O RECEPTOR EXPERIMENTAL VLF-3, DO INSPIRE PROJECT, PARA A PROMOÇÃO DE ATIVIDADES STEM

## O RECEPTOR EXPERIMENTAL VLF-3, DO INSPIRE PROJECT, PARA A PROMOÇÃO DE ATIVIDADES STEM

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

- 1 UEFS/Mestre oriundo do MPAstro, marcelolago1@hotmail.com
- 2 UEFS/Docente do Departamento de Física, germano.uefs@gmail.com

Palavras-chave : eletromagnetismo; radioastronomia experimental; VLF.

## A radioastronomia como temática no ensino de Física

O eletromagnetismo é conhecimento essencial numa sociedade conectada, desde os satélites artificiais aos aparelhos com tecnologia 5G . Uma maneira de promover seus fundamentos na formação de estudantes é montando dispositivos experimentais. Ressaltamos o crescente interesse pela Astronomia e assuntos afins, que exemplificamos com os observatórios radioastronômicos SKA (África do Sul e Austrália) e BINGO (Brasil), e com base em dissertação de mestrado da UEFS, 1 onde a radioastronomia é aplicada ao ensino de conteúdos da Física, especialmente do eletromagnetismo. Para o Ensino Médio ou Graduação, desde as Equações de Maxwell expandindo o conhecimento para situações concretas. Assim, sugerimos a construção de radiotelescópios experimentais, disseminando conteúdos STEM ( Science, Technology, Engineering and Mathematics ), com base no projeto educacional Inspire Project (receptor VLF-3) . 2

As atividades são fundamentadas nos estudos de NOVAK e GOWIN (1984), a partir de AUSUBEL (2003), com os facilitadores da aprendizagem: Diagramas Heurísticos, que estruturam questionamentos auxiliando no processo de descoberta. O Vê heurístico foi 'desenvolvido em princípio para ajudar os estudantes e os professores a clarificar a natureza e os objetivos do trabalho experimental em ciências' (NOVAK, GOWIN, 1984, p. 71).

## A radioastronomia experimental

Os radiotelescópios terrestres operam nos limites das janelas de observação cósmica de rádio, de ~10 MHz a ~1,5 THz, para comprimentos de onda de 30 m a 0,2 mm (WILSON, ROHLFS e HÜTTEMEISTER, 2013, p. 1). A janela é delimitada por características da atmosfera em cada faixa de interesse, que por sua vez implicará no tipo de equipamento usado.

Num artigo de WUENSCHE (2019), sobre a construção do radiotelescópio BINGO, no Brasil, encontramos elementos que permitem definir etapas simplificadas, mas análogas, para montar radiotelescópios experimentais: Inspire Project , Radio JOVE 3 (FLAGG, 2005) ou outros tipos, a exemplo de SANTOS (2017). Definições: objetos de estudo como o Sol, Júpiter e Via Láctea; delimitar frequências dos fenômenos. Equipamentos: antenas, cabos, receptores,

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19 a 30 de julho de 2021 - Online

computador, softwares para predição, registro e análise de dados, comparando-os com outros observatórios. Local da estação, idealmente, afastado de interferências (RFI) . 4

Adquirir, montar e testar um kit como o do VLF-3 , que sugerimos neste artigo, envolve recursos financeiros, técnicos, possíveis de viabilização com grupos de estudos. Investimento que pode converter-se em acervo para aulas em laboratório, em campo, em diversos períodos letivos. O objeto de estudo são descargas atmosféricas e interações com a magnetosfera (GREEN, 2006).

## Estação receptora VLF

Algumas frequências para pesquisa, no espectro de rádio, constam do PDFF (ANATEL, 2020). Certas faixas da radioastronomia podem estar mais protegidas contra RFI. A estação é exclusivamente de recepção, não gerando interferências em outros sistemas. Para receptores experimentais, algumas faixas, no Quadro 01. Quanto menor a frequência, maior o comprimento de onda ( λ ): λ=c/f , onde c é a velocidade da luz no vácuo, em m/s, f é a frequência, em Hertz.

