Stellarium: aprendendo astronomia com software

De Edson Pedro Cecílio Jr.

Quantas vezes a distância média entre a Terra e a Lua é menor que distância média entre a Terra e o Sol?

Quantas Luas cabem dentro da Terra?

Será que hoje à noite Júpiter estará visível no céu? E Marte? E as três Marias?

Se uma determinada estrela nasceu hoje às 20h no horizonte, em que horário essa mesma estrela irá nascer daqui a uma semana?

Em que dia do ano o Sol nasce exatamente na direção do ponto cardeal Leste?

Em que dia do ano a noite é mais longa?

O que a linha do Equador tem de especial? E os trópicos de Câncer e Capricórnio? E os círculos polares ártico e antártico?

Se você mora em uma casa de formato retangular, no estado de Santa Catarina, com cada parede voltada para um dos pontos cardeais, qual das paredes nunca irá receber a luz solar diretamente?

É possível saber a latitude do local em que você mora usando as estrelas como guia?

A que horas a Lua Minguante nasce?

Por que não acontecem eclipses todo mês?

Como diferenciar um planeta de uma estrela, ao realizarmos uma observação a olho nu?

É possível observar Vênus às 22h horas?

A Astronomia responde a todas essas perguntas e a muitas outras! Que tal aprender os fundamentos dessa maravilhosa ciência e ser capaz de compreender como os corpos celestes se comportam no céu e como isso nos influencia tanto no dia a dia? Com o curso Stellarium: Aprendendo astronomia com software isso é possível! Você aprenderá todos os conceitos facilmente, usando as ferramentas e simulações que esse software possui.

• Idioma: Português
• Editora: Editora Appris
• Data de lançamento: 1 de jan. de 2016
• ISBN: 9788547301019

Pré-visualização do livro

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Editora Appris Ltda.

1ª Edição – Copyright© 2016 dos autores

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COMITÊ CIENTÍFICO DA COLEÇÃO ENSINO DE CIÊNCIAS

Não se pode discordar de um fato.

Assim, às vezes, aceitar a verdade é mais difícil que entendê-la.

O Autor

Apresentação

Bem-vindo ao fascinante mundo da Astronomia! Neste livro você vai aprender os conceitos básicos mais importantes dessa maravilhosa ciência, além de recordar conceitos de outras disciplinas que têm relação direta com a Astronomia, como a Física, a Matemática e a Geografia.

O curso todo é baseado no uso do Stellarium, um software que simula a aparência do céu e que, por meio de diversos recursos, torna o aprendizado dos conceitos astronômicos mais rápido e eficiente.

Na primeira parte do livro, além de uma introdução à Astronomia, você encontrará um manual completo do software. Estude a primeira parte com atenção e, conforme for aprendendo os recursos ao longo do livro, procure testá-los no software, para praticar.

Ao fazermos um curso de Planinhas Eletrônicas, por exemplo, acabamos aprendendo Matemática, certo? Aqui funciona da mesma forma: enquanto você aprende a mexer no Stellarium, conjuntamente serão vistos alguns conceitos de Astronomia, e ao terminar a primeira parte você estará craque tanto no uso dos recursos do software como também nos conceitos de Astronomia!

Na segunda parte, você encontrará nove atividades muito interessantes, abrangendo todos os conceitos astronômicos fundamentais. Cada atividade possui uma introdução teórica que deve ser estudada com muita atenção. Em seguida vem a seção Praticando com o Stellarium, onde você deve, usando o software, realizar medidas, completar tabelas, além de realizar alguns cálculos, quando solicitado. Depois, há perguntas sobre as medidas e cálculos realizados para verificar se você realmente aprendeu o conceito envolvido na Atividade. Na seção Você sabia? são abordados detalhes históricos e interessantes relacionados ao conceito aprendido. Na seção Não se esqueça você encontra um resumo do que foi aprendido. Finalmente, ao final de cada Atividade, existem exercícios para fixar a aprendizagem. As respostas das Atividades e dos exercícios são encontradas no fim do livro, no Gabarito.

Nas três primeiras Atividades, você conhecerá as ferramentas fundamentais da Astronomia: como medir comprimentos, intervalos de tempo e ângulos com o software. Depois, nas Atividades IV e V, você vai conhecer a esfera celeste e as formas de localizar objetos no céu, por meio de suas coordenadas celestes. A Atividade VI explora as regras que regem os movimentos das estrelas pelo céu. A Atividade VII é toda dedicada ao nosso astro-rei: o Sol. Em seguida, há uma atividade exclusiva para aprender sobre nosso satélite natural: a Lua. O livro termina com uma atividade sobre as Leis de Newton, Leis de Kepler e o movimento dos planetas.

