PROJETOR ESTELAR: UMA FERRAMENTA TECNOLÓGICA PARA O ENSINO DE ASTRONOMIA E OBSERVAÇÃO DO CÉU A OLHO NU

## PROJETOR ESTELAR: UMA FERRAMENTA TECNOLÓGICA PARA O ENSINO DE ASTRONOMIA E OBSERVAÇÃO DO CÉU A OLHO NU

## STAR PROJECTOR: A TECHNOLOGICAL TOOL FOR ASTRONOMY TEACHING AND NAKED EYE SKY OBSERVATION

## Matheus N. S. Silva 1 , Fernando A. Pedersen 2 , João T. Carvalho-Neto 3

1 Universidade Federal de São Carlos/Programa de Pós-Graduação em Educação em Ciências e Matemática, matheusnavi@hotmail.com

2 Universidade Federal de São Carlos/Departamento de Ciências da Natureza, Matemática e Educação, fernandoaugustopedersen@hotmail.com

3 Universidade Federal de São Carlos/Programa de Pós-Graduação em Educação em Ciências e Matemática, jteles@ufscar.br

## Resumo

O presente trabalho tem como objetivo evidenciar o desenvolvimento e as potencialidades de um instrumento criado para ser utilizado no estudo da Astronomia Observacional. Ele pode atuar como um guia do céu para observações a olho nu e recebeu o nome de Projetor Estelar. Este equipamento poder ser considerado uma Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC) e apresenta diferentes possibilidades de utilização por professores, monitores e pesquisadores que busquem se envolver com o ensino da Astronomia em espaços não formais de ensino. Suas principais qualidades envolvem seu baixo custo de produção, ser compacto, apresentar facilidade no alinhamento, permitir a demarcação de estrelas e outros objetos celestes, indicar constelações e outros efeitos dinâmicos do céu. Seu funcionamento pode ser interativo com os participantes, no sentido deles explorarem o céu, ou pode ser programável para seguir passos bem definidos de um roteiro de observações. Neste trabalho, são apresentados os primeiros resultados obtidos com o Projetor Estelar, projetos em desenvolvimento e propostas de novas pesquisas para explorar outros aspectos educacionais do Projetor Estelar.

Palavras-chave: Ensino de Astronomia, Tecnologia da Informação e Comunicação, Espaços não formais de ensino, Projetor Estelar.

## Abstract

In this work, our purpose is to describe and analyze the development and the educational potential of an instrument created to be used in the study of Observational Astronomy. It can act as a sky guide, especially with naked eye, and received the name of Star Projector. Teachers, monitors and researchers involved with the teaching of astronomy in non-formal teaching spaces can consider this equipment an Information and Communication Technology (ICT) that presents different possibilities of use. Its main qualities are the low cost of production, its compact size, easy alignment, and the indication of stars, other celestial objects and dynamic effects of the sky. Its operation can be interactive with the participants, because they can explore the sky, or it can be programmable to follow the steps of

an application script. In this work, the first results obtained with the Star Projector are revealed. Projects under development and proposals for new researches that explore other aspects of the Star Projector are also presented.

Keywords: Astronomy Education, Information and Communication Technology, Non-formal Education, Star Projector.

## Introdução

- O presente trabalho tem como objetivo evidenciar o desenvolvimento de um instrumento para ser utilizado como um guia do céu, auxiliando as pessoas para observações a olho nu. Este aparato recebeu o nome de Projetor Estelar, e isto ocorreu devido ao fato dele possibilitar uma apresentação do céu noturno e explorar suas diversas características (PEDERSEN, 2018).
- O instrumento a ser detalhado neste trabalho utiliza motores para controlar a orientação de um laser pointer verde, que através do espalhamento Rayleigh, permite a visualização de seu 'rastro' no céu. Desse modo, é possível a visualização de qual objeto celeste o laser está apontando.

Com o intuito de compreender as potencialidades educacionais que o Projetor Estelar trás consigo, pode-se classificá-lo como uma Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC). Devido ao fato de seu funcionamento ser totalmente dependente do software, de seu sistema eletrônico e possibilitar modos de interação diferentes.

As TICs, segundo Silva (2016) são tecnologias que permitem aos usuários que interagem com ela obter um fluxo de informações que podem ser assimiladas de forma passiva ou explorados de forma mais ativa. Silva (2016) ainda reforça que o objetivo principal das TICs é facilitar a comunicação entre os docentes e os alunos, unindo-os em um mesmo espaço, possibilitando uma maior interação entre os envolvidos.

