ΠΩΣ Η ΦΩΤΟΡΥΠΑΝΣΗ ΕΠΗΡΕΑΖΕΙ ΤΑ ΑΣΤΕΡΙΑ: ΜΕΤΡΗΤΕΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΜΕΓΕΘΟΥΣ

Να μάθουν τα παιδιά πώς η φωτορύπανση επηρεάζει τον βαθμό στον οποίο τα αστέρια είναι ορατά κάνοντας μετρήσεις και υπολογισμούς.

• Χρήση απλού εξοπλισμού και εργαλείων για τη συλλογή δεδομένων και την επέκταση των αισθήσεων.

• Χρήση των δεδομένων για τη συγκρότηση μιας λογικής εξήγησης όσον αφορά στη φωτορύπανση.

• Περιγραφή του τρόπου που η φωτορύπανση επηρεάζει την ορατότητα των αστεριών.

• Εφαρμογή δεξιοτήτων επιστημονικής διερεύνησης, ικανότητας και στάσεων σχετικών με την επιστήμη.

• Εκτίμηση της επίδρασης της φωτορύπανσης σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία.

Σημειώστε τη μειωμένη λαμπρότητα και τον αριθμό των αστεριών που έχουν χαθεί στον χάρτη της πόλης σας, στην τοποθεσία όπου οι μαθητές έκαναν τις μετρήσεις. Συζητήστε τα αποτελέσματα και τις παρακάτω ερωτήσεις με τους μαθητές:

• Ποιο πιστεύετε ότι θα ήταν το αποτέλεσμα (π.χ. πόσα αστέρια θα είχαν χαθεί) αν κάνατε τις μετρήσεις σας πιο κοντά στην πλησιέστερη κωμόπολη ή μεγαλούπολη;

• Τι θα συνέβαινε αν κάνατε τις μετρήσεις πιο μακριά;

• Τα φώτα στους εξωτερικούς χώρους φέγγουν έντονα ή αχνά;

• Είναι τόσο φωτεινά όσο η Πανσέληνος;

• Πόσα υπάρχουν;

• Πόσο μακριά είναι;

• Πώς διαφέρουν τα δεδομένα μας για κάποιο αστέρι από τα δεδομένα που συνέλεξαν οι άλλοι μαθητές στο δικό τους περιβάλλον και με άλλον φωτισμό (π.χ. σε διαφορετικές τοποθεσίες);

• Σε συνθήκες με εντονότερο φως, τα ίδια αστέρια έφεγγαν πιο αχνά ή πιο λαμπερά;

• Πόσο ακριβή είναι τα δεδομένα αυτά;

• Ποιες είναι οι επιπτώσεις της φωτορύπανσης; Πώς μπορούμε να τις μειώσουμε;

• Διαφάνειες εκτύπωσης (1 διαφάνεια για 3 μετρητές μεγέθους)

• Ψαλίδια (1 ανά μαθητή ή περισσότεροι μαθητές μοιράζονται ένα ψαλίδι)

• Καρτέλες αποδελτίωσης (1 ανά μαθητή)

• Σελοτέιπ

• Ένα νόμισμα (προαιρετικό) (1 ανά μαθητή)

• Πρότυπο για διαφάνειες (1 πρότυπο εκτύπωσης δίνει 3 πατρόν)

Φωτορύπανση:

Φωτορύπανση είναι το φως που σκορπίζουν κακοσχεδιασμένες και εστιασμένες εγκαταστάσεις φωτισμού. Αυτό συμβαίνει κυρίως γύρω από τα αστικά κέντρα, όπου τα φώτα των πόλεων περιορίζουν τη θέαση των αστεριών και των πλανητών. Μια δορυφορική άποψη της Γης τη νύχτα δείχνει τη φωτορύπανση ως περιοχές έντονης λαμπρότητας γύρω από αστικές περιοχές.

