DA PRÁTICA DA RADIOASTRONOMIA AMADORA COM O RADIO JOVE À CRIAÇÃO DE PRODUTOS EDUCACIONAIS PARA O ENSINO DE FÍSICA

## DA PRÁTICA DA RADIOASTRONOMIA AMADORA COM O RADIO JOVE À CRIAÇÃO DE PRODUTOS EDUCACIONAIS PARA O ENSINO DE FÍSICA

Marcelo Lago Araújo 1 , Germano Pinto Guedes 2 , Marildo Geraldête Pereira 3

1 UEFS/MPAstro, radioastronomia.ba@gmail.com

2 UEFS/Departamento de Física, germano.uefs@gmail.com

3 UEFS/Departamento de Física, marildogp@gmail.com

## Resumo

Atividades amadoras como a radioastronomia são relativamente pouco conhecidas, mas há alguns programas educacionais como o Radio Jove, da NASA, que promovem a construção de radiotelescópios experimentais, para uso em escolas e pelo público geral. Com base nas experiências com este e outros radiotelescópios experimentais, adotou-se a filosofia de promover as atividades práticas na sala de aula para as aulas de Física. As atividades experimentais repercutem positivamente na motivação dos estudantes, na assimilação dos conceitos, no exercício de atitudes de colaboração e incentivam o pensamento crítico. Associando o que foi vivenciado em campo com a radioastronomia amadora e a criação de Produtos Educacionais, o trabalho resultante, pretende motivar professores e estudantes para realizarem mais experimentos, escolhendo temas relevantes para transformar a sala de aula em um laboratório. Valendo-se do apelo interdisciplinar da Astronomia, os produtos criados são recursos didáticos que contam parte da história da Física, com destaque para o Eletromagnetismo, com a Radioastronomia sendo o tema de todos os produtos. A apresentação proposta visa contar um pouco desta história e incentivar outros professores a criar seus próprios produtos educacionais.

Palavras-chave : Radioastronomia. Eletromagnetismo. Ensino Médio. Produtos Educacionais.

## Introdução

Podemos definir a Radioastronomia como 'o estudo das ondas de rádio originadas fora da Terra' (CONDON, RANSOM, 2016, p. 1). A Radioastronomia é uma vertente da Astronomia relativamente recente, iniciada no começo da década de 1930, com a descoberta das emissões da Via Láctea, que foram captadas na faixa de Ondas Curtas de rádio por Karl G. Jansky (1905 - 1950), ao pesquisar interferências nas telecomunicações, para a Bell Labs, nos Estados Unidos. Após Jansky, Grote Reber (1911 - 2002) realizou mapas de rádio do céu com suas antenas e instrumentos artesanais, inspirando até hoje os radioastrônomos amadores. A partir de então, a radioastronomia tem sido uma ciência estudada primordialmente em grandes centros de pesquisa, envolvendo arranjos de complexas antenas, de modo que comunidades de radioastrônomos amadores são menos conhecidas do que as dos astrônomos amadores tradicionais, com os telescópios óticos.

As ondas de rádio integram o espectro eletromagnético que inclui também a luz visível, contemplada na Astronomia com observações por meio dos telescópios óticos. Hoje, podemos considerar que a Radioastronomia compreende a janela de observação no intervalo de comprimento de onda: λ ≡ 30 m a λ ≥ 0,2 mm (WILSON,

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ROHLFS, HÜTTEMEISTER, 2013. p. 1), sendo este limite ajustado de acordo com a fonte pesquisada.

- O Universo que estudamos com os recursos da Radioastronomia é repleto de fenômenos para os quais as antenas e receptores de rádio são o melhor instrumental de pesquisa. Acessamos uma camada a mais na realidade que perceberíamos, de outro modo, apenas com nossos olhos. Este estudo depende do nosso conhecimento dos fenômenos envolvendo o eletromagnetismo e, para sua compreensão, é fundamental sedimentar os conceitos basilares que fazem parte dos conteúdos da Física, que compõem o currículo do Ensino Médio, em especial os do domínio da Eletricidade.

Torna-se relevante a contextualização histórica, em especial a síntese de conhecimentos de eletricidade e eletromagnetismo no final do Século XIX, realizada por Maxwell, com o desenvolvimento da teoria das ondas eletromagnéticas, posteriormente demonstradas por Hertz. Desenvolvimentos subsequentes tornaram as comunicações sem fios relevantes para governos, indústrias e as pessoas em geral, com a radiodifusão, satélites, TV, telefonia móvel e redes Wi-Fi .

