Acampada bajo las estrellas – el Campus de astronomía de la ESO de 2013 Teach article

Traducido por José Luis Cebollada. El 26 de diciembre de 2014, después de un viaje tan largo como emocionante, un grupo de 56 alumnos de 18 países diferentes llegaron a su destino: el pintoresco pueblo alpino de Saint-Barthélemy en Italia, un lugar elegido para instalar el Observatorio…

El observatorio del valle de
Aosta

Imagen cortesía de Paolo
Calcidese

El 26 de diciembre de 2013, cuando las noches son largas y claras en los Alpes, un grupo de 56 estudiantes de secundaria procedentes de 18 países llegaron a su destino: el pintoresco pueblo alpino de Saint-Barthélemy, Italia,  que resplandecía bajo la nieve recién caída.

Participantes del campus
analizan espectros de las
estrellas

Imagen cortesía de Mariona
lsern

Los participantes se encontraron y pronto comenzaron a compartir experiencias y a reir. Estaban impacientes por comenzar esta semana especial, el primer Campus de astronomía de la ESOw1, en el Observatorio Astronómico de la región autónoma del Valle de Aosta OAVdA).

La primera tarde los participantes marcaron su país en el mapamundi de la sala de conferencias. El mapa lucía colorido con todas las etiquetas,  igual que el Universo que los curiosos estudiantes iban a descubrir.

Observación astronómica
nocturna

Imagen cortesía de Julian
Durnwalder

El programa del campus incluía el Universo visible y el invisible a través de conferencias, talleres y observaciones nocturnas con telescopios e instrumentación en el observatorio.

Programa social, deportes de inverno, planetario y encuentros multiculturales en las pausas ayudaron a que el campus fuera una experiencia memorable para los participantes.

El interés de los estudiantes procede, en parte, de la oportunidad de poder compartir el tiempo con astrónomos profesionales, que no solo compartían su conocimiento y entusiasmo en las actividades sino que, abrumados por abundantes preguntas en las comidas, no tuvieron muchas ocasiones de disfrutar de la estupenda comida del hotel.

Observar la temperature

El programa comenzó con una introducción a la luz visible y cómo se puede utilizar para calcular la temperatura de las estrellas.

El espectro de una estrella es un espectro de absorción: la fotosfera estelar, una capa delgada de gas que va desde el opaco hasta el transparente y desde donde la luz se escapa al espacio- emite muchas longitudes de onda de luz, y algunas son absorbidas por los elementes de la superficie de la estrella. Esta absorción crea líneas negras de longitudes de onda que faltan en el espectro.

Espectros estelares obtenidos por los participantes en el Campus Astronómico del ESO. Debajo de cada espectro figura el nombre, la clasificación espectral y la temperatura de la superficie de la estrella. Se pueden ver las líneas del helio, típicas de temperaturas muy altas; las líneas del hidrógeno de Balmer, las de menor energía; las líneas del sodio metálico de baja temperatura y las bandas moleculares correspondientes a las temperaturas más bajas. Los colores de esta imagen no están relacionados con la temperatura porque no se ha corregido la absorción de la atmósfera y la respuesta del CCD.
Imagen cortesía de Davide Cenadelli

Además, el color de la estrella –o, para ser más precisos, la región de brillo máximo del espectro- depende de la temperatura de la fotosfera de la estrella: se desplaza hacia el azul si la estrella es muy caliente y hacia el rojo, si es más fría; como explican las leyes de radiación del cuerpo negro (ver cuadro).

 
El telescopio Faulkes en
Hawaii

Imagen cortesía de la ESA

Las leyes del cuerpo negro establecen que un gas caliente, denso y opaco emite un espectro continuo y la zona de máximo brillo se desplaza hacia longitudes de onda más cortas cuando aumenta la temperatura. Como la luz azul tiene una longitud de onda menor que el rojo, el color que vemos de la estrella varía desde el rojo de las más frías hasta el naranja, amarillo, blanco (cuando el pico de brillo está en el verde la estrella se ve blanca) y finalmente el azul para las estrellas más calientes.

 

Para ser más precisos, las longitudes de onda que absorben los elementos de la superficie de la estrella corresponden con la cantidad de energía que los electrones de los átomos necesitan para alcanzar niveles superiores de energía. Los niveles de energía varían según el tipo de átomo y también dependen de la energía del gas.

Participantes del campus
resolviendo un problema
matemático

Imagen cortesía de Mariona
lsern

Como hay estrellas diferentes que tienen composiciones químicas similares, las longitudes de onda absorbidas dependen principalmente de la temperatura. Así, en un primera aproximación, podemos considerar que tanto el color de una estrella como las bandas negras del espectro dependen de la temperatura. Color y bandas de absorción están relacionadas: las estrellas azules absorben en unas frecuencias y las rojas en otras.

La Clasificación de Harvard

En la segunda mitad del siglo XIX los astrónomos entendieron que esta correlación era vital y establecieron clasificaciones espectrales. La más importante, la Clasificación de Harvard procede de principios del siglo XX y hoy sigue en vigente con muy pequeños cambios.

