Planetário Digital Inflável para Ensino de Física e Astronomia

## PLANETÁRIO D DIGITAL I INFLÁVEL PARA E ENSINO DE FÍFÍSICA E ASTRONOMIA

Jônatas Ornelas Duarte a [jonfis123@yahoo.com.br]r] Marcelo de Oliveira Souzab ab [m[mm@uenf.br]

a Laboratório de Ciências Físicas da Universidade Estadual do Norte Fluminense b CALC/CEFET -Campos e Laboratório de Ciências Físicas da UENF

## RESESUMO

O OBJETIVO PRINCIPAL DESTE TRABALHO FOI A CRIAÇÃO DO SISTEMA DE PROJEÇÃO DIGITAL PARA PLANETÁRIOS INFLÁVEIS. UM PLANETÁRIO É UMA FERRAMENTA DE ENSINO DE ASTRONOMIA QUE UTILILIZA FONTES ÓTICAS PARA PROJETAR DIVERSOS TIPOS DE IMAGEM . A LUZ PROVENIENTE DESSAS FONTES É PROJETADA EM UMA CÚPULA , QUE TANTO PODE SER MÓVEL COMO FIXA. OS S TIPOS DE PROJETORES COMUMENTE USADOS NO BRASIL, NAS CÚPULAS PORTÁTEIS (NESSE CASO A CÚPULA INFLÁVEL) , SÃO OS CHAMADOS OPTOTO -MECÂNICOS. TRARATAM -SE DE CILINDROS PERFURADOS S DE FORMA APROPRIADA, QUE ENVOLVENDO UMA FONTE LUMINOSA PODEM EM M CRIAR A ILUSÃO DE SE VER ESTRELAS EM UM ANTEPARO SEMI -ESFÉRICO. AS CÚPULAS INFLÁVEIS DOTADAS DE SISTEMAS DE PROJEÇÃO OPTO -MECÂNICOS, TORNARAMMSE UMA ALTERNATIVA DE E ENSINO BOA E MÓDICA PARA O PAÍS. ENTRETANTO , COM A EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE PROJEÇÃO , FOI DESENVOLVIDA UMA NOVA GERAÇÃO DE E PLANETÁRIOS, OS PLANETÁRIOS DIGITAIS . PORÉM, DEVIDO AOS ALTOS CUSTOTOS DE IMPORTAÇÃO, TORNARAMMSE UMA OPÇÃO INVNVIÁVEL . UMA DAS MOTIVAÇÕES DESSE TRABALHO FOI A POSSIBILIDADE DE CRIAR R UM SISTEMA DE PROJEÇÃO DIGITAL NACIONAL POR UM PREÇO A ACESSÍVEL. A CÚPULA INFLÁVEL UTILIZADA A FOI FABRICADA NO BRASIL , POR UMA EMPRESA ESPECIALIZADA DA NA CONSTRUÇÃO DE PRODUTOS OS INFLÁVEIS DE ENTRETENIMENTO; O QUE REDUZIU CONSIDERARAVELMENTE SEU CUSTO DE OBTENÇÃO, COMPARADO À IMPORTAÇÃO. OUTRA DAS MOTIVAÇÕES ERAM OS NÍVEIS DE QUALIDADE EXTREMAMENTE SUPERIORES, PROPORCIONADOS PELO SISTEMA DIGITAL, BEM COMO SUA VERSATILIDADE. UM SISTEMA DE PROJEÇÃO DIGITAL NÃO SOMENTE PODE SER UTILIZADO PARA ENSINO DE ASTRONOMIA , COMO TAMBÉM PARA O ENSINO DAS CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E GEOLÓGICAS. COM O AUXÍLIO DE UM SOFTWARE GRATUITO, O STELLARIUM, OBTÉM -SE AS IMAGENS A SEREM PROJETADAS NO INTERIOR DO DOMO. ENCONTRA -SE EM PERFEITO FUNCIONAMENTO O SISTEMA DE PROJEÇÃO DIGITAL QUE DESENVOLVEMOS. O SISTEMA É CHAMADO DE PLALANETÁRIO INFLÁVEL BRASILEIRO E É COMPOSTO POR UMA CÚPULA INFLÁVEL E PELO SISTEMA DE PROJEÇÃO D DIGITAL.

PALAVRASSCHAVE: ENSINO DE FÍSICA, ENSINO DE ASTRONONOMIA, NOVAS TECNOLOGIAS.