Μέγεθος:

Μέγεθος είναι η λογαριθμική μέτρηση της λαμπρότητας ενός αντικειμένου, στην αστρονομία, υπολογισμένη σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος ή ζώνη διέλευσης, συνήθως σε οπτικά ή εγγύς υπέρυθρα μήκη κύματος. Ο ήλιος έχει φαινόμενο μέγεθος -27, μια πανσέληνος -13 και ο φωτεινότερος πλανήτης της Αφροδίτης υπολογίζεται σε -5. Οι λαμπρότερες τεχνητές πηγές φωτός στο διάστημα, αντικατοπτρισμοί των δορυφόρων γνωστοί και ως «iridium flares», τοποθετούνται στο -9 και ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός στο -6.

Προετοιμασία:

Πριν κατασκευάσετε τον Μετρητή Μεγέθους στην τάξη, τοποθετήστε τη διαφάνεια πάνω στο εκτυπωμένο πατρόν (boxes.jpg). Παρατηρήστε ότι το προς εκτύπωση πατρόν επαναλαμβάνει ένα μοτίβο παραλληλογράμμων αριθμημένων από το 1 ως το 5 επί τρεις φορές. Κόψτε το πατρόν και τη διαφάνεια σε τρία μέρη, φροντίζοντας να μείνει ανέπαφο το μοτίβο των παραλληλογράμμων. Φτιάξτε όσα πατρόν είναι και οι μαθητές.

Επιλέξτε τον αστερισμό που θα παρατηρήσετε στο πλαίσιο της δραστηριότητας και βρείτε μια φωτογραφία του (όπως ο Ωρίωνας στο παρόν υπόδειγμα). Εκτυπώστε 1 φωτογραφία του αστερισμού ανά μαθητή. (Τους χειμερινούς μήνες στο Βόρειο Ημισφαίριο και τους θερινούς μήνες στο Νότιο Ημισφαίριο, ο Ωρίωνας είναι ένας εύκολα αναγνωρίσιμος αστερισμός νωρίς το βραδάκι).

Πριν οι μαθητές υπολογίσουν το μέγεθος των αστεριών, θα ήταν ίσως χρήσιμο να κάνετε ένα πάρτι για τα αστέρια και να διδάξετε στους μαθητές πώς να βρίσκουν τον αστερισμό και πώς να χρησιμοποιούν τους μετρητές μεγέθους τους για να υπολογίζουν τα αστρικά μεγέθη των επιλεγμένων αστερισμών.

Κατασκευή του Μετρητή Μεγέθους:

Βήμα 1

Πείτε στους μαθητές να κόψουν τα 5 παραλληλόγραμμα που αριθμούνται από το 1 ως το 5 (επισυνημμένο αρχείο "boxes.jpg") με κάθε διαφάνεια τοποθετημένη πάνω από κάθε πατρόν.

Βήμα 2

Χρησιμοποιήστε ένα νόμισμα για να φτιάξετε και να κόψετε 5 κύκλους στην καρτέλα αποδελτίωσης, διπλώστε την καρτέλα στη μέση κατά μήκος και κόψτε 5 ‘V’s για να δημιουργήσετε 5 τρύπες σε σχήμα ρόμβου. Φροντίστε οι τρύπες να βρίσκονται στη σειρά με μικρή απόσταση μεταξύ τους κατά μήκος του πιο φαρδιού μέρους της καρτέλας.

Βήμα 3

Αριθμήστε τις 5 τρύπες από το #1 tως το 5 από τα αριστερά προς τα δεξιά κατά μήκος της καρτέλας αποδελτίωσης, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Κολλήστε με ταινία το κομμάτι της διαφάνειας #1 πάνω στην τρύπα #1, φροντίζοντας το κομμάτι της διαφάνειας να καλύψει την τρύπα. Σε όλα αυτά τα βήματα, όταν κολλάτε το κάθε κομμάτι διαφάνειας στην καρτέλα, η ταινία δεν πρέπει να καλύπτει τις τρύπες. Δεν έχει σημασία αν η άγρια πλευρά της διαφάνειας είναι προς τα πάνω ή προς τα κάτω.

Βήμα 4

Κολλήστε με σελοτέιπ το κομμάτι της διαφάνειας #2 πάνω από τις τρύπες #1-2, φροντίζοντας το κομμάτι της διαφάνειας να καλύπτει τις εν λόγω τρύπες.

