Exoplanetas: uma proposta de unidade de ensino para o Ensino Médio

## EXOPLANETAS: UMA PROPOSTA DE UNIDADE DE ENSINO PARA O ENSINO MÉDIO

Telma de Fátima Clarita Carvalho 1 , André Lucas Maia 2 , Aline Tiara Mota 3 (Fonte: Arial, 12, Centralizado, Negrito, Espaço Simples)

- 1 Instituto Federal do Rio de Janeiro/Campus Volta Redonda, telmaclarita@gmail.com
- 2 Instituto Federal do Rio de Janeiro/Campus Volta Redonda, andrelucasvr@gmail.com
- 3 Instituto Federal do Rio de Janeiro/Campus Volta Redonda, aline.mota@ifrj.edu.br

## Resumo

Este trabalho apresenta uma proposta de unidade de ensino sobre 'exoplanetas'. Partindo do questionamento sobre a existência de vida em outros planetas, pretendemos discutir sobre os conceitos envolvidos na compreensão deste tema. Por se tratar de uma curiosidade bastante presente entre os estudantes e pessoas em geral, a possibilidade de vida fora da Terra traz a oportunidade de refletirmos sobre as condições necessárias para que a mesma seja comprovada cientificamente. As ideias do senso comum e as noções, muitas vezes fantasiosas e baseadas em obras de ficção cuja preocupação de transmitir uma informação cientificamente correta muitas vezes não está presente, contribuem para o aumento das especulações, para a propagação de uma pseudociência e de falsas conclusões a respeito do que é cientificamente evidenciado. Dessa forma, o texto traz uma proposta de abordagem do tema norteado pela discussão sobre a vida em outros planetas e fundamentado nos princípios de construção de Unidades de Ensino Potencialmente Significativas.

Palavras-chave : Ensino de Astronomia; Exoplanetas; Proposta de Ensino.

## Introdução

Os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) preconizam um ensino que leve o aprendiz a adquirir habilidades e competências nas diferentes áreas de conhecimento. A Astronomia, por exemplo, está presente em conteúdos indicados nas disciplinas de física, geografia e matemática. Os temas relacionados à Astronomia costumam despertar bastante interesse entre todas as pessoas e os PCN estimulam sua discussão em sala de aula, pois

confrontar-se e especular sobre os enigmas da vida e do universo é parte das preocupações frequentemente presentes entre jovens nessa faixa etária. Respondendo a esse interesse, é importante propiciar-lhes uma visão cosmológica das ciências que lhes permita situarem-se na escala de tempo do universo, apresentando-lhes os instrumentos para acompanhar e admirar, por exemplo, as conquistas espaciais, as notícias sobre novas descobertas de telescópio espacial Hubble, indagar sobre a origem do universo ou do mundo fascinante das estrelas e as condições para a existência da vida como a entendemos no planeta Terra (BRASIL, 2002).

Para que essas indagações sejam respondidas com uma linguagem cientificamente correta, é importante propor situações que instiguem os estudantes a pensar utilizando as ferramentas adequadas. Nesse sentido, especular sobre os enigmas da vida e do universo corresponde a compreender seu mecanismo e as leis que conduzem nossa visão do cosmos.

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Dessa forma, propomos neste trabalho a discussão sobre a descoberta dos exoplanetas, um tema de pesquisa recente em Astronomia, que pode contribuir para a compreensão de conceitos e leis da física muito importantes.

A descoberta dos primeiros planetas fora do Sistema Solar ocorreu no início da década de 90, a partir de estudos de um pulsar (STEVENS et al, 1992) e de uma estrela de sequência principal (MAYOR; QUELOZ, 1995), seguido nos anos posteriores pela descoberta de uma dúzia de novos candidatos à exoplanetas (MARCY; BUTLER, 1998) e atualmente, os números vem aumentando. A missão Kepler da NASA, lançada em 2009, mapeou uma região vizinha ao Sistema Solar com um alcance de 3000 anos-luz e confirmou a existência de 2652 exoplanetas e catalogou 2737 candidatos a exoplanetas até o momento 1 .

Há muitas formas de se utilizar este tema em sala de aula. Do ponto de vista físico, pode-se falar sobre os métodos de detecção de planetas extrassolares como o método da velocidade radial (que utiliza o efeito doppler), o trânsito planetário (que estuda a mudança da intensidade luminosa quando o exoplaneta transita sua estrela), o método das microlentes gravitacionais (analisada a partir de uma amplificação da luz) e o atraso nos sinais dos pulsares (provenientes das anomalias temporais dos sinais de pulsares).

Neste trabalho, entretanto, o objetivo será descrever uma proposta para a sala de aula, no nível médio, a partir de uma discussão que possa instigar a curiosidade dos estudantes com o seguinte questionamento: existe vida fora da Terra? Para tanto, ela será estruturada nas teorias de aprendizagem, em especial a aprendizagem significativa. Partindo das premissas de que não há ensino sem aprendizagem, de que o ensino é o meio e a aprendizagem é o fim (MOREIRA, 2012), essa sequência é proposta como sendo uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS). Sugere-se alguns passos para aplicação da unidade e, ao final, discute-se sobre algumas perspectivas.

