O Guia de Estudos “Astrofísica Estelar para o Ensino Médio” tem como objetivo principal proporcionar aos professores e alunos do Ensino Médio uma abordagem empírica na qual os principais temas da astrofísica das estrelas possam ser estudados. Sua metodologia busca ser pragmática, para permitir aos alunos o aprendizado efetivo de conceitos essenciais de Física, Matemática e Química mediante seu uso prático na observação, redução e análise do comportamento das estrelas variáveis ao longo do tempo. Devido à sua diversidade de tipos, acessibilidade e facilidade de observação com instrumentos modestos, esses astros se constituem em um campo ideal para o desenvolvimento das aptidões para a pesquisa em Astronomia e ciências correlatas, bem como para um primeiro treinamento dos alunos na aplicação do método científico.
Concebido para se inserir no contexto de um curso de um ano de duração com carga horária de três horas semanais, este Guia é recomendado em especial como fundamento para disciplinas eletivas/optativas do Novo Ensino Médio na área de Ciências da Natureza e suas Tecnologias, de maneira consistente com o caráter multidisciplinar da Astronomia. Alternativamente, os conteúdos aqui propostos são perfeitamente adequados ao ensino não-formal de Astronomia, podendo ser utilizados por qualquer pessoa que possua conhecimentos básicos de Matemática e Física do Ensino Médio - ou ainda em cursos ministrados por planetários, museus de ciência e astrônomos amadores.
Este Guia de Estudos é parte integrante da dissertação do mestrado em Ensino de Astronomia apresentada por Tasso A. Napoleão no programa MPEA (Mestrado Profissional em Ensino de Astronomia), do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da USP", em abril de 2018. O Guia está dividido em doze capítulos e um anexo, que estão integralmente disponíveis para download nos links a seguir.
Links para Download
Capítulo 1 - Muito além do Sistema Solar
Breve histórico da Astrofísica Estelar. Dimensões do Universo: escalas de espaço e de tempo. Unidades de medida de distâncias astronômicas. Notação científica e potências de base dez.
Disponível para Download (PDF, 1.36Mb)
Capítulo 2 - A natureza da luz
Decodificando a linguagem das estrelas. Radiação eletromagnética. Propriedades gerais das ondas. O espectro eletromagnético. Natureza quântica da luz.
Disponível para Download (PDF, 0.6Mb)
Capítulo 3 - Conhecendo o céu noturno
A poluição luminosa e o céu noturno. Orientando-se no céu. Movimento aparente da esfera celeste. Dia solar e sideral. Constelações. Atlas, planisférios, cartas celestes e softwares.
Disponível para Download (PDF, 0.8Mb)
Capítulo 4 - Localizando os objetos celestes
Sistemas de coordenadas astronômicas (horizontal e equatorial). Altura do polo celeste e a latitude local. Estrelas circumpolares. Uso de equipamentos: binóculos e telescópios.
Disponível para Download (PDF, 1.34Mb)
Capítulo 5 - Medindo a luz das estrelas
Catálogos estelares. Escala de magnitudes aparentes. Luminosidades e fluxos estelares. Lei dos inversos dos quadrados das distâncias. Equação de Pogson. Distâncias estelares. Paralaxe trigonométrica. Magnitude absoluta. Módulo de distância.
Disponível para Download (PDF, 0.37Mb)
Capítulo 6 - Entendendo os espectros das estrelas
Cores e temperaturas das estrelas. Espectros contínuos: leis de Planck, Wien e Stefan-Bolzmann. Índices de cor e sistemas fotométricos. Espectros discretos: absorção e emissão. Leis de Kirchhoff. O átomo de Bohr. Espectros das estrelas. O efeito Doppler. Dependência das linhas com a temperatura. Excitação e ionização.
Disponível para Download (PDF, 2.33Mb)
Capítulo 7 - Tipos espectrais e o diagrama HR
Tipos espectrais das estrelas: a classificação de Harvard. Classes de luminosidade (MK). Diagrama HR: desenvolvimento, interpretação e aplicações em Astrofísica Estelar (paralaxe espectroscópica, idade de aglomerados). Exercicios de fotometria e espectroscopia (CLEA).
Disponível para Download (PDF, 4.33Mb)
Capítulo 8 - As vidas das estrelas: noções de evolução estelar
Formação de estrelas. Protoestrelas e evolução pré-sequência principal. Geração de energia; reações nucleares de fusão. Evolução sobre a SP: equilíbrio hidrostático, massas e tempos de vida na SP. Evolução pós-SP para estrelas de baixa massa: fases RGB e AGB, ramo horizontal, nebulosas planetárias e anãs brancas. Evolução pós-SP para estrelas massivas: supernovas e nucleossíntese de elementos pesados. Objetos compactos (pulsares e buracos negros).
Disponível para Download (PDF, 1.8Mb)
Capítulo 9 - As estrelas variáveis
Estrelas variáveis: o que são e por que observá-las. Histórico e nomenclatura. Classificação das estrelas variáveis (extrínsecas, intrínsecas e seus subtipos), curvas de luz e sua relação com o diagrama HR e a evolução estelar. Interpretação física das curvas de luz.
Disponível para Download (PDF, 1.6Mb)
Capítulo 10 - Observando estrelas variáveis
Métodos para a estimativa visual de magnitudes. Técnica, prática, dicas e recursos. Cartas de busca, softwares, bancos de dados (GCVS, VSX / AAVSO): um imenso repositório de dados à disposição na Internet. Como registrar e reportar os seus dados. Monitorando uma estrela variável. Construindo a sua primeira curva de luz. Planejando seu programa de observações.
Disponível para Download (PDF, 1.6Mb)
Capítulo 11 - Redução e análise dos dados
Fasagem da curva de luz. Efemérides de estrelas variáveis. Correção heliocêntrica. Uso de softwares específicos (VSTAR) para redução e análise dos dados obtidos na observação ou em bancos de dados existentes na internet (AAVSO e outros): construção de curvas de luz, diagramas de fase, determinação de amplitudes e períodos. Diagramas (O-C).
Disponível para Download (PDF, 1.2Mb)
Capítulo 12 - Aprendendo (astro)física com as estrelas variáveis
Projetos observacionais de interesse científico que podem ser realizados com instrumental simples. A relação P-L das variáveis Cefeidas e seu uso como indicador de distâncias. Cálculo dos parâmetros físicos das estrelas com base em suas próprias observações visuais. Variáveis gigantes vermelhas (Miras): alterações nos períodos e amplitudes e seu significado. Projetos observacionais com outros tipos de variáveis. Recomendações para futuras atividades.
Disponível para Download (PDF, 0.9Mb)
Anexos
Traduções para o português dos exercícios computacionais CLEA (Contemporary Laboratory Experiences in Astronomy, Gettysburg College, USA) sobre fotometria e espectroscopia.
Disponível para Download (PDF, 0.3Mb)