Βήμα 5

Κολλήστε με σελοτέιπ το κομμάτι της διαφάνειας #3 πάνω από τις τρύπες #1-3, φροντίζοντας το κομμάτι της διαφάνειας να καλύπτει τις εν λόγω τρύπες.

Βήμα 6

Κολλήστε με ταινία το κομμάτι της διαφάνειας #4 πάνω στις τρύπες #1-4, φροντίζοντας η διαφάνεια να καλύψει τις εν λόγω τρύπες.

Βήμα 7

Κολλήστε με σελοτέιπ το κομμάτι της διαφάνειας #5 κατά μήκος της καρτέλας αποδελτίωσης.

Βήμα 8

Η 1η τρύπα θα πρέπει να έχει 5 στρώματα διαφάνειας και η 5η τρύπα μόνο ένα.

Υπολογισμός του Μεγέθους των Αστεριών:

Τους χειμερινούς μήνες στο Βόρειο Ημισφαίριο και τους θερινούς μήνες στο Νότιο Ημισφαίριο, ο αστερισμός του Ωρίωνα είναι ορατός το πρώτο μισό της νύχτας. Μπορείτε να επιλέξετε να χρησιμοποιήσετε το σχέδιο του Ωρίωνα (επισυνημμένο αρχείο 1) ή κάποιου άλλου αστερισμού που λάμπει το βράδι κάποια άλλη εποχή του χρόνου. Ζητήστε από τους μαθητές να βγουν έξω στον κήπο τους μια νύχτα χωρίς φεγγάρι και σύννεφα με το σχέδιο του αστερισμού και ένα μολύβι και να βρουν τον αστερισμό στον νυχτερινό ουρανό. Τα φώτα της αυλής τους θα πρέπει να είναι σβηστά. Οι μαθητές θα πρέπει να μείνουν έξω τουλάχιστον 5 λεπτά, προκειμένου τα μάτια τους να προσαρμοστούν στο σκοτάδι.

Οι μαθητές παρατηρούν κάθε αστέρι του αστερισμού μέσα από τον Μετρητή Μεγέθους. Για κάθε αστέρι που απεικονίζεται στο σχέδιο του αστερισμού, οι μαθητές σημειώνουν γραπτώς τον μικρότερο αριθμό της τρύπας μέσα από την οποία μπορούν να δουν το αστέρι. Για παράδειγμα, ένα αστέρι με φαινόμενο μέγεθος 3 θα μπορούν να το δουν μέσα από τις τρύπες #3, 4 και 5. Οι μαθητές, όμως, θα πρέπει να καταγράψουν μόνο την τρύπα #3.

Σημειώστε ότι οι μαθητές δεν θα μπορούν να δουν κάποια από τα αστέρια που απεικονίζονται στο σχέδιο εξαιτίας της φωτορύπανσης. Αφού καταγράψουν το μέγεθος όλων των αστεριών που απεικονίζονται στο σχέδιο του Ωρίωνα, το μεγαλύτερο μέγεθος (ο μεγαλύτερος αριθμός που θα έχουν καταγράψει) θα είναι το οριακό μέγεθος (το πιο αμυδρό αστέρι) που μπορούμε να διακρίνουμε στον Ωρίωνα. Οι μαθητές θα πρέπει ακόμα να καταγράψουν την κατάσταση που επικρατεί ως προς τον φωτισμό στο μέρος όπου συνέλεξαν τα δεδομένα τους. Ζητήστε από τους μαθητές να φέρουν τα αποτελέσματά τους στην τάξη. Συγκρίνετε τα αποτελέσματα με όλη την τάξη. Να θυμόσαστε ότι όσο μικρότερο το μέγεθος, τόσο πιο λαμπρά είναι τα αστέρια. Όσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος, τόσο πιο αμυδρά ή αχνά είναι τα αστέρια. Στη συνέχεια, οι μαθητές μπορούν να υπολογίσουν πόσα αστέρια έχουν παραλείψει (π.χ. πόσα δεν κατάφεραν να δουν) στο ουρανό συνολικά, εξαιτίας της φωτορύπανσης στην περιοχή τους.

