento científico que se tem
do fenômeno observado, sendo capazes de externalizar os novos saberes de forma
clara e lógica.
Os resultados sugerem que as atividades de simulação com Stellarium
facilitaram a evolução progressiva de conhecimentos científicos relevantes sobre os
fenômenos astronômicos estudados durante as aulas da sequência de ensino e
aprendizagem. Isso pode ser percebido pela aceitação que os educandos
demonstraram durante as aulas e nas discussões no grupo do whatsapp, mostrando
que a utilização desse recurso tornou as aulas diferentes das habituais e
proporcionou
um
entendimento
aprimorado
da
Astronomia.
Todas
essas
observações proporcionadas durante a aplicação do instrumento didático descrito
59
nesse trabalho, nos leva a acreditar que o objetivo de inserir tópicos de Astronomia
nas aulas de Física do ensino médio por meio da utilização da sequência de ensino
e aprendizagem “O Stellarium como estratégia de ensino de Astronomia” foi
alcançado, pois ao final deste processo notou-se significativa melhora em todos os
aspetos conceituais explanados nas aulas, conforme exposto nos resultados das
atividades e nos questionários de concepções inicial e final aplicados. No entanto,
por melhor que tenham sido os resultados obtidos com essa estratégia, a mesma
não deve ser entendida como uma solução geral para o ensino de Astronomia nas
aulas do ensino médio, sendo este mais um, de muitos métodos que, se bem
aplicados, podem contribuir em aspectos específicos, mas não gerais, do processo
de ensino-aprendizagem, tanto para as aulas de Astronomia quanto para outras
disciplinas do currículo escolar.
60
Capítulo 6
Referências Bibliográficas
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64
APÊNDICE I
SEQUÊNCIA DE ENSINO APRENDIZAGEM
O STELLARIUM COMO ESTRATÉGIA PARA O ENSINO DE
ASTRONOMIA
1.1 INTRODUÇÃO
As sequências de ensino aprendizagem – SEA – consistem na proposta de
agrupar um conjunto de atividades para se ensinar um determinado conteúdo ou
tópico do mesmo. Elas são organizadas de acordo com o interesse do professor em
obter êxito sobre a aprendizagem de seus alunos. É composta, na maioria das
vezes, de atividades e de uma avaliação que se dá de forma contínua, num
processo interativo em que o principal objetivo é a aprendizagem significativa, que
busca valorizar as respostas dos alunos e trabalhar de forma dialógica e humanista.
Dessa maneira é imprescindível que o professor aloque e organize as atividades a
serem trabalhadas de forma sequencial, abordando os principais fenômenos do
conteúdo a ser explorado, permitindo que o discente alcance o entendimento.
A sequência de ensino proposta tem como enunciado “O Stellarium Como
Estratégia Para o Ensino de Astronomia”, limitando-se à Astronomia de posição. O
programa utilizado consiste num planetário que possibilita simular desde fenômenos
astronômicos simples como a passagem meridiana, os pontos cardeais, as fases da
Lua, até aspectos mais complexos, como a distância entre galáxias, buracos negros
e estrelas, que são de difícil observação a olho nu. Assim, inúmeros tópicos
relevantes dessa ciência puderam ser investigados com esse software. Dentre as
tantas motivações para se utilizar esse programa, destacam-se quatro:
1. Por ser um software livre, ele possibilita ao usuário baixá-lo gratuitamente na
plataforma www.stellarium.org e executá-lo em todos os sistemas operacionais.
Com isso ele pode ser instalado nos computadores das escolas sem a
necessidade de compra ou de autorização para instalação.
2. A interface tridimensional permite ao usuário visualizar os astros com a mesma
nitidez de um telescópio ou um binóculo potente, de maneira que a simulação
ajuda a resgatar alguns subsunçores1 que se encontram referentes a imagens ou
observações com instrumentos ópticos, feitas pelos discentes anteriormente.
3. A familiaridade dos jovens com os recursos tecnológicos favorece o processo de
adaptação com os comandos do software, otimizando o tempo de aplicação da
1
Em termos simples, subsunçor é o nome que se dá a um conhecimento específico, existente na
estrutura cognitiva do educando, que serve de ideia-âncora para dar significado a um novo
conhecimento que lhe é apresentado ou por ele descoberto (MOREIRA, 2010).
SEA e atraindo a atenção dos discentes, uma vez que recai em um recurso
corriqueiro em suas vidas.
4. As inúmeras informações presentes em seu catálogo permitem conhecer diversos
aspectos dos astros a serem estudados. Além disso, a combinação de comandos
permite simulações de fenômenos astronômicos difíceis de serem observados
com telescópios médios, o que torna esse software uma excelente ferramenta
para o ensino de Astronomia nos diversos níveis de ensino, do básico ao
avançado.
Essa sequência de ensino aprendizagem procura explorar essencialmente o
software livre Stellarium como um objeto potencialmente significativo para a
aprendizagem de Astronomia. Para isso, na elaboração da SEA, os conteúdos foram
estruturados com uma linguagem simples e acessível, numa organização que
permite ao aluno adquirir novos subsunçores e inseri-los à sua estrutura cognitiva.
Segundo Moreira (2010), o material a ser utilizado deve ter significado lógico e os
sujeitos devem ter conhecimentos prévios adequados para dar significado aos
conhecimentos veiculados por esses materiais. Os conhecimentos prévios
mencionados são percebidos com aplicação de alguma atividade, uma roda de
conversa ou qualquer outro mecanismo que possibilite ao professor dimensionar a
bagagem que esses discentes trazem consigo. No caso dessa sequência, a
estratégia adotada para verificar os subsunçores relacionados aos conhecimentos
astronômicos dos alunos foi a aplicação de um questionário inicial contendo
perguntas que contemplam conceitos básicos de Astronomia de posição.
Outro fator importante é o modo como ocorre a avaliação, que nessa
sequência se caracteriza como formativa, que é aquela que avalia o aluno durante
todo o processo de aprendizagem, também conhecida por avaliação contínua, que
se preocupa com os significados apresentados e como está sendo construído o
conhecimento do aprendiz sobre aquele determinado assunto, contribuindo para
uma aprendizagem significativa. Para Moreira (2010), a avaliação da aprendizagem
deve acontecer de maneira formativa e recursiva. Nesse sentido, é necessário
buscar evidências da ocorrência de uma aprendizagem significativa, que pode ser
feita analisando a disposição em aprender que os alunos demonstram ao longo das
aulas, como estão desenvolvendo as atividades propostas e se os novos conceitos
propostos estão interagindo com os recém-adquiridos.
Para auxiliar esse processo, é importante a recursividade da avaliação, ou
seja, permitir que o discente refaça a atividade quantas vezes for necessário até que
o novo subsunçor se estabilize na sua estrutura cognitiva. Ao fazer isso, o aprendiz,
não estará de forma alguma burlando as regras, mas sim, adquirindo conhecimento
que o permita, externalizar, explicar e justificar as respostas. Esse método de
avaliação se contrapõe aos modelos atuais que potencializam a aprendizagem
mecânica e valorizam a matematização de conceitos essenciais ao ensino de
Astronomia e de Física em geral. Porém, se o professor almeja inserir conceitos
significativos aos conteúdos trabalhados, é essencial que acompanhe o processo de
forma contínua e esqueça a avaliação classificatória extremamente sem vínculo com
o cotidiano do discente.
A simulação na Astronomia é uma estratégia interessante para satisfazer a
recursividade da avaliação, pois ao contrário das observações em tempo real, esta
possibilita analisar várias vezes um fenômeno, que, na natureza, demoraria dias,
meses, séculos e até milênios para acontecerem. Nessa perspectiva, o Stellarium
apresenta-se como um dos melhores softwares astronômicos da atualidade, sendo
utilizado por diversas instituições de ensino no Brasil e no mundo. No intuito de
promover o estudo da Astronomia entre os alunos de ensino médio, para que esta
disciplina não passe despercebida na vida desses jovens como mais um tópico visto
nas disciplinas do ensino básico, foi elaborado essa SEA que caracteriza-se
basicamente em um estudo sobre o sistema solar, as fases da Lua e o ciclo
evolutivo das estrelas, usando como principal ferramenta o software livre Stellarium.
1.2 Objetivos
·
Trabalhar o software Stellarium como ferramenta para o ensino de Astronomia
– meio de instalação, manuseio do software e roteiro de ensino potencialmente
significativo – extraindo de suas simulações atividades que instiguem os alunos
a prosseguirem em investigações futuras sobre outros tópicos além dos que
serão trabalhados nessa SEA.
·
Mostrar as principais características da Lua, tais como: fases da Lua,
composição do solo lunar e distância da Lua à Terra, por meio de atividades
desenvolvidas com auxílio dos recursos de simulação do Stellarium.
·
Ensinar Astronomia de posição verificando quais são as estrelas que formam
as principais constelações visíveis no céu noturno – Órion, Leão, Escorpião,
Pegasus – que são símbolos de cada estação do ano para o hemisfério sul,
bem como as principais estrelas presentes nessas constelações, a sua
distância até a Terra e como se localizar por elas.
·
Estudar o sistema solar atual e a nova classificação dos corpos não luminosos,
assim como as características principais de cada planeta e da estrela presente
em nosso sistema, o Sol.
·
Conhecer os princípios da formação e da evolução estelar.
1.3 ORIENTAÇÕES PARA APLICAÇÃO E ESTRUTURA ORGANIZACIONAL
Essa sequência pode ser trabalhada como um projeto de extensão ou de
ensino, a depender da escolha do professor. Este produto pode sofrer mudanças em
sua organização ou sequenciamento conforme necessidade do meio ao qual o
público alvo esteja inserido. A carga horária prevista para a sua aplicação é de nove
aulas de cinquenta minutos que poderão ser alocadas de forma modular ou
intercaladas, uma vez que a sequência será realizada em sua maior parte no
laboratório de informática da instituição. Entretanto, essa sequência foi desenvolvida
num período de quatro meses, de abril a julho de 2016, conciliando as simulações
dos astros no Stellarium e algumas observações com telescópio, dentro de um
projeto de ensino de Astronomia que ocorreu no período vespertino na instituição.
Nesse período, foram realizadas quatro observações, que contemplaram a
visualização do Sol, da Lua, de Júpiter, Saturno e Marte com o intuito de promover o
projeto na escola e instigar mais jovens a participarem do projeto em edições
futuras. Outra fonte de motivação é mostrar o quão realista são as imagens
projetadas pelo simulador quando comparadas com as imagens obtidas pelo
telescópio.
A sequência de ensino e aprendizagem, ao contrário de um livro, não pode
ser encarada como um roteiro fechado. Ela é sujeita a alterações durante todo o
processo de aplicação. Essa flexibilidade é necessária por contemplar um método
de ensino formativo e contínuo, cuja observação do que está sendo realizado pelo
aprendiz é essencial para o êxito do método adotado. É importante reiterar que os
questionários de concepções iniciais, bem como as atividades realizadas durante a
aplicação, constituem partes integrantes da sequência. Elas é que permitirão
valorizar o conhecimento inicial do discente e avaliar a sua aprendizagem no final do
processo. Para ajudar na percepção do que é necessário ser mudado ou daquilo
que está dando certo, ao longo da aplicação é importante um acompanhamento
contínuo das atividades, da frequência e do interesse do aprendiz, que pode ser feito
através de uma ficha de acompanhamento ou um diário de atividades.
Nessa sequência, além da ficha de acompanhamento, ao final de cada
atividade, o participante tinha a opção de abordar os aspectos positivos e negativos
de tudo o que foi feito, abordando também o grau de instrução que o assunto
discutido lhe propiciou. É importante ressaltar também a necessidade da sequência
estar alinhada à disponibilidade de recursos ofertados pela escola. Nesse sentido é
de suma importância para a execução da sequência aqui exposta, a existência de
um laboratório de informática com possibilidade de instalação do Stellarium.
É aconselhável que se crie um mecanismo que possibilite a interação
professor – aluno de maneira semipresencial, para que informações e materiais que
serão utilizados nas aulas possam ser disponibilizados, assim como dúvidas e
curiosidades esclarecidas. Nessa sequência, a interatividade se deu através de um
grupo de whatsapp e um grupo de e-mails que facilitaram a comunicação entre
todos os integrantes do projeto. Uma observação se faz necessária aos alunos que
não tem acesso à internet em casa e nem celular para acesso ao grupo de
whatsapp, uma vez que a não percepção disso pode levar o aprendiz a não interagir
e desmotivá-lo a continuar no projeto.
As informações quanto ao endereço de e-mail, número de telefone e acesso a
internet podem ser obtidas no questionário de concepções iniciais. Aos alunos que
não possuem os recursos citados, é interessante disponibilizar todos os textos que
forem utilizados e o manual de uso do stellarium impressos no início do segundo
encontro, logo após a análise do questionário inicial. Isso confirma a necessidade de
se saber, além dos subsunçores, aspectos sociais dos aprendizes envolvidos.
O número de participantes do projeto deve ficar à critério do professor. No
entanto, sugere-se que o número de participantes seja limitado ao número de
computadores disponíveis no laboratório da instituição. Isso porque, durante a
realização
das
atividades
dessa
sequência,
alguns
alunos
demonstraram
dificuldades com relação aos comandos do software e conceitos básicos de
informática, que se tornaram identificáveis durante o atendimento individual. Em
situações em que mais de dois alunos utilizaram a mesma máquina, observou-se
que apenas um executava os comandos e o outro ficava por conta de auxiliá-lo,
inibindo o desenvolvimento da habilidade técnica no “auxiliar”. É importante salientar
que isso não impede que os discentes comuniquem ou troquem informações entre
si. Esse diálogo existiu durante toda a aplicação da sequência e foi primordial para
os resultados alcançados.
É conveniente que antes de propor essa sequência dentro de suas aulas ou
dentro de um projeto de ensino de Astronomia, o professor se prepare para trabalhar
com o software, e para isso uma gama de tutoriais no Youtube contribuirá para esse
aprendizado de forma rápida. Porém, dentro das pesquisas realizadas, o melhor
referencial para se trabalhar com Stellarium é de autoria do professor Dr. João
Batista Garcia Canalle, do instituto de Física da Universidade do Rio de Janeiro.
Nesse tutorial2, ele mostra todas as funções do software e comenta os fundamentos
astronômicos envolvidos na simulação. Embora seja um software de fácil acesso, no
decorrer das atividades o uso de teclas de atalho são essenciais para resolver os
problemas propostos e combinar recursos que potencializam as simulações. A fim
de facilitar o entendimento dos comandos, um manual com as principais teclas de
atalho do stellarium foi confeccionado e encontra-se no apêndice 2 da sequência.
No quadro 1, estão expressas todas as etapas desenvolvidas e sugeridas
nessa sequência, com o respectivo número de aulas utilizadas para tal e o tempo
sugerido para aplicação de cada atividade. Seguindo a numeração que acompanha
a atividade, o professor ou leitor que queira utilizar essa sequência encontrará textos
informativos sobre o tema trabalhado por cada tópico da tarefa e a descrição dos
comandos que serão utilizados. No caso de tópicos em que se sugerem vídeos, as
sinopses dos mesmos e os endereços eletrônicos também estão disponíveis.
Para finalizar, é importante mais uma vez ressaltar que o material aqui
exposto consiste numa proposta de sequência de ensino e aprendizagem que pode
ser aplicada no ensino médio, visando ensinar conceitos de Astronomia, utilizando
basicamente simulações com o software livre Stellarium. Entretanto, a sequência
2
Tutorial disponível no endereço eletrônico: https://www.youtube.com/watch?v=vwpUFoIdVoY.
Nessas aulas, o professor Dr. João Batista Garcia Canalle do Instituto de Física da Universidade
Estadual do Rio de Janeiro, mostra todos os comandos e funções do software livre Stellarium na sua
versão 0,10.2 win 32, que apesar de ter sido atualizada para versão 0.15.1, trabalha com os mesmos
comandos da anterior, tendo apenas sido adicionados alguns recursos cuja combinação de
comandos para acessá-los se encontra no manual elaborado no apêndice 2 dessa SEA.
aqui apresentada não pode ser entendida como um mecanismo engessado,
devendo, à medida que for aplicada, sofrer alterações e complementações se
necessárias.
Quadro 1 – Organização das atividades a serem desenvolvidas durante a aplicação
da sequência e o tempo estimado para aplicação das mesmas.
AULAS
1°aula
2° aula
3° aula
RECURSOS UTILIZADOS
Aplicação do questionário de concepções iniciais.
DURAÇÃO
50 min.
Aula expositiva abordando marcos históricos e aspectos
conceituais da Astronomia.
35 min.
Vídeo sobre a teoria do Big Bang e debate com a turma.
15 min.
Atividade prática I com os comandos do Stellarium utilizando
manual do Stellarium disponibilizado no apêndice 2.
50 min.
Vídeo sobre as fases da Lua e discussões do assunto.
15 min.
Aula expositiva e debate sobre os aspectos abordados no
texto de apoio I
35 min.
Atividade prática II.
50 min.
Aula expositiva (apresentação de trabalho em grupo) e
4° aula debate sobre os aspectos abordados no texto de apoio II.
Atividade prática III.
Aula expositiva e debate sobre os aspectos abordados no
5° aula texto de apoio III.
Atividade prática IV.
50 min
50 min.
50 min.
50 min.
A1 – PRIMEIRA AULA
Tema: Aplicação do questionário de concepções iniciais.
Objetivos:
1. Conhecer as principais dificuldades e subsunçores presentes na estrutura
cognitiva dos discentes.
Recursos instrucionais: questionário de concepções iniciais.
Motivação: Resolução do questionário.
Tempo estimado para aula: 50 minutos.
Desenvolvimento:
O professor deve iniciar a aula explicando o motivo da aplicação do questionário,
mencionando que o mesmo consiste num instrumento que possibilitará desenvolver
atividades mais alinhadas aos conhecimentos prévios já existentes em suas mentes.
Avaliação: A avaliação deverá ser feita por meio da tabulação dos questionários,
observando quais são os tópicos que merecem maior atenção durante a aplicação
da sequência, verificando se os mesmos exigem a confecção de organizadores
prévios para auxiliar na aquisição de subsunçores estáveis na estrutura cognitiva
dos discentes participantes.
Obs.: O questionário de concepções iniciais utilizado nessa sequência de ensino e
aprendizagem “O Stellarium como estratégia para o ensino de Astronomia” encontrase nas três páginas subsequentes. É importante reiterar que as perguntas feitas
nesse questionário podem ser restruturadas, caso seja necessário, para se adequar
às necessidades da unidade escolar que for aplicada.
A 1.1– QUESTIONÁRIO DE CONCEPÇÕES INICIAIS
Prezado educando,
Você está sendo convidado a responder a um questionário sobre conceitos
astronômicos com base na proposta dos Parâmetros Curriculares Nacionais para os
ensinos fundamental e médio. Ressaltamos que sua participação é muito importante
e contribuirá, de forma indireta, para uma melhor compreensão do contexto de
ensino de Astronomia e, como consequência, apontará elementos para uma
melhoria efetiva do processo de ensino aprendizagem desse assunto durante as
aulas que serão ministradas na sequência de ensino e aprendizagem: “O Stellarium
como estratégia para o ensino de Astronomia”. É garantido total sigilo sobre sua
identidade.
