À procura de asteróides Teach article

Traduzido por: Artur Melo. Desejoso de salvar o mundo? Andy Newsam e Chris Leigh do ‘National Schools’ Observatory’ no Reino Unido apresentam uma actividade com a qual pode potencialmente fazê-lo: através da detecção de asteróides verdadeiros - que podem estar a dirigir-se para a…

Introduction

Imagem cortesia de NASA /
JPL-Caltech

Os asteróides, ou planetas menores, são objectos rochosos, metálicos e áridos, que orbitam o Sol, demasiado pequenos para serem considerados planetas.Dezenas de milhares de asteróides foram já descobertos até hoje, e mais de 12 000 têm nomes oficiais.

Ceres, fotografado pelo
Telescópio Espacial Hubble

Imagem cortesia de NASA, ESA
e J Parker (Southwest Research
Institute); origem da imagem:
Wikimedia Commons

O maior, Ceres, tem 1000 km de diâmetro, enquanto os mais pequenos são do tamanho de seixos. Foram descobertos apenas 15 asteróides com diâmetros superiores a 240 km e, mesmo que juntassemos todos os asteróides conhecidos, ainda teriamos um objecto menor que a Lua (diâmetro 3500 km).

A maior parte dos asteróides encontra-se na Cintura de Asteróides, entre as órbitas de Marte e Júpiter, mas outros têm órbitas que lhes permitem uma aproximação à Terra: estes são conhecidos por near-Earth objects (NEOs) – em português objectos próximos da Terra. Se estiverem numa rota de colisão com a Terra designam-se meteoróides. Quando um meteoróide entra na atmosfera terrestre a grande velocidade , o atrito fá-lo incendiar num rasto de luz conhecido por meteoro. Se o meteoro não arder completamente, o material que atinge a superfície da Terra chama-se meteorito.

A Cratera Barringer no
Arizona, EUA, tem 1.186 km
de diâmetro e180 m de
profundidade. Está limitada
por um anel de detritos de
vários tamanhos, alguns do
tamanho de casas; a
estrutura cinzenta a norte da
cratera é o centro de
acolhimento a visitantes (23
de Janeiro de 2004)

Imagem cortesia de ESA

Apesar de inúmeros asteróides de pequena dimensão atingirem a Terra, são demasiado pequenos para provocar estragos. No entanto, chegaram à superfíce alguns de grandes dimensões: a cratera Barringer com 1,186 km de diâmetro, no Arizona, EUA, foi provocada há cerca de 50 000 anos por um meteoro que apenas tinha 40 m de diâmetro. Estes impactos acontecem com intervalos de 1000 anos, mas muitas das crateras não são visíveis devido à meteorização ou à vegetação, ou porque se encontram no oceano.

Apesar de ser bastante improvável que um NEO de grandes dimensões atinja a Terra durante a nossa vida, os astrónomos tentam com empenho descobrir e seguir o maior número de NEOs possívelw1. Se conseguirem descobrir grandes NEOs que ameacem a Terra, poderá ser possível “empurrá-los” para outro lado e impedir que se despenhem na Terra.

Como podemos localizá-los? Apesar da posição das estrelas permanecer inalterada todas as noites, a Lua, os planetas e os asteróides vagueiam lentamente no meio delas. Ao contrário da maioria dos planetas, os asteróides são demasiado pequenos para serem vistos a olho nú. Para os observar precisamos de binóculos ou de um telescópio.

Na actividade que se segue, concebida pelo ‘National Schools’ Observatory’ do Reino Unidow2 (NSO; ver caixa), os alunos com idades entre os 7 e os 19 anos “caçam” asteróides usando imagens geradas pelo maior telescópio do mundo totalmente robotizado, o Telescópio Liverpool situado em La Palma, Ilhas Canárias, Espanha (8m de altura, 25 toneladas de peso e com espelhos de 2m de diâmetro). Utilizando as mesmas técnicas que os astrónomos profissionais, os alunos rapidamente aprendem a detectar asteróides verdadeiros a partir de observações reais. Os alunos mais novos podem precisar de uma introdução por parte dos professores, para os quais existem materiais de apoio onlinew3. Os alunos mais velhos podem também calcular a velocidade dos asteróides detectados (ver a tarefa avançada que segue) e enviar os dados recolhidos. O workshop combina tecnologias de informação, física e matemática numa divertida hora de descoberta.

O National Schools’ Observatory

O National Schools’ Observatory (NSO) é um importante website educacional, criado pela Liverpool John Moores University, Reino Unido. Permite às escolas realizar as suas próprias observações, em colaboração com astrónomos profissionais, com o maior telescópio do mundo totalmente robotizado – o Telescópio Liverpool, que tem 5% do seu tempo de observação alocado a escolas do Reino Unido e da Irlanda. Após preenchimento da requisição de observação, os alunos podem descarregar os dados obtidos com o telescópio e usar um software especial de tratamento de imagens para analisar as imagens resultantes. O website também fornece recursos educativos sobre astronomia.