Todo o cabedal de desenvolvimento também repercutiu na construção de radiotelescópios maiores e mais sensíveis. Tais saberes, na pesquisa de ponta, nos tornaram cientes do nosso lugar no Universo. Entretanto, para disseminarmos esses conhecimentos científicos, no contexto educacional, podemos resgatar uma das recomendações dos Parâmetros Curriculares Nacionais:

Será indispensável uma compreensão de natureza cosmológica, permitindo ao jovem refletir sobre sua presença e seu 'lugar' na história do Universo, tanto no tempo como no espaço, do ponto de vista da ciência. Espera-se que ele, ao final da educação básica, adquira uma compreensão atualizada das hipóteses, modelos e formas de investigação sobre a origem e evolução do Universo em que vive, com que sonha e que pretende transformar (BRASIL, 2002, p. 70-71).

Para lidarmos com os aspectos técnicos que repercutem em nosso modo de vida, a Radioastronomia é um arcabouço de saberes que pode ser utilizado nos ambientes formais e não formais de ensino de modo a favorecer os conhecimentos interdisciplinares: Matemática, Física, Geografia, História, Novas Tecnologias, Linguagens. Também podemos estender seu alcance ao tangenciarmos os aspectos mais lúdicos e que aguçam a curiosidade dos estudantes por saberem o que há no Universo e o que se pode captar com as antenas que monitoram objetos celestes.

Quando da pesquisa para o Mestrado Profissional em Astronomia, cujo tema integrava a Radioastronomia e o ensino de Física, o projeto educacional com apoio da NASA, ' Radio Jove Project', foi adotado como uma das referências exatamente por associar tantos conhecimentos e por disseminar modos de aplicá-los em diversos contextos, tendo como elemento agregador a construção de um radiotelescópio experimental, na faixa de Ondas Curtas, 20,1 MHz, capaz de captar sinais do Sol, Via Láctea e de Júpiter, nas condições adequadas de observação.

A partir da vivência em campo, com a construção do receptor e das antenas e da realização de diversas sessões de monitoração, num local com pouca interferência, na região metropolitana de Salvador, foram surgindo ideias para a construção de Produtos Educacionais que pudessem relacionar os diversos elementos que tornam possível a Radioastronomia. Considerando também o desejo dos estudantes de saber mais sobre o Universo e a promoção de atividades práticas. Além disso, para promover um ambiente favorável à aprendizagem

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significativa, de acordo com a teoria de Ausubel, valendo-se de proposta metodológica de Novak e Gowin, como o uso de Mapas Conceituais e Diagramas Heurísticos em Vê, no ensino da Física, a princípio no Nível Médio.

Foram desenvolvidos seis Produtos Educacionais que podem ser utilizados individualmente e que, se interpretados em conjunto, contam parte da história das ondas eletromagnéticas, sua descoberta, aplicação nos equipamentos de rádio, mesmo os comerciais, até seu uso para descobertas científicas: emissões eletromagnéticas da Via Láctea, emissões planetárias e solares, as estrelas de nêutrons e a radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Também foi criado um sítio na Internet no qual informações relativas à Radioastronomia são mantidas e atualizadas, com os arquivos dos produtos educacionais à disposição.

Convém ressaltar que o uso de atividades práticas é um elemento pedagógico relevante para a assimilação de conceitos, promove o exercício de habilidades, aprimorando a capacidade de interação e colaboração com estudantes e discentes. Além disso, as atividades práticas, relacionadas aos conteúdos STEAM ( Science, Technology, Engineering, Arts and Mathematics ) são recursos utilizados em programas educacionais de vanguarda no Brasil e no exterior. Quando pensamos na temática do XXIII SNEF, 'Ensino de Física no século XXI: caminhos para uma educação inclusiva', consideramos que a proposta de trabalho a ser apresentado, que trata da criação de Produtos Educacionais com um tema agregador, a Radioastronomia, entendemos que estes englobam tanto os conhecimentos da Física quanto permite sua aplicação por professores e estudantes de modo colaborativo. Espera-se que outros professores possam adotar esta perspectiva de trabalho, adotando os produtos propostos, adaptando-os ou criando outros tantos recursos pedagógicos, contribuindo para a inserção dos estudantes de escolas públicas, em especial, com o mundo conectado e de tantos desenvolvimentos tecnológicos que incluem a Astronomia.

## Descrição do trabalho desenvolvido

Com a aquisição e a montagem do kit do Radio Jove , foram realizadas atividades da radioastronomia experimental: sessões de observação em campo, atividades que progressivamente ajudaram no domínio do uso dos softwares RadioJupiter Pro (para previsão de observação de Júpiter e sua posição no diagrama da antena) e o Radio-SkyPipe (para coleta de dados), montagem dos aparatos de antenas e rádio, e no entendimento da dinâmica da observação de Júpiter, entendendo as sessões anuais mais favoráveis à observação do planeta e para observação do Sol, além de aplicar medidas para minimizar interferências. Numa das sessões, foram captadas duas emissões do Sol, confirmadas posteriormente pelo registro do NOOA ( National Oceanic and Atmospheric Administration ), bem como pela participação na lista de e-mail com os outros radioastrônomos amadores do Radio Jove .