Nome: _____________________________________________________________
Série: ______ Instituição:_________________________________ Idade: ______.
Perguntas:
1. Você tem acesso à internet?
( ) Sim
( ) Não
2. Caso tenha assinalado a opção “Sim”, marque em qual/is local/is tem esse
acesso.
( ) Em casa
( ) Na escola
( ) Outros.
3. Você possui celular com acesso a redes sociais?
( ) Sim
( ) Não
4. Você utiliza seu celular na escola?
( ) Sim
( ) Não
5) Você utiliza os recursos das Tecnologias da Informação e Comunicação
(pesquisas à internet, softwares educativos, etc.) como apoio aos seus estudos?
( ) Sim
( ) Não
6. Você conhece algum software educativo? ( ) Sim
(
) Não. Caso tenha
respondido “Sim”, qual/is? ______________________________________________
7. Há quanto tempo estudou o conteúdo de Astronomia (sistema solar, fases da Lua,
estrelas, buracos negro, etc.)?
( ) – Mais de 3 anos
( ) – Entre 1 e 2 anos
( ) – Menos de 1 ano
( ) – Não se lembra
8. Em qual (is) disciplina (s) você estudou tópicos de Astronomia?
(
) – Física
(
) – Geografia (
(
) – Outra
(
) – Não se lembra
) – Ciências
(
) Biologia
9. Quando olhamos para o céu numa noite sem nuvens o que é possível ver?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
10. Qual a diferença do modelo heliocêntrico para o geocêntrico?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
11. Qual a diferença entre uma estrela e um planeta?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
12. Devido às diferentes posições da Lua em órbita ao redor da Terra, a
luminosidade que chega sobre a sua superfície varia, originando as fases da Lua.
De acordo com a figura abaixo e seus conhecimentos sobre as fases da Lua,
escreva a ordem de fases do astro com base na sua área iluminada.
13. Conhecer os Pontos Cardeais é muito importante para quem está começando a
estudar as belezas do Universo, porque eles podem nos ajudar a encontrar os
astros. A figura abaixo esquematiza o nascer e o ocaso do Sol, o que permite
determinar os pontos cardeais através do movimento aparente desse astro em
relação à Terra. Escreva nas lacunas o nome do ponto Cardeal referente à posição.
14. O nosso sistema solar é formado por quantos planetas? ______. Esses Planetas
se movimentam?
( ) Sim
( ) Não
15. Faça um esquema (desenho) do sistema solar colocando os nomes e a
sequência correta dos planetas que orbitam o Sol.
16. Você já viu uma “estrela cadente”?
( ) Sim
( ) Não
17. O que é um Meteoro?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
18. Olhando para o céu, em uma noite sem nuvens, é possível observar algum
planeta?
(
) Sim
(
) Não
Caso tenha respondido “Sim”, quais podem ser observados?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
19. O que diz a teoria do Big Bang? ______________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
20. Você já fez alguma observação com telescópio?
(
) Sim
(
) Não
21. O que você gostaria de saber sobre Astronomia?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
22. O que é uma galáxia?
__________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
23. Como as estrelas se originam?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
24.Qual o processo de conversão de energia que ocorre no interior das estrelas?
___________________________________________________________________
Muito obrigado pela sua contribuição!
A 2 – SEGUNDA AULA
Tema: Introdução à Astronomia e aos comandos do software livre Stellarium.
Objetivos:
1. Promover
a
Astronomia
como
um
conhecimento
essencial
para
o
desenvolvimento e sobrevivência do homem na Terra.
2. Conhecer alguns termos utilizados na Astronomia e seus significados, tais
como: azimute, zênite, abóboda celeste, dia solar, ano-luz, unidade
astronômica, eclíptica, parsecs, entre outros.
3. Trabalhar com as grades equatorial e azimutal do Stellarium, e com os
principais comandos das barras de menu vertical e horizontal do programa.
4. Mostrar as diferenças entre meteoros, asteroides e cometas; e entre planetas
e planetas anões.
5. Ensinar sobre o recurso de busca e variação da velocidade do tempo do
Stellarium.
6. Utilizar o manual com os principais comandos do Stellarium para trabalhar o
recurso de teclas de atalho.
Recursos instrucionais: questionário de concepções iniciais, manual com os
principais comandos do Stellarium, simulações, data show.
Motivação: aula expositiva de introdução à Astronomia com data show, vídeo sobre
a teoria do Big Bang e simulações com Stellarium utilizando o manual de uso
disponibilizado no apêndice 2 dessa sequência.
Tempo estimado para aula: duas aulas de 50 minutos.
Desenvolvimento:
O professor deve iniciar a aula com um diálogo que instigue os alunos a
expressarem seus conhecimentos prévios de Astronomia, fazendo algumas
perguntas, por exemplo:
1. O que vocês sabem sobre Astronomia?
2. Quais monumentos astronômicos você conhece?
3. Qual a importância da Astronomia para a evolução das civilizações?
4. O que afirma a teoria do Big Bang?
5. Vocês já ouviram falar de algum software que possibilite simular fenômenos
astronômicos?
6. Quais objetos astronômicos vocês acham mais interessantes?
Após essa breve discussão o professor deve iniciar uma aula expositiva utilizando a
apresentação dos slides de “Introdução à Astronomia”. Essa apresentação está
disponível
no
endereço
eletrônico
<
https://sites.google.com/site/lbnfisica/
>
juntamente com um vídeo que simula a nebulosa cabeça de cavalo na constelação
de Órion. Este vídeo deve ser baixado juntamente com a apresentação e colocado
na mesma pasta para evitar transtornos durante a projeção, pois o mesmo integra o
slide na página de número 12. Essa apresentação é composta por vinte e três slides
que contemplam aspectos históricos e conceituais da Astronomia. A partir das
informações contidas nele e nos textos de apoio o professor pode retomar o debate
inicial e fazer algumas correções, caso seja necessário, às respostas dadas pelos
discentes.
Para complementar essa etapa é interessante o professor projetar o vídeo:
ABC da Astronomia [3] Big Bang. Esse vídeo tem duração de [3:40 min] e mostra
alguns aspectos importantes da teoria mais aceita para explicar a origem do
cosmos, trazendo valores atuais do tempo de existência do universo [13,7 bilhões de
anos] e discutindo assuntos que são escassos nos livros didáticos, citando, por
exemplo, o surgimento do espaço e do tempo junto com a grande explosão. O vídeo
pode ser encontrado no endereço < https://www.youtube.com/watch?v=CH24yfMrA9
4>. Vale ressaltar que as discussões não devem se aprofundar no estudo da
cosmologia, mas sim, dos aspectos conceituais que envolvem a teoria do Big Bang,
de maneira que esses conceitos auxiliem em outros momentos da sequência.
Após essa etapa, inicia-se o estudo dos comandos do software, que deve ser
feito por meio da resolução da atividade prática II, que envolve simulações com
Stellarium. É importante que o professor faça as simulações junto com os alunos e
as projete num anteparo que possibilite a visualização por todos. Além disso, no
momento em que estiverem ocorrendo as simulações é interessante que o professor
instigue os alunos a utilizarem o recurso do manual do Stellarium, disponibilizado no
apêndice 2 dessa sequência para que os educandos se habituem a utilizar essa
ferramenta para se orientarem durante as simulações.
A 2.1 – ATIVIDADE PRÁTICA I: “CONHECENDO OS COMANDOS DO STELLARIUM”
O Stellarium é um software tipo planetário que faz simulações de diversos
fenômenos astronômicos, dos mais simples aos mais difíceis de serem observados.
No intuito de promover a rápida familiaridade com o programa, desenvolvemos um
manual com os principais comandos do Stellarium para auxiliá-lo na resolução
desta, e das demais atividades dessa sequência. Logo, sempre que necessário
recorra a esse manual para se orientar sobre qual tecla de atalho ou menu, deve ser
utilizado para observar o fenômeno desejado.
Questões
1. Dê um duplo click no ícone do Stellarium presente na área de trabalho do seu
computador. Em seguida, abra a janela de localização [F6] e altere a localização do
programa para as coordenadas de sua cidade. Feito isso, escreva na lacuna a
seguir a altitude que sua cidade apresenta em relação ao nível do mar segundo
informações disponibilizadas no programa. ______________
2. Procure na barra de menu vertical a janela data e hora, e mude o horário para 12
h do dia que fará a simulação, click em cada ícone exposto na coluna direita da
tabela abaixo; e complete a coluna da esquerda escrevendo o que ocorreu após
cada click.
3. Com a janela de pesquisa do Stellarium encontre o Sol, centralize-o com a tecla [
T ] e aumente a velocidade do tempo [ L ]. Em seguida ligue a grade azimutal e
responda as perguntas a seguir.
a) qual nome da linha imaginária descrita pelo Sol durante seu movimento aparente
no céu? _____________________________________________________________
b) qual a distância da Terra até o Sol para essa data, em km? __________________
c) qual o ângulo (aparente) máximo que ele atinge nesse dia? __________________
4. Procure pela janela de opções de céu e de visualizações e ligue a opção
marcações. Posteriormente mude a projeção para ortográfica, tire a atmosfera e a
superfície, insira a grade azimutal e responda as seguintes perguntas:
a) o que acontece com a abóboda celeste após essa sequência de comandos?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
b) clicando na tecla de atalho [ L ] o que muda na abóboda celeste?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
c) ao ligar a linha eclíptica o que se pode observar do movimento dos planetas em
relação ao Sol? A posição deles varia muito em relação à linha imaginária descrita
pelo Sol? Justifique. __________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
5. Qual a distância, a fase e o percentual de área iluminada pelo Sol a Lua
apresenta para a data da observação? ____________________________________
___________________________________________________________________
6. Selecione a Lua como base [ Ctrl+G ] e localize a Terra com a janela pesquisa.
Como é a Terra vista da Lua? Na fase de Lua nova a Terra é vista da Lua?
Justifique a sua resposta.
7. a) A qual constelação pertence a estrela Sirius? ___________________________
b) A sua magnitude é maior ou menor que a do Sol? _________________________
c) Qual a sua distância em relação à Terra? ________________________________
8. Utilizando a função exibir exoplanetas encontre o sistema planetário 2 M 0122 –
24, e determine sua massa; seu raio e o ano de sua descoberta. [Dado: mJúpiter = 1,9
x 1027kg e rJúpiter = 69.911 km].
9. a) A qual constelação pertence a nebulosa cabeça de cavalo (Horsehead
Nebula)? ____________________________________________________________
b) Utilizando a função zoom, verifique se a imagem é parecida com a projeção feita
na apresentação de slides realizada no início da aula. ________________________
___________________________________________________________________
c) Essa nebulosa se encontra a quantos quilômetros da Terra?_________________
___________________________________________________________________
10. a) Que tipo de objeto celeste é Alpha Centauri B (! "#$%&)? ________________
b) Qual sua distância em relação à Terra? _________________________________
c) Esse objeto tem raio e massa maiores ou menores que o Sol? Justifique sua
resposta apresentando os valores obtidos com as simulações. _________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Avaliação: a avaliação dessa atividade deve ser recursiva, no sentido de possibilitar
os discentes refazer as simulações para se adaptarem aos comandos do software e
deve considerar a análise da resolução da atividade e a participação do aluno
durante a aula. A partir dessas observações o professor pode revisar alguns
conceitos na aula seguinte.
Observação: O manual com as principais funções das barras de menu vertical e
horizontal; e das teclas de atalho encontram-se no apêndice 2 dessa sequência de
ensino aprendizagem e deve ser entregue aos alunos no início da aula.
A.3 – TERCEIRA AULA
Tema: Conhecendo a Lua e seu aspecto de fases.
Objetivos:
1.
2.
3.
4.
Compreender o fenômeno de fases da Lua.
Conhecer a principal teoria que explica a origem da Lua.
Confeccionar um calendário lunar com recurso de simulação.
Mostrar que a Lua é o objeto celeste mais conhecido pelo homem.
Recursos instrucionais: projeção com Datashow, texto de apoio I e atividades de
simulação com Stellarium.
Motivação: Vídeo abordando o aspecto das fases da Lua, aula expositiva usando
Datashow, leitura e debate sobre o texto de apoio I.
Tempo estimado para aula: duas aulas de 50 minutos.
Desenvolvimento:
O professor de iniciar instigando os alunos a externar os conhecimentos prévios
existentes em sua estrutura mental. Para isso, é sugerido que o docente faça
perguntas sobre alguns aspectos que promova a curiosidade dos alunos, tais como:
1. O homem já foi à Lua?
2. A Lua é um satélite natural ou artificial?
3. Como a Lua surgiu?
4. A Lua aparece durante o dia?
5. Quais são as quatro fases da Lua?
6. Qual a cor da Lua?
Ao término dessas perguntas o professor deve projetar o vídeo “ABC da Astronomia
[ 7 ] Fases da Lua” que tem duração de [4:18 min], disponível no endereço
eletrônico <https://www.youtube.com/watch?v=N2wTtaJEtNY>. Esse vídeo mostra
que ao longo da história a Lua foi utilizada por diversas civilizações como
instrumento cronológico e meio de programar o plantio e a colheita na agricultura e
que, no decurso do mês o nosso satélite passa por um fenômeno conhecido como
fases da Lua, que apesar de parecer simples para um observador aqui na Terra,
contém detalhes de difícil explicação. Finalizada a projeção do vídeo o docente
deve iniciar uma aula expositiva abordando as principais informações presentes no
texto de apoio I, disponibilizado aos alunos na aula anterior. Ao término dessa
etapa, o professor deve pedir aos educandos para iniciarem a resolução da
atividade prática II, concentrando-os na confecção do calendário lunar, pois este
auxiliará na resolução das demais questões.
Além disso, na resolução desta atividade, é importante que o professor
trabalhe com os comandos de velocidade do tempo do Stellarium, tais como:
·
J, diminui a velocidade do tempo;
·
K, retorna o tempo para sua velocidade normal;
·
L, aumenta a velocidade do tempo;
·
8, esse comando traz a simulação para o dia atual;
·
=, aumenta um dia solar na simulação;
·
-, diminui um dia solar na simulação;
·
Ctrl + =, aumenta uma hora solar;
·
Ctrl + -, diminui uma hora solar;
· T, centraliza a simulação no astro escolhido
Sugere-se, ainda, que o professor mostre aos alunos como deve ser feito o
preenchimento do calendário, seguindo o exemplo dado na questão 2, da atividade
prática II.
Avaliação: nessa atividade é importante o professor observar a participação dos
alunos durante as aulas, pois apesar de parecer simples, o aspecto das fases da
Lua é de difícil compreensão por parte dos discentes, que não conseguem associar
esse fenômeno ao jogo de sombras que envolvem o Sol, a Lua e a Terra. Por isso,
é muito significativo que o professor observe a confecção do calendário lunar
proposto e verifique se as demais respostas estão de acordo com as observações
realizadas e registradas pelo discente.
Observação: É essencial que o professor disponibilize o texto de apoio II, aos
alunos, com antecedência, para que possam fazer a leitura antes das aulas.
Durante a aplicação dessa sequência distribuímos os textos e o manual do
Stellarium no primeiro encontro, em formato de apostila, assim que terminamos de
aplicar o questionário de concepções iniciais.
A. 3.1 – TEXTO DE APOIO I: CONHECENDO A LUA.
A Lua é o único satélite natural da Terra e desde a antiguidade tem atraído
atenção de diversas civilizações que ao longo da história perceberam a
singularidade de seu movimento e a influência que esse astro exerce sobre o nosso
planeta. Com essas observações, o homem antigo percebeu que o aspecto da Lua
varia em ciclos de fases que se repetem aproximadamente a cada 29,5 dias. Essa
contribuição foi dada provavelmente por Anaxágoras, que viveu no século 4 a.C, e
teve suas observações registradas nas obras de Aristóteles (384 – 322 a.C), que
também pesquisou os aspectos da Lua e conceituou corretamente o fenômeno de
fases da Lua. Segundo Aristóteles essas fases “resultam do fato de que ela não é
um corpo luminoso, e sim iluminado pelo Sol. Logo, o fenômeno das fases da Lua
representa o quanto de luz do Sol incide sobre a superfície lunar”.
Uma característica importante desse astro é que seu período de rotação é
igual ao de translação, o que permite completar uma volta em torno de si no mesmo
tempo que completa uma revolução em torno da Terra. Com isso, a parte visível por
nós (iluminada) é a mesma e, a outra parte que também recebe luz do Sol, mas que
não conseguimos visualizar é chamado “lado escuro da Lua”. As quatro fases mais
características – Lua nova, Lua Quarto Crescente, Lua Cheia e Lua Quarto
Minguante – são classificadas de acordo com a porcentagem iluminada de sua
superfície, a seguir será descrito o passo a passo para classificação correta dessas
fases:
Lua Nova – É quando a Lua se encontra entre a Terra e o Sol e sua face visível
não recebe a luz o Sol. Nesse período, a Lua aparece no céu no período diurno,
nascendo e se pondo junto com o Sol. Porém, com o passar dos dias a Lua vai se
direcionando para Leste do Sol, e o lado da face visível começa a ficar crescente, e
aproximadamente uma semana depois tem – se 50% de sua superfície iluminada.
Lua Quarto Crescente – É quando metade da superfície oeste da Lua encontra-se
iluminada pelo Sol. Nesse dia a Lua nasce ao meio dia e se põe à meia noite, e Sol
e Lua estão a 90° um do outro. Nos próximos dias ela contínua a se deslocar para o
leste e a parte oeste contínua a crescer até ser completamente iluminada. Ou seja,
o quarto-crescente é o período de transição da lua nova para a crescente.
Lua Cheia – É quando o disco lunar totalmente iluminado é visível à noite. Nesse
período, Lua e Sol distam-se 180° quando observados da Terra, e os fenômenos de
nascimento e ocaso dos astros se invertem. Enquanto o Sol se põe a Lua nasce, e
quando o Sol nasce a Lua tem seu ocaso. A lua que até então se deslocava para
Leste passa a se orientar a oeste do Sol. Nesse movimento a superfície iluminada
vai decaindo até chegar a 50%, chegando ao seu quarto-minguante.
Quarto Minguante – É quando o ângulo entre a Terra e a Lua é quase reto, de
modo que apenas a metade do disco lunar é iluminada, e progressivamente essa
área vai diminuindo até atingir o dia zero do novo ciclo. Nessa fase a Lua nasce à
meia noite e se põe perto do meio dia.
FIGURA 1.1: Foto ilustrativa das fases da lua. Fonte: <http://www.mundodastribos.com/quais-saoas-quatro-fases-da-lua>.
O intervalo de tempo de 29 d 12 h 44 m 2,9 s compreende a uma lunação ou
período sinódico, que é o tempo que a Lua leva para reaparecer no mesmo local em
sucessiva conjunção com o Sol, ou seja, o intervalo entre duas fases consecutivas.