## ININTRODUÇÃO

É muito comum m encontrar r pessoas que confundem planetário com observatório. Tal fato evidencia a falta de contato que muitos têm com esse tipo de tecnologia. Observatórios são cúpulas fixas que permitem, m, com o auxílio de instrumentos ópticos, a a observação do céu. Um planetário também é formado o de uma cúpula , entretanto , dentro dessa cúpula é colocado um projetor óptico que irá projetar imagens sosobre a superfície interna do o domo , criando a ilusão de de se estar vendo um "céu" real. E m outras as s palavras, como define o professor Renato Las Casas:

" Basicamente, um planetário é um equipamento que projeta um céu artificial em um anteparo. Essa é uma idéia tão simples que em todo o mundo, desde as mais antigas civilizações, faz parte do repertório de brincadedeiras noturnas. Basta termos uma fonte de luz qualquer, como um lampião, envolvermos essa fonte de luz com um pedaço de couro, metal ou algum outro material no qual tenhamos feito furos milimétricos e temos assim o projetor de um planetário! A luz que passa sa por esses furos, incidindo em um anteparo qualquer, se "transforma" em estrelas. " (Casas, 2000)0)

Os dois tipos básicos de planetários existentes s são o os Planetários fifixos e os Planetários móveis.

## Planetários Fixos

São os mais comuns , e talvez os mais conhececidos do país. Segundo dados da Associação Brasileira de Planetátários existem 23 planetários fixos espalhados por diversos estados brasileiros além de 18 planetários na América central e América L Latina. (ABP, 2008)

Os primeiro planetário fixo "moderno" surgiu em 1913 3 quando Oscar Von Muller, diretor do Deustches Museum de Munique , o encomendou à firma alemã Carl Zeisiss. O acontecimento é descrito o pelo professor R Renato Las Casas:

" Tal planetário, projetado por Walther Bauersfeld e inaugurado em 1923, usou um s istema óptico e uma mecânica relativamente complexos para projetar imagens simuladas do céu, com uma realidade até então inimaginável, na superfície interna de uma semi esfera (abóbada ou cúpula) de 9,8 metros de diâmetro e movimentar essas imagens, possib ilitando dentre outras coisas reproduzir o céu visto de qualquer região do planeta e em qualquer época. O sucesso cultural e educacional obtido foi tão grande que planetários passaram a ser inaugurados por todo o mundo. " (Casas, 2000)

Figura 1: Casas. O O p projetor e a cúpula provisória, montada no teto da firma a alemã Carl Zeiss. Disponível em: <http://www.observatorio.ufmg.br/pas26.htm>m>. Acesso em: 04 Out. 2008, 00:40:12.

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Na última década , além da máquina clássica de projeção de estrelas e plane tas, novos projetores começaram m a fa zer parte dos planetários fixos; graças à à evolução da informática e da robótica , os planetários modernos passaram a ter níveis de qualidade de superiores, bem como se ampliaram suas possibilidades didáticas. (Casas , 2000)

## Planetários M Móveis

Os planetários móveis são basicamente semelhantes aos planetários fixos. Também são compostos de uma cúpula e um sistema de projeção. Entretanto, tanto a cúpula como o o prprojetor de um planetário móvel são o bem diferentes s de um planetário fixo. Os projetores mais utilizados em planetários móveis brasileiros, devido a seu custo mais acessível, são os chamados projetores optomecânicos. São sistemas simples, compostos de um cilindro perfurado, uma fonte de luz apropriada e uma cúpula inflável. l. A integração de tais componentes s causa a impressão o de se estar observando o céu noturno. Esses cilindros podem ser trocados para que se observem os mais variados tipos de imagem. Tais projetores possuem engrenagens e motores que permitem ao apresentador do planetário realizar rotações nos sentidos horário e anti-i-horário, permitindo assim a observação do movimento aparente das estrelas nos hemisférios norte ou u sul da terra. (Lar do planetarios, 2008)

Chegamos à nova geração de planetários móveis, , na qual l temos o grande diferencial, os sistemas digitais de projeção. Utilizando o o mesmo tipo de cúpula inflável, amplamente utilizado com os sistemas opto-m-mecânicos, essa classe de planetários utiliza duas técnicas de projeção: Projeção por meio de lente olho-o-de-peixe, e projeção de espelho semi-i-esférico.

