Traduzido por Pedro Augusto. No dia 26 de Dezembro de 2013, depois de uma longa e excitante viagem, 56 estudantes do ensino secundário de 18 países diferentes chegaram ao seu destino: a pitoresca aldeia alpina de Saint-Barthélemy, na Itália, onde foi construído o Observatório Astronómico…
No dia 26 de Dezembro de 2013, numa altura em que as noites são longas e llimpas nos Alpes, 56 estudantes do ensino secundário de 18 países chegaram ao seu destino: a pitoresca aldeia alpina de Saint-Barthélemy, na Itália, ofuscante debaixo de neve fresca.
Os participantes travaram conhecimento mútuo imediatamente, partilharam histórias e, em breve, já se riam juntos. Estavam todos mortos por começar esta semana única no primeiro Acantonamento de Astronomia do ESOw1, tendo por anfitrião o Observatório Astronómico da Região Autónoma do Vale de Aosta (OAVdA).
Na primeira noite pendurou-se um mapa do mundo na sala de aulas e toda a gente marcou o seu país. Com as etiquetas, o mapa ficou muito colorido – exatamente como o Universo sobre o qual os curiosos estudantes iriam aprender em breve.
O programa do acampamento explorou o tema do Universo visível e invisível através de aulas, atividades hands-on e observações noturnas com os telescópios e instrumentos do Observatório.
Atividades sociais, desportos de inverno, um espetáculo de planetário e encontros ao chá multi-culturais contribuiram para tornar o acampamento uma experiência memorável para os participantes.
Parte da sua excitação veio da oportunidade de passarem tempo com astrónomos profissionais que, não só, partilharam o seu conhecimento e entusiasmo com os estudantes durante as atividades mas também foram tão bombardeados de questões durante as refeições que mal tinham tempo de comer a deliciosa comida preparada pelo pessoal do hostel!
O programa começou com uma introdução à luz visível e uma explicação de como interpretar a luz que chega das estrelas de forma a calcular as suas temperaturas.
O espetro de uma estrela é um espetro de absorção: a fotosfera estelar – a fina camada onde o gás estelar faz a transição de opaco para transparente e onde a luz pode escapar para o espaço – emite luz em todos os comprimentos de onda mas alguns comprimentos de onda específicos são absorvidos pelos elementos na superfície da estrela. Esta absorção cria riscas escuras, relativas aos comprimentos de onda que faltam no espetro.
Além disso, a cor da estrela – ou, para sermos mais precisos, o máximo brilho do espetro – depende da temperatura da fotosfera estelar: muda para azul se a estrela for mais quente e para o vermelho se for mais fria, como se explica pelas leis de corpo negro (ver a caixa abaixo).
As leis de corpo negro dizem-nos que um gás quente, denso e opaco emite um espetro contínuo de comprimentos de onda cujo brilho máximo se desloca na direção dos comprimentos de onda mais curtos quando a temperatura aumenta. Uma vez que a luz azul tem um comprimento de onda mais curto do que a luz vermelha, a cor com que vemos uma estrela muda de vermelho, para as estrelas mais frias, para laranja, amarelo, branco (quando o pico de brilho está no verde as estrelas, de facto, parecem brancas) e, finalmente, azul, para as estrelas mais quentes.
Mais precisamente, os comprimentos de onda específicos absorvidos pelos elementos na superfície da estrela correspondem à quantidade de energia que os eletrões nos átomos desses elementos precisam para atingirem um nível mais alto de energia. Os níveis energéticos que os eletrões ocupam mudam de átomo para átomo e também dependem da temperatura do gás.
Como diferentes estrelas têm composições químicas semelhantes, os comprimentos de onda absorvidos dependem, principalmente, da temperatura. Assim, numa primeira aproximação, podemos considerar que tanto a cor de uma estrela como as riscas escuras no seu espetro dependem da sua temperatura. A cor e as riscas estão correlacionadas: estrelas azuis mostram certas riscas e as vermelhas outras.
Os astrónomos compreenderam esta correlação na segunda metade do séc.XIX e estabeleceram o que chamaram de “classificação espetral”. A mais importante, chamada de “Classificação de Harvard”, foi criada no início do séc.XX e ainda está hoje em uso, com muito poucas alterações.
A Classificação de Harvard considera sete classes principais: O, B, A, F, G, K e M, em ordem de temperatura decrescente:
Estrelas O e B são azuis;
Estrelas A são brancas;
Estrelas F e G são amarelas;
Estrelas K são laranja;
Estrelas M são vermelhas.
Cada classe é ainda dividida em 10 tipos, indicados por algarismos de 0 a 9, onde 0 é o mais quente e 9 o mais frio. Assim, temos estrelas que são de tipo A0 (Vega), G2 (Sol) e K5 (Aldebaran), por exemplo.
Acresce que estrelas com a mesma temperatura podem ter raios e luminosidades diferentes. De forma a refletir esta variabilidade, uma classificação em luminosidade com numerais romanos complementa a Classificação de Harvard:
Ia são supergigantes brilhantes;
Ib são supergigantes menos brilhantes;
II são gigantes brilhantes;
III são gigantes;
IV são sub-gigantes;
V são anãs.