Já o período sideral, que corresponde ao prazo que a Lua descreve uma volta em
torno da Terra é igual a 27 d 7 h 43 m 11 s. Utilizando para tal o valor aproximado
de 27,3 dias, é fácil perceber que a Lua move-se ' 13° para Leste a cada dia em
relação às estrelas e '12° em relação ao Sol, adotando que este também se
desloca ' 1° para Leste. Esse movimento da Lua em torno da Terra influencia no
movimento de subida e descida das águas do mar. Esse fenômeno é perceptível a
olho nu, bastando para isso observar o atraso de ' 53 minutos nas marés e
comparar com o atraso no aparecimento diário da Lua em igual duração. Embora a
Lua seja a principal responsável pela subida e descida das marés por causa da sua
proximidade com o nosso planeta, o Sol também exerce influencia para o
acontecimento desse fenômeno. Mesmo estando cerca de 390 vezes mais distante
da Terra do que a Lua na abóboda celeste, sua massa de ' 2,7 x 107 vezes a da
Lua contribui para quase 40% das ações gravitacionais sobre as águas do mar.
Todas essas ações podem ser bem compreendidas pela gravitação universal de
Isaac Newton.
A Lua é o astro mais conhecido pela humanidade, a mais de um século tinhase conhecimento que a sua densidade é menor que a da Terra. Em 1609, já se
sabia que a superfície lunar tinha formato esférico e possuía elevações e
depressões em seu relevo, isso graças às observações feitas por Galileu Galilei
com o recém-inventado telescópio. Embora muitos aspectos desse astro já fossem
conhecidos, somente a partir da década de 1960 com as missões tripuladas do
projeto Apollo da NASA, é que de fato o homem pode recolher e pesquisar as
amostras de seu solo e compreender melhor a formação do nosso único satélite
natural. Os primeiros astronautas a pisarem no solo lunar foram Neil Armstrong e
Edwin Aldrin em julho de 1969. Além deles, outros nove astronautas em novas
missões do programa apollo, que teve sua última expedição em 1972, também
desceram até à Lua e trouxeram consigo amostra do solo para análises aqui na
Terra. Cerca de 382 kg de rocha e solo foram trazidos e, têm sido usadas desde
então no estudo sobre a origem, a geologia e a estrutura interna da Lua. Isso
permitiu identificar três materiais abundantes no solo lunar: o regolito, a maria e a
terrae. Esses dois últimos termos foram utilizados por Johannes Kepler para
distinguir as zonas altas e claras – terrae – das zonas baixas e escuras – maria. As
maria ou mares compreendem aproximadamente 17 % do solo lunar. Já o regolito,
que é uma mistura de pó fino e resíduos rochosos produzidos pelos impactos de
meteoritos e intempéries na superfície lunar, são compostos quimicamente ricos em
alumínio nas terras altas (terrae) e em ferro e magnésio nas terras baixas (maria). O
ferro e o magnésio são os principais componentes das rochas basálticas. No
entanto, o basalto presente é bem mais rico em ferro que o existente na Terra.
A massa da Lua é bem menor que a da Terra (cerca de 1/81vezes), isso faz
com que a gravidade lunar seja 1/6 da terrestre, o que favorece o escape das
moléculas de gases presentes em sua superfície. Enquanto a velocidade de escape
de uma molécula de gás na Terra é de 11 km/s, na Lua é de apenas 2,02 km/s, com
isso, ela não consegue reter os gases que formariam uma atmosfera mais
consistente e por isso sua pressão atmosférica é quase nula, algo próximo de 3 x
10-13 kPa. Valor praticamente insignificante se comparado aos 101,325 kPa da
atmosfera terrestre. Em síntese, pode-se dizer que a atmosfera lunar é desprezível.
Porém, nessa fina atmosfera foram encontrados alguns gases como hélio, argônio e
neon, o ultimo em maior quantidade, mas insuficiente para criar um halo luminoso
visível em torno da Lua. Essa descoberta foi feita recentemente a partir dos dados
coletados pela sonda não tripulada LADEE, da agencia espacial americana. Embora
tenha sido detectado em 2014, desde a missão Apollo a presença de neon na
exosfera lunar tem sido objeto de especulação. Grande parte dessa exosfera lunar
tem origem no vento solar, que consiste num fluxo de gás eletricamente carregado
que parte do Sol em direção ao espaço. O vento solar é composto majoritariamente
por hidrogênio e hélio, porém, muitos outros elementos o compõem. Todos esses
elementos colidem contra a Lua, ficando parte impregnada nas rochas de sua
superfície e os mais voláteis como argônio, hidrogênio e neon regressam para o
espaço formando a exosfera lunar.
As expedições lunares também contribuíram para a medição precisa da
distância entre a Terra e a Lua. As missões Apolo e a missão não tripulada russa
Lunakhod I e II instalaram no solo lunar prismas retrorrefletores, que são
dispositivos ópticos que refletem a luz de volta a sua origem com um mínimo de
espalhamento. Mesmo os raios desta não estando ortogonais à superfície do
retrorrefletor, uma onda eletromagnética é refletida de volta ao longo de um vetor
que é paralelo, mas com sentido oposto em rumo à fonte da onda. Parece estranho,
mas esse mecanismo, ilustrado na figura 1.2, mede com precisão a distância que a
Lua se encontra da Terra. Sendo que essa distância varia de 356.800 km (no
perigeu) a 406.400 km (no apogeu), apresentando um valor médio de 384.403 km.
FIGURA 1.2: Adaptação de esquema de feixe de laser incidindo contra os retrorrefletores fixados na
Lua pelas missões Apolo. Fonte: http://www.moonlandinghoax.org/8.html.
Com esse mecanismo os cientistas conseguem enviar um pulso de laser
contendo 100 quadrilhões de fótons, dos quais pouquíssimos conseguem retornar a
Terra. No entanto, o retorno de um único fóton é suficiente para medir a distância
entre esses astros até a casa dos milímetros. Isso permitiu verificar que a Lua está
se afastando da Terra cerca de 3,78 centímetros a cada ano devido à ação das
marés. A atuação da força gravitacional da Lua causa alterações no nível da água
do mar em nosso planeta, fazendo com que as marés se alinhem ao satélite
durante o movimento de rotação da Terra. No entanto, uma faixa das águas sempre
está um pouco à frente da Lua, o que resulta na transferência de energia da Terra
para as marés por meio da resistência apresentada pelas duas superfícies em
contato, movimentando-se uma em relação à outra. Essa grande massa de água
exerce sua própria atração gravitacional sobre a Lua, e como a Terra e a Lua são
ligadas pela gravidade, à medida que o movimento da Terra diminui ocorre uma
aceleração na Lua implicando numa força contrária à Terra, que faz com que o
nosso satélite se liberte 3,78 cm a cada ano. Considerando o período de sua
existência próximo de 4,5 bilhões de anos, a Lua já se distanciou da Terra 18 vezes
em relação ao período de sua formação. Esse fenômeno retarda a rotação da Terra
em 2 milissegundos por século, que apesar de parecer algo insignificante, aumenta
o dia terrestre em 4 horas a cada um bilhão de anos.
A Origem da Lua
A origem da Lua é um mistério, no século XVIII George Darwin, astrônomo
britânico filho de Charles Darwin, afirmava que a Lua se desprendeu da Terra
devido a rotação acelerada que nosso planeta tinha logo após a sua formação. Ele
e outros cientistas que aceitavam essa teoria, afirmavam que a região onde se
encontra o oceano pacífico, seria a parte da Terra que teria se desprendido. No
entanto, estudos geológicos apontaram que a crosta terrestre naquela região tinha
no máximo 200 milhões de anos, muito jovem se comparados com a idade de 4,5
bilhões de anos, que é a mais aceita atualmente para a Lua, e logo essa teoria foi
descartada. Porém, atribui-se a George Darwin a descoberta de que a Lua se afasta
da Terra, que só foi provado com as medições utilizando os painéis retrorrefletores
instalados pelas missões Apolo. Outra hipótese para origem da Lua, afirmava que o
nosso único satélite natural vagava pelo espaço e acabou sendo capturado pelo
campo gravitacional terrestre. Essa teoria foi logo descartada quando estudos
mostraram que um encontro próximo de astros dessa magnitude provocaria uma
grande colisão entre os astros, ou um afastamento definitivo. Para que isso fosse
possível, a atmosfera terrestre teria que ter uma abrangência extremamente
elevada a ponto de frear a Lua, colocando-a em órbita. Atualmente a teoria mais
aceita pela comunidade astronômica sobre a origem da Lua, afirma que um grande
corpo, possivelmente com a massa de Marte, colidiu com a Terra. Com esse
choque catastrófico, enormes quantidades de matéria teriam sido arrancadas do
nosso planeta. Esses componentes formaram um grande disco de matéria que
orbitaram a Terra por milhões de anos e com a ação da força gravitacional, esse
material
foi
se
aglutinando
até
formar
a
Lua.
Simulações
feitas
em
supercomputadores (Figura 1.3) mostraram que a maior quantidade de matéria teria
sido arrancada do nosso planeta e que esse choque aconteceu de “raspão”. Mesmo
sendo a teoria mais aceita para a origem da Lua desde 1984, essa hipótese não
consegue explicar por que os elementos voláteis não foram eliminados, no nível
exigido para colisões dessa magnitude.
Figura 1.3: Simulação da colisão entre um astro com as dimensões de Marte contra a Terra entre 30
e 50 milhões de anos após a origem do sistema solar. Fonte: Observatório Nacional.
Estima-se que esse planetesimal tenha se chocado contra a Terra entre 30 e 50
milhões de anos após a formação do sistema solar e, possuía dimensões próximas
às de Marte e uma massa equivalente a 10% a da Terra. Com o impacto, a
temperatura em nosso planeta teria alcançado os 10000 °C e parte do material
terrestre lançado ao espaço escaparam do campo gravitacional terrestre e se
perdeu no espaço interplanetário. A parte que ejetou e acompanhou a trajetória de
nosso planeta se aglutinou com a ação da gravidade e deu origem a Lua. As
principais características desse astro estão descritas na tabela 1.1.
Tabela 1.1: Principais características da Lua.
Massa
7,47 x 1022 kg
Densidade da Lua
3,34 g/cm3
Gravidade local
1,62 m/s2
Distância média da Terra
384.403 km
Velocidade de escape
2,02 km/s
Atmosfera
3 x 10-13 kPa
Período sinódico
29 d 12 h 44 m 2,9 s
Período sideral
27 d 7 h 43 m 11 s
Temperatura máxima na
superfície
123°C
Temperatura mínima na
superfície
- 233°C
Velocidade de
translação
3700 km/h
Diâmetro
3476 km
Idade
4,53 x 109 anos
Inclinação da órbita
5,2°
Inclinação do eixo
6,7°
Fonte: OLIVEIRA e SARAIVA (2014).
A 3. 2 – ATIVIDADE PRÁTICA II: CONHECENDO AS FASES DA LUA COM
STELLARIUM.
1. No dia 14 de novembro de 2016 aconteceu o fenômeno conhecido como
“superlua”, que é quando a Lua fica mais próxima da Terra do que o habitual. Esse
fenômeno faz com que a lua pareça 14% maior e 30% mais brilhante do que o
habitual, fazendo com que esse evento seja um dos mais contemplados e
aguardados da Astronomia. No entanto, a próxima vez que o fenômeno deverá ser
tão intenso ocorrerá apenas em 25 de novembro de 2034. Com base nos
conhecimentos de simulação que já têm, utilize a função “mudar data” [F5] do
Stellarium e mude a data para o dia 14 de novembro de 2016. Com o ícone “localizar
objeto” [F3] encontre a Lua e centralize-a com a tecla “T”. Em seguida responda:
a) qual fase a Lua apresenta nessa data? _________________________________
b) qual foi a distância mínima que ela esteve da Terra nesse dia?_______________
c) Qual a magnitude aparente e a magnitude absoluta da lua quando ela apareceu
no horizonte? _______________Esse valor variou ao longo da noite?__________
d) Essa medida tem alguma relação com a distância em que a Lua se encontra da
Terra? Justifique.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
2. Preencha as colunas da tabela abaixo com as informações solicitadas para as
respectivas datas e responda as perguntas seguintes.
Data
14/11/2016
15/11/2016
16/11/2016
17/11/2016
Horário
Superfície iluminada
Distância
18/11/2016
19/11/2016
20/11/2016
21/11/2016
a) a superfície iluminada da Lua diminui ou aumenta nesse período? ___________
b) isso tem alguma relação com a distância que a Lua se encontra da Terra?
Justifique.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
c) a distância desse astro em relação à Terra aumentou ou diminuiu nesse período?
___________________________________________________________________
d) qual fase a Lua apresentou no dia 21/11/2016? ___________________________
3. Com base no conhecimento adquirido com as simulações utilizando o stellarium,
assinale a sequência correta para as fases da Lua de acordo com a ordem numérica
das figuras.
a) Lua Cheia, Lua Quarto Minguante, Lua Nova, Lua Quarto crescente.
b) Lua Nova, Lua Quarto Crescente, Lua Cheia, Lua Quarto Minguante.
c) Lua Nova, Lua Quarto Minguante, Lua Cheia, Lua Quarto Crescente.
d) Lua Nova, Lua Quarto Minguante, Lua Cheia, Lua Quarto Crescente.
4. A página a seguir traz uma tabela com a imagem da Lua em sua fase cheia. No
entanto, esse ciclo de fases varia durante o mês à medida que a área iluminada de
sua superfície se altera, apresentando outras fases, tais como: minguante, nova e
crescente. Utilizando a janela data/tempo [F5] do stellarium, mude a data para o dia
01/11/2016 e o horário para 7 h 00 min, acelere a velocidade do tempo [L] e registre
o horário em que a Lua aparece no horizonte. Em seguida dê um click na Lua,
centralize-a com a tecla [T], aproxime o astro dando zoom [/] e pinte a área
sombreada da Lua para essa data e horário de seu aparecimento conforme exemplo
abaixo:
Registre além do horário de surgimento do astro (H/S), o horário de seu ocaso (H/O),
utilizando a função aumentar velocidade do tempo [L]. Repita essa ação para os
próximos 30 dias até preencher a tabela e responda ao questionário abaixo com
base nos dados coletados nessa simulação. Obs.: Sempre que quiser voltar o tempo
a sua velocidade normal aperte a tecla [k]. (qualquer dúvida quanto aos comandos
do software recorra ao manual do Stellarium disponibilizado pelo professor).
SEGUNDA
TERÇA
QUARTA
QUINTA
SEXTA
SÁBADO
DOMINGO
DIA:
H/S:
H/OC:
DIA:
H/S:
H/OC:
DIA:
H/S:
H/OC:
DIA:
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DIA:
H/S:
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H/OC:
DIA:
H/S:
H/OC:
DIA:
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DIA:
H/S:
H/OC:
DIA:
H/S:
H/OC:
DIA:
H/S:
H/OC:
DIA:
H/S:
H/OC:
DIA:
H/S:
H/OC:
DIA:
H/S:
H/OC:
DIA:
H/S:
H/OC:
a) A lua é um astro iluminado ou luminoso? Justifique.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
b) Na primeira semana a área iluminada da Lua aumentou ou diminuiu? Isso
caracteriza qual fase? _________________________________________________
___________________________________________________________________
c) No dia 08/11/2016 a Lua se encontra na fase crescente, quarto crescente, cheia
ou minguante? Justifique. _____________________________________________
___________________________________________________________________
d) Em quais dias do mês a Lua teve toda sua superfície iluminada (fase cheia)?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
e) A fase minguante da Lua começou em qual data? Nesse período sua área
iluminada diminuiu ou aumentou? _______________________________________
___________________________________________________________________
f) O que caracteriza a fase da Lua nova? Em quais dias esse fenômeno ocorreu?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
g) A Lua surge no céu sempre no mesmo horário? Caso esse tempo varie, qual a
explicação para tal fenômeno? __________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
h) Quantos dias, aproximadamente, a Lua demorou para repetir a mesma fase?
Qual nome que se dá a esse período? ____________________________________
A 4 – QUARTA AULA
Tema: Conhecendo o Sistema solar com Stellarium
Objetivos:
1. Conhecer as principais características do Sol.
2. Verificar se a distância da Terra ao Sol varia ao longo do ano.
3. Compreender o que é um planeta anão.
4. Entender o conceito de passagem meridiana.
5. Observar as principais características dos planetas do sistema solar.
6. Aprender sobre o cinturão de Kuiper e a nuvem de Oort.
Recursos instrucionais: Texto de apoio, questionário, simulações.
Motivação: leitura do texto de apoio II, simulação com stellarium e resolução do
questionário.
Tempo estimado para aula: duas aulas de 50 minutos.
Desenvolvimento:
O professor deve instigar os alunos para que eles expressem seus conhecimentos
prévios sobre o sistema solar fazendo algumas perguntas sobre os astros que o
compõem, tais como:
1. O Sol nasce em que posição geográfica?
2. Você pode olhar diretamente para o Sol?
3. A distância do Sol à Terra varia durante o ano?
4. Quais planetas podem ser vistos a olho nu?
5. Você sabe identificar algum planeta no céu?
6. Você sabe diferenciar um cometa de um asteroide?
Pelo fato do texto de apoio II ser longo, é sugerido que o professor o disponibilize
com antecedência, de preferência na aula 2, e forme grupos de maneira que cada
equipe fique responsável por apresentar uma etapa do texto durante a aula, no
formato de uma apresentação de trabalho. Ao término das apresentações o
professor deve pedir aos discentes que iniciem a resolução da atividade prática III,
para isso é interessante trabalhar com os comandos do software expostos abaixo, a
fim de auxiliar na atividade de simulação proposta. Vale ressaltar a importância de
disponibilizar o manual do Stellarium (apêndice 2) durante toda a aplicação da
sequência.
·
J, diminui a velocidade do tempo;
·
K, retorna o tempo para sua velocidade normal;
·
L, aumenta a velocidade do tempo;
·
8, caso tenha mudado a velocidade do tempo, esse comando traz para o dia
atual;
·
=, aumenta um dia solar na simulação;
·
-, diminui um dia solar na simulação;
·
Ctrl + =, aumenta uma hora solar;
·
Ctrl + -, diminui uma hora solar;
· T, centraliza a simulação no astro escolhido (encontre o astro com [F5] e
depois centralize com [ T ];
· Ctrl + F, abre a janela de busca do astro, permitindo encontrá-lo na abóboda
celeste.
Assim como na aula 3, é aconselhável que o professor faça uma simulação inicial
para que os alunos vejam como trabalhar com os comandos do software, por
exemplo: fazer uma busca por Marte e Saturno, e abordar as diferenças entre os
dois. O texto de apoio II tem uma importância muito significativa nessa etapa, por
isso muitas respostas do questionário também exploram aspectos deste texto.
Avaliação: pode ser contínua por meio das observações da participação dos alunos
nas discussões e resolução dos questionários através das simulações realizadas.
A.4.1 – TEXTO DE APOIO II: CONHECENDO O SOL E O SISTEMA SOLAR.
