Roteiro de aula observacional com instrumentos de
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Franklin Rinaldo Rodrigues da Silva Prof. Dr. Lev Vertchenko Roteiro de aula observacional com instrumentos de observações e um software livre 2 1.0 Objetivo Geral Essa atividade terá, como objetivo, levar o aluno a conhecer um pouco dos mistérios celestes que para ele ainda está sem resposta. Com essa aula, ele aprenderá sobre o manuseio de instrumentos de observação e movimentos dos astros, identificando-os e diferenciando-os como planeta ou estrela, conhecendo as constelações pelo nome e formato, além de saber sobre magnitude e brilho aparente. 2.0 Objetivos Específicos Familiarizar os alunos do Ensino Médio com os conceitos de instrumentação e de observação astronômica; Permitir o reconhecimento dos diferentes tipos de observações astronômicas e os dados por elas gerados, como brilho, magnitude limite de um instrumento; Capacitar os alunos a descrever uma nova concepção de como manusear, de forma adequada, instrumentos simples de observação celeste, focalizando de forma correta o corpo celeste. Colocar os alunos na presença de uma nova atividade extraclasse, com análise de dados astronômicos, incluindo análise de cálculo de magnitude, de brilho e de distância através das equações descritas nesse trabalho. 3.0 Justificativa Como nossos olhos captam a luz? Como somos capazes de enxergar tão longe se nossa pupila apresenta pequeno diâmetro? Porque os objetos que são enormes parecem ser tão pequenos quando estão distantes? Essas informações que recebemos através do nosso instrumento de observação fazem com que o mundo ao nosso redor seja mais brilhante e fascinante. Segundo Costa (2001, p. 02), A ideia fundamental é que, se vemos alguma coisa é porque existe luz no ambiente, mesmo que essa luz seja bastante difusa e em baixíssima intensidade, mas para enxergar um objeto, a luz precisa vir do objeto e entrar no olho. Esse é um conhecimento básico no processo da visão. 3 Assim, o olho se torna o principal instrumento de observação do homem, porém, em face de suas limitações de magnitude, ele se vê na necessidade de olhar para mais longe em busca desse alcance. Esse nosso sensor de captação da luz, embora seja de pouco alcance, possui propriedades interessantes que nos permitem boas observações; e foi através dele que as observações astronômicas ganharam ritmos acelerados. Porém, podemos avançar nesse debate a respeito dessa capacidade ocular. Embora sendo um instrumento de pequeno porte, mas suficiente para boas observações. Como afirma o site Tecnomundo (2011), [...] Você sabe quantos megapixels consegue enxergar? Nas câmeras digitais existem os photosites, cada um deles responsável por um ponto das imagens (pixel). Nos olhos o photosite é substituído por cones e bastonetes, sendo que possuímos cerca de 576 milhões deles em nossos olhos. Ou seja, são 576 milhões de pontos luminosos por vez, ou 576 megapixels. (TECNOMUNDO, 2011, s.p.) E, ainda, que: Mas a visão humana é ainda mais avançada, pois, além da captura superior, também possuímos um sistema interno de interpolação das imagens. Interpolação é um processo utilizado por programas de edição de imagens para aumentar artificialmente a resolução das imagens capturadas. (TECNOMUNDO, 2011, s.p.) Essa visão abre uma janela de beleza que para muitos pode ser opaca e que não passa apenas de uma imensidão cheia de pontos luminosos sem qualquer descrição ou informação. Sobrinho (2009, p.16) destaca: Olhar para o céu também nos dá uma sensação de beleza e solidão. Sentimos o quanto é pequeno o nosso mundo (diga-se, planeta) diante da imensidão do universo observável. Olhar para o céu nos fez sentir o desejo de ver nosso “planetinha” de fora deste, nos fez voar como os pássaros, sair do solo, construir aeronaves, ultrapassar a atmosfera e vislumbrar a Terra fora desta. 