Durante a pesquisa, foram realizadas cinco montagens de demonstração do Radio Jove em eventos de divulgação científica. Foram atividades que contribuíram para idealizar os Produtos Educacionais em diversas frentes de atuação: como na constatação de que as atividades práticas, de caráter experimental, são essenciais para entender a Ciência. Até mesmo as dificuldades inerentes às observações em campo são relevantes, ao nos permitir reconhecer nossas limitações frente ao tempo próprio dos eventos astronômicos e à imprevisibilidade dos fenômenos que

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estudamos e, por isso mesmo, permite exercitarmos a perseverança na busca de resultados.

Destaque para aspectos técnicos: entender que os componentes de um radiotelescópio, mesmo os experimentais, podem ajudar no estudo das ondas eletromagnéticas e aos conteúdos associados, podem ser trabalhados de maneira lúdica, com os estudantes realizando atividades concretas, mas associando-as aos conteúdos estudados. Nas aplicações práticas, vemos a realização dos conhecimentos em diversos componentes interdisciplinares. Houve preocupação em reconhecer o valor das descobertas históricas relevantes para a Radioastronomia, na figura de personagens importantes da Física: Maxwell, Hertz, Marconi, Planck, Jansky, Reber, Hey, Kraus, Penzias e Wilson, Jocelyn Bell, que aplicaram as novas tecnologias de suas épocas, vindo a favorecer o desenvolvimento da ciência tornando a Radioastronomia um campo de pesquisa relevante.

Figura 01: Detalhe do 'Experimento de Hertz' em funcionamento

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Os produtos educacionais foram categorizados, dividindo-se em Experimentos Físicos, Simuladores de Radiofontes Astrofísicas e Divulgação Científica. Descrição sucinta:

(1) O produto denominado 'Experimento de Hertz', Figura 1, ilustra de modo simplificado, uma das experiências feitas por Hertz, para evidenciar a teoria de James Clerk Maxwell sobre a existência das ondas eletromagnéticas. (2) O Rádio de Galena Adaptado é um receptor de rádio que não utiliza circuitos ativos de amplificação do sinal de radiofrequência que chega à antena e é logo demodulado após a sintonia. É inspirado nos antigos rádios de galena, que funcionavam apenas com a energia de RF recebida, de OM, mas no caso, utilizamos componentes eletrônicos atuais. (3) Simulador Io-Júpiter: Explica como os sinais de rádio são gerados em Júpiter e chegam até nós, o que pode levar aos estudantes do Ensino Médio atividades com características de investigação e realização prática, envolvendo diversos conteúdos. Foi inspirado no Radio Jove , mas em vez de propormos a aquisição e montagem do kit do Radio Jove , o que é uma possibilidade a ser considerada em outros projetos, neste produto replicamos como se faz a observação, com a radioastronomia amadora, por meio da construção de maquetes. (4) Simulador de Pulsar: O simulador de Pulsar leva para a sala de aula um dos fenômenos mais intrigantes da Astronomia. Neste simulador, um globo terrestre didático é pintado e adaptado com imãs de neodímio para, ao ser girado, produzir a indução de um campo magnético numa bobina que representa uma antena na Terra. (5) Radiotelescópio com Antena Banda Ku: é a adaptação da antena comercial de

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recepção de satélite, que é praticada em diversos países, e foi objeto de trabalhos acadêmicos e amadores, para observações do Sol, com emissões de radiofrequências por processos térmicos. (6) Simulador da Radiação Cósmica de Fundo em Micro-Ondas - RCFM: Representa diversos aspectos da Teoria do Big Bang , sobre a origem do Universo; é um artefato caracterizado por possuir vários dispositivos acoplados em uma caixa. Assim como nos radiômetros utilizados nas sondas que mapearam a RCFM, extremamente sensíveis às variações de temperatura, oriundas da incidência de micro-ondas na antena, o Produto Educacional adota um gerador de calor interno e um medidor de temperatura, para simular o comportamento de dispositivos de detecção da RCFM.