O Sol
A noção antiga que a humanidade tinha do Sol era de uma grande esfera
brilhante responsável pelo dia, quando aparecia no horizonte, e pela noite quando
decaia no plano terrestre. Por muito tempo o povo pré-histórico e antigo, considerou
esse astro como algo sobrenatural, símbolo de poder e força. Algumas civilizações
como os Incas e os Astecas tratavam a veneração ao Sol como aspecto central de
sua cultura. Monumentos antigos como Stonehenge no Reino Unido, a pirâmide de
Kukulcán no México e Newgrange na Irlanda, mostram a influência desse astro no
aspecto cultural e cronológico dessas civilizações, que estabeleciam datas e
calendários de acordo com seu movimento.
Um dos primeiros registros científicos de explicação para o Sol foi dado por
Anaxágoras de Clazômenas (500 a.C – 428 a.C) que concluiu que o nosso astro era
uma grande bola de metal maior que a península de Peloponeso situado no Sul da
Grécia. No século III antes de cristo, o matemático grego Erastóstenes, primeiro a
medir o diâmetro da Terra, estimou a distância do Sol numa conotação ambígua,
que permitiam estimar valores entre 755 mil a 153 milhões de quilômetros. Já no
século I a.C, Ptolomeu calculou essa distância como sendo igual 1210 vezes o raio
terrestre. Outras contribuições, dentre essas, árabes, incluem a descoberta de que
a excentricidade orbital do Sol está em constante mudança.
Acredita-se que Aristarco de Samos foi o primeiro cientista a propor o modelo
heliocêntrico, considerando o Sol como centro do que hoje chamamos de sistema
solar. Os registros mais consistentes da idealização dessa teoria são atribuídos a
Nicolau Copérnico no século XVI. A partir da invenção do telescópio, essa teoria
consolidou-se como correta para a explicação do movimento dos astros do nosso
sistema por meio das observações de Galileu Galilei no século XVII. Galileu foi um
dos primeiros a registrar o fenômeno das manchas solares, teorizando que tais
manchas eram características da superfície solar ao invés de pequenos astros
passando entre a Terra e o Sol. Em 1673, Giovanni Cassini e Jean Richer
determinaram a paralaxe de Marte e com esta estimaram a distância do Sol em 140
milhões de quilômetros. Com essa distância, que é bem próxima do que se sabe
hoje, os cientistas passaram a fazer estudos mais complexos sobre esse astro.
Analisando esse contexto histórico, verifica-se que a evolução astronômica passa
diretamente pelas observações do Sol, com o passar do tempo, a aglutinação
dessas ideias permitiu o homem estabelecer padrões mais exatos para as medições
e entender aspectos de conversão de energia inimagináveis à época antiga.
Os estudos atuais apontam que o Sol é uma grande esfera incandescente
situada a 149.597.870,691 (1Unidade Astronômica - ua) quilômetros da Terra, que
produz quase toda a energia necessária para o ciclo da vida terrestre. Além disso, é
a estrela mais próxima de nós, e por consequência também é a mais estudada.
Esse estudo do Sol serve para entender como funcionam as outras estrelas e as
singularidades desses astros. A partir dessas análises observacionais, percebe-se
que o Sol é uma estrela comum no universo, gerando sua energia por meio da
queima de hidrogênio, convertendo-o em hélio, num processo conhecido como
fusão termonuclear que ocorre no seu núcleo com temperaturas que atingem perto
de 15 milhões de graus e pressão 300 bilhões de vezes superior à pressão do nível
do mar. É esse processo que produz a luz que a Terra usa para a fotossíntese, o
calor que equilibra a temperatura planetária e outras radiações importantes para a
vida na Terra. Já se sabe que o sol corresponde a 99,8% da massa de todo o
sistema solar, que possui 1.300.000 vezes o tamanho da Terra e tem massa igual a
1,9887973 x 1030 kg, cerca de 332.946 vezes a massa da Terra.
O processo de fusão nuclear no interior do Sol é praticamente o mesmo para
a maioria das estrelas, com dois núcleos de elementos leves se combinando para
formar um único núcleo de elemento pesado. Essa combinação exige que os
núcleos se colidam com uma energia cinética total alta para vencer a repulsão
coulombiana, permitindo que a interação nuclear forte passe a ser efetiva. Como a
repulsão coulombiana aumenta à medida que a carga aumenta, a fusão nuclear
acontece com mais facilidade em elementos com número baixo de prótons como o
hidrogênio. No entanto, além disso, o processo de fusão nuclear exige altas
temperaturas, e como no interior do Sol essa temperatura chega a ordem de 10 7 °C,
o processo de reação nuclear passa a ocorrer naturalmente com 4 núcleos de
hidrogênio 1 fundindo para formar hélio 4 mais dois pósitrons e dois neutrinos.
Nessa reação há liberação de 25 MeV de energia e uma luminosidade de
aproximadamente 4 x 1026 watts. Por consequência, a quantidade de Hidrogênio no
Sol está diminuindo à medida que a de Hélio está aumentando. Parte dessa energia
chega à Terra num processo de transmissão de calor denominado radiação, que
consiste na propagação de energia através de ondas eletromagnéticas, que são
ondas que podem se propagar no vácuo na velocidade da Luz. Um metro quadrado
de área terrestre recebe em média 1367,5 watts, que equivale a dez lâmpadas de
100 watts. A título de comparação, em um minuto o Sol produz energia igual a 10
milhões de vezes a energia produzida por toda a produção anual de petróleo na
Terra.
Estrutura do Sol
O Sol apresenta algumas camadas bem definidas, essas camadas são
responsáveis pela transmissão de energia do núcleo até a sua superfície. A figura
IV mostra um esquema da forma estrutural do Sol, composto por sete camadas,
cujas características de cada uma serão abordadas a seguir.
Figura 1.4: esquema da estrutura do Sol (fora de escala). Fonte: http://astroclube.blogspot.com.br.
Coroa solar: Essa é a parte mais externa e rarefeita do Sol. Nessa região, imensas
nuvens de gás aquecido e brilhante, conhecidos como proeminências, explodem,
estendendo a presença desses gases até o espaço através de partículas que
viajam lentamente para longe do Sol com temperatura que pode chegar a 1 milhão
de Kelvin. É nessa camada que são produzidos os ventos solares, que consistem
em partículas carregadas com alta energia (elétrons, prótons e neutrinos) que
viajam a 1600 km/s pelo espaço. Ao incidir-se contra o campo magnético terrestre
os ventos solares perigosos são presos, formando o cinturão de Van Allen.
Figura 1.5: imagem da coroa solar e suas proeminências. Fonte:
http://www.earthobservatory.nasa.gov.
Cromosfera: É uma camada de gás formada principalmente por hidrogênio e Hélio
que envolve o Sol, localizando-se, entre a fotosfera e a coroa solar. A temperatura
nessa região varia de 4300 a 40000 kelvins. Muito provavelmente essas altas
temperaturas devem ser provocadas por campos magnéticos variáveis criados na
fotosfera, que quando são transportados para a coroa por corrente elétrica deixam
parte dessa energia na cromosfera.
Figura 1.6: Eclipse solar observado na França, em 1999. Nessa imagem é possível observar as
manchas avermelhadas da cromosfera e a coroa solar em cor branca. Foto: Luc Viatour.
Zona de transição: É uma região estreita da atmosfera solar, que separa a coroa,
que possui temperaturas extremamente altas, da cromosfera com temperatura mais
baixa. É formada basicamente pelo calor que desce da coroa para a cromosfera,
com temperaturas que variam de 1 milhão de graus Celsius, na base da coroa, para
algumas dezenas de milhares de graus nas proximidades da cromosfera.
Descobertas recentes indicam que a região de transição é bem definida e
localizada, composta de um plasma dinâmico e detalhadamente estruturado,
confinado no interior de cordões de um campo magnético filamentar.
Fotosfera: A fotosfera é uma fina camada da atmosfera solar, com cerca de 500 km
de espessura, que apresenta uma temperatura aproximada de 6000 °C. Estudos
recentes apontam que a fotosfera não é homogenia e seu brilho não é uniforme,
apresentando superfície análoga a de um líquido em ebulição, cheia de bolhas, que
tem diâmetros próximos aos 1500 km, chamados de grânulos, que duram cerca de
10 minutos.
Zona Convectiva: Na zona convectiva a temperatura atinge os 2 milhões de graus
Celsius e o plasma é extremamente denso e opaco. Essa região, que representa 15
% do raio solar, envolve a zona radiativa. Nela, a energia é transportada por
convecção, que consiste no transporte mecânico das moléculas do gás devido a
diferença de temperatura em suas partes.
Zona radiativa: Essa camada envolve o núcleo solar e a energia se propaga por
radiação, que não exige o movimento das moléculas do gás. Sendo os fótons os
responsáveis pelo transporte da energia gerada pelo processo de fusão nuclear que
ocorre no núcleo do Sol.
Núcleo: Toda a energia que chega até a Terra é produzida no núcleo do Sol. Nessa
região, a temperatura de cerca de 15.000.000 °C e a pressão 340 bilhões de vezes
a pressão atmosférica possibilitam reações nucleares. No Sol, essa reação consiste
na fusão de quatro núcleos de átomos de hidrogênio em uma partícula alfa que é o
núcleo de um átomo de hélio, que é 0,7% menos massiva do que os quatro prótons
que a formou. A diferença entre a massa inicial e a final é expelida como energia e
transferida até a superfície do Sol através dos processos de radiação e convecção.
Cerca de 600 milhões de toneladas de hidrogênio são fundidos em hélio por
segundo no interior do Sol, gerando cinco milhões de toneladas de energia pura,
que é a principal responsável pela vida existente no planeta Terra.
As manchas solares
As áreas mais escuras da fotosfera solar são chamadas de manchas solares,
e são regiões cuja temperatura local é menor que a média superficial do Sol, por
isso, em comparação com outras partes do astro parece mais escura. Elas são
causadas por intensa atividade magnética que inibe a convecção, formando áreas
de tempestades mais baixas na fotosfera. Esse fenômeno ocorre normalmente aos
pares, sendo uma em cada polo, por causa da polaridade magnética do nosso
astro. As manchas solares são divididas em umbra central e penumbra circundante,
enquanto a primeira é mais escura e tem campo magnético praticamente
perpendicular à superfície do Sol, a segunda é mais leve e seu campo magnético é
mais inclinado. Além de se movimentarem na superfície do Sol com movimentos de
expansão e contração, elas também podem viajar com velocidades de algumas
centenas de metros por segundo. Como o seu diâmetro pode variar de 16 km a
160.000 km, as mais extensas podem ser vistas da Terra. Mesmo com o avanço do
estudo sobre as manchas solares ocorrendo após as observações de Galileu Galilei
com telescópio, muito antes, no ano 28 a.C, já existiam registros desse fenômeno
na china.
Os planetas do sistema Solar
A teoria original da concepção atual para a origem do sistema solar é
atribuída ao filósofo Immanuel Kant e ao matemático Pierre-Simon Laplace.
Segundo eles como todos os planetas giram ao redor do Sol e em torno de si, numa
mesma direção (exceto Vênus) e num mesmo plano, implica que estes devem ter
se formado de uma mesma nebulosa, a qual chamaram nebulosa solar, que teria se
colapsado para formar o sistema solar, composto por um estrela, oito planetas,
alguns planetas anões e inúmeros corpos celestes que vagam pelo espaço
chamados asteroides, meteoros e cometas. Descobertas do século XX, apontam
que o Sol seria o centro dessa nebulosa solar e, por isso, foi o único astro a manter
sua temperatura. A idade atribuída à origem do nosso sistema solar é de
aproximadamente 4,6 bilhões de anos, pequena se comparado aos 13,7 bilhões de
anos estimados para a origem do universo.
Figura 1.7: Esquema das quatro etapas de formação do sistema solar. Adaptação. Fonte:
http://historiasefemeras.blogspot.com.br/2015/11/sistema-solar.html.
Há 4,6 bilhões de anos atrás, uma nuvem gigantesca flutuava em um dos
braços espirais da Via Láctea. Essa nuvem, chamada de nebulosa, era formada de
poeira e gás, principalmente hidrogênio e hélio. Com o passar do tempo essa
nuvem começou a se contrair [figura 1.7-A], desmoronando em si mesma. Os
átomos, inicialmente separados, começaram a se colidirem, gerando calor. No calor
ascendente,
os
átomos
colidiram
mais
frequentemente
e
violentamente.
Eventualmente, ele atingiram uma temperatura na qual os prótons nos seus núcleos
começaram a se fundir dando origem, no centro da nebulosa, ao Sol. O material da
nebulosa que não foi absorvido pelo Sol gerou em torno dele um disco plano de
poeira e gás, chamado de disco de acreção.
Após o grande colapso da nuvem começou a fase de condensação em que a
temperatura caiu rapidamente dando origem aos planetesimais [figura 1.7-C],
essenciais para a existência dos planetas que temos hoje. Os planetesimais se
desenvolveram por meio do acréscimo de material da nebulosa para dar origem aos
núcleos dos planetas, esse aumento foi maior para os planetas mais afastados do
centro, onde o material condensado da nebulosa continha silicatos e gelos, que
possibilitou estes se desenvolverem com massas várias vezes superiores a da
Terra. Esses planetas de massas maiores como Júpiter, Saturno, Urano e Netuno
são chamados de planetas jovianos e encontram-se distantes do Sol. Já os
planetas mais próximos, são classificados como terrestres, e compreendem os
quatro planetas mais próximos do Sol: Mercúrio, Vênus, Terra e Marte.
Embora os planetas jovianos consistam basicamente de hidrogênio e hélio, a
comunidade científica tem concluído a partir de cálculos da estrutura interna, junto
com medições das massas dos planetas, que os gigantes gasosos devem ter
núcleo sólido. Para esses quatro planetas e os demais planetas gasosos recémdescobertos fora do sistema solar, esses núcleos são extremamente importantes,
pois a partir deles é que são atraídos os gases que basicamente compõe sua forma
atual. Dos planetas do sistema solar, Júpiter tem o maior desses núcleos, seguido
por Saturno, Netuno, Urano e Terra. A existência de inúmeros asteroides e cometas
que se parecem com os planetesimais sustentam o conceito de que há bilhões de
anos, milhões de planetesimais constituíram os planetas. Essa tem sido a ideia
mais aceita para a compreensão do surgimento planetário.
Outro aspecto bem peculiar quando se estuda a formação do sistema solar é
a compreensão de como se formaram as Luas. Com exceção dos planetas Mercúrio
e Vênus, todos os demais planetas do sistema solar possuem Luas. As maiores
dessas, com diâmetros de alguns milhares de quilômetros surgiram muito
provavelmente em colisões de planetesimais. Evidencias dessa teoria podem ser
exemplificadas com o cinturão de asteroides existente entre Marte e Júpiter. Nessa
região existem asteroides com centenas de quilômetros de diâmetro, que devem ter
crescido por meio de colisões entre planetesimais, mas que não se desenvolveram
por completo até formar uma Lua por causa da influência dos planetas já formados.
Os asteroides menores, com menos de 800 metros de diâmetro são considerados
planetesimais que cresceram a partir da poeira nebular, mas que nunca se colidiram
ao ponto de atingirem tamanhos necessários para a interação gravitacional.
Para as Luas que orbitam os planetas gigantes, essa teoria corresponde
bem, no entanto, não se pode generalizar. As Luas de Marte, Fobos e Deimos,
devem ter sido atraídas do cinturão de asteroides por seu campo gravitacional. Já a
nossa Lua, foi resultado da colisão de um protoplaneta do tamanho de Marte com a
Terra, que arremessou ao espaço uma grande quantidade matéria que se aglutinou
por interação gravitacional formando nosso encantador satélite de baixa densidade.
Esse impacto provavelmente ocorreu há 4,5 bilhões de anos, durante os 100
milhões de anos depois do início da formação dos planetas. Esse bombardeamento
marcou o fim dos estágios de formação do sistema solar, formado basicamente por
uma estrela comum, oito planetas, cinco planetas anões, centenas de milhares de
asteroides, trilhões de meteoroides e trilhões de cometas. As principais
características de cada um desses astros que compõe o sistema solar serão
esplanadas a seguir, conforme sua posição na abóboda celeste.
Mercúrio: É o planeta mais próximo do Sol e sua superfície apresenta crateras
como a Lua. Estima-se que seu núcleo tenha 1800 km de raio, seu manto 600 km
de espessura e sua crosta de 100 a 300 km. Enquanto seu núcleo é extremante rico
em Ferro, sua crosta é bastante semelhante à da Lua, com crateramento severo e
predominância de rochas basálticas. Esse crateramento, assim como na Lua, foi
favorecido pela baixa gravidade e consequente ausência de atmosfera.
Figura 1.8: Imagem de Mercúrio feita pela marine 10, que foi a primeira sonda a mapear o planeta
Mercúrio. A parte mais clara corresponde a região que a sonda não conseguiu mapear. Fonte:
https://www.nasa.gov.
A excentricidade da órbita de Mercúrio possibilita que o planeta varie sua
distância em relação ao Sol de 46 milhões de quilômetros no periélio, para 70
milhões de quilômetros no afélio. Por ter este aspecto e ser próximo do Sol,
Mercúrio apresenta as maiores variações de temperaturas do sistema solar,
alternando entre 700 K durante o dia a 100 K à noite. A sua densidade de 5,43
g/cm3 o coloca em segunda posição nesse quesito, perdendo apenas para a Terra.
Mercúrio dá uma volta completa em torno do Sol em 87,96 dias, com velocidade
orbital média de 48 km/s. A sua massa é de 3,3 x 10 23 kg e sua velocidade de
escape de 4,25 km/s. A baixa velocidade de escape se deve a baixa gravidade, que
é o principal fator de explicação para a ausência de uma atmosfera significativa.
Mercúrio não apresenta satélite natural, pelo menos até então não foi observado.
Vênus: É o segundo planeta do sistema solar e se assemelha muito a Terra quanto
à sua massa e raio. Ambos têm poucas crateras e suas densidades e composições
químicas são bem próximas. No entanto, a atmosfera de Vênus é bem mais
massiva que a terrestre, quase toda composta por dióxido de carbono (96%).
Encontra-se coberto por uma camada de nuvens compostas por ácido sulfúrico em
que a produção se dá pelo enxofre produzido pelas intensas atividades vulcânicas
em sua superfície. Vênus é um exemplo clássico do efeito estufa, pois o dióxido de
carbono de sua atmosfera retém o calor que deveria servir de balanço energético à
energia recebida do Sol, mas que resulta em temperaturas de até 735 K em sua
superfície, suficientes para derreter chumbo.
Figura 1.9: Imagem de Vênus tirada pela Mariner 10, em 1974. Fonte: https://www.nasa.gov.