4.0 Metodologia A princípio, iremos destacar alguns pontos relevantes do nosso sistema solar: o número de planetas, algumas de suas características como comparação entre 4 tamanho,distancia até o sol, numero de luas que alguns possuem, nossa estrela e nosso satélite natural, além das constelações visíveis no momento de uma aula expositiva destacando o nome das estrelas mais relevante na mesma e sua magnitude, abordando os efeitos da atmosfera e da poluição luminosa. Esse reconhecimento será feito com o auxílio de apontador laser e de um software livre, o STELLARIUM, por meio do qual iremos mostrar aos alunos as constelações e suas principais estrelas. A seguir, introduziremos o conceito de magnitude limite e de brilho, tornando possível conhecer que a estrela de maior brilho, necessariamente, não é aquela que está mais próxima da Terra por parecer mais brilhante a lho nu, além de alguns elementos que contribuem para isso, como a distância até nós, aplicando as equações que nos ajudam a entender melhor isso. Os instrumentos usados devem ser, na seguinte ordem, o olho humano, o binóculo e a luneta verificando qual deles nos permite ver mais estrelas. 5 ATIVIDADES ETAPA I 01. Com auxílio do software STELLARIUM, escolha uma região do céu de melhor visibilidade no momento e identifique as estrelas. A olho nu e com o apontador laser, identifique as estrelas ou planetas visíveis no aplicativo e escreva os nomes abaixo. a) Abra o aplicativo ................................................., ........................................................... ................................................, ............................................................ ................................................, ............................................................ ................................................., ............................................................ b) Comparando o que foi visto na Carta Celeste e o que foi visto a olho nu, tente identificar essas mesmas estrelas com o apontador laser. Sentiu falta de algumas delas? Qual? Escreva o nome abaixo. ................................................., ............................................................ ................................................., ............................................................ ................................................., ............................................................ ................................................., ............................................................ c) Por que algumas estrelas não foram possíveis de serem observadas a olho nu? Quais os fatores que contribuíram para isso? ............................................................................................................... ............................................................................................................... ............................................................................................................... 6 d) Selecione a opção visualização do céu, na aba Limitação de magnitude limite, marque a opção “estrelas e objetos no céu noturno”, reduzindo o valor em 04 unidades. O que aconteceu com o número de estrelas no céu? ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ e) Agora selecione, na Carta Celeste, a opção “linhas das constelações”. Com o apontador laser, identifique as estrelas que formam a constelação, destacando as mais visíveis a olho nu. ............................................................................................................................ 02. A pupila do olho humano, que é um orifício por meio do qual a luz chega à retina, tem uma variância de abertura de 1,5mm a 8,0mm. Com o seu valor máximo de abertura e utilizando a equação abaixo, determine a magnitude limite do olho. 7 Em que D é o diâmetro em cm. ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ............................................................................................................................ 03. Com o resultado obtido, quais estrelas podem ser vistas a olho nu, segundo a Carta Celeste? Com o apontador laser, tente encontrar essas estrelas no céu. ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ............................................................................................................................ ETAPA II AS ATIVIDADES, AGORA, SERÃO REALIZADAS COM O AUXÍLIO DE UM BINÓCULO. 04. Usando um binóculo de lente objetiva de diâmetro 100 mm, iremos, primeiramente, calcular a sua magnitude limite usando a equação dada anteriormente, na questão 2. Identifique, no programa STELLARIUM ,quais as estrelas não possíveis de serem vistas pelo binóculo (Cite apenas algumas) ................................................., ............................................................ ................................................., ............................................................ .................................................,............................................................ ................................................., ............................................................ 05. Agora com o auxílio do apontador laser, tente encontrar as estrelas no céu a olho nu, acima citadas. Escreva quais você encontrou. ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ............................................................................................................................ 06. Qual a diferença entre a observação a olho nu e a com o binóculo? Expresse essa diferença levando em conta a magnitude do instrumento. ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ............................................................................................................................ 07. Ajustando a magnitude limite das estrelas no STELLARIUM para 10,5, visualize estrelas com o auxílio do binóculo. 08. Repita a operação procurando estrelas, aumentado o valor da magnitude limite em duas unidades. 8 ETAPA III ATIVIDADE COM O GALILEOSCÓPIO. 09. Primeiro a olho nu localize tente localizar os planetas visíveis no momento. Agora usando o Galileoscópio, localize os mesmos planetas que foram vistos anteriormente a olho nu e outros não visível. Quais foram possíveis localizar a mais com o Galileoscopio? ..................................................................................................................................,, 10. Com o auxílio do STELLARIUM, localize uma estrela de magnitude 7. Agora, com o Galileoscópio, tente localizar essas estrelas no céu. 11. Sabendo que a lente objetiva da luneta tem diâmetro de 80 mm, determine, usando a equação já mencionada na atividade anterior, a magnitude limite do instrumento. ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ .......................................................................................................................... 12. Vamos determinar o campo visual da luneta. Aponte o telescópio para uma estrela conveniente que esteja próxima ao equador celeste e posicione-a na borda de seu campo de visão. Marque o horário. Deixe a estrela mover-se para o lado oposto. Marque a hora novamente. Divida por quatro o tempo (em minutos) que a estrela levou para cruzar seu campo de visão, tendo, assim, o campo angular de visão. Exemplo: Decorrem 6 minutos até que uma estrela vá de um lado ao outro do campo de visão. Nesse caso, o campo de visão foi de 1,5 graus. 13. Vamos agora visualizar a Lua. Com a luneta, localize as regiões que aparecem escuras na Lua e possíveis crateras existentes em sua superfície, e tente reproduzir em uma folha de papel, com um desenho. (Verifique no STELLARIUM se elas condizem com o que foi visto). 9 Informações adicionais: As estrelas que aparecem no STELLARIUM e suas respectivas constelações são: Aldebaran - Alpha Taurus - estrela mais brilhante da constelação de Touro. Antares - Alpha do Escorpião, na bandeira brasileira, ela representa o estado do Piauí. Arcturus ou Alpha Boieiro - quarta estrela mais brilhante no firmamento. Betelgeuse (Alpha Orionis) e Rigel (Beta Orionis) são as duas mais brilantes estrelas da constelação de Orion. Pólux ou Beta Geminorum - estrela mais brilhante da constelação de Gêmeos Sirius ou Sírio é a estrela mais brilhante no céu noturno. Fica na constelação do Cão Maior e pode ser vista de qualquer ponto do planeta Terra. 10 Roteiro para montagem da luneta (Galileoscópio) Aqui encontraremos um roteiro para montar a luneta, com os cuidados necessários para tal. As peças estão nomeadas pelas letras abaixo. Primeiramente, identifique-as antes da montagem para ter segurança nos encaixes corretos. Algumas etapas simples, como colocação de um anel de plástico, que corresponde a um total de 04 vezes, só serão mostradas uma vez. Assim, a colocação dos outros segue na mesma ideia. Fizemos um roteiro que terá 08 (oito) etapas, que acreditamos que seja o suficiente para uma montagem sem erros. A – 02 (duas) metades do tubo principal B – 02 (dois) blocos de suportes em V C – 02 (duas) lentes objetivas de vidro de 50 mm, uma côncava e outra plano-convexa D – 01 (uma) porca para tripé de 1/4” (o tripé não está contido na luneta) E – 02 (duas) metades do tubo de focalização de 50cm de comprimento F – 01 (um) pequeno anel plástico de fixação do tubo principal G – 02 (dois) anéis de borracha grandes H – 01 (um) tubo de proteção da lente objetiva e fixação I – 02 (dois) anéis de borracha pequenos J – 02 (duas) metades do tubo da ocular principal K – 02 (duas) metades do tubo da ocular auxiliar L – 02 (duas) pequenas lentes de vidro de 14 mm de diâmetro uma ocular principal côncava e outra plano-convexa M – 01 (uma) “arruela” fina de plástico N – 01 (um) anel grande de fixação da ocular principal O – 01 (um) anel pequeno de fixação das oculares P – 02 (duas) minúsculas lentes da ocular auxiliar (2) Q – 01 (um) tubo da lente Barlow R – 01 (um) anel plástico da ocular auxiliar 11 ETAPA 01 1.1 Ao abrir a caixa da luneta, tome cuidado, pois ela está dividida em duas partes separadas por encaixe de papelão, dobráveis, e sem estarem encaixadas. Ao retirá-las, coloque-as sobre uma superfície plana e una as duas metades da luneta sobre um suporte em forma de “V” (B) (FIGURA 01), com a borda voltada para cima (FOTO 1). 1.2 Com o papel de seda no qual as lentes estão embrulhadas, segure pelas bordas das lentes (são duas) que estão coladas, e coloque na fenda (FOTO 02) da canaleta da luneta da região mais grossa do tubo (essa será a objetiva). As lentes têm diâmetros de 50 mm. Obs.: a lente mais fina deve estar voltada para o objeto, ou seja, para fora da luneta. Coloque a outra parte do tubo. Suporte em W Foto 01 Lentes sendo colocadas Foto 02 12 ETAPA 02 2.1 Insira a porca do tripé de 1/4” (D) dentro do orifício que está na metade do tubo principal do telescópio. Para colocar a porca de maneira segura, certifique-se de que ela esteja direcionada com um de seus vértices plano para cima como mostra a figura, senão, ela não encaixará (FOTO 03). Foto 03 ETAPA 03 3.1 Junte as duas metades do tubo (k) (FOTO 04) de focalização e segure-os juntos. Deslize o pequeno anel de borracha de fixação (F), envolvendo o tubo de focalização com a extremidade mais larga do anel entrando pela extremidade do tubo que contém os dois cortes em forma de U (pontas lisas). Prenda as duas extremidades do tubo de focalização com os dois aneizinhos de borracha (G) (FOTO 05), os quais se ajustam nos sulcos em volta de cada extremidade do tubo. Os anéis parecem muito pequenos para encaixar, mas eles se esticarão. Deslize o pequeno anel de fixação (F), envolvendo o tubo de focalização com a extremidade mais larga do anel, entrando pela extremidade do tubo que contém os dois cortes em forma de U (pontas lisas). Foto 04 Foto 05 13 ETAPA 04 4.1 Coloque o tubo de focalização, já montado, dentro da extremidade de trás do tubo principal (FOTOS 06 e 07). Certifique-se de que a extremidade do tubo de focalização com os dois cortes em forma de U esteja fora do tubo principal do telescópio, junto com o anel de fixação do tubo principal. A outra extremidade do tubo de focalização deve ficar entre as duas saliências internas do tubo principal do telescópio. Foto 06 Foto 07 4.2 Coloque a segunda metade do tubo principal sobre a primeira metade (a que já está sobre os suportes em (V) (FOTO 08). Verifique se a lente objetiva e a porca do tripé de 1/4” se encaixam seguramente dentro dos seus orifícios na metade superior do tubo. Foto 08 4.3 Fixe as duas metades do tubo principal, deslizando o anel de fixação (F) na ponta estreita do tubo principal. Coloque os dois anéis grandes de borracha (J) em 14 volta do tubo principal do telescópio, nos sulcos apropriados (FOTOS 09 e 10), colocando um através de cada extremidade do Galileoscópio. Não se preocupe: os anéis se alongarão o suficiente para se encaixarem sobre o tubo. Foto 09 Foto 10 ETAPA 05 MONTANDO A OCULAR PRINCIPAL 5.1 Existem duas oculares. A ocular com a abertura central maior (J) é a ocular principal, com um aumento de 25 vezes. A ocular, com a abertura central menor (K) é a ocular auxiliar ou galileana; as quatro lentes (L) da ocular principal, têm aproximadamente 14 mm de diâmetro. Segure as lentes sempre com o papel de seda fornecido, ou toque somente nas bordas para evitar impressões digitais (FOTO 11). Foto 11 5.2 Como poderão observar, duas lentes são planas de um lado e côncavas (curvadas para dentro) do outro. As duas outras lentes são convexas (curvadas para fora) em ambos os lados. (Observação: Você pode perceber, pelo tato, qual face é 15 plana ou curvada para fora (convexa) ou curvada para dentro (côncava), se colocar a lente, entre o polegar e o indicador, envolvida no papel de seda). Pegue cada uma das lentes com face plana e coloque-as com essa face (plana) sobre a mesa. Coloque cada uma das lentes com as faces curvadas para fora (convexas) sobre aquelas que já estão na mesa. ETAPA 06 6.1 Neste passo, você vai colocar cada um dos pares formados (que estão sobre a mesa) nos sulcos da cavidade central da ocular principal. Veja esquema na foto 12, em que a primeira lente (da esquerda para a direita) tem uma face plana e a outra face curvada para dentro; a segunda lente, grudada à primeira, tem as duas faces convexas (curvadas para fora); depois dessa há um pequeno espaço; em seguida, tem a terceira lente, também com ambas faces convexas e a quarta lente é igual à primeira. Observe que ambas as faces planas ficam voltadas para lados opostos e para fora da cavidade central da ocular. 