14 pasos hacia el

  • View
    453

  • Download
    7

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Astronomía, educación

Text of 14 pasos hacia el

  • el . UniversoCurso' de Astronom a p a r aprofesores y posgraduados. de *

    . . ciencias ..

    . .Red para la educacin astronmica

    en Ja escuela N A S E . Un in Astronmica Internacin al U A I

    } * i

    Editoras: Rosa M. Ros

    y Beatriz Garca ' 4

    * *

    V * *

  • 14 pasos hacia el Universo

    Curso de Astronoma para profesores y posgraduados de cienciasRed para la educacin astronmica en la escuela N A S E

    Unin Astronmica Internacional UAI

    Editoras: Rosa M. Ros y Beatriz Garca

  • * * # *

    Primera edicin: Agosto 2012

    : NASE 2012-07-10

    : Francis Berthomieu, Alexandre da Costa, Susana Deustua, Julieta Fierro, Beatriz Garca, Mary Kay He- menway, Ricardo Moreno, Jay M. Pasachoff, John Percy, Rosa M. Ros, Magda Stavinschi, 2012 por el texto

    Edicin: Rosa M. Ros y Beatriz Garca

    Diseo Grfico: Maria Vidal

    Impreso en la UE

    ISBN: 978-84-940453-0-1

    Imprime: Antares

    tORHACl ON T ( Onun i C/ U I N

    w w w . a n t a r c s . e t

  • ndice

    Introduccin 3

    Evolucin de las Estrellas 4

    Cosmologa 14

    Historia de la Astronoma 20

    Sistema Solar 30

    Horizonte local y Relojes de Sol 46

    Simuladores del movimiento estelar, solar y lunar 56

    Sistema Tierra-Luna-sol: Fases y eclipses 70

    Maletn del joven astrnomo 78

    Espectro solar y manchas solares 90

    Vida de las estrellas 100

    Astronoma fuera de lo visible 110

    Expansin del Universo 122

    Planetas y exoplanetas 132

    Preparacin de Observaciones 146

  • Introduccin

    Para incrementar la presencia de la astronoma en las escuelas es fundamental la formacin del profesorado. NASE tiene por objetivo principal el desarrollo de cursos de formacin de calidad en todos los pases interesados por desarrollar la astronoma en diferentes niveles de educacin, incorporar temas vinculados con la disciplina en distintos espacios curriculares o introducir a los jvenes en las ciencias a travs de aproximaciones al estudio del Universo. Estos cursos tratan sobre 14 acciones (entre conferencias y talleres) que son el comienzo del camino de formacin de los profesores en astronoma. Estos 14 pasos iniciales hacia el conocimiento del Universo se compilan en esta publicacin fruto del trabajo de un buen nmero de astrnomos profesionales y profesores que han desarrollado los cursos a lo largo de varios aos, cursos que tambin pueden encontrar en la pgina web de NASE.

    Hay que destacar que en todas las actividades propuestas se potencia la participacin activa, la observacin, y si es el caso, la realizacin de modelos que permitan comprender mejor los contenidos cientficos. Todas las escuelas tienen un patio, se propone usar este patio como laboratorio de astronoma para poder realizar observaciones y hacer que los estudiantes sean los grandes protagonistas en la tarea de aprender.

    Queremos agradecer a todos los autores su colaboracin en la preparacin de los materiales. Tambin destacar la gran ayuda recibida para realizar traducciones y contrastar las dos versiones de este libro (espaol/ ingls), as como preparar y revisar figuras y grficos a: Ligia Arias, Barbara Castanheira, Lara Eakins, Jaime Fabregat, Keely Finkelstein, Irina Marinova, Nstor Marinozzi, Erin Mentuch Cooper, Isa Oliveira, Cristina Padilla, Silvina Prez lvarez, Claudia Romagnolli, Colette Salyk, Viviana Sebben, Oriol Serrano, Rubn Trillo and Sarah Tuttle.

    Para saber ms acerca de los cursos desarrollados hasta ahora, de las actividades y nuevos cursos que han surgido despus del curso inicial, invitamos al lector a dirigirse a la pgina web de NASE. El programa no se limita a dar cursos de formacin sino que tras varias actuaciones consigue formar un grupo de trabajo con profesores del lugar que es el que despus mantiene la llama encendida, crea ms materiales y nuevas actividades, disponibles ntegramente en la web.

    En la web tambin se puede encontrar gran cantidad de materiales complementarios que ofrecen un universo de posibilidades al profesor que ha seguido los cursos de NASE, para poder ampliar sus conocimientos y las actividades a realizar en su centro.

    Finalizaremos esta presentacin con una frase de Confucio (551 a. C. - 479 a. C) que se ajusta muy bien al proyecto y a sus objetivos:

    Lo escuch y lo olvid,Lo vi y lo record,Lo hice y lo comprend

    El objetivo primordial de NASE es hacer astronoma entre todos para entender y disfrutar con el proceso de asimilacin de nuevos conocimientos.

  • Evolucin de las estrellasJohn PercyIn ternational Astronom ical Union, Universidad de Toronto (Canad)

    ResumenEste artculo contiene informacin acerca de las estrellas y la evolucin estelar, que puede ser til para los profesores de Fsica en la escuela secundaria. Tambin incluye enlaces a pginas que abordan temas del curr- culo de ciencias tpico.