A projeção que utiliza o espelho semi-esféférico apresenta um padrão de visualização diferente do usual. l. Com a projeção de espelho esférico, o que se faz é utilizar um projetor digital de alta definição (XGA ou SXGA) ligando a um computador, que lhe fornecerá as imagens a serem exibidas. Alinhando -se esse projetor, de forma que sua luz incida sobre a superfície esférica do espelho, a imagegem proveniente do mesmo toma a a forma semi-esférica, distribuindo-se num campo de visão de 90º(vertical) por 180º(horizontal) sobre a superfície interna a do anteparo.

Figura 2: 2: Lar do planetários. Espelho parabólico, Fonte de luz e c cilindros de projeção. o. Disponível em: &lt; http://www.planetarios.com/texto-o-brasil.htm&gt;m&gt;. Acesso em: 04 Out. 2008, 0000:57:57.

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Sendo assim, , os espectadores ficam atrás do sisistema de projeção. As As imagens a serem exibidas nessa forma distorcida , são devidamente adaptadas por um software apropriado, de forma que aparecem uniformes dentro do domo.

Empresas da América latina vendem m seus sistemas (ver fifig. 2), que não acompanha o projetor digital; l; composto por um espelho semi-i-esférico, suporte, baú de transporte, vídeos educativos e imagens para projeção por um preço "acessível" (assim eles dizem) de US$1.250.0.00; embora não possa se negar que seja um preço bem inferior aoaos US$48,500.00 das empresas americanas.

A outra técnica de projeção recente , também bastante utilizada e e mais cara , (porém de grande qualidade) é chamada projeção olho-de-peixe, ou projeção fisheye. Conhecida pepelos altos preços cobrados pelas empresas que desenvolvem tais sistemas veio a fazer com que muitos optassem pelos sistemas de projeção com o o espelho esférico.

Tal técnica se baseia nas proprieiedades ótóticas das lentes quque dão nome a tais sistemas, as lentes fisheye ou olho-de-peixe. Trata-se de uma lente utilizada originalmente te por meteorologistas para se obter fotografias de cobertura de nuvens (Zoom , 2008), passaram a ser utilizadas em diversas aplicações, como; para se obter fotos a curtas distâncias, visões panorâmicas com um grande ângulo de abertura, monitoramento da atmosfefera com fins astronômicos, etc . (Kemp, 2006)

Nos planetários , se utilizam suas propriedades de refração o da luz de forma invertida; ao invés de se captar imagens, transformando-as em " formatos olho -de -peixe" , utilizamos imagens distorcidas, com o chamado efeito "warp" (uma imagem deformada na forma fisheye) para se realizar as projeções dentro do domo (B(Bourke, 2008). As adaptações das lentes nonos projetores variam de acordo com a distância focal dos modelos utilizados, fato que dificulta um pouco a construção dos mesmos. Além do mais , as empresas que fabricam tais sistemas os apresentam montados em caixas fechadas, de forma que não pode se saber como são construídos (ver fig. 3) . Informações sobre a construção de tais planetários são raríssimas, e poucas pessoas no mundo se aventuram a construí -los. O sistema de projeção que ututiliza a técnica de projeção o fisheye também utiliza a um projetor digital de alta definição e um computador que lhe foforneça as imagens apropriadas para se fazer a a projeção.

Figura 3: Digitalis Education Solutions. s. Digitarium Planetarium Systems: Sistema de Projeção e computador. Disponível em: &lt;http://www.digitaliseducation.com/digitarium.html&gt;. Acesso em: 04 Out. 01:41:34.

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Figura 4: K Kite Aerial Photography. PELENG 8mm fisheye lens: Lente Fisheye. Disponivel em: &lt; www.gentles.info/KAP/rig05/index.htm&gt;. &gt;. Acesso em: 04 Out. 01:44:47.

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A cúpula utilizada nos planetários móveis também é um grande referencial dos mesmos. Dififerentemente dos planetários fixos às cúpulas móveis podem ser facilmente transportadas e são montadas em poucos instantes. Atravévés de polímeros especiais para vedação da luz, altamente refletivos e não inflamáveis esses planetários podem ser inflados em popoucos minutos , com auxílio de uma turbina , que tanto permite a sustentação do domo inflável como também propicia uma renovação constate do ar interno. (asterdomus, 2008)

Uma vez inflado os planetários infláláveis contam com uma saída de segurança, que se trata da ausência de fundo dos mesmos, assim , , em possíveis faltas de energia o apresentador ergue a cúcúpula e os espectadores saem por baixo da cúpula .

Figura 5 5: e-planetarium. m. 5 -Tube GooDome: Um dos modelos de cúpula inflável. l. Disponível em: &lt; http://www.e-e-planetarium.com/mediadome.htm.&gt;. Acesso em: 04 Out. 2008, 01:03:34.