Eπέκταση γνώσεων: Υπολογισμός του Αριθμού των Αστεριών που έχουν Χαθεί

(Βασισμένο στο ‘Calculating Stars Lost’ του Fred Schaaf στο Seeing the Sky, John Wiley & Sons, 1990) Προκειμένου να ολοκληρώσετε τη δραστηριότητα, θα πρέπει πρώτα να καθορίσετε το τοπικό

οριακό μέγεθος, χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματά σας από τη δραστηριότητα «Υπολογισμού του Μεγέθους των Αστεριών» που περιγράψαμε παραπάνω.

Πλέον γνωρίζουμε ότι ο αριθμός των αστεριών που είναι ορατά επηρεάζεται από την ποιότητα του νυχτερινού ουρανού. Η Σελήνη, οι ατμοσφαιρικές συνθήκες και η φωτορύπανση δυσχεραίνουν ή καθιστούν αδύνατη τη θέαση των πιο αμυδρών αστεριών. Επίσης, πιθανώς θα έχετε ήδη ανακαλύψει ότι οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν την κλίμακα μεγέθους για να υπολογίσουν τη λαμπρότητα των αστεριών. Να θυμόσαστε ότι τα αστέρια μεγέθους 1 είναι πιο λαμπρά από τα αστέρια μεγέθους 2, τα οποία με τη σειρά τους είναι πιο λαμπρά από τα αστέρια μεγέθους 3 κ.ο.κ.

Μέσω της δραστηριότητας «Υπολογισμού του Φαινόμενου Μεγέθους των Αστεριών», μάθατε να μετράτε το οριακό μέγεθος του νυχτερινού ουρανού, με άλλα λόγια ποια είναι τα πιο αμυδρά αστέρια που μπορούμε να δούμε. Σε τέλειες συνθήκες – χωρίς Σελήνη, καθαρό ουρανό και χωρίς παρέμβαση από τεχνητά φώτα – το ανθρώπινο μάτι μπορεί να δει αστέρια μεγέθους μέχρι και 6 ή 7. Σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα, ένα οριακό μέγεθος 7 είναι σχεδόν 14.000 αστέρια! Τώρα είσαστε έτοιμοι να υπολογίσετε πόσα αστέρια δεν βλέπετε στην τοποθεσία σας. Το μόνο που πρέπει να κάνετε είναι να αφαιρέσετε από το 14.000 τον κατά προσέγγιση αριθμό αστεριών που είναι ορατά από την τοποθεσία σας. Για παράδειγμα, αν υπολογίσατε ότι το οριακό μέγεθος είναι 3, μπορείτε να δείτε 150 αστέρια με γυμνό μάτι, αλλά δεν βλέπετε περίπου 13.850 αστέρια (14,000-150 = 13,850)!

Επιπλέον δραστηριότητα: επιστήμη των πολιτών

Οι μαθητές σας μπορούν να συμβάλουν στην πραγματική επιστημονική έρευνα σχετικά με τη φωτορύπανση!

Ενημερωθείτε για τα έργα επιστήμης των πολιτών:

• http://www.space-awareness.org/en/games/globe-night/

• http://www.space-awareness.org/en/games/dark-skies-iss/

• http://www.space-awareness.org/en/games/lost-night/

• http://www.space-awareness.org/en/games/loss-night/

Space Awareness curricula topics (EU and South Africa)

Our wonderful Universe, the science of Astronomy

National Curricula UK

GCSE, physics: AQA Science A/Edexcel/OCR A/OCR B/WJEC GCSE, astrophysics: Edexcel A level, physics: Edexcel, OCR A, OCR B, WJEC A level, science: Earth and space

• Τι είναι η Φωτορύπανση: http://www.globeatnight.org/learn_light.html - Διαδραστικό παιχνίδι για τη φωτορύπανση: http://www.globeatnight.org/learn_orionsky.html

• Σύστημα Αστρικού Μεγέθους: http://www.skyandtelescope.com/howto/basics/Stellar_Magnitude_System.html - Η κλίμακα αστρονομικών μεγεθών: http://www.icq.eps.harvard.edu/MagScale.html