Nas oficinas e eventos de divulgação científica, realizados para a consolidação dos Produtos Educacionais, o público alvo de professores, discentes e entusiastas da pesquisa espacial, era convidado a interagir com os protótipos e a pensar sobre conceitos da Radioastronomia, em sua história, que menciona Maxwell, Hertz, Karl Jansky, Penzias e Wilson, Hewish e Jocelin Bell. Apresenta-se um panorama dos estudos para os quais a Radioastronomia é ferramenta fundamental à compreensão do Universo. Contextualiza-se também as emissões radioastronômicas típicas de corpos celestes como o Sol, Júpiter, a Terra, Pulsares e Quasares. Apresenta-se o desenvolvimento dos produtos educacionais e a demonstração de sua utilização. Cada produto também está associado aos roteiros de construção. Tais propostas construtivas podem ser adaptadas pelo professor, com uso de outros materiais. A contribuição que se espera mais relevante nas propostas dos produtos educacionais está relacionada à adoção das ideias e das metodologias empregadas.

## Resultados obtidos

Com a radioastronomia amadora, após diversas sessões de testes e de demonstração, foi possível registrar emissões solares com o Radio Jove . O registro deste evento foi importante para confirmar a viabilidade de montar este tipo de equipamento para fins educacionais e caracterizar o funcionamento correto do receptor, bem como para permitir, com a vivência prática, perceber quais as melhorias ainda necessárias para as próximas sessões de observação. Na Figura 2, vemos o exemplo de uma emissão solar de rádio na faixa de HF, em 20,1 MHz.

Figura 02: Exemplo de Emissão de Rádio de Origem Solar, com o Radio-SkyPipe

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À medida que as atividades experimentais resultaram em sucesso no teste do radiotelescópio do Radio Jove , os produtos educacionais eram criados e utilizados na divulgação científica. A relação de produtos está no Quadro 01. Cada um deles pode ser aplicado individualmente, de acordo com o planejamento didático do professor.

Quadro 01: Produtos Educacionais, Eventos Históricos e a Física

Para a aplicação dos produtos, a metodologia proposta adota o uso de Mapas Conceituais (NOVAK) e Diagramas Heurísticos em Vê (GOWIN), como no exemplo da Figura 3. São recursos para que a Aprendizagem se dê de modo mais significativo (AUSUBEL). Para tanto, o professor deve estabelecer um calendário de atividades prévias associadas aos conteúdos em questão. Por exemplo, com o produto educacional 'Simulador Io-Júpiter', tanto os conteúdos presentes em livros didáticos, quanto pesquisas na Internet realizadas pelos estudantes, ajudam a compor um repertório de saberes para a elaboração de mapas conceituais prévios, organizar a montagem do simulador, definir questões pertinentes, quais os tipos de experimentos propostos e a elaboração de relatórios incluindo um mapa conceitual final para comparação com o inicial, e avaliar a aprendizagem. Tais conhecimentos

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prévios integrarão o lado esquerdo do diagrama heurístico, o uso do simulador corresponde à tentativa de responder à questão central e o lado direito compreende o modo como os recursos são utilizados na busca de respostas.

Figura 03: Exemplo de Diagrama Heurístico em V para o Simulador Io-Júpiter

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## Considerações/conclusões

A busca da apropriação de uma técnica observacional ligada à Astronomia, mesmo com algumas limitações de recursos e de tempo para as sessões, confere sentido à assimilação de um novo saber. Utilizamos a vivência prática com o ponto de partida do Radio Jove , mas outras práticas, baseadas em outras atividades em campo podem ser adotadas. Das pesquisas bibliográficas com a radioastronomia e a Aprendizagem Significativa, com uso de mapas conceituais e diagramas heurísticos resultaram conjuntos de saberes empregados para levar aos professores e estudantes as propostas de trabalho consolidadas nos Produtos Educacionais, voltados para o ensino da Física, no Nível Médio, mas que também podem ser adaptados para a Graduação. Para cada protótipo de produto que foi montado, diversos conteúdos estão imbricados com o eletromagnetismo exemplificado nas aplicações da radioastronomia, como elemento comum que os une.

Durante a criação dos produtos, houve a preocupação com o contexto em que determinadas descobertas foram realizadas, o que demanda no planejamento das aulas, considerar os saberes prévios dos estudantes, de modo que os experimentos realizados façam sentido. Assim, para adoção das ideias de algum dos produtos por professores, considera-se que serão atividades realizadas com planejamento, envolvendo trabalho colaborativo, pesquisas em livros e na Internet e a liberdade do professor e dos estudantes no exercício da criatividade para reconfigurar o que acharem necessário, tornando, eventualmente, algum conteúdo mais predominante que outros.

As aulas práticas, então, podem ser organizadas em função de conteúdos motivadores, como os presentes em livros didáticos, com pesquisas complementares, associando-os a temáticas como a da radioastronomia, no caso da

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abordagem do eletromagnetismo, de modo que os estudantes exercitem a metacognição ao pensarem em todas as etapas na realização de experimentos, buscando perguntas, respostas, criando relatórios e entendendo melhor o próprio processo de aprendizagem.

## Referências

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