CUM AFECTEAZĂ POLUAREA LUMINOASĂ STELELE: DETERMINATOARELE DE MAGNITUDINE

Să afle cum afectează poluarea luminoasă vizibilitatea stelelor efectuând măsurători și calcule.

• Să folosească echipamente și instrumente simple pentru a aduna date și a augmenta simțurile.

• Să folosească datele pentru a elabora o explicați rezonabilă a poluării luminoase.

• Să descrie modul în care poluarea luminoasă afectează vizibilitatea stelelor.

• Să aplice competențe de interogare științifică, abilități și atitudini asociate cu știința.

• Să estimeze impactul poluării luminoase într-o zonă anume.

Plasați magnitudinea limită și numărul de stele pierdute pe o hartă a localității dumneavoastră, în locul în care elevii au făcut măsurătorile. Discutați pe marginea rezultatelor și a următoarelor întrebări cu elevii:

• Care credeți că ar fi rezultatul (numărul de stele pierdute) dacă ați face măsurătoarea mai aproape de localitate?

• Dar mai departe?

• Luminile exterioare sunt puternice sau slabe?

• Sunt la fel de luminoase ca Luna?

• Câte sunt?

• Cât de departe sunt?

• Ce diferențe se înregistrează între datele culese de elevi pentru fiecare stea, în funcție de condițiile de iluminat specifice (de exemplu, din locuri diferite)?

• În situațiile cu lumină mai puternică, stelele erau mai strălucitoare sau mai palide?

• Cât de precise sunt aceste date?

• Care este impactul poluării luminoase? Cum îi putem reduce impactul?

• Folii transparente pentru retroproiector (o folie pentru trei determinatoare de magnitudine)

• Foarfeci (câte una de elev; alteranativ, le pot folosi în comun)

• Fișe de bibliotecă (câte una de elev)

• bandă adezivă

• o monedă (opțional) (câte una de elev)

• șabloane pentru foliile transparente (dintr-u șablon tipărit se obțin trei șabloane)

Poluarea luminoasă:

Poluarea luminoasă este lumina difuză emisă de instalații de iluminat prost concepute sau direcționate. Fenomenul se observă cu precădere în jurul centrelor urbane, acolo unde luminile orașelor fac dificilă observarea stelelor și planetelor. Într-o imagine din satelit a Pământului pe timp de noapte, poluarea luminoasă ia forma regiunilor strălucitoare din jurul zonelor urbane.

Magnitudine:

În astronomie, magnitudinea este expresia logaritmică a luminozității unui obiect, măsurată la o lungime de undă sau bandă de trecere specifică, de obicei la lungimi de undă optice sau apropiate de infraroșu. Soarele are o magnitudine aparentă de -27, luna plină, de -13, iar cea mai luminoasă planetă, Venus, măsoară -5. Cele mai strălucitoare surse de lumină produse de om din spațiu, reflexiile sateliților, cunoscut și ca „strălucirile Iridium”, măsoară -9, iar Stația Spațială Internațională, -6.

Pregătiri:

Înainte de a construi determinatorul de magnitudine la ora de curs, suprapuneți folia transparentă peste șablonul imprimat. Observăm că șablonul conține o serie de cinci dreptunghiuri, numerotate de la 1 la 5, în triplu exemplar. Decupați șablonul și folia transparentă în trei, respectând modelul dreptunghiurilor. Realizați un număr de șabloane egal cu cel de elevi.

Alegeți constelația pe care o veți observa în cadrul acestei activități și căutați o imagine cu aceasta (precum cea cu Orion din această activitate). Imprimați câte un exemplar din imaginea constelației

pentru fiecare elev. (Orion este o constelație ușor de recunoscut în timp ce se înserează, în timpul lunilor de iarnă în emisfera nordică și al lunilor de vară în emisfera sudică).

Înainte ca elevii să estimeze magnitudinea stelelor, o idee bună ar fi să organizați o activitate de observare a stelelor, pentru a-i învăța cum să găsească o constelație și cum să folosească determinatoarele de magnitudine pentru a estima magnitudinea stelelor din constelația aleasă.

Construirea determinatorului de magnitudine:

Etapa 1

Rugați elevii să decupeze cele cinci dreptunghiuri numerotate de la 1 la 5 (din anexa 1), împreună cu folia transparentă suprapusă peste șablon.

Etapa 2

Cu ajutorul unei monede, trasați și decupați cinci cercuri pe fișa de bibliotecă. Alternativ, pliați fișa în jumătate, pe lungime, apoi efectuați cinci tăieturi în formă de „V” pentru a obține cinci decupaje în formă de romb. Fiți atenți ca decupajele să fie ușor distanțate și să fie dispuse în linie, de-a lungul celei mai late porțiuni a fișei.

Etapa 3

Numerotați cele cinci decupaje de la stânga la dreapta, ca în imaginea de mai jos. Lipiți bucata de folie transparentă #1 peste orificiul #1, asigurându-vă că o acoperă. Indiferent de etapă, banda adezivă cu care lipiți bucățile de folie transparentă nu trebuie să acopere orificiile din fișă. Nu contează dacă fața rugoasă a foliei transparente este orientată în sus sau în jos.