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## TRABALHO DES ES ENVOLVIDO

Baseando -se nas s informações apresentadas acima, podemos observar como é difícil adquirir um planetário de qualidade sem despender uma grande quantia de dinheiro .

A fafalta de qualidade dos planetários opto-o-mecânicos em meio à era da tecnologia digital, os preços abusivos cobrados pelas empresas estrangeiras , a falta de divulgação e desenvolvimento da ciência astronômica no Brasil , foram fatores decisivos para o desenvolvlvimento desse projeto .

Desenvolver uma tecnologia de ensino de astronomia moderna, de qualidade, e economicamente viável, tornou -se uma necessidade didática para o ensino de ciências de nosso país .

Devido a esses fatores , decidimos nos aplicar à à pesquisa de desenvolvimento de um projetor digital para planetários móveis com sistema de projeçãção fisheye; uma das melhores técnicas.

Adquirimos separadamente a lente, , um projetor digital de alta resolução XGA (1024 x 768) com tecnologia DLP , e iniciamos os testes .

Entretanto a obtenção das imagens através do sistema fisheye não é tão fácil como parece. Características como ângulo de projeção do aparelho , distâncias focais da lente e do projetor são fatores decisivos na construção desse sistema de projeção.

Primariaiamente nos preocupamos em obter a focalização com a lente fisheye; ; para que isso fosse obtido desenvolvemos uma a peça de conexão entre o projetor e a lente, com ângulo exato de inclinação e que possibilitasse ajustes de focalização.

Figura 6: J Jônatas O. DuDuarte . Dispositivo de conexão desenvolvido. Itaocara-RJ, 28 mai. 2008, 11:36:32.

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Embora tivéssemos obtido êxito com esse dispositivo de conexão o o mesmo não foi completamente eficiente em virtude de uma grande perda de abertura angular de imagem na projeção. o. Entretanto o desenvolvimento desta peça possibilitou um aprofundamento maior no conhecimento dos sistemas óticos em questão.

Passamos então para o segundo passo. o. A modificação do projetor digital. Abrindo a parte frontal do dispositivo obtivemos acesso à à lente responsável pela obtenção de foco do aparelho. Um distanciamento maior da lente ampliadora do projetor permitiu a obtenção do foco desejado pela associação da lente Fisheye com o mesmo. Entretanto tais modificações demandaram m o desenvolvimento de uma ma nova peça de conexão entre a lente e o projetor, sendo assim o dispositivo de conexão descrito anteriormente não foi mais utilizado.

Devido à à necessidade da construção de um suporte vertical que mantivesse o projetor na posição vertical, l, optamos por anexaxar ao próprio suporte o dispositivo de conexão necessário a ligação entre a lente e o projetor. TaTal base e é mostrada em seu estado final, conectando a lente ao projetor na figura 7, ao lado é mostrada uma imagem obtida dentro do domo, com o mesmo sistema de projeção. o. Repare que é possível observar certa inclinação da babase. Tal característica é devido à configuração padrão de exibição de imagem inclinada do projetor, , que é compensada pelo ângulo dessa peça.

Figura 7: 7: Jônatas O. Duarte. Sistema de projeção digital e Imagem obtida com o mesmo. o. Itaocara-a-RJ , 27 set. 2008, 15:35:25.

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Para maiores detalhes sobre o sistema de projeção e de conexão, basta olhar a figura 8, 8, onde pode-se observar a posição do projetor, fixado na base de projeção e o sistema de conexãxão regulador de foco, que permite ajustes mais precisos para a obtenção de uma imagem mais "limpa".

Figura 8: 8: Jônatas O. Duarte. Detalhes do sistema de projeção. Itaocara-RJ, 19 nov. 2008, 2:56:27.

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Para que se desenvolvessem as projeções, não bastava simplesmente termos um sistema de projeção montado. Como optamos utilizar o projetor digital precisávamos de um programa de computador que adaptasse as imagens ao formato fisheye e exibisse as animações dos fenômenos astronômicos.

Optamos por utilizar o software Stellarium, desenvolvido pelo francês Fabien n Chéreau, que além de possuir uma plataforma gráfica excepcional é totalmente gratuito e modificável . (stellarium, 2008)

## RESESULTADOS OBTIDOS

Realizando as modificações no projetor , f foi possível desenvolver a primeira apresentação do Planetário Digital Inflável no campus da UENF, por ocasião da 13º Semana de Iniciação Científica, com m um sistema ainda "improvisado", em em vista da chegada recente da cúpula inflável l no evento. Esta cúpula foi i fabricada no Brasil, na cidade de São Paulo, por uma empresa especializada na fabricação de produtos infláveis . Neste evento que ocorreu no dia 19 de junho de 2008 tivemos grande participação do corpo estudantil, tetendo-o-se atendido uma média de 300 pessoas.