Vênus possui excentricidade baixa, logo a sua distância em relação ao sol
varia pouco nos 224, 7 dias que esse planeta leva para dar uma volta completa em
torno dele, com isso seu periélio (107.476.259 km) varia muito pouco do seu afélio
(108.942.109 km). Esse planeta gira com uma velocidade orbital igual a 35 km/s,
muito inferior, por exemplo, a de Mercúrio. Sua gravidade de 8,87 m/s 2 é bem
próxima a terrestre, bem como sua massa de 4,87 x1024 kg e sua densidade de 5,2
g/cm3. Já sua pressão atmosférica é superior a terrestre, chegando a 9321,9 kPa.
Marte: Marte é o quarto planeta a partir do Sol, e o segundo menor do sistema
Solar. Seu nome é atribuído ao Deus romano da guerra, muito pela sua cor
avermelhada proveniente de poeira de óxido de Ferro. Marte é um planeta rochoso,
apresentando crateras de impacto como a Lua; e desertos, vulcões e calotas
polares como a Terra. As várias sondas espaciais que pousaram em Marte
evidenciaram que seu solo é formado basicamente por basalto, que é um tipo de
rocha vulcânica. Outro aspecto interessante é que esse planeta possui duas Luas,
Fobos e Deimos, muito pequenas, que muitos associam a grandes asteroides que
foram capturados pelo seu campo gravitacional. Marte demora aproximadamente
1,88 anos terrestre para dar uma volta completa em torno do Sol, com velocidade
média de 24,1 km/s. Sua distância em relação a Terra é de 78,3 milhões de
quilômetros e sua excentricidade é regular, variando a sua distância em relação ao
Sol de 206.644.545 km no periélio, a 249.228.730 km no afélio. A massa do planeta
vermelho é de 6,41 x 1023 kg e, sua densidade média é igual a 3,93 g/cm 3. Por
causa da sua fina camada atmosférica a velocidade de escape é relativamente
pequena, cerca de 5 km/s, bem como a pressão atmosférica, que oscila entre 0,7 a
0,9 kPa. A gravidade local é de 3,69 m/s2.
Figura 1.10: Imagem de Marte feita pelo telescópio Hubble. Fonte: https://www.nasa.gov.
Cinturão de Asteroides: O cinturão de asteroides é uma região do sistema solar
entre as órbitas de Marte e Júpiter que contém corpos remanescentes da formação.
É nessa região que está localizado Ceres, o maior e único planeta anão do cinturão,
com diâmetro de 950 km. Nesse cinturão os asteroides são classificados em três
tipos: Condritos (tipo C), silicatos (tipo S) e metálicos (tipo M). Os tipo C, que
correspondem a 75% dos asteroides, são compostos por carbono e são grânulos do
primitivo sistema solar. Os tipo S, formados por silicatos que são os constituintes
principais de várias rochas, são encontrados em 17% desses corpos. Os outros 8%
são do tipo M, metálicos, compostos por Ferro e Níquel. Frequentemente, esses
objetos astronômicos colidem entre si, dando origem a fragmentos menores,
chamados de meteoros, que são arremessados ao espaço. Diariamente,
aproximadamente 25 milhões de meteoros, com massa na casa dos microgramas,
entram na atmosfera terrestre, causando um fenômeno luminoso, popularmente
conhecido como “estrela cadente”, devido ao calor gerado pelo atrito com a
atmosfera.
Figura 1.11: Esquema ilustrativo do cinturão de asteroides entre a órbita de Marte e Júpiter. Fonte:
http://www.galeriadometeorito.com
Júpiter: Composto basicamente por hidrogênio, hélio e frações de metano e
amônia; Júpiter possui 2,5 vezes a massa de todos os planetas do sistema solar
juntos. Dos planetas gigantes gasosos, é o que se encontra mais próximo da Terra,
a cerca de 629 milhões de quilômetros. Possui 67 satélites naturais, destes, 57 são
confirmados como Luas, sendo os mais conhecidos: Io, Europa, Ganimedes e
Calisto. Essas quatro Luas foram observadas pela primeira vez em 1610, quando
Galileu Galilei apontou o recém-descoberto telescópio em suas direções, sendo
uma observação determinante para a comprovação da teoria heliocêntrica à época.
Sabe-se que Júpiter não tem uma superfície consistente, contudo, deve ter
um núcleo central sólido muito quente e com pressões elevadas, além de camadas
densas de hidrogênio à medida que aumenta a profundidade. Acima do núcleo fica
a maior parte do planeta na forma de hidrogênio metálico líquido, essa forma do
hidrogênio só é possível em pressões que excedem 4 x 10 8 kPa. A camada exterior
é composta principalmente de hidrogênio molecular e de hélio líquido, no interior e,
gasoso mais para fora. A atmosfera vista da Terra é o topo dessa camada mais
profunda. Até então as sondas espaciais só conseguiram penetrar 150 km na
espessa atmosfera de Júpiter.
Figura 1.11: Imagem da maior Lua de Júpiter (Ganímedes) transitando para o lado escuro do
planeta. Fonte:http://solarsystem.nasa.gov/planets/jupiter/indepth.
Júpiter, assim como Saturno, urano e netuno, possui um sistema de anéis,
embora muito menos visível que os de Saturno. Isso foi detectado pela sonda
voyager 1, e até então não se imaginava qualquer aspecto relativo a isso. Ao
contrário dos anéis de Saturno, os de Júpiter são escuros e compostos muito
provavelmente por partículas muito pequenas de materiais rochosos. O quinto
planeta do sistema solar apresenta uma massa de 1,9 x 10 27 kg, ou 318 vezes a
massa da Terra, uma gravidade de 23,12 m/s2, uma densidade média de 1,33 g/cm 3
e demora 11,87 anos para dar uma volta completa em torno do Sol.
Saturno: O primeiro a observar o planeta Saturno foi o italiano Galileu Galilei no
ano de 1610. Para sua surpresa, ele viu um par de objetos em cada lado do planeta
e os esboçaram como alças anexadas a Saturno. Em 1659, o holandês Christiaan
Huygens, usando um telescópio mais potente que o de Galileu, observou que
Saturno estava cercado por anéis, e em 1675, o astrônomo italiano Jean-Dominique
Cassini descobriu uma divisão entre esses anéis. Sabe-se atualmente que a
influência de sua Lua Mimas é responsável por essa separação entre seus anéis, e
que esse espaço equivale a 4800 quilômetros.
Assim como Júpiter, Saturno é um planeta gasoso formado basicamente de
hidrogênio e hélio, com frações de amônia, metano, água e rochas. Os ventos na
atmosfera superior atingem 500 m/s na região equatorial, que combinados com o
calor que sai do núcleo, e chegam à superfície, por convecção, causam manchas
amarelas visíveis em sua atmosfera. Em contraste à rotação dos planetas sólidos, a
de Saturno não é uniforme, com equador rotacionando mais rápido que os polos,
por isso, ele é considerado o planeta mais achatado do sistema solar. A densidade
média de Saturno é menor que a da água, cerca de 0,69 g/cm3, e sua temperatura
média fica na casa dos -139 °C. No entanto, acredita-se que seu núcleo, assim
como o de Júpiter, apresenta altas temperaturas, resultantes da intensa pressão por
causa pela gravidade e também é envolto por hidrogênio metálico líquido, mas em
menor quantidade. O seu campo magnético é menor que o de Júpiter, mas ainda
578 vezes mais poderoso do que o da Terra.
Figura 1.12: A Lua Titã em órbita de Saturno. Fonte: https://www.nasa.gov/saturn
Em 1980, as sondas Voyager 1 e 2 da NASA, revelaram que os anéis de
Saturno são formados principalmente por dimensões de gelo, rochas de silício e
óxidos de ferro. Esses anéis estendem-se a centenas de milhares de quilômetros do
planeta, com espessura média de 1000 metros nos anéis principais. Além da
beleza, Saturno apresenta, bem como Júpiter, uma grande quantidade de satélites,
cerca de 62, com 53 Luas confirmadas, sendo Titan a maior, com diâmetro superior
ao do planeta Mercúrio. Atualmente a sonda espacial Cassini, da NASA, orbita o
planeta Saturno e suas Luas com objetivo de verificar a possibilidade de condições
propícias à vida em seus principais satélites e, compreender a formação de seus
anéis. A gravidade de Saturno é um pouco maior que a da Terra, aproximadamente
10,44 m/s2 e sua velocidade orbital média é de 9,69 km/s, fazendo com que Saturno
demore 29,45 anos para dar uma volta completa ao redor do Sol.
Urano: Nomeado em homenagem ao Deus grego do céu, Urano é o sétimo planeta
do sistema solar, o terceiro maior e o quarto mais massivo. Foi o primeiro planeta
encontrado com a ajuda de um telescópio, e foi descoberto pelo Inglês Willian
Herschel em 1781, que inicialmente pensou tratar-se de um cometa. Dois anos
depois, o objeto foi universalmente aceito como um novo planeta, em parte por
causa das observações do alemão Johann Elert Bode. Urano, assim como Netuno,
é considerado um gigante de gelo do sistema solar, uma vez que aproximadamente
80% de sua massa é constituída por um líquido denso de materiais gelados – água,
metano e amônia – acima de um pequeno núcleo rochoso. A atmosfera de Urano é
composta principalmente por hidrogênio (83%), hélio (15%), metano (1,99%) e
traços de água e amônia. O metano na atmosfera uraniana é o responsável pela
cor azulada do planeta, uma vez que esse gás absorve toda a luz emitida pelo Sol
refletindo apenas o azul, conforme a figura 1.13.
Figura 1.13: Imagem de Urano feita pela sonda Voyager II em 1986. Devido a distância em que a
sonda se encontrava do planeta uma série de características não aparecem na imagem, dentre
essas, os anéis. Fonte: NASA.
Urano possui 27 Luas, a grande parte detectada pela sonda voyager, os
maiores satélites Oberon e Titania, foram identificadas por Herschel em 1787.
Outros corpos orbitam esse planeta, mas ainda não foram classificados como Luas,
sendo entendidos como asteroides capturados pelo cinturão gravitacional do
gigante gelado. Assim como Júpiter e Saturno, Urano também possui anéis, porém,
têm uma complexidade intermediária entre os extensos anéis de Saturno e os
sistemas mais simples de Júpiter e Netuno. Essa descoberta teve profunda
relevância para o entendimento que os anéis são uma característica comum dos
planetas e não uma particularidade apenas de Saturno.
Urano está a 2,87 x 109 km do Sol, e apresenta uma velocidade orbital de
6,795 km/s, com isso, demora cerca 84 anos para dar uma volta completa em torno
do Sol. Urano é o planeta que tem a maior inclinação do sistema solar, girando em
torno de um eixo cuja inclinação é de 97,7° em relação ao plano de sua órbita. Essa
inclinação única faz com que as estações sejam as mais extremas do sistema solar,
durando aproximadamente 21 anos terrestres, cada.
Netuno: O gigante de gelo Netuno foi o primeiro planeta localizado por meio de
previsões matemáticas ao invés de observações regulares do céu. Embora tenha
sido observado por Galileu em 1612 e 1613 (classificou como sendo uma estrela
fixa), somente em 1846, foi que o astrônomo francês Urbain Jean Verrier,
observando o movimento irregular de Urano, propôs a posição e a massa de outro
planeta, ainda desconhecido, que poderia causar as mudanças na órbita de Urano.
Após ser ignorado pelos astrônomos franceses, Le Verrier enviou suas previsões a
Johann Gottfried Galle no observatório de Berlim, que encontrou Netuno em sua
primeira noite de buscas em 1846. Após a reclassificação de Plutão, Netuno passou
a ser o “último planeta” do sistema solar clássico. Netuno encontra-se a 4,5 bilhões
de quilômetros do Sol, e demora aproximadamente 165 anos terrestre para orbitálo, devido a essa distância é invisível a olho nu para um observador na Terra.
O planeta possui composição parecida com a de Urano, com um núcleo
pequeno sem envoltório do tipo joviano, mas sim, rodeado com uma camada
formada por água, amônia e metano, sobre a qual, situa-se uma atmosfera
turbulenta formada predominantemente por hidrogênio (79%), hélio (18%) e o
restante, na maioria, por metano. A pequena quantidade de metano é o principal
responsável pela cor azulada desse astro. Apesar da grande distância do Sol e da
pouca luz recebida, tormentas como tempestades ciclônicas e ventos de até 2000
km/h foram detectados. Além desses, a sonda Voyager II rastreou uma grande
tempestade no hemisfério sul de Netuno em 1989. Chamada de a “grande mancha
escura”, tinha tamanho suficiente para conter toda a Terra, girava em sentido antihorário e movia-se para o oeste com velocidade de 1200 km/h. Imagens posteriores
retiradas com o telescópio Hubble não identificaram a grande mancha, mas
observou dois novos pontos de tormenta. Possivelmente, essas imensas
tempestades são provocadas pelo calor irradiado do centro do planeta, uma vez
que a baixa radiação solar que recebe não seria suficiente para exercer tal
influência.
Figura 1.14: Imagem de Netuno feita pela sonda Voyager II, em 1989, divulgada pela NASA em
2014. Fonte: NASA.
As observações da Voyager II detectaram que Netuno tem seis anéis não
uniformes, que exibem uma estrutura irregular com concentração de materiais que
formam arcos. Além disso, esse planeta é orbitado por 14 satélites naturais, dos
quais, 13 são reconhecidos oficialmente como Lua, sendo o maior, Tritão, que gira
em sentido oposto aos demais satélites. Essa particularidade permite teorizar que
Tritão foi capturado pelo campo gravitacional de Netuno num passado distante.
A rápida rotação provoca um pequeno achatamento de Netuno, por isso, seu
raio equatorial de 24764 km é maior que o raio polar de 24340 km. A aceleração da
gravidade no planeta é de 11,15 m/s2, tem uma velocidade de escape de 23,5 km/s,
temperatura média de – 201,15°C e sua densidade média é de 1,63 g/cm 3. A força
gravitacional de Netuno provoca grande influência em objetos que se encontram
além de sua órbita, no cinturão de Kuiper, fazendo com que muitos destes objetos
entrem em órbitas ressonantes com a sua, evitando colisões com estes corpos, o
que poderia causar desvio de sua trajetória.
Cinturão de Kuiper: O primeiro astrônomo a reconhecer que dentro das
profundezas frias do sistema solar poderia existir uma legião de restos da formação,
foi Jan Oort em 1950. Oort foi além, formulou uma hipótese de que os cometas
seriam originados numa vasta região, que passou a ser chamada de “nuvem de
Oort”. Em 1951 Gerard Kuiper, contemporâneo de Oort, propôs que alguns desses
objetos deveriam se concentrar numa faixa contínua localizada nos limites do
sistema solar, e faziam parte do disco de material que orbitam o Sol além de
Netuno, essa faixa de nosso sistema ficou conhecida como o cinturão de Kuiper. A
forma achatada desse cinturão sugere que os objetos que o forma são
remanescentes dos planetesimais formados no disco da nebulosa solar. Desde a
primeira descoberta de um asteroide transnetuniano em 1992 por David Jewitt e
Jane Luu, constatando a hipótese de Oor e Kuiper, já foram encontrados mais de
1000 asteróides pertencentes ao cinturão de Kuiper. Atualmente já se sabe que
esse tipo de estrutura não é tão raro. Graças as pesquisas com infravermelho,
estima-se que aproximadamente 20% das estrelas possuam cinturões como o de
Kuiper.
Planetas Anões
Os planetas anões são muito parecidos com os planetas regulares, ambos
possuem massa e gravidade para terem forma quase esférica, ao contrário dos
asteróides que possuem formas irregulares. No entanto, esses corpos não
influenciaram substancialmente as suas vizinhanças durante a formação e são
muito menos massivos que os planetas rochosos como a Terra, e muito menores
que a maioria dos satélites naturais conhecidos no sistema solar. Outra
característica desses astros é que seu caminho ao redor do Sol está cheio de
outros objetos, como asteroides e cometas; já a trajetória um planeta regular
apresenta um caminho livre ao redor do Sol. Esses astros formaram-se há 4,5
bilhões de anos, quando a gravidade aglutinou poeira e gás para formá-los, no
entanto, por influência de outros corpos maiores eles não se desenvolveram,
tornando-se planetas embrionários. Os astrônomos acreditam que diversos corpos
com essa classificação existam no sistema solar, porém, até então só foram
identificados cinco: Ceres, Plutão, Eris, Haumea e Makemake.
Ceres: O planeta anão Ceres é o maior objeto do cinturão de asteroides situado
entre as órbitas de Marte e Júpiter, e o único localizado no sistema solar interno.
Ceres foi visto pela primeira vez pelo padre da igreja católica Giuseppe Piazzi em
1801. Em 2015, tornou-se o primeiro planeta anão a receber uma nave espacial, a
sonda Dawn da NASA. Durante muitos anos Ceres foi confundido com asteróide,
passando à categoria de planeta anão, em 2006, na assembleia geral da União
Internacional de Astronomia que aconteceu em Praga, na república Tcheca. Nessa
mesma reunião, Plutão foi reclassificado como planeta anão.
Com um raio de 476 km, aproximadamente, 1/13 vezes o raio da Terra,
Ceres está a 413 milhões de quilômetros do Sol e demora 4,6 anos (1682 dias) para
orbitá-lo. Ceres é muito semelhante aos planetas rochosos (Mercúrio, Vênus, Terra
e Marte) do que seus vizinhos asteróides, porém, é muito menos denso. Muito
provavelmente, tem um núcleo sólido e um manto feito de gelo e água. A crosta de
Ceres é rochosa e poeirenta com grandes depósitos de minerais, como o sulfato de
magnésio. A sua atmosfera é muito fina, e existem evidencias de que ele contém
vapor de água. Ceres não possui anéis, nem Luas e não se acredita que exista
magnetosfera.
Plutão: Plutão foi descoberto em 1930 pelo astrônomo norte-americano Clyde
Tombaugh. Foi classificado como planeta anão em 2006 e, é membro de um grupo
de corpos celestes situados além da órbita de Netuno numa região conhecida como
cinturão de Kuiper. Plutão tem 1/6 da massa da Lua e 2/3 do diâmetro da Terra,
provavelmente possui um núcleo rochoso rodeado por um manto de gelo e água. A
sua atmosfera é coberta por metano e nitrogênio no estado sólido. Ele tem uma
órbita inclinada e excêntrica que varia sua distância entrono do Sol de 29,8 a 49,3
u.a. Isso permite que Plutão fique mais perto do Sol do que Netuno, num movimento
periódico e harmônico, que inviabiliza qualquer colisão entre eles. A última vez que
esse fenômeno ocorreu foi em fevereiro de 1999.
Em 1978, foi descoberto Caronte, uma lua de Plutão que mede quase a
metade de seu tamanho, conforme figura 1.15. Essa lua é tão grande que por vezes
Plutão e Caronte são considerados planetas anões duplos, distando apenas 19.640
km um do outro. Entre 2005 e 2013, mais 4 minúsculas luas foram descobertas em
Plutão: Nix, Hidra, Cérberos e Estige. Plutão tem uma distância média do Sol de
5,76 x 109 km e leva 248 anos para orbitá-lo. Este planeta anão apresenta
montanhas com 2 a 3 km de altura e crateras de até 260 quilômetros de diâmetro. A
temperatura média de Plutão é de aproximadamente – 230°C, e sua gravidade é
igual a 0,62 m/s2.