Apesar de os conceitos astronômicos serem ensinados por meio de um software, é muito importante que depois você verifique tudo o que aprendeu olhando para o céu real.

Esperamos que goste do livro e que ele contribua para despertar em você o gosto pela mais antiga das ciências: a Astronomia.

O autor

SUMÁRIO

Manual do Software

CAPÍTULO I

INTRODUÇÃO 

O que é Astronomia? 

A relação da Astronomia com outras ciências 

Um auxílio valioso para aprender Astronomia: o planetário 

Que tal um planetário portátil? 

O software Stellarium 

Nosso curso virtual de Astronomia 

CAPÍTULO II

BEM VINDO AO SOFTWARE STELLARIUM 

Instalando o Software 

Executando o software pela primeira vez 

A ajuda é sempre bem-vinda 

CAPÍTULO III

AJUSTES FUNDAMENTAIS DO SOFTWARE 

Primeiros ajustes 

Movendo-se pelo céu 

Selecionando, centralizando e seguindo objetos 

Observando mais de perto: o zoom! 

Controlando a forma como o tempo passa 

CAPÍTULO IV

A BARRA DE FERRAMENTAS HORIZONTAL 

Linhas das constelações 

Nomes das contelações 

Arte das contelações 

Grade equatorial/grade azimutal 

Superfície 

Pontos cardeais 

Atmosfera 

Nebulosas e galáxias 

Planetas 

Montagem do telescópio 

Centralizar e seguir 

Modo noite 

Modo tela cheia 

Visão ocular 

Satélites 

Desligar 

CAPÍTULO V

UM ‘TOUR’ PELO UNIVERSO 

Uma ferramenta muito útil: a janela de procura 

A Lua 

Júpiter 

O Sol 

Sirius 

O Cruzeiro do Sul e as Três Marias 

A Galáxia de Andrômeda 

CAPÍTULO VI

A JANELA DE ‘CÉU A VER 

Céu 

Paisagem 

Mitologia 

CAPÍTULO VII

A JANELA DE CONFIGURAÇÃO E OUTROS RECURSOS 

Principal 

Navegação 

Ferramentas 

Scripts 

Extensões 

Outros comandos importantes 

Considerações finais 

Atividades

ATIVIDADE I - MEDINDO DISTÂNCIAS

DISTÂNCIAS E SUAS UNIDADES BÁSICAS DE MEDIDA 

A velocidade da luz e o ano-luz 

A trena virtual do Stellarium 

Parte A – Distância entre a Terra e alguns corpos celestes notáveis 

Parte B – Distância entre alguns corpos celestes 

Exercícios 

ATIVIDADE II – MEDINDO O TEMPO

O TEMPO E SUAS UNIDADES DE MEDIDA

O formato decimal para intervalos de tempo 

Usando o relógio do Stellarium 

Parte A – Horário que alguns corpos celestes nascem e se põem 

Parte B – A duração do dia no inverno e no verão 

Exercícios 

ATIVIDADE III – MEDINDO ÂNGULOS

O ÂNGULO E SUAS UNIDADES DE MEDIDA 

Fenômenos Periódicos e Velocidade Angular 

Usando ângulos como ferramenta 

Parte A – Qual o raio de Júpiter? 

Parte B – O tamanho do Sol e da Lua 

Exercícios 

ATIVIDADE IV: LOCALIZANDO OBJETOS CELESTES

DETERMINANDO OS PONTOS CARDEAIS 

Ajustando sua localização 

Determinando a posição de uma estrela no céu 

Coordenadas Azimutais no Stellarium 

Parte A – Observando estrelas em um mesmo local 

Parte B – Observando estrelas em locais diferentes 

Exercícios 

ATIVIDADE V: A ESFERA CELESTE

MEDINDO ÂNGULOS NA PRÁTIC

Os polos e o Equador celeste 

A imobilidade dos polos e do Equador celeste 

O meridiano celeste 

Parte A – Nossos guias do céu: os polos celestes 

Parte B – Onde ficam os polos e o Equador celeste? 