A luminosidade também tem um pequeno impacto nos espetros mas isto não foi explicado em detalhe no acampamento.
A correlação entre a cor estelar e as riscas espetrais significa que cada classe da Classificação de Harvard é caracterizada por riscas que são típicas da temperatura dessa classe:
No primeiro dia pediu-se aos alunos para escolherem a sua estrela favorita numa foto do céu de Inverno de forma a calcular a sua temperatura e máximo de emissão, baseados no seu espetro tabelado.
De noite, grupos de estudantes operaram um espetrógrafo e uma câmera CCD acoplada a um dos telescópios didáticos de forma a capturarem o espetro de várias estrelas favoritas, entre as quais Aldebaran, Betelgeuse, Dubhe, Mirphak e Sírius.
Estes espetros foram depois usados no dia seguinte para calcular as temperaturas das estrelas e classificá-las. Os alunos mostraram ser excelentes companheiros de equipa. Pode descarregar a explicação passo-a-passo de como implementar esta atividade na sua sala de aula, junto com o espetro de várias estrelas, do website do Science in Schoolw2.
Aula após aula e atividade após atividade, os astrónomos abriram novas janelas no Universo ao mostrarem-no aos alunos numa luz diferente. A curiosidade pairava no ar e questões foram feitas e respondidas sobre o Universo dos infravermelhos, rádio, ultravioleta e raios X.
Várias outras atividades baseadas numa competição saudável foram implementadas de forma a desenvolver o espírito de trabalho de equipa. A competição Antares, por exemplo, desafiou os estudantes a utilizarem riscas de absorção no espetro de forma a classificarem um conjunto de estrelas famosas e menos famosas de acordo com o esquema de Classificação de Harvard. O torneio de “tecnologia microondas sem forno” foi outra atividade que envolveu seis grupos na medição da direção em que era recebido um sinal de uma antena.
O acampamento terminou, enquanto a International Space Station passava por cima das nossas cabeças, num inesquecível jantar de gala com a entrega de prémios e prendas pelo ESO. O tempo voou, mas a memória das atividades do acampamento e as amizades vão durar para sempre. Já estamos ansiosos pelo acampamento do próximo anow3!
O acampamento foi uma experiência fantástica. Conhecer tanta gente de outras culturas com maneiras diferentes de pensar e tendo a oportunidade de discutir tópicos quentes com eles foi único e excitante.
Gabriele, 16, Itália
Não exagero quando digo que a noite das observações foi a mais excitante do acampamento! Escrutinamos espetroscopia estelar junto com pessoal do Observatório – uma das partes mais interessantes da astronomia para mim. […] Tenho a certeza que o que aprendi no Acantonamento do ESO vai ser útil na minha educação futura.
Daniil, 16, Rússia
[…] Em breve assentámos numa fantástica rotina de aulas de astronomia e atividades apenas interrompidas pelas refeições e excursões de inverno. […] No final do acampamento eu experimentei alguns dos melhores dias da minha vida.
Hera, 16, Suécia
Um agradecimento especial vai para os supervisores do Acantonamento Emily, Koen, Lorenzo e Mariona (também pelo texto do blog e pelas fotos) e para os astrónomos do Acantonamento pelas suas aulas e atividades fantásticas: Davide Cenadelli, Enzo Bertolini, Andrea Bernagozzi, Paolo Pellissier e Paolo Recaldini (Observatório do Vale de Aosta), Lars Lindberg Christensen (ESO), Anna Wolter (ESO/INAF), Juan Fabregat (Universidade de Valência), Aniello Mennella e Paola Battaglia (Universidade de Milão).
Como professor, por vezes encontramos oportunidades que se destinam a pessoas de 16 anos de idade e lamentamo-nos de já não ter essa idade.
Este artigo promove o Acantonamento Astronómico do ESO, European Southern Observatory, uma espantosa oportunidade que alguns alunos com 16 anos, de qualquer país europeu, aproveitaram em Dezembro de 2013. Este acampamento equilibrou excitantes observações e aulas astronómicas com astrónomos profissionais e um saudável programa social e desportivo.
Para professores este artigo é um recurso excelente e completo para utilizar durante uma aula de astrofísica para alunos dos 16 aos 18 anos. Para alunos mais novos fornece uma boa introdução à classificação estelar. A parte estimulante deste artigo é que ele oferece um procedimento fácil de seguir para o cálculo de temperaturas superficiais de estrelas através da análise do seu espetro, com recurso a dados reais, o que é sempre um bónus numa licão. Também expõe alguns dos desafios encontrados quando se calculam estas temperaturas, uma possível extensão do trabalho.
Analisando as referências web dadas neste artigo, vi que outro Acantonamento de Astronomia do ESO está previsto para este Dezembro 2014. Oh, quem me dera ter outra vez 16 anos!
Dr Caroline Neuberg, Fulneck School, Reino Unido