Figura 1.15: Imagem retirada pela sonda New Horizons, de Plutão (à direta) e sua principal lua,
Caronte (à esquerda). Fonte: NASA.
Éris: Éris foi visto pela primeira vez, em 2003, por Mike Brown, professor de
Astronomia planetária do instituto de tecnologia da Califórnia. A descoberta foi
confirmada em 2005, e logo foi especulado como o 10° planeta do sistema solar por
acharem que este seria maior que Plutão. No entanto, após muitas discussões, foi
classificado em 2006 como planeta anão. Recentemente, com imagens emitidas da
sonda New Horizons a comunidade científica observou que seu tamanho de fato é
inferior ao de Plutão.
Atualmente, sabe-se que são necessários 557 anos terrestres para que Éris
complete uma volta em torno do Sol. O plano de sua órbita está muito além do
plano dos planetas do sistema solar, estendendo-se além do cinturão de Kuiper,
numa região conhecida como disco disperso. Assim como Plutão, sua órbita é
excêntrica, permitindo que varie de 97 u.a no afélio a 38 u.a no periélio, com isso,
os efeitos em sua atmosfera são muito semelhantes aos de Plutão. Éris tem uma
lua, Dismonia, que foi descoberta em setembro de 2015. Estima-se que essa lua
tenha 1/8 do seu tamanho e brilhe sessenta vezes mais. A temperatura média de
Éris é -243 °C.
Haumea: Foi descoberto em março de 2003 no observatório de Sierra Nevada na
Espanha. O anúncio oficial de sua descoberta ocorreu em 2005, no mesmo ano que
suas pequenas luas, Hi’aka e Namaka, foram descobertas. Essas luas foram
provenientes de um possível impacto maciço logo após a sua formação com outro
objeto celeste. Como Éris e Plutão, Haumea orbita nosso Sol no cinturão de Kuiper,
e demora 284 anos para fazer sua órbita em torno da nossa estrela. Estima-se, que
Haumea tenha uma massa de 4,2 x 1021 kg, um terço da massa de Plutão. Além
disso, sabe-se que ele gira rapidamente, com um período de rotação próximo de 4
horas. Essa rotação rápida possivelmente provocou o seu achatamento, dando-lhe
o formato elipsoidal.
Makemake: Reconhecido como planeta anão pela União Internacional de
Astronomia em 2008, Makemake foi observado pela primeira vez pela equipe do
observatório de palomar, liderada Mike Brown, em 2005. É o terceiro maior planeta
anão do sistema solar e o segundo mais afastado do Sol. O período orbital de
Makemake é de aproximadamente 310 anos e, também faz parte do cinturão de
Kuiper.
Os astrônomos encontraram sinais de nitrogênio, etano e metano congelados
na superfície de Makemake. Eles encontraram evidências de tolinas, que são
moléculas que se formam sempre que a luz ultravioleta do Sol interage com
substâncias como etano e metano. As tolinas provavelmente são as responsáveis
pela cor avermelhada de Makemake. Embora existam evidências da presença de
nitrogênio na sua superfície, o nível estimado não é comparável ao que há em
Plutão ou Tritão, onde ele constitui 98% da crosta.
Os Cometas
No passado distante, as pessoas ficavam maravilhadas e alarmadas com os
cometas, percebendo-os como “estrelas de cabelos compridos” que apareciam no
céu de forma imprevisível. Os astrónomos chineses mantiveram registros
extensivos durante séculos, incluindo ilustrações dos tipos característicos de suas
caudas, épocas de suas aparições e suas posições na abóboda celeste. Há cinco
séculos antes de cristo eles já tinham notado que a cauda dos cometas apontava
sempre na direção contrária ao Sol. Estes anais históricos se tornaram um recurso
valioso para os astrônomos posteriores. No entanto, os ocidentais atribuíam a esses
astros um caráter maligno, associando a estes objetos celestes, as doenças,
catástrofes e mortes. Essa concepção começou a ser desfeita graças aos trabalhos
de Newton e Halley. Amigo de Newton, o britânico Edmond Halley foi o primeiro a
mostrar que os cometas vistos em 1531, 1607 e 1682 eram, na verdade, o mesmo
cometa, que hoje é chamado de cometa Halley.
Sabemos, atualmente, que os cometas são resíduos dos primórdios do
sistema solar, derivados da nebulosa planetária há cerca de 4,6 bilhões de anos
atrás. São formados basicamente por gelo e poeira. À medida que se aproximam do
Sol, parte do gelo sublima, formando uma grande nuvem chamada de coma, uma
espécie de atmosfera cometária. A coma é um halo de vapor de água, amônia e
dióxido de carbono que envolve o núcleo do cometa, e se forma à medida que ele
aquece. A pressão da luz do Sol empurra as partículas de gás e poeira da coma,
formando a cauda do cometa. Essa cauda aponta sempre para na direção oposta
ao Sol e pode estender-se até 1 u.a de comprimento. Os cometas apresentam na
maioria das vezes, duas caudas, uma formada de poeira e partículas de gelo, e
outra formada por gases ionizados pela radiação ultravioleta do Sol.
Os cometas do sistema solar ocupam basicamente duas regiões do espaço,
o cinturão de Kuiper e a nuvem de Oort. Os integrantes do cinturão de Kuiper são
ocasionalmente empurrados pela gravidade para órbitas que os aproximam do Sol e
são chamados de cometas de curto período, uma vez que demoram menos de 200
anos para orbitar o Sol, suas aparições são previsíveis. Já os cometas de longo
período, membros da nuvem de Oort, são chamados de cometas de longos
períodos, pois demoram muitos milhões de anos para darem uma volta em torno do
Sol. O cometa Haykutake (1996), por exemplo, é membro da nuvem de Oort, e
pode levar até 30 milhões de anos para ser visto novamente.
A .4.2 – ATIVIDADE PRÁTICA III: CONHECENDO O SISTEMA SOLAR COM
STELLARIUM.
1. Conhecer os pontos cardeais é muito importante para quem está começando a
estudar as belezas do Universo, uma vez que eles nos ajudam a localizar os astros
no céu. A figura abaixo esquematiza o nascer e o ocaso do Sol, e a partir desse
movimento é possível determinar os pontos cardeais. Com ajuda do Stellarium,
complete as lacunas com o nome do ponto cardeal referente a cada posição.
2. Utilizando os comandos de busca do Stellarium, encontre o Sol, ligue a grade
azimutal e com acelere o tempo dia a após dia [ + ], e responda:
a) a posição de surgimento e de ocaso do Sol no horizonte se altera durante os
dias? ______________________________________________________________
b) o seu movimento ocorre de Leste para oeste ou de Oeste para Leste? _________
___________________________________________________________________
c) quantos graus o Sol se desloca por semana? ____________________________
___________________________________________________________________
d) esse movimento tem alguma relação com a quantidade de dias em um ano?
Justifique sua resposta. ________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
3. O periélio e o afélio são, respetivamente, os pontos mais próximo e o mais
afastado da trajetória de um astro (planeta, planeta anão, cometa ou asteroide) em
relação ao Sol. Quando o astro está no periélio sua velocidade de translação é a
maior em toda a sua trajetória, bem como quando está no afélio tem sua menor
velocidade de giro em torno de seu eixo. A tabela a seguir traz as datas e os
horários dos afélios e periélios terrestres para os próximos 4 anos, com ajuda do
Stellarium, complete a coluna referente a distância do planeta Terra para esse
período e responda os itens que se seguem.
Ano
Fenômeno
Data
Hora
Periélio
04/01
14 H
Afélio
03/06
20 H
Periélio
03/01
06H
Afélio
06/06
17H
Periélio
03/01
05 H
Afélio
04/06
22 H
Periélio
05/01
08 H
Afélio
04/06
12 H
Distância
2017
2018
2019
2020
a) qual o maior valor encontrado para o periélio e o afélio da Terra? _____________
___________________________________________________________________
b) qual a variação na distância entre os dois extremos da trajetória descrita pela
Terra ao redor do Sol durante o ano? _____________________________________
___________________________________________________________________
c) analisando esses valores pode-se concluir que o movimento da Terra em torno do
Sol é repetitivo? Justifique. _____________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
4. Utilizando os recursos de pesquisa, data e hora, centralizar [T] e Zoom do
Stellarium, verifique a distância de Plutão e Netuno para referidas datas da tabela.
Preencha as colunas com os valores observados e responda as perguntas
posteriores.
Data
Corpos Celestes
Distância em u.a
Distância em km
Plutão
07/02/1979
Netuno
Plutão
11/02/1999
Netuno
Plutão
28/02/2113
Netuno
Plutão
28/02/2234
Netuno
a) nos anos de 1979 e 1999, qual, dos dois astros, se encontrou mais próximo do
Sol? _______________________________________________________________
___________________________________________________________________
b) a distância de Netuno em relação ao Sol sofre variação significativa durante as
quatro observações? Justifique a resposta apresentando os valores obtidos na
simulação. __________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
c) no ano de 2116 e 2234, qual astro estará mais distante do Sol, Plutão ou Netuno?
Qual a distância entre suas órbitas? ______________________________________
d) O que pode se concluir a partir da análise desses dados? ___________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
5. A figura a seguir foi retirada do software livre Stellarium e permite obter algumas
informações importantes para o estudo de Astronomia de posição, a partir, de dados
contidos na imagem. Observe a figura e complete corretamente as lacunas abaixo.
a) O sol está se movimentando do ____________ para o ____________.
b) A linha amarela em formato parabólico é chamada de ______________, e mostra
a trajetória do _____________ durante o ano. Ela tem uma inclinação de 23,5° em
relação ao equador celeste.
6. O sistema solar é composto por oito planetas, cinco planetas anões já
confirmados, asteroides e cometas que giram em torno do Sol graças a influência da
força gravitacional exercida por nossa estrela, por causa da sua enorme massa. A
figura abaixo, fora de escala, representa um esquema do sistema solar com seus
planetas e planetas anões. Utilizando as ferramentas do Stellarium, complete os
quadros da figura, em ordem de posição, com o nome e a distância que esses astros
apresentam em relação ao Sol.
Astros: Éris, Saturno, Marte, Netuno, Urano, Plutão, Makemake, Haumea, Terra,
Mercúrio, Vênus, Júpiter, Ceres.
7. Com os recursos de localização e informações do Stellarium, preencha a tabela
com o período sideral (período real de transação do planeta em torno do Sol, em
relação a uma estrela fixa) de cada planeta e responda as perguntas a seguir.
Planeta/planetas anões
Período Sideral
Mercúrio
Vênus
Terra
Marte
Ceres
Júpiter
Saturno
Urano
Netuno
Plutão
Haumea
Makemake
Éris
a) qual desses corpos demora mais tempo para orbitar o Sol? __________________
b) ele pertence a parte interna ou externa do sistema solar? Qual o nome dessa
região do espaço?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
8. Utilizando o mouse de seu computador e sua barra de rolagem posicione o Sol
sobre a linha meridiana [ ; ], de maneira que o Sol a intercepte junto com sua
eclíptica [ , ]. De modo que a imagem projetada em seu monitor fique igual a da
figura abaixo. Em seguida, pause o movimento do sol com a tecla [ k ] ou se preferir
clicando sobre “definir a taxa normal de tempo” e acelere o tempo utilizando a tecla [
= ], que aumenta a contagem temporal em dia a cada click. Após trabalhar com
esses comandos, responda as proposições.
a) o Sol varia sua altura na linha meridiana com passar dos dias? Qual a explicação
para esse fenômeno? _________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
b) usando a grade azimutal, verifique qual o valor do ângulo máximo atingido pelo
Sol e o horário que ocorreu. _____________________________________________
9. A linha vertical da figura anterior é chamada de meridiano e serve para dividir o
globo terrestre em Leste e Oeste, sendo um importante mecanismo para localização.
A interseção de um astro com a linha meridiana é chamado de passagem meridiana
e acontece quando o corpo celeste atinge o ponto imaginário de maior altura no céu,
também chamado de zênite. Com base nos seus conhecimentos em Astronomia de
posição e com auxílio do Stellarium, assinale a alternativa que apresenta o intervalo
de tempo em que provavelmente ocorreu a passagem meridiana ilustrada na figura
anterior.
a) 7:30 h – 8:30 h
b) 23:30 h – 00:30 h
c) 11:30 h – 12:30 h
d) 19:30 h – 20:30 h
10. Assinale a opção que todos os satélites naturais pertencem à órbita de Júpiter.
a) Ganimedes, Tritão, Io, Hidra.
b) Larissa, Oberon, Tritão, Caronte.
c) Ganimedes, Calisto, Io, Europa.
d) Larissa, Despina, Galateia, Europa.
11. Os nomes dos satélites naturais de Marte, são:
a) Deimos e Fobos.
b) Titan e Tritão.
c) Io e Europa.
d) Europa e Caronte.
Para responder as questões a seguir, utilize o texto de apoio II.
12. Quais as principais características de um planeta anão? ___________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
13. Como ocorre o mecanismo de fusão nuclear no interior do Sol? Esse mecanismo
é o mesmo em outras estrelas? __________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
14. O que afirma a teoria da nebulosa solar proposta por Immanuel Kant e PierreSimon Laplace? ______________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
15. Quais as diferenças existentes entre meteoros, asteroides e cometas? ________
___________________________________________________________________
A.5 – QUINTA AULA
Tema: O ciclo evolutivo das estrelas
Objetivos:
1. Mostrar as principais etapas que antecedem a formação de uma estrela.
2. Compreender as condições necessárias para que a fusão nuclear se inicie no
interior das estrelas.
3. Promover o entendimento das principais fases do ciclo evolutivo de uma
estrela.
4. Ensinar aos alunos que a maior parte da vida de uma estrela se passa na
sequência principal do diagrama HR.
5. Entender que a massa inicial de uma estrela é essencial para determinar
como ocorrerá a fase final de sua evolução.
6. Estudar a fase final do ciclo evolutivo das estrelas: supernovas, buracos
negro, nebulosa planetária e estrelas de nêutrons.
7. Diferenciar magnitude aparente de magnitude absoluta.
Recursos instrucionais: Texto de apoio III, questionário, simulações.
Motivação: discussão sobre o texto de apoio III, simulação com stellarium e
resolução do questionário.
Tempo estimado para aula: duas aulas de 50 minutos.
Desenvolvimento:
O professor deve instigar os alunos para que eles expressem seus conhecimentos
prévios sobre as estrelas, fazendo algumas perguntas sobre os principais aspectos
que serão abordados durante as aulas, tais como:
1. Vocês têm o hábito de observar as estrelas no céu noturno?
2. Qual a principal diferença entre uma estrela e um planeta?
3. Como as estrelas se originam?
4. Qual a fonte de energia de uma estrela?
5. Esses astros brilham eternamente?
6. Qual o fim de uma estrela?
Ao término dessas perguntas o professor deve iniciar uma aula expositiva
apresentando os principais conceitos relacionados ao ciclo evolutivo das estrelas,
presentes no texto de apoio III, utilizando uma apresentação com Datashow. Nessa
apresentação o docente deve motivar a participação dos discentes pedindo para
que eles externem algumas informações adquiridas com leitura que fizeram em
casa.
Em seguida, o professor deve orientar os alunos a resolverem a atividade prática IV.
Essa atividade, diferentemente das outras, abordam questionamentos mais
direcionados ao texto de apoio III. No entanto, ainda assim, aborda diversas
simulações com Stellarium, por isso, é interessante que os alunos utilizem as
informações contidas no manual do Stellarium.
Avaliação: pode ser contínua por meio das observações da participação dos alunos
nas discussões e resolução das atividades que envolvem aspectos do texto e os
recursos de simulação disponíveis no Stellarium.
Observação: Assim como, nas outras aulas dessa sequência é importante que o
professor disponibilize o texto de apoio III com antecedência, de maneira que
permita que os alunos façam sua leitura num momento anterior ao início das aulas.
A.5.1 – TEXTO DE APOIO III: O CICLO EVOLUTIVO DAS ESTRELAS.
Origem das estrelas
As estrelas são os corpos celestes mais fáceis de serem reconhecidos no céu
noturno e representam a estrutura básica de formação de uma galáxia. Por meio da
análise do espectro emitido por elas, os astrônomos conseguem informações sobre
a idade, distribuição, composição e evolução das galáxias. Esses corpos são os
principais responsáveis pela conversão de elementos leves, como o hidrogênio e
hélio, em pesados, como o carbono, nitrogênio e oxigênio; suas características estão
intimamente ligadas às características dos sistemas planetários e compreender o
seu processo evolutivo é essencial no estudo da Astronomia.
Essas esferas autogravitantes de gás ionizado se formam dentro de
gigantescas nuvens de hidrogênio, hélio e poeira interestelar relativamente densas
conhecidas como nuvens moleculares [figura 1.16], que se comportam como um
grande berçário de estrelas. Essas nuvens de gás são imensas, chegando a
centenas de anos-luz e massa equivalente a um milhão de sóis. Estas regiões
apresentam temperaturas extremamente baixas, com valores entre 10 e 20 K. A
essas temperaturas, os átomos se unem e formam moléculas, as mais comuns são
de CO e H2. A baixa temperatura faz com que a aglomeração dos gases se eleve e,
consequentemente, aumente a densidade.
A formação da estrela começa quando as regiões mais densas da nuvem
molecular colapsam sob a ação da gravidade. A gravidade faz com que bolsas de
gás colapsem, superando facilmente a resistência oferecida pelo campo magnético e
outros impedimentos da nuvem. A contração converte a energia gravitacional das
bolsas da nuvem em calor, e as partículas dentro dela começam se colidir cada vez
mais rápido, ganhando mais energia, até formar uma protoestrela. Com a formação
da protoestrela, gases da região periférica da nuvem começam a cair em direção ao
seu centro e, contraídos pela alta gravidade, convertem energia cinética em térmica,
fazendo a temperatura e a pressão se elevarem.
Quando o calor na região central for suficiente para atingir temperaturas de 10
a 15 milhões de Kelvin, átomos de hidrogênio ganham energia o suficiente para se
moverem a altas velocidades e vencem a força de repulsão coulombiana. Ao
superar essa força, esses prótons se aproximam o suficiente para que a “força
nuclear forte3” os una.
Figura 1.16: Nebulosa de Orion, localizada a cerca de 1500 anos-luz de distância da Terra, na
constelação de Orion. Também descrita como M42 ou NGC 1976, a nebulosa de Orion é o ponto
mais brilhante da constelação Orion e, é a região de formação de estrelas maciças mais próxima da
Terra. Fonte: https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_693.html.
A fusão nuclear no interior das jovens estrelas é realizada basicamente pelo
hidrogênio e seus isótopos: deutério (D) e trítio (T). Nesse processo, dois prótons se
colidem formando o isótopo deutério, este se une a outro próton formando o trítio, a
união desses dois isótopos origina um átomo de hélio, um neutro (n) e uma
significante quantidade de energia pura (D + T = 4He + n + 17,6 MeV).