As TICs passaram a ser cada vez mais estudadas nas duas últimas décadas, decorrente do processo de popularização das tecnologias e o fato delas estarem cada vez mais integradas à vida das pessoas. O foco central desses estudos é inserir e analisar formas de uso para que as tecnologias auxiliem nos processos de ensino-aprendizagem. Desse modo, a motivação central para o desenvolvimento deste instrumento educacional é gerar conhecimento e reflexões sobre mais um aparato experimental que auxilie a ação docente e, consequentemente, diminuir o deficit educacional da Astronomia em nosso país.

Segundo Langhi (2011) algumas pesquisas mostram uma persistência de ideias de senso comum sobre conceitos básicos de Astronomia. Portanto, é necessário que a ação docente seja efetiva e com suporte de bons recursos educacionais.

Devido a suas características, como necessidade de local adequado de observação (grande amplitude de visualização e horário noturno), a análise do Projetor Estelar ainda está restrita ao uso em espaços não formais de ensino.

Segundo Jacobucci (2008), os espaços não-formais são quaisquer espaços fora da escola que possuem intencionalidade sobre o ensino de determinado conhecimento. As vantagens desse espaço de ensino são possuir flexibilidade e liberdade de uso e atender um público diversificado em relação a escolaridade, idade e grupo socioeconômico. Isso possibilita um número maior de testes com o instrumento e diferentes alternativas didáticas.

Dessa forma, os espaços não formais de ensino buscam complementar alguns dos conhecimentos estudados no ensino formal ou possibilitar um contato e descobertas para conteúdos que não são explorados no ensino regular. Dessa forma, o Projetor Estelar pode ser mais bem explorado em relação a suas potencialidades e recursos.

Outra motivação deste trabalho, foi produzir um instrumento que possibilitasse uma vivência dos participantes com a Astronomia observacional, para que fosse o início e uma aproximação importante para a cultura científica. Possibilitando um canal de comunicação entre os pesquisadores e estudantes, professores da educação básica e entusiastas da Astronomia. Essas ações tem como foco diminuir um problema evidenciado por Langhi e Nardi (2012) que levantaram que apenas 40% das instituições de ensino superior apresentam práticas observacionais sobre astronomia.

O Projetor Estelar pode ser usado isoladamente ou se complementando com outros equipamentos para a introdução de conceitos importantes da Astronomia Observacional. Pois, a grande maioria dos cidadãos já viu o céu, mas poucos obtiveram acesso a observações sistematizadas e com reflexões que envolvem as principais características do céu.

A ideia é produzir apresentações que se assemelham, em parte, às que os planetários realizam, mas estes acabam por tornar a observação um pouco artificial. Desse modo, o Projetor Estelar busca apresentar o céu de maneira mais interativa, real e que incentiva os espectadores a continuarem as observações do céu mesmo sem o instrumento, tanto para pessoas que já possuem conhecimentos em Astronomia quanto para iniciantes.

A Astronomia Observacional é o primeiro passo para o conhecimento do céu, desenvolver as habilidades para uma boa prática observacional permite que os estudantes adquiram liberdade e autonomia para outras práticas relacionadas à astronomia, como o uso de telescópios. Dessa forma, nas seções seguintes será apresentado o desenvolvimento do Projetor Estelar e seu funcionamento. Por fim, serão analisadas suas potencialidades para o ensino de Astronomia e a possibilidade de novos trabalhos a serem realizados com o Projetor Estelar.

## Materiais e Métodos

Nesta seção serão apresentados os elementos que constituem o Projetor Estelar e sua funcionalidade, sendo possível compreender algumas de suas aplicações educacionais.

Um aspecto importante no desenvolvimento deste instrumento educacional se deve ao fato dele ser um aparato com custo relativamente baixo de produção apesar de sua relativa sofisticação técnica, considerando que em muitas instituições são utilizados outros instrumentos com valor significativamente maior, como os

telescópios e os planetários. Esse fato é importante e possibilita que o Projetor Estelar seja produzido ou adquirido por outras instituições de ensino ou por grupos de astrônomos amadores.

Para facilitar o entendimento, está seção foi subdividida em três etapas, que focam em sua montagem, funcionamento e aplicação.