6.2 Pegue uma metade do tubo da ocular principal (L), insira os dois pares de lentes da ocular dentro dos sulcos de tamanho apropriado do tubo. Esteja certo de que os lados planos dos pares de lentes estejam posicionados de maneira oposta entre si (isto é, apontando para as extremidades do tubo ocular). Visto de perfil, as finas lentes biconvexas estão no centro. Insira a pequena “arruela” (M) no sulco do tubo da ocular principal. 6.3 Junte a segunda metade do tubo da ocular principal (L) com a primeira metade (aquela que você acabou de montar), tomando cuidado para que as lentes e a arruela se encaixem nos sulcos apropriados da segunda metade, quando você juntar as duas. Fixe as metades com o anel de fixação (N), que deverá ser colocado o mais próximo possível das lentes, e o anel menor de fixação (O), que vai para outra extremidade. 6.4 Insira a ocular completamente na extremidade do tubo de focalização, como mostrado na sequência de fotos 12, 13 e 14. 16 Foto 12 Foto 13 Foto 14 ETAPA 07 MONTAGEM DA OCULAR SECUNDÁRIA OU GALILELIANA E DA LENTE BARLOW 7.1 Pegue as duas lentes pequenas (P) com diâmetros de aproximadamente 10 mm. Uma é mais fina no meio e ambos os lados são côncavos (curvados para dentro). A outra lente tem um lado plano e um lado convexo (curvado para fora) (forma da letra D). Junte as duas lentes. Foto 15 Foto 16 Foto 17 7.2 Depois de juntar as duas lentes, coloque o par dentro do sulco de uma das metades do tubo da ocular auxiliar (K) (FOTO 15) com o seguinte cuidado: a face plana do par de lentes fica voltada para a parte mais grossa (larga) da ocular. 7.3 Junte a segunda metade do tubo da ocular auxiliar à primeira metade, tomando cuidado para que as lentes se encaixem no sulco da segunda metade, quando você juntar as duas partes, e fixe a parte larga/grossa do tubo com o segundo anel de fixação (R) (FOTOS 16 e 17). 17 7.4 Insira a extremidade estreita da ocular auxiliar até o fim da extremidade estreita do tubo Barlow (R). Insira a ocular principal o máximo que puder, na extremidade larga do tubo Barlow (R). Insira o lado estreito da lente Barlow no tubo de focalização da luneta. FASE 08 A OCULAR GALILELIANA (ou secundária) 8.1 Remova a ocular auxiliar/galileana ou secundária (K) da extremidade estreita do tubo Barlow (Q). 8.2 Coloque no lado estreito da ocular auxiliar (K) o anel (R). O lado mais grosso do anel fica na borda da ocular secundária. Insira a ocular Galileana no tubo de focalização (E) do telescópio (FOTOS 18, 19 e 20). Foto 18 Foto 19 Foto 20 8.3 Com a ocular instalada, temos um ganho de até 25 vezes na aproximação. Já com a ocular auxiliar, que é menor, podemos aumentar ainda mais essa aproximação, porém, com um campo de visão reduzido. Nesse caso, deve-se ter cuidado na observação, porque as imagens projetadas são invertidas. A outra ocular, chamada de Galileana, permite um aumento que pode chegar a até 20 vezes. Assim, é possível ter outras configurações com a associação diferente das lentes na ocular. A sua luneta está pronta (FOTO 21). 18 Foto 21 - Luneta montada OBSERVAÇÕES PARA O USO 01 – Durante a montagem, evite pegar nas faces das lentes, segure sempre nas bordas para evitar manchas. 02 - Nunca aponte a luneta em direção ao sol, as lesões causadas por queimadura podem ser irreversíveis. 03 – Tente acoplar a luneta em um tripé de máquina fotográfica para uma melhor estabilidade na observação. 04 – É possível construir um suporte com garrafas PET para servir de tripé, que, mesmo sendo de forma artesanal desempenha a função de forma satisfatória que é encontrado no trabalho desenvolvido por Canalle em “CANALLE, J. B. G. A luneta com lente de óculos. Caderno Catarinense de Ensino de Física, São Paulo. v. 11, n. 3, p. 212- 220, dez. 1994.” 05 - Na extremidade da luneta há uma mira, para servir de referência nas observações.