Exercícios: 

ATIVIDADE VI – O MOVIMENTO APARENTE DAS ESTRELAS

AS ESTRELAS NA ESFERA CELESTE E O EFEITO DA ROTAÇÃO DA TERRA 

Sistema de Referência Equatorial 

Elementos que impedem a visão das estrelas 

O Sol e a atmosfera 

O horizonte 

O efeito da translação da Terra 

Praticando com o Stellarium 

Parte A - Nosso relógio celeste: O Cruzeiro do Sul 

Parte B – O Cruzeiro do Sul funcionando como relógio anual 

Exercícios 

ATIVIDADE VII – O SOL

CORPOS QUE NÃO SEGUEM AS REGRAS DAS ESTRELAS 

O Sol: nossa fonte de vida 

O efeito da rotação da Terra 

O efeito da translação da Terra 

O caminho diário do Sol 

A importância da eclíptica 

Parte A – A eclíptica 

Parte B – A trajetória do Sol ao longo do dia 

Exercícios 

ATIVIDADE VIII – A LUA

NOSSO SATÉLITE NATURAL 

O efeito da translação da Lua 

A Inclinação da órbita da Lua 

O efeito da rotação da Lua 

Eclipse Solar e Lunar 

Uma ferramenta fundamental: a Geometria 

Parte A – O caminho da Lua ao longo da região da eclíptica 

Parte B – As fases da Lua 

Exercícios 

ATIVIDADE IX – NEWTON, KEPLER E OS PLANETAS DO SISTEMA SOLAR

AS LEIS DE NEWTON, OS MOVIMENTOS DOS PLANETAS E A GRAVIDADE 

Trajetórias possíveis de um corpo sob a ação da gravidade 

A Primeira lei de Kepler 

A Segunda Lei de Kepler 

A Terceira Lei de Kepler 

Os Planetas do sistema solar 

O Movimento Aparente dos Planetas 

Regras Gerais 

Condições de Visibilidade dos Planetas – Configurações Planetárias 

Planetas Inferiores 

Planetas Superiores 

Período Sideral, Período Sinódico e Movimento retrógrado 

PARTE A – Estudando o comportamento de Mercúrio 

PARTE B – O trânsito de Mercúrio 

Exercícios 

GABARITO 

REFERÊNCIAS 

STELLARIUM:

Aprendendo Astronomia

com Software

Manual do Software

Capítulo I

Introdução

O que é Astronomia?

A curiosidade e a necessidade sempre levaram o homem a buscar explicações para os diversos fenômenos que o rodeiam. Certamente os que chamam mais atenção, desde tempos primitivos, são os fenômenos celestes. Basta o Sol se pôr para que um belíssimo espetáculo aconteça diante de nossos olhos todas as noites no céu. Um número incontável de estrelas e outros corpos celestes aparecem, exibindo comportamentos muito interessantes e, ao mesmo tempo, intrigantes. Para muitos de nós, moradores de grandes cidades, é necessário viajar para o interior e passar a noite em locais mais escuros, longe das luzes dos grandes centros, para que seja possível contemplar esse espetáculo. É possível inclusive que muitas pessoas que sempre moraram em grandes cidades ainda não conheçam a beleza de um céu estrelado!

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Figura 1 – Um belíssimo céu noturno¹

A intenção deste curso é iniciar o leitor nessa maravilhosa ciência da Astronomia, para que, ao finalizar, você seja capaz de entender melhor como os corpos celestes se comportam e quais são suas principais características.

Após contemplar esse espetáculo por algum tempo e observar fatos da vida cotidiana, algumas perguntas surgem na mente dos homens, tais como: Como essas estrelas se movem no céu? Por que algumas estrelas são visíveis apenas em determinadas épocas do ano? Será que todas as estrelas estão à mesma distância de nós? E a Lua? Por que ela exibe diversas formas à medida que os dias vão passando? Quanto tempo leva para uma Lua cheia passar para a próxima fase? Onde a Lua nasce e onde ela se põe? Por que em algumas noites não há Lua? E o Sol? Como ele se movimenta pelo céu? Por que em certas épocas do ano os dias são mais longos e faz calor e em outras os dias são mais curtos e faz frio? Isso tem alguma coisa a ver com a posição do Sol no céu? Por que de vez em quando acontecem eclipses? E como eles ocorrem? Se um eclipse aconteceu hoje seria possível prever quando será o próximo? Alguns corpos celestes são diferentes das outras estrelas: eles não cintilam e não se movem junto com as estrelas. Por quê?

Desde a pré-história, o homem é fascinado pelo céu e sempre desejou entender como os corpos celestes se comportam, não só por conta de nossa curiosidade nata, mas porque o entendimento de alguns desses fenômenos nos auxilia na vida cotidiana em atividades como a agricultura e a navegação, por exemplo. Saber qual é o sinal que o céu nos dá avisando que vai fazer calor ou frio nos meses seguintes é fundamental para planejar o que e quando plantar. Olhando para o céu e conhecendo o comportamento das estrelas, é possível determinar nossa localização e estabelecer rotas para chegar a algum lugar específico.

Havia também aqueles que acreditavam que o movimento dos astros poderia influenciar diretamente a vida das pessoas e uma boa compreensão do comportamento dos corpos celestes poderia resultar em uma previsão de algum acontecimento importante na vida de alguém.