## Unidades de Ensino Potencialmente Significativas: um caminho para a aprendizagem significativa

As UEPS são sequências didáticas fundamentadas teoricamente e voltadas para aprendizagem significativa. Com o intuito de contribuir para uma aprendizagem frutífera e promover maior aproximação entre as teorias de aprendizagem e a sua inserção na escola, as UEPS procuram reunir em sua estrutura contribuições de diversos autores como Ausubel (1968, 2000), Moreira (2000, 2005, 2006), Moreira e Masini (1982, 2006), as teorias de educação de Joseph D. Novak (1977) e de D.B. Gowin (1981), a teoria interacionista social de Lev Vygotsky (1987), a teoria dos campos conceituais de Gérard Vergnaud (1990; Moreira, 2004), a teoria dos modelos mentais de Philip Johnson-Laird (1983) e a teoria da aprendizagem significativa crítica de M.A. Moreira (2005).

Alguns princípios destas UEPS são que o conhecimento prévio é a variável que mais influencia a aprendizagem significativa; pensamentos e sentimentos se integram ao ser que aprende, sendo ela positiva e construtiva; além disso, é o aluno quem decide se quer aprender significativamente determinado conhecimento; os

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chamados 'organizadores prévios' são a maneira como se relacionam os novos conhecimentos aos prévios. São as situações-problema que dão sentido a novos conhecimentos, funcionando como organizadores prévios constituindo-se em propostas com níveis crescentes de complexidade. Dessa forma, a aprendizagem significativa deve ser crítica e estimulada pela busca de respostas ao invés da memorização de respostas conhecidas, por meio do uso de materiais e estratégias educacionais diversos (MOREIRA, 2012).

Nesta perspectiva, este trabalho sugere algumas possibilidades de utilização de um tema recente em Astronomia que pode contribuir para o ensino de diversos conceitos e leis físicas: os exoplanetas. Já que o conhecimento prévio é o que mais influencia na aprendizagem e que as situações-problema funcionam como organizadores prévios (MOREIRA, 2011), iniciar este tema indagando os estudantes sobre a possibilidade de vida em outros planetas, pode ser um caminho frutífero e positivo para aprofundar em questões como 'quais são as condições físicas, químicas e biológicas necessárias para a existência de vida fora da Terra?', 'quais os limites tecnológicos para alcançar este objetivo?', entre outras que podem surgir em sala de aula.

## Uma proposta de unidade de ensino sobre o tema 'exoplanetas'

Tomando como ponto de partida os pressupostos do referencial teórico utilizado, a tabela 1 apresenta o resumo das etapas desta unidade proposta e como estão relacionadas aos princípios das UEPS. Na sequência são apresentados os detalhes sugeridos para cada etapa.

Tabela 01: Atividades de aula

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A primeira aula seria iniciada de forma interativa, perguntando aos alunos se acreditam na hipótese de vida fora do planeta Terra. Com essa discussão inicial, o professor poderia entender as concepções e ideias iniciais dos alunos sobre essa questão. Seria mencionado o fato de não existirem evidências da existência de vida fora da Terra, o que, entretanto, não caracteriza a inexistência de vida no Universo além da nossa, uma vez que 'ausência de evidência não é, por si, evidência de ausência'. Seria então solicitado que os estudantes registrassem suas ideias por escrito, a fim de realizarem uma comparação posterior.

Em seguida, seria apresentado e discutido um texto que aborda os perigos da radiação solar para o ser humano. O objetivo seria sensibilizar os estudantes sobre a necessidade de condições específicas das atmosferas e regiões próximas aos candidatos a planetas para a existência de vida.

Este seria o momento de introduzir as exigências mínimas para que tais condições sejam atendidas. São elas:

- 1.Os processos de química do carbono: os átomos de carbono ligam-se entre si formando estruturas estáveis denominadas cadeias carbônicas e essa propriedade de se ligar com outros átomos de carbono é responsável pela grande variabilidade de compostos orgânicos existentes no planeta
- 2. Ambientes que contenham água em estado líquido: segundo a teoria atualmente aceita, a origem da vida em nosso planeta surgiu na água e, ao longo da evolução, se diversificou e se espalhou pelo globo e, apesar de se passarem bilhões de anos, permanece sendo condicionada à sobrevivência de todas as espécies do nosso planeta a existência da água.
- 3. Sob atmosfera com certa pressão barométrica: a atmosfera funciona como uma capa que protege contra o choque com corpos celestes, além de filtrar raios solares, fazendo com que as temperaturas na superfície terrestre sejam amenas, possibilitando o desenvolvimento da vida.

Contudo, a vida extraterrestre pode ser completamente diferente de qualquer forma de vida que concebemos, como não ser constituída de moléculas de DNA ou, até mesmo, nem ser baseada em carbono. Seria, então, aproveitado o ensejo para

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abordar o quão essa discussão é complexa e se faz constante no meio científico há muitos anos. É interessante notar que esta consideração leva também à discussão de como a ciência necessita de hipóteses e realiza comparações baseada no que já se conhece.