La Clasificación de Harvard divide a las estrellas en siete clases: O, B, A, F, G, K y M, en orden decreciente de temperatura:

El valle de Aosta
Imagen cortesía de
Gerrit/Wikimedia commons
  • Las estrellas O y B son azules;
  • Las estrellas A son blancas;
  • Las estrellas F y G son amarillas;
  • Las estrellas K son naranjas;
  • Las estrellas M son rojas.

Cada clase se divide en 10 tipos, del 0 al 9, siendo 0 la más caliente y 9 la más fría. Así tenemos por ejemplo estrellas del tipo A0 (Vega), G2 (Sol) o K5 (Aldebaran).

Además, las estrellas de la misma temperatura pueden tener diferentes radios y luminosidades. La diferente luminosidad de las estrellas se con números romanos que se añaden a la Clasificación de Harvard:

  • Ia supergigantes muy luminosas;
  • Ib supergigantes;
  • II gigantes luminosas;
  • III gigantes;
  • IV subgigantes;
  • V enanas.
Mapa de Italia con la region
del valle de Aosta

Imagen cortesía de
Gigillo83/Wikimedia commons

Aunque la luminosidad tiene una pequeña influencia en los espectros, no vamos a explicarla en detalle en este campamento.

La correlación entre el color de la estrella y las líneas de su espectro significa que cada clase de la Clasificación de Harvard se caracteriza por líneas típicas de esa temperatura y de esa clase:

  • las estrellas muy calientes muestran las líneas del helio
  • las estrellas menos calientes muestran las líneas del hidrógeno (las series de Balmer, y sus líneas están indicadas por Ha, Hb, Hg, Hd …);
  • las estrellas moderadamente frías muestran las líneas de metales neutros e ionizados;
  • Las estrellas muy frías muestran líneas de metales neutros y de moléculas.

Y mucho más…

El primer día los estudiantes tuvieron que elegir su estrella favorita a partir de una foto del cielo de invierno y calcular su temperatura y su región de emisión máxima utilizando los espectros de la base de datos.

Por la tarde, trabajaron en grupos aprendieron a manejar un espectrógrafo y un dispositivo de carga acoplada, CCD, unido a un telescopio didáctico, a obtener espectros de sus estrellas favoritas, entre ellas Aldebaran, Betelgeuse, Dubhe, Mirphak y Sirius.

Los espectros obtenidos se usaron el día siguiente para calcular la temperatura de las estrellas y clasificarlas. Los estudiantes resultaron ser excelentes trabajadores en equipo. Puedes descargar la explicación paso a paso para hacer esta actividad en tu aula, junto con el espectro ce varias estrellas en la web de Science in Schoolw2.

Con conferencias y actividades los astrónomos les abrieron nuevas ventanas al Universo y los estudiantes pudieron contemplarlo desde una nueva perspectiva. No faltaba la curiosidad y de ahí surgieron preguntas sobre el Universo en infrarrojo, radiofrecuencias, ultravioleta y rayos-X.

También participaron en actividades de sana competición para mejorar la cohesión de los grupos de trabajo. La competición Antares, por ejemplo, proponía clasificar los espectros de estrellas conocidas, y otras no tanto,  usando la Clasificación de Harvard. El concurso de microondas (no las del horno), fue otra de las actividades que atrapó a los participantes en grupos de seis con el reto de averiguar la dirección de procedencia de una onda recibida por una antena.

El campus finalizó cuando la ISS, estación espacial internacional, pasó sobre nuestras cabezas, una inolvidable centra tradicional de gala y regalos astronómicos y premios con cedidos por el ESO. El tiempo pasó volando pero la amistad y las actividades del campo permanecerán en nuestra memoria. ¡Ya estamos impacientes por que comience el campus del próximo añow3!

 

El campus fue una experiencia maravillosa. Encontrarte con gente de lugares y culturas diferentes con diferentes maneras de pensar y discutir sobre temas de actualidad, fue una experiencia única y emocionante.
Gabriele, 16, Italia

¡No exagero si digo que la noche más emocionante del campus fue la de la observación de estrellas! Aprendimos sobre espectroscopía estelar con la ayuda del personal del observatorio- uno de las partes de la astronomía que me parece más interesante  […] Estoy seguro que lo aprendido en el campus del ESO será muy útil en el futuro para mi formación.
Daniil, 16, Rusia

[…] Rápidamente nos instalamos en la maravillosa rutina de las conferencias sobre astronomía y las actividades, sólo interrumpidas por comidas y excursiones. […] Cuando acabé el campus había vivido algunos de los mejores
Hera, 16, Suecia

Agradecimientos

Un agradecimiento muy especial para los monitores del campo Emily, Koen, Lorenzo y Mariona (también por los textos del blog y las fotos), y a los astrónomos del campus por sus excelentes conferencias y actividades: Davide Cenadelli (Observatory of the Aosta Valley), Enzo Bertolini (Observatory of the Aosta Valley), Lars Lindberg Christensen (ESO), Andrea Bernagozzi, Paolo Pellissier and Paolo Recaldini (Observatory of the Aosta Valley), Anna Wolter (ESO/INAF), Juan Fabregat (University of Valencia), Aniello Mennella y Paola Battaglia (University of Milan).