 

Visão artistica de um
asteróide caindo em águas
tropicais pouco profundas da
costa mexicana, formando o
que é conhecido por cratera
Chicxulub. O impacto deste
asteróide poderá ter
provocado a extinção dos
dinossáurios. Felizmente,
asteróides suficientemente
grandes (1 km ou mais de
diâmetro) para provocar
danos tão graves, só atingem
o planeta em intervalos de
alguns milhões de anos

Imagem cortesia de NASA /
JPL-Caltech

Observação de Asteróides

Preparação

Todos os materiais necessários estão disponíveis gratuitamente onlinew3 sem necessidade de registo. Cada aluno (ou par de alunos) precisa de um computador com o Microsoft Windows®. A ligação à internet não é necessária para realizar a actividade se os ficheiros já tiverem sido descarregados.

  1. Descarregue e instale o software LTImage. Esta ferramenta de processamento de imagens foi desenvolvida pelo NSO e adaptado para utilização simplificada nas escolas. O LTImage pode trabalhar com todas as imagens no formato FITS, isto é, com imagens da maior parte dos telescópios profissionais do mundo. Um guia em video sobre como usar o software também está disponível online.
  2. Descarregue as notas do professor, a apresentação PowerPoint® de introdução e um conjunto de apontamentos para alunos (disponível para as idades 7-11 e 11-16; os alunos mais velhos provavelmente não precisarão deles).
  3. Introduza a actividade com a apresentação PowerPoint.
  4. Distribua uma cópia dos apontamentos a cada aluno.

Para detalhes sobre a utilização do LTImage passo a passo, veja as notas do professor.

Realização das observações

Para detectar o movimento dos asteróides, precisamos de imagens do céu nocturno obtidas há algum tempo atrás, por forma a que tenham mudado de posição entre as imagens. Para termos a certeza que a mudança de posição ocorreu, usaremos quatro imagens distintas, tiradas com intervalos de cerca de 30 minutos.

O espelho secundário do
Telescópio Liverpool

Imagem cortesia de J Marchant

Encontrará as imagens na secção ‘Data files’ da actividade ‘Hunting for Asteroids’w3

Os ficheiros ah_demo-1.fits a ah_demo-4.fits são dados simulados para poder praticar, enquanto os dados ahunt-10-1-1.fits a ahunt-10-1-4.fits são observações reais de um NEO chamado 2001 GQ2, registadas perto da meia noite do dia 5 de Abril de 2009.

  1. Guarde as oito imagens no seu computador. Como primeira tentativa, use o conjunto de imagens de demonstração (ah-demo-1, ah-demo-2,etc.) que contêm asteróides simulados para localizar.

Localizar os asteróides

  1. Inicie o LTImage e carregue a primeira imagem.

Poderá ficar desapontado porque a imagem é provavelmente muito escura. Não se preocupe, isto é normal e pode ser rectificado: a câmara no telescópio Liverpool foi projectada para determinar o número de fotões que recebe e não para tirar fotografias bonitas. Alguns dos detalhes na imagem podem estar tão escuros relativamente às estrelas brilhantes próximas que no início não os conseguimos ver. Para revelar os detalhes de objectos pouco perceptíveis, precisamos de ajustar o tamanho através das duas barras do LTImage.

  1. Carregue e altere o tamanho das outras três imagens.
Uma imagem antes e depois de ser alterada o tamanho
Imagens cortesia de National Schools’ Observatory
  1. Para procurar asteróides, usamos a técnica conhecida por cintilação. Para cintilar as imagens basta olhar para a janela principal do LTImage e passar as quatro imagens numa sucessão rápida. Por exemplo, olhe para a imagem 1 durante meio segundo, e em seguida para as imagens 2, 3 e finalmente 4, antes de regressar à imagem 1 e repetir o processo.

As estrelas não se deslocam mas o asteróide sim. É apenas isto que tem de fazer – obtenha várias imagens, faça a sua cintilação e se algum objecto se movimentar (em linha recta) é um asteróide.

Consegue ver o asteróide 2003 BK47 a deslocar-se? Clique na imagem para ampliar
Imagens cortesia de National Schools’ Observatory

No conjunto de imagens de demonstração, deverá conseguir encontrar dois asteróides (um é mais dificil de localizar que o outro). Continue a cintilar as imagens até ter a certeza. Talvez queira alterar o tempo de observação de cada imagem. Note que as estrelas podem parecer oscilar por causa do vento e de variações de alinhamento, mas o movimento dos asteróides é mais óbvio.

  1. No conjunto de imagens de demonstração, deverá conseguir encontrar dois asteróides (um é mais dificil de localizar que o outro). Continue a cintilar as imagens até ter a certeza. Talvez queira alterar o tempo de observação de cada imagem. Note que as estrelas podem parecer oscilar por causa do vento e de variações de alinhamento, mas o movimento dos asteróides é mais óbvio.
Imagem cortesia de the
National Schools’ Observatory

Determinação da posição de um NEO

  1. Após ter localizado um NEO por cintilação das imagens, o próximo passo é definir a sua posição. Para encontrar a coordenada do pixel do NEO em cada imagem, use a ferramenta Image Examine do LTImage. Veja a secção ‘Measuring the position of near-Earth objects (NEOs)’ no website da actividade ‘Asteroid Watch’w3 para instruções detalhadas.
  2. Para determinar as coordenadas X e Y, desloque o ponteiro do rato até que fique mesmo por baixo da cruz na janela ‘Examine’.
  3. Repita para cada NEO e imagem – não se esqueça de anotar todos os seus resultados.