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Figura 2 – A influência dos astros na vida cotidiana²

Assim surgiu a Astronomia, a mais antiga das ciências, que tem por objetivo estudar os corpos celestes e responder perguntas como as citadas acima, além de muitas outras que foram aparecendo, especialmente quando o homem começou a olhar para o céu através de instrumentos de observação, tomando conhecimento de outros tipos de corpos celestes, e fenômenos a eles associados, que eram impossíveis de se perceber a olho nu.

A relação da Astronomia com outras ciências

Além do prazer que o estudo dos corpos celestes pode proporcionar, aprender Astronomia faz com que aprendamos também outras disciplinas. Isso porque, apesar de a Astronomia, por si mesma, despertar a curiosidade de todos, ela não é uma ciência independente, de modo que é necessário relacioná-la a outras áreas do conhecimento. Por exemplo, para uma melhor compreensão de alguns fenômenos astronômicos, é indispensável realizar alguns cálculos matemáticos. A Física também vai ajudar a explicar muitos fenômenos relacionados ao movimento dos corpos celestes. A Óptica e a Ondulatória também serão bastante úteis. Isso tudo sem falar das contribuições de áreas como a Química, a Geografia, a Geologia e a Meteorologia.

Assim, aprender Astronomia vai ajudar você a estabelecer conexões com diferentes áreas do conhecimento humano, proporcionando uma boa visão de conjunto da Ciência.

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Figura 3 – A Astronomia e sua relação com outras ciências

Aprender Astronomia é difícil?

Não é mais difícil do que aprender qualquer outra disciplina, como Matemática, História, Química ou Inglês: é necessário dedicação e força de vontade.

A forma mais agradável de aprender Astronomia certamente é contemplar o céu e tentar entender como os corpos celestes se comportam. Mas essa forma de aprendizagem possui diversos inconvenientes, tais como:

• alguns fenômenos astronômicos são muito lentos e seriam necessárias observações por longos períodos de tempo até chegarmos à conclusão correta.

• O tempo não volta para trás. Assim, se você perder algum detalhe ao estudar um astro, talvez seja preciso esperar muito tempo para ver esse mesmo detalhe novamente.

• Durante o dia, não podemos ver os corpos celestes. Isso representa uma interrupção em um possível estudo de determinado corpo celeste. Você teria que esperar novo anoitecer para continuar.

• Quando um astro se põe, já não podemos vê-lo, o que representa outra interrupção em seu estudo.

• Nem sempre o céu estará limpo! Uma semana de céu nublado representa uma semana perdida.

• Equipamentos, às vezes caros, são necessários. Sem um bom telescópio, fica difícil perceber certas coisas. Além disso, fazer medidas de posições de astros no céu, não é nada simples e às vezes devemos contar com uma boa precisão para chegar às conclusões corretas.

• Às vezes, precisamos observar o céu desde lugares diferentes da superfície da Terra para entender certas cosias. Na prática, isso seria inviável.

• Se você mora em uma grande cidade, com muita iluminação, será impossível observar o céu e perceber certos detalhes. Você teria que se mudar para o interior.

Para contornar alguns desses inconvenientes e tornar o aprendizado de Astronomia mais agradável, foi inventado um interessante dispositivo chamado planetário. Vejamos mais detalhes sobre ele.

Um auxílio valioso para aprender Astronomia: o planetário

Os planetários são instrumentos sofisticados que possuem lâmpadas de grande potência colocadas em esferas com aberturas apropriadas. A luz que sai dessas esferas é projetada no teto de uma sala com formato curvo, imitando a curvatura do céu, produzindo, assim, uma imagem artificial do firmamento. As pessoas, como em um cinema, se sentam, inclinam suas poltronas e olham para cima, como se estivessem contemplando o céu à noite, como mostra a figura a seguir:

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Figura 4 – Dispositivo óptico, exterior e interior de um planetário

O Planetário consegue simular diversos fenômenos astronômicos, como eclipses, o movimento aparente das estrelas e dos planetas, a passagem de um cometa, a queda de um meteoro e muitos outros. Além disso, o operador do planetário pode simular a passagem do tempo de forma mais rápida, fazer o tempo ‘voltar para trás’, congelar algum momento importante, dar um ‘zoom’ em algum planeta para que ele seja mais bem visualizado ou mostrar a aparência do céu de outros pontos da superfície da Terra, como no polo norte. Nada disso seria possível de ser feito na vida real, por isso o planetário é uma ferramenta muito útil no ensino de Astronomia.

Enquanto todos esses fenômenos e simulações são mostrados, o operador do planetário vai narrando o que está acontecendo, como se fosse uma aula. Frequentemente há seções (como em um cinema convencional), onde são abordados alguns aspectos de Astronomia.

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