Ocorreram outras apresentações , como a realizada nos dias 22 e 23 de outubro na Semana Nacional de Ciência e Tecnologia a em Cabo Frio-RJ, ocorrendo uma média 20 sessões com atendimento de 30 estudantes em cada uma. No dia 24 de Outubro de 2008 houve em média 10 sessões com o atendimento de 20 pessoas em cada sessãsão , na cidade de ItaocaraaRJ por ocasião da Feira de Conhecimento da Escola Mateternal "Chapeuzinho Vermelho" . Nesta mesma cidade por ocasião do Terceiro Enconontro de Astronomia do Clube Marcos Pontes da Escola Estadual Teotônio Brandão Vilela, ocorreram apresentações do planetário desenvolvido nos dias 28 e 29 de Agosto com o atendimento de uma média de 400 crianças.

Atualmente essas apresentações têm sido o amplamente divulgadas pela internet e outros meios de comunicação. (C(CALC , 2008). Tais divulgações têm atraído a atenção de diversas pessoas e organizações que divulgam a ciência astronômica. Atualmente o o projeto tem sido apresentado através da UNAWE, uma organização voltada para a divulgação da ciência astronômica no mundo para crianças de 4 a 10 anos. (UNAWE, 2008)

Outros projetos ainda foram am desenvolvidos, como a criação o digital das constelações indígenas Tupi-Guarani, com o auxílio do Físico Omar Martins da Fonseca, que forneceu as imagens para o desenvolvimento das mesmas. Foram desenvolvidas s no programa Stellarium , as linhas de orientação que definem essas constelações e suas respectivas representações artísticas. Tal recurso é disponível no programa e amplilia as capacidades de exibição e ensino das constelações em um planetário.

Figura 9: J Jônatas O. Duarte. Versão beta do programa "Stellarium", com as constelações indígenas. ItaocaraaRJ, 20 nov. 2008, 17:28:08.

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Figura 10: Marcelo O. Souza. A Apresentações realizadas com o Planetário. Cabo Frio-o-RJ, 22 e 23 out. 2008 .

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A iniciativa de construção de um sistema de projeção digital l em nosso país é inédita, assim, esse trabalho descreve a montagem do primeiro planetário digital inflável brasileiro. A expxpectativa

de evolução o do projeto é grande , pois a multiplicidade de apresentações que podem ser feitas com planetário é enorme. O sistema de projeção opto-o-mecânico não apresentava a essa versatilidade; cada apresentação diferente requer a obtenção de um novo cilindro de projeção, o que aumenta os custos da apresentação e limita a as possibilidades do antigo o sistema.

Com o sistema digital que desenvolvemos é possível realizar as mais variadas apresentações, em diversas áreas do conhecimento. Na própria astronomia, poderíaíamos citar a apresentação de fenômenos astronômicos como, eclipses lunares, , solares, chuvas de meteoros, efeitos da poluição luminosa, alinhamentos planetários, observação do movimento aparente das estrelas, observação do céu noturno ou diurno, viagens pelo lo sistema solar mostrando os planetas, e diversas coisas mais que o software utilizado permitir. Outras apresentações, que não sejam astronômicas, também podem ser feitas, como exibição de vídeos, espetáculos multimídia de de diversas outras matérias do currícículo escolar. Como exemplo, se pode citar as aplicações do planetário para o ensino de biologia, mostrando o interior das células, ou também a geologia, mostrando as diversas camadas de formação do planeta. O planetário também pode ser visto como uma ferramenta de apoio ao o ensino de astronomia no ensino fundamental.

## CONCLUSÃO

Podemos dizer que os objetivos traçados com esse projeto foram eficazmente alcançados. Fato que já possibilita a aplicação do planetário para o ensino de astronomia e posteriormente a pesquisa de diversos tipos de apresentações possíveis, a se desenvolver com esse sistema.

A construção de tal sistema atingiu nossas expectativas , tanto na qualidade gráfica desejada pelo sistema como também na na grande redução do seu u custo.

## AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem o apoio recebido da FAPERJ e do CEFET de Campos dos Goytacazes .

## REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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