    Objetivos Comprender la evolucin estelar y los procesos que la determinan. Comprender el diagrama de Hertzsprung-Russell. Comprender el concepto de magnitud absoluta y aparente.

    IntroduccinLa evolucin estelar trata sobre los cambios que se producen en las estrellas hasta su muerte. La gravedad obliga a las estrellas a irradiar energa. Para equilibrar esta prdida de energa, las estrellas producen energa por la fusin nuclear de elementos ms ligeros en otros ms pesados. Este proceso cambia lentamente su composicin qumica, y por lo tanto, sus otras propiedades. Con el tiempo, las estrellas agotan su combustible nuclear y mueren. Comprender la naturaleza y evolucin de las estrellas nos ayuda a entender y apreciar la naturaleza y evolucin de nuestro Sol, la estrella que hace posible la vida en la Tierra. Nos ayuda a entender el origen de nuestro Sistema Solar y de los tomos y molculas de las que todo, incluyendo la vida, est hecho. Nos ayuda a responder cuestiones tan fundamentales como es posible que otras estrellas produzcan suficiente energa, vivan lo suficiente y permanezcan estables el tiempo suficiente como para que la vida pueda desarrollarse y evolucionar en los planetas que las orbi- tan? Por estas y otras razones, la evolucin estelar es un tema interesante para los estudiantes.

    Las propiedades del Sol y las estrellasEl primer paso para entender el origen y la evolucin del Sol y las estrellas es entender sus propiedades. Los estudiantes deben entender cmo se determinan estas propiedades. El Sol es la estrella ms cercana y se presenta en otras conferencias de este curso. Aqu, consideramos al Sol en lo que se refiere a la evolucin este

    8

    lar. Los estudiantes deberan entender las propiedades, la estructura y la fuente de energa del Sol, porque los mismos principios permiten a los astrnomos determinar la estructura y evolucin de todas las estrellas.

    E l SolLas propiedades bsicas del Sol son relativamente fciles de determinar, en comparacin con las de otras estrellas. Su distancia media es de 1,495978715 1011 m; llamamos a esto una Unidad Astronmica. A partir de ella, su radio angular observado (959,63 segundos de arco) se puede convertir, por la trigonometra, en un radio lineal: 6,96265 108 metros o 696.265 kilmetros. Su flujo observado (1.370 W/m2) a la distancia de la Tierra se puede convertir en una potencia total: 3,85 1026 W.

    La masa se puede determinar a partir de la fuerza de atraccin gravitatoria sobre los planetas, utilizando las leyes de Newton del movimiento y la gravitacin: 1,9891 1030 kg. La temperatura de su superficie radiante la capa de la cual proviene su luz es 5780 K. Su perodo de rotacin es de aproximadamente 25 das, pero vara con la latitud en el Sol, y es casi exactamente esfrico. Est formado principalmente por hidrgeno y helio.

    Las estrellasLa propiedad observable ms evidente de una estrella es su brillo aparente. Esto es medido como una magnitud, que es una medida logartmica del flujo de energa (cantidad de energa por unidad de superficie) que nosotros recibimos.

    La escala de magnitudes fue desarrollada por el astrnomo griego Hiparcos (190-120 a.C). Clasific las estrellas como de magnitud 1, 2, 3, 4 y 5. Esta es la razn por la cual, las estrellas ms dbiles tienen magnitudes ms positivas. Ms tarde, se constat que, debido a que nuestros sentidos reaccionan de manera logartmica a los estmulos, haba una relacin fija de brillo (2.512), correspondiente a una diferencia de 1 magnitud. La estrella ms brillante en el cielo nocturno tiene una magnitud de -1,44. La estrella ms tenue visible con el telescopio ms grande tiene una magnitud de alrededor de 30.

  • El brillo aparente B de una estrella depende de su potencia P y de su distancia D, de acuerdo con la ley de la inversa del cuadrado: el brillo es directamente proporcional a la potencia e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia: B = Cte x P/D2. En las estrellas cercanas, la distancia puede ser medida por paralaje. Los estudiantes pueden hacer una demostracin de la paralaje, y para demostrar que la paralaje es inversamente proporcional a la distancia del objeto observado. La potencia de las estrellas puede ser calculada a partir del brillo medido y la ley de la inversa del cuadrado de la distancia.

    Diferentes estrellas tienen colores ligeramente diferentes, se puede ver esto ms fcilmente buscando las estrella Rigel (Beta Orionis) y Betelgeuse (Alpha Orio- nis) en la constelacin Orin (figura 1). Los estudiantes pueden observar las estrellas por la noche y experimentar la maravilla y la belleza del cielo real. Los colores de las estrellas se deben a las diferentes temperaturas de las capas de radiacin de las estrellas, estrellas fras aparecen ligeramente enrojecidas; estrellas calientes aparecen ligeramente azules. (Es lo opuesto a los colores que vemos en los grifos de agua fra y caliente en el bao!) Esto se debe a la forma en la que nuestros ojos resp