A massa que desaparece na equação, na verdade, é convertida em energia
num equilíbrio descrito pela famosa equação de equivalência energia-massa de
Albert Einstein (E=m.c2). No momento em que a fusão se inicia, a pressão em seu
3
A Força Nuclear Forte é uma das quatro forças básicas na natureza (as outras são a gravidade, a
força eletromagnética e a força nuclear fraca). Como seu nome indica, é a mais forte das quatro. No
entanto, também tem o menor alcance (tem um raio de ação de aproximadamente 10 -15 m), o que
significa que as partículas devem estar extremamente próximas para serem submetidas aos seus
efeitos. Seu trabalho principal é manter juntas as partículas subatômicas do núcleo (prótons, que
carregam uma carga positiva, e os nêutrons, que apresentam carga nula).
interior se eleva até o ponto em que ela balança a força gravitacional, alcançando o
equilíbrio hidrostático que faz parar o colapso, que é quando de fato surge a estrela.
O processo de formação desses astros pode levar dezenas de milhões de anos.
Uma estrela do tamanho do nosso Sol, por exemplo, demora aproximadamente 50
milhões de anos para evoluir do início do colapso até a fase adulta.
O Diagrama Hertzsprung-Russel e a sequência principal
Comumente abreviado como diagrama HR, esse gráfico mostra o resultado
de numerosas observações sobre a relação entre a magnitude absoluta de uma
estrela e sua temperatura superficial. Descoberto de forma independente pelo
dinamarquês Ejnar Hertzsprung, em 1911, e pelo americano Henry Noris Russell,
em 1913, enquanto o diagrama de Hertzsprung mostrava a luminosidade das
estrelas em função de sua cor, o diagrama de Russel mostrava a luminosidade em
função do tipo espectral. A partir dessa constatação, esse mecanismo se tornou a
principal ferramenta gráfica que os astrônomos usam para classificar as estrelas. A
partir da localização de uma estrela no gráfico, são conhecidas a luminosidade, o
tipo espectral, a cor, a temperatura, a massa, a composição química e a história
evolutiva da estrela.
Ao analisar o diagrama HR [figura 1.17] verifica-se que as estrelas não se
distribuem igualmente no gráfico, se concentrando em pontos bem específicos. A
maior parte delas ocupa uma faixa diagonal que vai da parte superior esquerda
(mais quentes e luminosas) até a inferior direita do diagrama (mais escuras e frias).
Essa região é chamada de sequência principal. As estrelas migram para a
sequência principal quando o processo evolutivo se estabiliza, ou seja, atingem o
equilíbrio hidrostático. Quando isso ocorre, elas passam a ser chamadas de estrelas
de Sequencia Principal de idade zero. Enquanto queima seu hidrogênio a estrela
permanece praticamente na mesma posição na sequência principal. A maior parte
da vida de uma estrela se passa nessa região. O fator que determina o tempo e a
posição que estrela permanecerá na sequência principal é a sua massa.
As estrelas menores, conhecidas como anãs vermelhas, podem conter
apenas 10% da massa do Sol e emitir apenas 0,01% de energia, brilhando com
temperaturas entre 3000 e 4000K. Apesar de sua natureza diminuta, as anãs
vermelhas são de longe as estrelas mais numerosas do Universo e têm uma vida útil
de dezenas de bilhões de anos. Por outro lado, as estrelas mais massivas,
conhecidas como hipergigantes, podem ser 100 ou mais vezes mais maciças do que
o Sol e apresentam temperaturas de superfície superiores a 30.000 K. As
hipergigantes emitem centenas de milhares de vezes mais energia do que o Sol,
mas têm vida de apenas alguns milhões de anos. Embora tenham sido comuns no
início da formação estrelar, essas estrelas são extremamente raras na nossa
galáxia, a Via Láctea.
Figura 1.17: Representação da posição de algumas estrelas no digrama HR. A maior parte das
estrelas ocupam a região da sequência principal, no entanto, isso não é um fator decisivo para
determinar a idade de uma estrela, uma vez que muitas delas podem ocupar essa faixa diagonal nos
processos finais de sua evolução. Fonte: http:// astro. if.ufrgs.br/estrelas/node2.htm
Como mostrado no diagrama Hertzsprung-Russell, na figura 1.17, as estrelas
da sequência principal abrangem uma ampla gama de luminosidades e cores, e
podem ser classificadas de acordo com essas características. De acordo com seu
espectro, as estrelas podem se classificar em sete tipos espectrais, designados
pelas letras O, B, A, F, G, K e M.
Tabela 1.2: Classificação espectral de Harvard, com os sete níveis mais utilizados.
Classe Temperatura
Cor
Massa (M( = MSolar)
% na sequência
principal
Exemplo
(K)
O
)30.000
Azul
) 16 M(
0,00003%
Mintaka
B
20.000
BrancoAzulado
2,1 – 16 M(
0,13 %
Rigel
A
10.000
Branco
1,4 – 2,1 M(
0,6 %
Sírius
F
7.000
Branco –
amarelado
1,04 – 1,4 M(
3%
Prócion
G
6.000
Amarelo
0,8 – 1,04 M(
7,6 %
Capella
K
4.000
Alaranjado
0,45 – 0,8 M(
12,1 %
Aldebarã
M
3.000
Vermelho
* 0,45 M(
76,45 %
Betelgeuse
Fonte: OLIVEIRA FILHO e SARAIVA (2014).
Enquanto as estrelas da classe O e B são muito quentes e luminosas, as
estrelas K e M são mais frias e menos luminosas que o Sol. No entanto, as estrelas
do tipo O são raríssimas em nossa galáxia, surgindo numa razão 1/3.000.000; já as
de tipo M existem em mais abundância. Mais de 80% das estrelas da sequência
principal são anãs vermelhas e anãs marrons, como Próxima Centauro. O Sol é uma
estrela de classe espectral G com uma temperatura superficial de 5777 K. Como a
luminosidade e a massa de todas as outras estrelas são medidas em relação ao Sol,
o Sol tem uma luminosidade solar [L(] e uma massa solar [M(]. Apesar de
passarem a maior parte de seu ciclo evolutivo na sequência principal, quando as
estrelas consomem uma quantidade de hidrogênio em seu núcleo correspondente a
10% de sua massa total, elas passam a ocupar outras regiões do diagrama HR. E
quando esse hidrogênio acaba, a estrela inicia outro ciclo de sua evolução, que
também dependerá de sua massa.
O fim de uma estrela
A vida exata de uma estrela depende essencialmente de sua massa inicial.
Estrelas muito grandes e maciças, queimam seu combustível muito mais rápido que
as estrelas menores, e podem durar apenas algumas centenas de milhares de anos.
As estrelas menores, no entanto, vão durar vários bilhões de anos, porque elas
queimam seu combustível muito mais lentamente. Porém, em ambos os casos, o
hidrogênio que alimenta as reações nucleares no interior das estrelas tendem a se
esgotar, e quando isso ocorre, a estrela começa a queimar o hidrogênio das
camadas externas de seu núcleo. Como resultado dessa queima, a estrela começa
a se expandir e ficar mais vermelha, e quando crescer até 400 vezes o seu tamanho
inicial, ela se tornará uma gigante vermelha.
O Sol, assim como as estrelas da classe G2, no fim de sua vida sairá da
sequência principal e também se tornará uma gigante vermelha. Ao atingir essa
fase, ele se expandirá engolindo Mercúrio, Vênus, Terra, chegando próximo à órbita
de Marte, o que significará o fim de todos os planetas interiores do sistema solar.
Como estrelas com a massa do Sol vivem em média 10 bilhões de anos, ainda nos
restam 5 bilhões de anos até que isso aconteça. Nessa época, toda a vida na Terra
será terminada, a temperatura média da superfície terrestre atingirá os 700 °C,
secando os mares, e devastando a fauna e a flora, com isso a atmosfera será
vaporizada e o ciclo da vida em nosso planeta se encerrará.
Enquanto a atmosfera da estrela cresce, seu núcleo se encolhe devido à
gravidade. Quando o núcleo da gigante vermelha atingir 100 milhões de Kelvins, a
fusão termonuclear começa de novo, mas desta vez fundindo hélio, pela reação
triplo-alfa, em que três núcleos de hélio se unem para formar um núcleo de carbono.
Enquanto queimam o hélio, as estrelas saem do ramo das gigantes e passam a
ocupar uma região de temperaturas mais altas do digrama HR, e consequentemente
sofrem variação em seu brilho, passando a ser chamada de estrelas variáveis. Nesta
etapa, o tamanho da estrela diminui, a temperatura de sua superfície aumenta e seu
brilho fica entre 50 e 70 vezes o do Sol.
As estrelas que fundem hélio em seus núcleos deixam de ser chamadas de
gigantes vermelhas por causa do tamanho que diminui e, passam a ocupar o ramo
horizontal do diagrama HR. Todo esse ciclo dura pouco mais de 1 milhão de anos e
quando todo o hélio se esgotar, as estrelas entrarão no ramo das supergigantes,
numa segunda evolução da gigante vermelha. A partir daí, a estrela poderá ou não
continuar seu ciclo evolutivo, que dependerá de sua massa. Estrelas com até 8 M (
passam para uma fase de nebulosa planetária, ao passo que estrelas com massa
superior são susceptíveis de terminar suas vidas como uma supernova, uma estrela
de nêutron ou como um buraco negro. A tabela 1.18, traz a evolução final de uma
estrela em função de sua massa.
Tabela 1.3: Representação do ciclo evolutivo de estrelas que não pertencem a
nenhum sistema binário ou múltiplo. Essas estrelas têm sua evolução determinada
apenas pela sua massa.
Massa Inicial (MSol)
Combustível usado na Fusão
nuclear
Destino final
Até 0,08 M(
Não ocorre fusão termonuclear.
Anã marrom
0,08 a 0,45 M(
Só queimam hidrogênio
Anã branca de He
0,45 a 8 M(
Queima hidrogênio e hélio
Anã branca de C/O
8 a 11 M(
Deflagração do C ou colapso por
captura de elétrons
Disrupção total ou estrela de
nêutrons
11 a 100 M(
Queima H, He, C, Ne, O, Si
Estrelas de nêutrons ou buraco
negro
Acima de 100 M(
Criação de pares, SN
Disrupção total ou buraco negro
Fonte: OLIVEIRA FILHO e SARAIVA (2014).
Uma anã marrom [tabela 1.3] é um corpo celeste que, assim como uma
estrela, surgiu do colapso de uma nuvem molecular. No entanto, na sua fase proto
estelar não atingiu as condições necessárias para iniciar o processo de fusão
nuclear. Esses corpos que tem massa inferior a 0,08 M ( possuem o mesmo
ingrediente que mantém uma estrela normal ativa (hidrogênio), porém, não atingem
a temperatura necessária para iniciar a fusão termonuclear. As anãs marrons foram
detectadas pela primeira vez em 1995 e, desde então, pouquíssimas foram
observadas em nossa vizinhança. Com massas de até 80 vezes a de Júpiter, os
cientistas descobriram que para estrelas com mais ou menos a massa do Sol,
menos de 1% tem uma anã marrom orbitando dentro de 3 unidades astronômicas.
As estrelas com até 8 M( passam a maior parte de sua vida na sequência
principal do diagrama HR. Com o passar do tempo, o seu hidrogênio acaba e a
estrela começa a se inflar, até se tornar uma gigante vermelha, que passará um
longo período queimando hélio, convertendo-o em carbono e oxigênio. Depois desse
período, a supergigante vermelha ejetará uma nebulosa planetária e terminará seu
ciclo como uma anã branca.
Uma nebulosa planetária é uma grande bolha de plasma que é lançada no
final da vida das estrelas de baixa massa (estrelas com até 8 massas solares).
Apesar do nome, esses corpos celestes não tem nenhuma característica em comum
com os planetas e, obtiveram esse nome por terem sido confundidas com planetas
pelos primeiros astrônomos que as observaram, utilizando pequenos telescópios.
Elas surgem à medida que as camadas externas da estrela se afastam de seu
centro, o núcleo remanescente, com temperatura de até 100.000 °C, se comprime,
formando uma anã branca e, ejeta radiação ultravioleta a altas temperaturas dando
origem a nebulosa planetária. Com o passar do tempo, o material da nebulosa
planetária é espalhado pelo espaço e será utilizado na formação de futuras gerações
de estrelas.
O núcleo remanescente dessa nebulosa forma uma anã branca, que é
composta de carbono e oxigênio altamente comprimidos. Embora tenha massa
próxima à do Sol, o seu tamanho é muito pequeno, com raio próximo ao da Terra e
consequentemente sua densidade é extremamente elevada, atingindo a ordem de
106 g/cm3. As anãs brancas recém-criadas apresentam uma temperatura superficial
na casa dos 100.000 °C, mas devido ao seu pequeno tamanho exercem baixa
luminosidade a longas distâncias. Como as reações nucleares já não ocorrem mais
nas anãs brancas, com tempo, elas irradiam toda a sua energia, arrefecendo-se e
perdendo seu brilho. Elas desaparecem de vista para se tornar uma anã negra fria
que vagará pelo espaço sideral.
Estrelas que se formaram com massas superiores a 8 M( terminam seu
ciclo com explosões catastróficas chamadas de supernovas. Por um breve espaço
de tempo, essa explosão é similar ao surgimento de uma nova estrela, chegando a
emitir um brilho superior ao de uma galáxia inteira, mas, ao contrário do evento de
criação de uma estrela, a supernova desaparece em questão de dias. A explosão
ocorre quando uma estrela de alta massa finalmente se esgota de combustível
nuclear. Sem qualquer pressão externa para equilibrar a força de gravidade para
dentro, as camadas exteriores da estrela desmoronam no núcleo e são então
dramaticamente expelidas em uma explosão nuclear, a uma velocidade de até
30.000 km/s. A onda de choque resultante cria uma concha em expansão de gás e
poeira chamada remanescente de supernova. O que resta do núcleo da estrela se
torna uma estrela de nêutrons ou um buraco negro.
Uma estrela de nêutrons é o núcleo incrivelmente compacto que permanece
após um evento de supernova. Quando uma estrela de alta massa chega ao fim de
seu tempo de vida, suas camadas exteriores caem sobre o seu núcleo, comprimindo
o material até o ponto onde os átomos são esmagados, deixando apenas nêutrons
(partículas subatômicas sem carga elétrica). As camadas exteriores são então
ejetadas em uma explosão supermaciça, deixando em seu centro uma estrela de
nêutrons. Uma estrela de nêutrons pode pesar o mesmo que um ou dois sóis e
ocupar uma região pequena com apenas 20 km de raio.
O evento de supernova também pode formar os buracos negros, que na
maioria das vezes se originam de estrelas com massas superiores a 25 M(. Nesses
casos, tudo o que resta da estrela é esmagado em um objeto incrivelmente pequeno
e denso. Perto do objeto, a gravidade é tão forte que nada pode fugir, nem mesmo a
luz. Isso significa que não podemos ver nada que existe dentro dessa região, daí o
nome buraco negro. O buraco negro estelar, assim como uma estrela de nêutrons, é
um corpo derivado de uma supernova, com várias vezes a massa do Sol, compacto
num raio de 18 km. Esses corpos afetam profundamente a região que o circundam,
absorvendo material galáctico, estrelas e afetando a imagem de galáxia inteiras.
Uma vez estabelecidos, os buracos negros podem crescer e consumir até mesmo
outros buracos negros em torno deles, esse processo é chamado de acresção.
Figura 1.19: Esquema do ciclo de vida de uma estrela comum em relação à sua massa. Estrelas de
massa média como o Sol, se tornarão nebulosas planetárias deixando para traz um núcleo pequeno e
denso chamado de anã branca. As estrelas maciças, por outro lado, experimentarão um fim mais
enérgico e violento, e terá seus restos espalhados sobre o cosmos em uma explosão enorme,
chamada supernova. Uma vez que a poeira espalha pelo universo elementos pesados essenciais a
origem de novos sistemas planetários, a única coisa restante será uma estrela de nêutrons ou um
buraco negro. Adaptado. Fonte: http: //www .schools o bservatory .org.uk/astro/stars/lifecycle.
Magnitude de uma estrela
Magnitude em Astronomia é a medida do brilho de uma estrela ou de um
corpo celeste. Quando esse brilho é medido da terra, chamamos essa propriedade
de magnitude aparente, e quando é medido a partir de uma distância de 10 parsecs
é conhecido como magnitude absoluta. O primeiro astrônomo a atribuir um padrão
de classificação para o brilho emitido pelas estrelas foi Hiparco no ano 150 a.C. Ele
dividiu as estrelas visíveis em seis categorias de magnitude, sendo que as estrelas
mais brilhantes vistas por ele foram classificadas como de magnitude +1, e as
estrelas com brilho inferior ocupavam as posições seguintes, até a magnitude +6.
Com o passar dos anos, a escala de magnitudes de Hiparco sofreu diversas
alterações por vários astrônomos. Muito disso aconteceu após a descoberta do
telescópio a partir do século XVII. Foi então que, no século XIX os astrônomos
resolveram refinar e tornar mais quantitativa a série de Hiparco, estabelecendo um
padrão sob o qual uma estrela de qualquer magnitude é 2,512 vezes mais brilhante
que uma estrela ocupante da próxima magnitude, por exemplo, uma estrela de
segunda magnitude é 2,512 vezes mais brilhante que uma estrela da terceira
magnitude, bem como uma estrela de m = 1 é 2,512 3 vezes mais brilhante que uma
de m = 4. As estrelas mais brilhantes que Vega, que por definição tem magnitude
zero, possuem magnitude negativa. Por exemplo, Sirius, que tem m = -1,46, sendo a
estrela mais brilhante fora do sistema solar. Como o Sol é a estrela mais próxima do
nosso planeta, sua magnitude é a menor da escala de magnitude estelar, com m = 26,7.
Ao contrário da magnitude aparente, a magnitude absoluta, indica o brilho
de uma estrela se ela fosse colocada a uma distância de 10 parsecs 4 da Terra. Ao
considerar as estrelas a uma distância fixa, os astrônomos podem comparar os
brilhos reais de diferentes estrelas. A Magnitude absoluta é uma propriedade
intrínseca da estrela, pois a essa distância o seu brilho não sofre interferência de
atmosfera ou poeira galáctica que impeça a passagem da luz. Juntamente com cor,
o brilho intrínseco de uma estrela pode indicar o seu tamanho, idade, distância e
composição química. Conhecendo a distância e a magnitude aparente de uma
estrela, pode-se calcular a magnitude absoluta. Para isso utiliza-se: + , - =
3
. /01 2 6, onde m é a magnitude aparente, M a magnitude absoluta e d, a distância
45
em parcecs. O Sol apresenta magnitude absoluta +4,83 e Sirius na constelação de
Cão Maior apresenta +1,44.
4Parsecs
é uma unidade de medida astronômica usada para representar distâncias estelares
(1parsec = 3,262 anos-luz, aproximadamente, 30,86 bilhões de quilômetros).