## Hardware

- O Hardware constitui a estrutura do Projetor Estelar - a parte física - e ela é composta por uma base para suporte dos motores e da eletrônica, um laser pointer verde com potência de 50 mW, dois motores de passo, uma placa microcontroladora Arduino UNO, cabos, conectores e um computador que irá rodar o software. O único elemento com alto valor agregado é o computador, mas grande parte das instituições educacionais possuem este equipamento em seu portfólio.
- O Arduino Uno possibilita a comunicação entre o software e os motores de passo, controlando o quanto que cada um dos motores irá atuar. Os dois motores de passo possuem funções distintas no direcionamento do Laser Pointer . Portanto, usamos como diferenciação que um deles é o motor fixo e o outro é o motor móvel.
- O motor fixo tem seu eixo de rotação paralelo ao horizonte e alinhado com a direção norte-sul, enquanto que o eixo do motor móvel é perpendicular ao eixo do motor fixo. Com a combinação do movimento desses dois eixos é possível apontar o laser para qualquer coordenada estelar.

Os motores de passo podem girar seus eixos ao longo de 360° com 4096 passos. Isso possibilita um deslocamento angular de 0,088° para cada passo. Como comparação, a lua cheia possui diâmetro de aproximadamente 0,5º.

Como dispositivo de segurança, o Laser Pointer tem uma restrição de não apontar para regiões próximas e/ou abaixo da linha do horizonte, evitando que o raio de luz incida no olho de algum dos usuários.

- O Arduino também controla o acionamento do laser pointer, podendo este ser desligado, ligado ou atuar através de pulsos bem definidos.

Durante a etapa de desenvolvimento, foram realizados avanços e melhorias na estrutura do Projetor Estelar, o primeiro protótipo foi construído com uma base e suportes de madeira, que posteriormente será substituído por uma base modelada por uma impressora 3D.

## Software

- O software é responsável pelo processamento dos comandos realizados pelo operador e ele envia as instruções para o hardware executar as tarefas desejadas.

Foi utilizada a linguagem de programação Python por possibilitar o desenvolvimento de projetos elaborados usando-se códigos relativamente simples e, principalmente, por possuir diversas bibliotecas de Astronomia. Essas bibliotecas possuem classes, métodos e funções que permitem a realização das mais diversas tarefas.

No desenvolvimento deste projeto, a biblioteca mais importante foi a AstroPy, que foi projetada especificamente para usos em Astronomia, permitindo que o software consiga calcular a posição de qualquer objeto celeste em determinado instante e em qualquer local do planeta. Isso otimiza e amplia a atuação que o Projetor Estelar possui. De posse da informação sobre as coordenadas dos objetos estelares, o software envia o comando para que o hardware direcione o laser pointer para o objeto desejado.

A figura 1 contém um diagrama em blocos que resume as etapas do hardware e do software discutidas acima.

Figura 1. Diagrama em blocos das etapas de hardware e software referentes ao Projetor Estelar. Extraído de Pedersen (2018).

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## Alinhamento

Outro diferencial do Projetor Estelar está em seu alinhamento relativamente simples para aqueles que possuem um básico conhecimento de Astronomia observacional. Este alinhamento é necessário para que o instrumento possa funcionar de maneira correta.

- O primeiro passo é direcionar o Laser Pointer para cima, próximo ao zênite. Em seguida, ele deve ser apontado para pelo menos três objetos celestes conhecidos. De preferência, devem ser escolhidos objetos distantes entre si, pois isso irá otimizar a calibração.

Com esses dados obtidos pelo software e a informação da latitude local, é possível que o software realize o cálculo que estabelece a posição do projetor em relação à posição das estrelas. Essa calibração também sincroniza a posição dos motores de passo com as coordenadas para onde o laser aponta.

## Resultados e Discussão

Nos primeiros testes do Projetor Estelar, o movimento do feixe de luz indicou corretamente diversas coordenadas estelares diferentes. O equipamento também se mostrou eficiente em relação ao tempo de processamento e deslocamento até o objeto celeste desejado, com um intervalo de poucos segundos. O que torna seu uso rápido e possibilita uma exploração de todo o céu.

Também foram realizados os testes de contorno de objetos celestes e explorados os desenhos e a identificação de algumas constelações. O feixe de luz conseguiu seguir a trajetória que define os elementos visuais da constelação. Desse modo, o instrumento pode facilitar a compreensão do conceito de constelação e o entendimento de sua representação gráfica não se torna demasiadamente abstrato.

Essa ação do instrumento permite o estudo das diversas constelações presentes no céu, inclusive as variações que existem de acordo com a interpretação de diferentes culturas. Isso permite introduzir a discussão do papel social e histórico da Astronomia.