Etapa 4

Lipiți bucata de folie transparentă #2 peste orificiile #1-2, asigurându-vă că le acoperă.

Etapa 5

Lipiți bucata de folie transparentă #3 peste orificiile #1-3, asigurându-vă că le acoperă.

Etapa 6

Lipiți bucata de folie transparentă #4 peste orificiile #1-4, asigurându-vă că le acoperă.

Etapa 7

Lipiți bucata de folie transparentă #5 pe lungimea fișei de bibliotecă.

Etapa 8

Primul orificiu ar trebui să fie acoperit de cinci folii transparente, iar al cincilea, doar de una.

Estimarea magnitudinii stelelor:

În lunile de iarnă din emisfera nordică și în cele de vară din emisfera sudică, constelația Orion este vizibilă în prima jumătate a serii. Puteți folosi ilustrația constelației Orion (anexa 2) sau cea a unei alte constelații vizibilă seara într-o altă perioadă din an. Rugați elevii să iasă din casă într-o noapte fără lună și nori, având asupra lor ilustrația constelației și un creion, pentru a localiza constelația pe cerul nocturn. Lumina ambientală ar trebui să fie absentă. Elevii vor avea nevoie de cel puțin cinci minute până când privirea li se adaptează cu întunericul.

Elevii vor observa fiecare stea cu ajutorul determinatorului de magnitudine. În dreptul fiecărei stele din constelație, elevii vor nota cel mai mic număr de orificiu prin care pot vedea steaua. Aceasta reprezintă estimarea magnitudinii sau luminozității stelei. De exemplu, o stea cu magnitudinea 3 va putea fi observată prin orificiile #3, 4 și 5. Elevul va nota doar orificiul #3.

De reținut că elevii nu vor reuși să vadă o parte dintre stelele de pe ilustrație din cauza poluării luminoase. După ce vor fi consemnat magnitudinea tuturor stelelor din ilustrația constelației Orion, magnitudinea cea mai mare (numărul cel mai mare notat) va fi magnitudinea limită (steaua cea mai palidă) din constelația Orion. De asemenea, elevii vor consemna condițiile de iluminat din locul în care au consemnat datele. Rugați elevii să vină cu rezultatele la oră, pentru a le compara cu cele ale colegilor. Rețineți că magnitudinea stelelor este invers proporțională cu strălucirea lor. Elevii vor putea astfel să estimeze câte stele au pierdut (nu le pot percepe) pe întreg cerul din cauza poluării luminoase din zona lor.

Extindere: Estimarea numărului de stele pierdute

(Conform „Calculating Stars Lost” („Calcularea stelelor pierdute”), de Fred Schaaf, în „Seeing the Sky” („Observarea cerului”), John Wiley & Sons, 1990) Pentru a putea efectua această activitate, va trebui să determinați magnitudinea limită locală, folosind rezultatele activității „Estimarea magnitudinii stelelor” de mai sus.

Ați aflat deja că numărul de stele vizibile este afectat de calitatea cerului nocturn. Luna, condițiile atmosferice și poluarea luminoasă ne pot îngreuna sau împiedica să vedem stelele mai puțin luminoase. De asemenea, probabil că ați aflat că astronomii folosesc scara de magnitudinea pentru a măsura luminozitatea stelelor. Rețineți că stelele cu magnitudinea 1 sunt mai luminoase decât stelele cu magnitudinea 2, care sunt, la rândul lor, mai luminoase decât cele cu magnitudinea 3 etc.

Prin intermediul activității „Estimarea magnitudinii stelelor”, ați învățat să măsurați magnitudinea limită a cerului nocturn din zona dumneavoastră, valoare care indică stelele cele mai palide care pot

fi observate. În condiții perfecte – fără Lună, cer senin și fără interferențe luminoase – ochiul uman poate distinge stele de magnitudinea 6 sau 7. Potrivit tabelului de mai jos, o magnitudine limită de 7 înseamnă circa 14.000 de stele! Acum, puteți calcula câte stele pierdeți în locul în care vă aflați. Nu vă rămâne decât să scădeți numărul aproximativ de stele vizibile din locul în care efectuați observația din cifra 14.000. De exemplu, dacă magnitudinea limită măsurată de dumneavoastră este 3, puteți vedea circa 150 de stele cu ochiul liber, însă pierdeți circa 13.850 de stele (14.000-150 = 13.850)!

Activități suplimentare: știință civică

Elevii dumneavoastră pot contribui la activități autentice de cercetare pe marginea poluării luminoase!

Vă invităm să consultați următoarele proiecte de știință civică:

• 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

• Ce este poluarea? http://www.globeatnight.org/learn_light.html - Joc interactiv despre poluarea luminoasă: http://www.globeatnight.org/learn_orionsky.html

• Sistem de magnitudine stelară: http://www.skyandtelescope.com/howto/basics/Stellar_Magnitude_System.html - Scara magnitudinii astronomice: http://www.icq.eps.harvard.edu/MagScale.html