A 5.2 – ATIVIDADE PRÁTICA IV: CONHECENDO AS ESTRELAS COM AJUDA
DO STELLARIUM
1. Utilizando os recursos de pesquisa [F5] e rótulo de constelações [V] do Stellarium,
preencha a tabela abaixo com as informações que se pedem sobre as estrelas mais
brilhantes no céu para um observador na Terra; e responda as questões posteriores.
Estrela
Magnitude
aparente
Magnitude
Absoluta
Distância
Constelação
Sol
Sirius
Canopus
Proxima
centauri
Arcturus
Capella
Rigel
Procyon
a) das estrelas pesquisadas, qual apresenta maior magnitude absoluta e menor
magnitude aparente? __________________________________________________
b) qual a relação que os valores apresentados por essa estrela têm com seu brilho?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
c) qual estela das observadas se encontra mais próxima do Sol? _______________
d) qual estela das observadas se encontra mais distante do Sol? _______________
e) qual a diferença entre a magnitude aparente e a magnitude absoluta? _________
___________________________________________________________________
2. A constelação de Orion é visível no hemisfério Sul de janeiro a novembro de cada
ano, aparecendo antes da meia-noite até o mês de junho. Essa constelação
representa a estação do verão e possui três estrelas muito conhecidas no hemisfério
Sul, as três Marias, que formam o cinturão de Orion. Utilizando os recursos do
Stellarium, determine:
a) o nome das estrelas que compõe o cinturão de Orion (as três Marias).
___________________________________________________________________
b) a distância que cada esta do Sol? ______________________________________
___________________________________________________________________
c) o nome das principais estrelas que compõe essa constelação.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
3. A constelação de escorpião é mais visível no hemisfério Sul durante o período de
inverno, por isso é considerada a constelação símbolo dessa estação. Utilizando os
recursos do Stellarium, encontre as principais estrelas que compõe essa
constelação e informe qual a distância que elas se encontram do Sol.
4. Em qual constelação se encontra a nebulosa cabeça de cavalo? ______________
___________________________________________________________________
5. Qual a distância aproxima que a galáxia Andrômeda se encontra da Terra? _____
___________________________________________________________________
Utilize as informações do texto de apoio III para responder as questões de 6 a 10.
6. Quais as condições necessárias para o surgimento de uma estrela? ___________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
7. Qual a principal utilidade do diagrama HR? _______________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
8. O que é uma anã marrom? ___________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
9. Como se formam os buracos negros e as estrelas de nêutrons? ______________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
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___________________________________________________________________
10. Por que a sequência principal é região mais preenchida por estrelas no diagrama
HR? _______________________________________________________________
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___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
11. O que provavelmente ocorrerá com o Sol no final do seu ciclo evolutivo?
___________________________________________________________________
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12. Qual a sua interpretação da frase: “somos todos poeira das estrelas” (Carl
Sagan)?
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___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
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APÊNDICE II
MANUAL COM OS PRINCIPAIS COMANDOS DO STELLARIUM
1. Instalando o Stellarium
O stellarium é um programa mundialmente utilizado em projetores de
planetários. Por ser um software de código aberto, ele pode ser usado gratuitamente
para simulações domésticas ou em aulas. É um software que possui vários recursos
e uma excelente representação visual de imagens 3 D que possibilitam excelentes
simulações, tais como: visualizar estrelas, constelações, localizar planetas,
nebulosas, as fases da Lua, o nascer e ocaso do Sol, os planetas e seus satélites,
entre outras. Além disso, é possível colocar a localização exata da cidade em que
mora com data e horário, fazendo simulações do céu como se encontra naquele dia.
Para servir-se das utilidades desse software, o primeiro passo é baixá-lo no
endereço <www.stellarium.org/pt >. Sendo importante verificar se a versão baixada é
compatível com o sistema operacional instalado no seu computador (Windows,
Linux, Mac OS X). Para continuar com a instalação basta seguir as instruções do
instalador, que é um arquivo executável, e finalizar a instalação. A versão utilizada
na aplicação da sequência do apêndice 1, foi a 0.15.1 para computadores de 64
bits, que introduziu novos recursos que tornaram o software mais dinâmico e prático.
O segundo passo é iniciar o programa e começar as simulações usando os
comandos disponíveis em duas barras de menu localizadas na vertical e horizontal
da tela inicial, ou suas respectivas teclas de atalho. As instruções de uso, bem como
a indicação dos comandos encontram-se no manual de uso do stellarium
confeccionado durante a aplicação dessa sequência e disponibilizado a seguir. É
importante lembrar que diversos tutoriais de uso podem ser encontrados em canais
do youtube, dentre estes, sugerimos as aulas com o professor João Batista Garcia
Canalle, disponível no endereço: < www.youtube.com/watch?v=vwpUFoIdVoY>.
1.2 – Iniciando o Stellarium
Quando se instala o Stellarium em seu computador, ele cria um atalho em sua
área de trabalho. Para iniciar o programa basta dar um duplo click sobre o ícone e
aguardar alguns segundos até o programa inicializar. Assim que o software carrega
ele mostra a imagem do céu de Paris, na França. No entanto, isso é facilmente
alterado na janela localização da barra de menu vertical. O tópico 1.3.1 deste
manual mostra detalhadamente qual comando deve seguir para fazer a mudança.
Figura 2.1: Tela de abertura do Stellarium já configurado a localização (ao iniciar o Stellarium pela
primeira vez estará configurado com a localização de Paris). Fonte: Stellarium.
Note que a página inicial traz duas barras de menus, uma na horizontal e
outra na vertical. Cada um desses ícones tem uma função de comando, e podem ser
utilizados em combinações que ajudam a extrair diversas simulações do astro que
deseja trabalhar. Na barra de menu vertical estão contidas as principais
configurações do programa. É nessa região que se consegue alterar a localização
de série do Stellarium. No tópico seguinte, o leitor encontrará informações relativas
aos ícones dessa barra e as teclas de atalho que serão úteis durante as simulações.
1.3 Os Comandos da Barra de Menu Vertical
1.3.1 Janela Localização [ F6 ]
Quando abrimos o stellarium as suas coordenadas geográficas dão a
localização de Paris, França. Para mudar para o céu de sua cidade, o usuário deve
usar a janela localização ou utilizar a tecla de atalho [F6]. Essa opção permite a
localização buscando o nome da cidade na opção lupa ou inserindo as informações
sobre a posição atual. Ao finalizar a tarefa todas as informações podem ser salvas e
armazenadas marcando a opção “utilizar como padrão” e clicando em “adicionar à
lista” no canto inferior à direita da aba, ilustrado na figura 2.2.
Figura 2.2: Janela Localização da barra vertical do Stellarium. Fonte: Stellarium.
1.3.2 Janela data e hora [ F5 ]
O menu Data e hora, figura 2.3, possibilita o usuário mudar a data e o horário
das simulações, o que permite verificar diversos fenômenos que ocorreram ou que
irão ocorrer durante o ano, bastando para isso, clicar nos botões que aumentam ou
diminuem os valores em cada campo. Com essa função, o navegador pode fazer
simulações da posição de um astro no céu por vários dias, na mesma hora,
verificando assim, a sua posição na abóboda celeste durante semanas, meses, anos
ou até mesmo séculos.
Figura 2.3: Janela data e hora do Stellarium. Fonte: Stellarium.
1.4 Janela de Opções de Céu e Visualização [ F4 ]
1.4.1 Céu
Essa é a janela (figura 2.4) com maior número de funções, divide-se em cinco
categorias: Céu, DSO, Marcações, Paisagem e Cultura Estelar. Na opção céu, o
navegador pode trabalhar os comandos de cintilação das estrelas, limite de
magnitude estelar, estrelas cadentes, rótulos de marcadores, luminosidade da via
láctea; e trabalhar detalhes da atmosfera, tais como: controle de poluição
atmosférica, pressão atmosférica, temperatura e coeficiente de extinção. Ainda
nesse ícone, o usuário conta com a função objetos do sistema solar, que permite
visualizar as orbitas dos planetas e controlar o limite de magnitude desses astros.
Figura 2.4: Janela com maior número de ícones de configuração do Stellarium. Fonte: Stellarium.
1.4.2 DSO
O DSO (Deep Sky Objects), figura 2.5, trabalha com objetos do espaço
profundo baseando-se nos principais catálogos existentes, como Messier e o NGC.
Além disso, permite o navegador filtrar o tipo de objetos do espaço profundo que
deseja estudar. Combinado com o regulador de “rótulos e marcadores”, essa função
se potencializa como um excelente recurso para se trabalhar com as galáxias,
nebulosas, supernovas, remanescente de supernovas e aglomerado de estrelas.
Figura 2.5: Configuração do Stellarium para trabalhar com os objetos do espaço profundo – DSO.
Fonte: Stellarium.
1.4.3 Marcações
Aqui você encontra as grades de localização, que são linhas imaginárias que
determinam a localização do astro na abóboda celeste. Combinando com os
recursos de “projeção”, grades e a janela de localização; praticamente todos os
objetos celestes catalogados podem ser observados e os problemas de Astronomia
de posição resolvidos. Quando você utiliza o recurso de projeção e diminui o zoom,
cria-se um globo, que representa a abóboda celeste, com isso, o navegador pode
analisar o movimento de um astro em relação ao outro na abóboda, isso é muito
interessante para se trabalhar, por exemplo, com as fases Lua, pois mostra todo o
processo de inclinação que possibilita o fenômeno. Essa simulação pode ser feita
combinando esses recursos com a função acelerar e diminuir velocidade do tempo,
situado na barra de menu horizontal.
A opção “Marcações”, figura 2.6, permite trabalhar o recurso de grade
eclíptica, que possibilita verificar a trajetória de um astro no céu, isso também ajuda
a localizar o objeto quando aliado às grades equatorial e azimutal. A função
“compensação de janela de exibição vertical” permite regular a projeção na tela em
valores que vão de -50% a + 50%. É aconselhável que quando estiver trabalhando
com a projeção ortográfica ou equivalente regule a compensação para 0%,
centralizando toda a esfera celeste no meio da tela. Para outras projeções o recurso
facilita muito o zoom, pois aumenta bastante a área de visualização. Essa
ferramenta é muitas vezes deixada de lado quando se faz simulações com
Stellarium, no entanto, é um dos recursos mais importantes do software.
Figura 2.6: Opção Marcações da janela de visualização do Stellarium. Fonte: Stellarium.
1.4.4 Paisagem
Em “Paisagem” é possível alterar a imagem do local de observação. O
software vem configurado com imagem de Guéreins, que é um pequeno vilarejo
francês, para alterar para outro lugar, dentre os possíveis, basta clicar com mouse
sobre o local desejado na coluna esquerda ilustrada na figura 2.7. Em “opções” é
possível escolher se exibe ou não a superfície, regular seu brilho, exibir névoa,
rótulos de paisagens e iluminação.
Figura 2.7: Opção “Paisagem” da janela de visualização do Stellarium. Fonte: Stellarium.
1.4.5 Cultura Estelar
Altera os nomes de constelações e estrelas da cultura ocidental para outras
culturas antigas, por exemplo, chinesa. Para alterar a cultura estelar basta dar um
click na opção desejada na coluna direita, como representado na figura 2.8.
Também é possível regular a espessura das linhas de constelações, seus limites e
seus rótulos. É importante salientar que o catálogo padrão para Astronomia adotado
pela UAI (União Astronômica Internacional) é o ocidental.
Figura 2.8: Função “cultura estelar” do Stellarium. Fonte: Stellarium.
1.5 Janela de Pesquisa [ F3 ]
Na janela de pesquisa, figura 2.9, é possível encontrar qualquer astro no céu
digitando o seu nome na área disponibilizada. É importante digitar o nome do astro
corretamente para que o software entenda o comando dado. Após a localização do
astro, é interessante utilizar a tecla [ T ] para que o zoom acompanhe-o durante a
observação. A busca pelo astro também pode se dar pela sua localização geográfica
no ícone “Posição” e pela lista de astros disponibilizada na opção “Listas”. A função
“Opções” permite selecionar o servidor, que pode ser o da universidade de
Estrasburgo na França ou de Haward nos Estados Unidos. O teclado com letras
gregas disponibilizado abaixo da “área de buscas” ajuda a encontrar estrelas do
catálogo proposto por Johann Bayer no século XVI, que classificou as estrelas pela
intensidade de seu brilho, estabelecendo como ordem, as letras do calendário grego.
Figura 2.9: Janela de procura do Stellarium e seu teclado para as designações de Bayer. Fonte:
Stellarium.
1.6 Janela Ajuda [ F1 ]
A janela ajuda, ilustrada na figura 2.10, fornece todas as teclas de atalho e
seu respectivo comando. Traz informações sobre os desenvolvedores do software,
bem como o seu recurso de registro.
Figura 2.10: Janela de ajuda e algumas funções de suas teclas de atalho. Fonte: Stellarium
1.7 Janela de configurações [ F2 ]
A janela configurações, figura 2.11, é composta por seis ícones: principal,
informações, navegação, ferramentas, apresentações e complementos. A função
“principal” habilita alterar o idioma do software e a função “informações” permite o
navegador controlar quais informações do astro aparecerão quando se clicar sobre
ele. A ferramenta “navegação” ativa o teclado ou o mouse, e também possibilita
alterar o formato da data e fazer correções do tempo. O ícone “ferramenta” permite
capturar a tela e salvá-la como imagem, além de conter “opções de planetário” e um
catálogo de estrelas atualizado que pode ser baixado pelo usuário. A opção
“apresentações” habilita selecionar eventos a partir de um determinado astro ou
fazer passeios em torno desses objetos. Em “complementos” você pode atribuir
algumas funções ao software, como mostrar as coordenadas do mouse e permitir
que o Stellarium dê comandos a um telescópio, por exemplo.
Figura 2.12: Principais configurações do Stellarium. Fonte: Stellarium
1.8 Calculadora Astronômica [ F10 ]
É o mais novo recurso do Stellarium disponibilizado na versão 0.15.1. Esse
mecanismo possibilita obter informações com antecedência da data e do tipo de
fenômeno que ocorrerá com astro, por exemplo, a data e hora que Vênus estará em
conjunção com Júpiter. Consegue-se também, determinar a posição do astro para o
dia, fornecendo informações de sua ascensão reta, inclinação, magnitude e tipo.
Outra importante função é o gráfico, com ele o observador verifica graficamente a
posição do astro em função do tempo.
Figura 2.13: Janela calculadora Astronômica contendo informações para um período de 24 horas.
Fonte: Stellarium.
1.9 Barra de Menu Horizontal
A barra de menu horizontal do Stellarium apresenta em grande parte a função
de exibir algum tipo de marcadores. Ao contrário da barra vertical, não permite
mudar configuração ou a maneira de como se pesquisa o astro. No entanto, nessa
linha de comandos, o navegador pode controlar o tempo, acelerando e diminuindo a
passagem temporal, de maneira que essas funções se tornam essenciais para
extrair informações do astro que dificilmente conseguiria utilizando um telescópio.
Na versão, 0.15.1, foram inseridos mais cinco comandos de muita utilidade, que
permitem simular o uso de um telescópio, trabalhar com chuvas de meteoros e exibir
exoplanetas. Conhecer esses ícones e suas funções são fundamentais para
conseguir boas simulações com o software. O quadro 2.1, mostra a função de cada
ícone da barra de menu horizontal e sua respectiva tecla de atalho.
Quadro 2.1 – Mostra a função de cada ícone da barra de menu horizontal.
ÍCONE
NOME
TECLAS DE
ATALHO
Linhas de
constelação
C
Rótulo das
constelações
V
Arte das
constelações
R
Grade equatorial
Grade Azimutal
Superfície
Pontos cardeais
Atmosfera
E
Z
G
Q
A
Objetos do céu
profundo
D
Rótulos dos
planetas
Alt+P
FUNÇÃO
As constelações podem ser trabalhadas
com os comandos: linhas de constelação,
rótulos de constelação e arte de
constelação. Com esses recursos o
navegador tem o formato da constelação, o
nome e o contorno com as principais
estrelas que a compõe. Com isso, um
estudo
elaborado
das
principais
constelações do céu no hemisfério sul e no
hemisfério norte pode ser feito a fim de
mostrar a ligação que elas têm com as
estações do ano.
A grelha equatorial e a grelha azimutal
permite trabalhar com o zênite e o azimute,
que são importantes para localizar o astro
na abóbada celeste.
O ícone superfície possibilita tirar o solo e
verificar o nadir, que o ponto oposto ao
zênite na abóbada celeste. Com o
comando pontos cardeais encontra-se a
localização geográfica do astro e
consequentemente os pontos colaterais. Já
o efeito de tirar a atmosfera torna possíveis
as simulações de planetas e constelações
durante o dia.
A opção de objetos do céu profundo
permite
localizar
as
nebulosas,
exoplanetas, aglomerados de estrelas,
supernovas, entre outros astros do
hiperespaço. Já a função rótulos dos
planetas nomeia os planetas e os planetas
anões.
Alternar grade
equatorial /
azimutal
Centrar objeto
selecionado.
Ctrl+M
Barra de
espaço ou T
Muda a superfície da horizontal para a
vertical e vice-versa.
Posiciona o objeto selecionado no centro
da tecla. Um excelente recurso para usar
nas simulações.
Visão noturna
Ctrl+N
Modo tela cheia
F11
Faz a imagem do software ocupar toda a
tela de seu computador.
Exibir
exoplanetas
Ctrl+Alt+E
Mostra a posição dos planetas fora do
sistema solar na abóboda celeste.
Mostrar chuva
de meteoros
Ctrl+Shift+M
Mostra ou esconde as chuvas de meteoros.
Janela pesquisa
Ctrl+Alt+M
Mostra as chuvas de meteoro que cairão
durante o período pesquisado.
Visão ocular
Ctrl+O
Simula a observação com
possibilitando mudar lente.
Indicações de
satélites
Ctrl+Z
Indica o satélite artificial quando passa pela
tela.
Diminuir
velocidade do
tempo
J
Regula a velocidade em que deseja voltar
no tempo.
Definir taxa
normal do tempo
K
Volta a velocidade do tempo ao normal.
Também serve para pausar o tempo.
Definir o tempo
para hora atual
8
Volta o tempo para o horário atual.
Aumentar a
velocidade do
tempo
L
Permite aumentar a velocidade do tempo.
Excelente recurso para simular fenômenos
futuros.
Sair
Ctrl+Q
Faz o dia virar noite.
telescópio,
O menu sair permite o usuário encerrar a
sessão.
1.9.1 Outras Teclas de Atalho e Suas Funções
Tabela 2.1: Outras teclas de atalho importantes para as simulações com Stellarium.
TECLA DE ATALHO
FUNÇÃO
[
Subtrair 1 semana solar
]
Adicionar 1 semana solar
-
Subtrair 1 dia solar
=
Adicionar 1 dia solar
N
Nebulosas
P
Nomes dos planetas
S
Estrelas
.
Linha do Equador
,
Linha elíptica
;
Meridiano
/
Zoom no objeto selecionado
T
Acompanhar objeto
\
Reduzir
Ctrl+G
Definir o planeta selecionado como base
O
Orbitas dos planetas
M
Via láctea