Pautando nesse pressuposto de que nos espelhamos naquilo que sabemos sobre a vida na Terra para procurar quaisquer formas de vida no Universo, seria introduzido o conceito sobre Exoplanetas, cuja definição é de que se tratam de planetas fora do Sistema Solar orbitando uma estrela que não seja o Sol, pertencente a um sistema planetário diferente do nosso.

Partindo para a busca por Exoplanetas com condições capazes de sustentar a vida, a primeira característica seria orbitar estrelas com tamanho semelhante ao do nosso Sol, devido ao nível de radiação térmica. Entende-se por radiação térmica a energia transportada por meio de ondas eletromagnéticas na frequência do infravermelho que transmitem calor. As estrelas são aquecidas na escala de milhares de Kelvins na superfície. Nossa escala seria o Sol, pois estrelas muito pequenas emitem pouca radiação, enquanto estrelas muito grandes podem ter o tempo de vida curto. Seria então a possibilidade de realizar o estudo sobre as ondas eletromagnéticas, radiação térmica, frequência, entre outros conceitos físicos importantes para a compreensão dos estudantes.

A partir desse ponto, seria definida a zona habitável, a qual se refere à área em que o Exoplaneta deve orbitar ao redor de uma estrela, de maneira que o fluxo de energia estelar permita a existência de água em estado líquido na superfície. Para isso, o Exoplaneta não pode estar demasiado próximo da estrela, em razão da alta temperatura a água se encontraria em estado gasoso, nem demasiado afastado, pois devido à baixa temperatura se encontraria em estado sólido. Enfatizando que a zona habitável não é algo fixamente delimitado, ela varia conforme o tamanho e tipo de estrela.

Um exemplo, seria realizar uma comparação com os dados recentemente obtidos para o sistema Kepler-186. A figura 01 mostra a localização das zonas habitáveis e outras que seria potencialmente habitáveis, em função de suas distâncias até a estrela.

Figura 01 : Dados originais da pesquisa de Kepler-186f: estimativas de zonas habitáveis. Fonte: Quintana el al, 2014.

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Em seguida, poderia se comentar acerca da dificuldade encontrada na busca por Exoplanetas, já que os planetas refletem muito menos luz do que as estrelas que eles orbitam emitem. Fazendo uma analogia, seria como tentar

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enxergar a luz de um isqueiro ao lado de um farol muito potente, a uma longa distância. Por isso a maioria das observações é realizada de maneira indireta, utilizando o Efeito Doppler, por exemplo, mas antes de explicar sobre ele, seria preciso entender a respeito dos movimentos planetários.

Neste último momento, seria oportuno abordar um dos métodos de detecção de Exoplanetas - método da Velocidade Radial - com o intuito de explicar o conceito do Efeito Doppler envolvido neste processo. Este, descrito teoricamente pela primeira vez em 1842 por Johann Christian Andreas Doppler, se trata da alteração da frequência de onda percebida pelo observador em virtude do movimento relativo de aproximação ou afastamento entre a fonte e esse observador. A investigação desse fenômeno se faz eficaz neste método de busca porque, quando um objeto menor, como um Exoplaneta, orbita um objeto maior, como uma estrela, pode produzir mudanças de posição e velocidade deste último, ou seja, o 'bamboleio' da estrela evidenciaria a existência de um Exoplaneta o orbitando, mesmo que não seja possível visualizá-lo.

Por fim, seria importante retornar à questão inicial, indagando novamente os alunos se seria possível a existência de vida em outros planetas.

A avaliação do conteúdo assimilado pelos alunos poderia ser realizada no decorrer das aulas, através da observação, registro e análise do posicionamento crítico dos alunos durante as discussões, verificando se houve aprendizagem dos conceitos-chaves, ou então, através de uma atividade escrita contendo questões relativas aos temas abordados no momento de encerramento da aula.

## Considerações finais

É possível perceber que muitos conceitos de física podem ser discutidos a partir desse estudo. Foi possível contextualizar o tema a partir de um questionamento bastante frequente entre os estudantes: existe vida em outros planetas?

Com essa pergunta, acredita-se que o aluno poderá compreender que a ciência tem trabalhado para tentar responder a essa questão e que é necessária a contribuição de diversas áreas do conhecimento para se obter uma conclusão mais completa e que não seja meramente especulativa.

Pode-se ainda comentar sobre as notícias divulgadas na mídia e como muitas vezes acabam se tornando sensacionalistas e enfatizam a possibilidade de existência de seres extraterrestres sem a devida discussão científica.

Desta forma, as UEPS contribuem para estruturar de forma mais objetiva e coerente o planejamento de uma unidade de ensino. O tema sugerido neste trabalho se adaptou de maneira satisfatória aos princípios propostos pelas UEPS, sendo possível estabelecer diversos paralelos, como os apresentados na tabela 1.

## Referências

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