Situações reais

Agora que já percebeu como se faz, está em condições de descarregar algumas das mais recentes observações de NEOs reais que os astrónomos ainda estão a estudar. As imagens são de locais onde se pensa que NEOs recentemente descobertos se encontram, e as observações são necessárias para apurar o nosso conhecimento das órbitas dos NEOs. Como estes são dados reais de investigação, não temos a certeza onde e se existe um NEO na imagem, mas deverá existir. Há também uma pequena probabilidade de aparecer um asteróide desconhecido no mesmo campo de visão.

  1. Vá a ‘Download some recent observations to analyse’ no website da actividade “Asteroid Watch”w3, e descarregue um conjunto de quatro imagens. Não se esqueça de anotar o código ID do grupo – irá precisar dele quando relatar os seus resultados.
  2. Dimensione e cintile as imagens, e determine a posição de todos os NEO que detectar. Haverá pelo menos um na maioria das observações . Aproximadamente1 em cada 10 casos não apresenta NEOs, e 1 em cada 100 casos apresentará dois.

Submeter os seus resultados

O Telescópio Liverpool
Imagem cortesia de J Marchant

Para submeter os seus resultados (coordenadas X e Y dos novos NEOs identificados), vá a ‘Report your results’ no website da actividade “Asteroid Watch”. Resultados considerados úteis serão transferidos para o International Astronomical Union’s Minor Planet Centerw4 para melhorar as estimativas das órbitas.

Tarefa avançada: calcular a velocidade de um asteróide

Se tiver tempo e se sentir confiante na abordagem da matemática com os seus alunos, pode utilizar o conjunto de imagens de demonstração e algumas das ferramentas do LTImage para determinar a distância percorrida pelo asteróide e a velocidade a que se desloca. Para obter instruções, descarregue a ficha de trabalho “More able tasks” no website da actividade ‘Hunting for Asteroids”w3.

Download

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Web References

Resources

  • No filme Deep Impact, os astrónomos tentam destruir um cometa antes de colidir com a Terra. Para obter um guia de observação do filme Deep Impact em sala de aula, ver:
  • Oberhummer H, Behacker M (2006) Deep Impact. Science in School 1: 78-80. www.scienceinschool.org/2006/issue1/deepimpact
  • No projecto ‘Galaxy zoo’, você ajuda os astrónomos a classificar galáxias através de imagens obtidas com o Telescópio Espacial Hubble, enquanto no ‘Moon zoo’ ajuda a classificar estruturas existentes na superfície da Lua. Ver: www.galaxyzoo.org e www.moonzoo.org

Author(s)

Andy Newsam é o director do ‘National School’s Observatory’ e responsável pelo ensino de astronomia na ‘Liverpool John Moores University’, Reino Unido. Além de desenvolver investigação em astronomia – estudando objectos como estrelas em explosão e buracos negros – está bastante empenhado na utilização da astronomia para promover um melhor conhecimento e valorização da ciência. Por este motivo, passa muito tempo em deslocações a escolas, partilhando o seu entusiasmo com os alunos e respectivos professores.

Chris Leigh tem um mestrado em astrofísica e um doutoramento em detecção e caracterização de planetas gasosos extrasolares de órbita próxima, ambos pela University of St Andrews, Reino Unido. Chris transferiu-se para a Liverpool John Moores University em 2004 e é actualmente o director de projectos para o National Schools’ Observatory. Continua envolvido na investigação e colabora com os “caçadores” de exoplanetas de todo o mundo.


Review

Após uma breve introdução aos asteróides e ao Telescópio Liverpool, o artigo apresenta uma actividade sobre localização de asteróides em imagens digitais, que pode ser usada para interligar física clássica (distância, velocidade, gravidade) e moderna (astrofísica) às Ciências da Terra (Sistema Solar, paisagens terrestres atingidas por asteróides). O trabalho prático em pequenos grupos beneficia tanto os alunos como o professor, e é garantida a produção de resultados científicos reais, que podem ser usados pela comunidade científica, para motivar a turma.

O artigo estimula questões de compreensão, tais como:

  • O que são asteróides e qual a sua origem?
  • Há asteróides que já atingiram a Terra? Que efeitos podem ser observados na Terra?
  • Quais são as características dos asteróides no Sistema Solar?
  • O que é o Telescópio Liverpool e como funciona?
  • Como pode calcular a velocidade e a distância percorrida por objectos em movimento, tais como os asteróides?

Gerd Vogt, Escola Superior de Ambiente e Economia, Yspertal, Áustria




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CC-BY-NC-SA