Portanto, é possível que as pessoas que participarem das atividades focadas no Projetor Estelar compreendam que o processo de observação do céu não é aleatório. Pois, existem técnicas simples que podem ser aprendidas em diferentes idades. Assim como são utilizados pontos de referência para a locomoção em espaços fechados ou na cidade, a observação do céu também se apoia em sistemas bem definidos. Essa compreensão, aliada com a percepção do padrão do fundo de estrelas é fundamental para o reconhecimento do céu noturno, possibilitando melhor entendimento do universo e sendo o começo para explorar toda sua grandiosidade.

Também podem ser investigados outros diversos conhecimentos da Astronomia Observacional, como órbitas e movimento retrogrado dos planetas, eclíptica, escalas de tempo, coordenas estelares e outros. Conteúdos estes que aparecem e permeiam todo o currículo de ciências e física presentes na BNCC (BRASIL, 2017).

No momento, estamos desenvolvendo um projeto que procura analisar as potencialidades educacionais do Projetor Estelar nos espaços não formais de ensino, onde serão realizadas exposições com diferentes abordagens. Pois, o instrumento permite a execução de atividades onde os participantes possam controlá-lo e assim realizar uma exploração pelo céu, onde os pesquisadores realizam alguns direcionamentos, desse modo o aparato se torna totalmente interativo.

Também é possível a utilização de apresentações previamente programadas pelos pesquisadores, seguindo um roteiro no qual o Projetor Estelar irá executar diversos percursos. Dessa forma, o Projetor Estelar apresenta e guia os participantes para observação de objetos celestes e aspectos definidos pelo pesquisador. Essa, portanto, é uma forma mais passiva de interação com o público.

Essa liberdade de atuação presente nos espaços não formais de ensino permite que os participantes possam ter uma vivência referente a conteúdos de

Astronomia não estudados no ensino formal ou reforçá-los nos casos de já possuírem um contato inicial.

## Conclusão

O Projetor Estelar foi desenvolvido com o intuito de auxiliar a ação e comunicação de professores em relação aos conhecimentos da Astronomia observacional em espaços não formais de ensino. O equipamento se mostrou eficiente nos primeiros testes, com pequenas incertezas, mas que foram aprimoradas e corrigidas ao longo de seu desenvolvimento.

Por conta de seu baixo custo e por apresentar diferentes possibilidades de utilização, ele pode ser replicado por outras instituições interessadas que tenham a infraestrutura básica necessária. Possibilitando que novas avaliações sejam realizadas, refinando e ampliando os usos do Projetor Estelar.

Ele se enquadra e é um bom subsídio para professores, monitores e/ou pesquisadores que busquem se envolver com o ensino da Astronomia em espaços não formais de ensino. Sendo uma TIC com características e qualidades exclusivas.

Também estão sendo realizados ajustes finos e melhorais constantes no aparato como um todo. Existindo a possibilidade do desenvolvimento de pesquisas que foquem especificamente na interface entre o usuário e o Projetor Estelar, de modo a simplificar e ampliar as funcionalidades do instrumento.

Por fim, conclui-se que o Projetor Estelar encontra-se adequado para uso no ensino de Astronomia, permitindo o início de novas pesquisas que buscam investigar as potencialidades educacionais do Projetor Estelar.

## Referências

BRASIL, Mistério da Educação. Base Nacional comum curricular. Brasília-DF: MEC, Secretaria de Educação Básica , 2017.

JACOBUCCI, Daniela Franco Carvalho. Contribuições dos espaços não-formais de educação para a formação da cultura científica. Em extensão, v. 7, n. 1, 2008.

LANGHI, Rodolfo. Aprendendo a ler o céu: pequeno guia prático para a astronomia observacional. Campo Grande, MS: Ed. UFMS, 2011.

LANGHI, Rodolfo; NARDI, Roberto. Educação em Astronomia: repensando a formação de professores. São Paulo: Escritoras editoras , 2012.

PEDERSEN, Fernando Augusto. Desenvolvimento de um Apontador Estelar para o ensino de Astronomia. Trabalho de Conclusão de Curso, Curso de Licenciatura em Física. Araras. 2018.

SILVA, Taís Cristina; DA SILVA, Karol; COELHO, Marcos Antonio Pereira. O uso da tecnologia da informação e comunicação na educação básica. In: Anais do

Encontro Virtual de Documentação em Software Livre e Congresso Internacional de Linguagem e Tecnologia Online . 2016.