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Web References

Resources

  • Para saber más sobre el análisis espectral de las estrellas, ver:
    • Kaler JB (2011) Stars and their spectra: an introduction to the spectral sequence. 2nd Ed. Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN: 9780521899543
    • Robinson K (2007) Spectroscopy: the Key to the Stars. London, UK: Springer. ISBN: 9780387367866
  • La capacidad de nuestros ojos para observar el Universo es bastante limitada. Nuestra percepción cambia cuando observamos el espectro complete. Para saber más, ver:
    • Christensen LL, Bob Fosbury B, Hurt R (2009) Hidden universe. Berlin, Germany: Wiley-VCH. ISBN: 9783527408665
  • El ESO, European Southern Observatory construye y opera el grupo de telescopios astronómicos terrestres más avanzados del mundo.
  • Sterrenlab organiza campus de ciencia y escuelas de verano por todo el mundo y ofrece servicios de educación y comunicación científicas.
  • El Observatorio astronómico del valle de Aosta dotado del equipamiento más moderno, se utiliza para investigación y también para divulgación.
  • El Istituto Nazionale di Astrofisica es centro de investigación en astrofísica y astronomía de Italia.
  • La Universidad de Milán es una de las mayores y más importantes universidades de Europa.
  • La Sociedad Astronómica Polaca (Polskie Towarzystwo Astronomiczne, PTA), with headquarters in Warsaw, brings together professional astronomers.
  • Urania – Postępy Astronomii es una revista polaca de astronomía para el público general. Es una de las revsitas de astronomía más antiguas del mundo.
  • El Polish Children’s Fundis es una organización no gubernamental que tiene como objetivo apoyar a los alumnos sobresalientes.
  • Ciência Viva es un programa de promoción de la ciencia en Portugal.
  • En la Sociedad Española de Astronomía participan astrónomos y astrofísicos.
  • La Universidad de Ginebras es un centro público de investigación y la segunda universidad de Suiza en número de estudiantes.

Institution

ESO

Author(s)

Davide Cenadelli, físico, es doctor por la Universidad de Milán. Sus áreas de interés son la astrofísica estela, la espectroscopía y la historia y filosofía de la ciencia. Actualmente forma parte de un equipo de investigación que estudia los exoplanetas próximos a enanas rojas en las proximidades de nuestra galaxia en el observatorio astronómico de la Región Autónoma del Valle de Aosta.

Cristina Olivotto, licenciada en física y doctora en historia de la física por la Universidad de Milán. Después de su tesis doctoral empezó a trabajar en el campo de la educación y la comunicación científica en el Museo Astronómico de Milán y como profesora de física y matemáticas en un instituto. Trabajó en la Agencia Europea del Espacio durante cuatro años antes de fundar Sterrenlab en 2011.

Oana Sandu es coordinadora del departamento de educación y divulgación (ePOD) del ESO. Es la responsable del gabinete de comunicación científica del ESO  y de ESA/Hubble. Es graduada en comunicación y relaciones públicas y máster en marketing; Trabajó dos años en una importante agencia de relaciones públicas en Europa Oriental.

Lars Lindberg Christensen es un divulgador científico y director del departamento de educación y divulgación del ESO en Múnich, Alemania. Responsable de comunicación científica en el observatorio de La Silla-Paranal, de los observatorios ALMA y APEX del ESO, del European Extremely Large Telescope, de la sección de la ESA en el Telescopio Espacial Hubble y de la oficina de prensa de la IAU.


Review

En ocasiones un profesor tiene unan oportunidad única que es para alumnos de 16 años y hace que lamentemos no tener ya esos 16 años.

Este artículo habla del campus astronómico del ESO, European Southern Observatory, una ocasión única para estudiantes de 16 años de todos los países europeos que tuvo lugar en diciembre de 2013. Este campus combina observaciones astronómicas interesantes, la posibilidad de aprender directamente de astrónomos profesionales con deportes y actividades sociales.

Este artículo es un recurso interesante para profesores que quieran trabajar contenidos de astrofísica en edades de 16 a 18 años. Para los más jóvenes, es una buena introducción a la clasificación de estrellas. La parte más estimulante del artículo es la que muestra paso a paso el procedimiento para calcular la temperatura de la superficie de las estrellas analizando los datos de los espectros usando datos reales, lo que añade un extra a las clases. También explica algunos de los obstáculos que hay que vencer para calcular estas temperaturas, que puede servir para ampliar el trabajo.

Como se puede ver en las referencias web de este artículo el siguiente campus está programado para diciembre de 2014. ¡Quién pudiera tener otra vez 16 años!


Dr Caroline Neuberg, Fulneck School, Reino Unido




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