Quadro 01: Algumas frequências para Radioastronomia Experimental

Estação VLF básica: Antena loop magnética , 5 Receptor, Computador, conforme Figura 01. O gravador digital registra sinais captados para análise posterior, evitando a RFI que o computador gera. A antena montada num quadro de PVC com, ao menos, 90 cm de lado, 50 espiras de fio 1,5 mm , interage com o 2 campo eletromagnético convertendo-o em voltagem acoplada ao receptor, onde é amplificada, filtrada. Em geral, o receptor deve ser capaz de sintonizar, amplificar, filtrar a faixa de frequência. No VLF-3 há amplificação direta, de 0,3 a cerca de 10 kHz. O sinal é interligado ao computador com softwares instalados: Radio-SkyPipe da Radio-Sky Publishing 6 ; e o analisador de espectro SpectrumLab . 7

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Figura 01: Esquema de Estação VLF com o Receptor VLF-3

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## Observações de fenômenos naturais em rádio

O resultado esperado é o registro e estudo dos fenômenos naturais. A Propagação em VLF é afetada por interações com a ionosfera, camada superior da nossa atmosfera, motivando estudos dos raios e suas interações com atmosfera e magnetosfera terrestres, que sugerem organizar calendários de monitoração por época do ano. A antena loop permite segurança nas observações, que não precisam ser em áreas externas. Entretanto, ao operar no interior de edificações, haverá mais interferências, podendo estas também ser objeto de estudo. Raios emitem sinais numa ampla faixa: alguns Hertz a mais de 100 kHz. A ionosfera e a superfície terrestre comportam-se como uma espécie de guia de onda, confinando ondas eletromagnéticas que percorrem extensas distâncias. Dependendo do percurso e das múltiplas reflexões, podem ocorrer mudanças nas características do sinal. Os pesquisadores definiram uma classificação de sinais VLF típicos, conforme a página Natural VLF Radio , do VLF Inspire (2017) : 'Sferics', Tweeks' e 'Whistler'. 8

Figura 02: Descargas atmosféricas com o VLF-3, usando o Radio-SkyPipe

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Na Figura 02, registramos descargas atmosféricas em momentos distintos. 9 Por suas características, as identificamos como Sferics : duração muito curta e, no

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áudio correspondente, sem distorções indicando dispersão das frequências componentes. Como os raios ocorreram relativamente próximos, os pulsos curtos apresentam amplitude elevada em relação ao patamar RFI. No mesmo gráfico, há Sferics de raios distantes com intensidade muito menor.

## Considerações finais

A abordagem STEM, requer organização de materiais, espaço para funcionar como laboratório, mesmo que seja a sala de aula. Em contrapartida, tais atividades colaborativas despertam o interesse dos estudantes, fomentando habilidades subjetivas. Ao incentivar a curiosidade, a radiastronomia experimental sugere usos e aplicações metodológicas envolvendo a aprendizagem significativa de conceitos complexos. Artefatos como o radiotelescópio experimental indicado, são recursos que ampliam o rol de possibilidades, complementando o que professores já realizam com seus estudantes. Receptores como o VLF-3, o Radio JOVE e outros artesanais são capazes de sedimentar o conhecimento da Física enquanto reafirmam sua relevância.

## Referências

ANATEL. Plano de Atribuição, Destinação e Distribuição de Frequências no Brasil - PDFF. Disponível em: &lt;https://sistemas.anatel.gov.br/anexarapi/publico/anexos/download/db36871563204c812e300856bd9b2794&gt;. Acesso em: 13/02/2021.

ARAÚJO, M. L. Simuladores experimentais de radiotelescópios para o ensino de Astronomia no nível médio. Feira de Santana/BA, Universidade Estadual de Feira de Santana, UEFS, 2017. 253p. Dissertação de Mestrado. Disponível em: &lt;http://tede2.uefs.br:8080/handle/tede/644&gt;.

AUSUBEL, D. P. Aquisição e retenção de conhecimentos: uma perspectiva cognitiva. Plátano Edições Técnicas. Lisboa, 2003.

FLAGG, R. S. Listening to Jupiter. A guide for the amateur radio astronomer. Second Edition. Radio-Sky Publishing. 2005.

GREEN, J.L.; U.S. Inan, Chapter 4: Lightning effects on space plasmas and applications. Plasma Physics Applied, edited by C. Grabbe, 2006. Disponível em &lt;http://theinspireproject.org/downloads/pdf/RESEARCH%20ARTICLES/Green\_Ligh tning\_Chapter4.pdf&gt;. Acesso em: 17/03/2021.

INSPIRE PROJECT INC. NASA educational portfolio program. Disponível em: &lt;http://theinspireproject.org/default.asp?contentID=1&gt;. Acesso em 21/03/2021.

NOVAK, J. D.; GOWIN, D. B. Aprender a Aprender. Plátano Edições Técnicas. Lisboa, 1984.

SANTOS, E. J. A. F. O ensino de Física à Luz da Astronomia: uma prática pedagógica investigativa e experimental. Feira de Santana/BA, Universidade Estadual de Feira de Santana, UEFS, 2017. 131 p. Dissertação de Mestrado. Disponível em: &lt; http://tede2.uefs.br:8080/handle/tede/601&gt;.

WILSON, T. L.; ROHLFS, K. R.; HÜTTEMEISTER, S. Tools of Radio Astronomy. Springer, Sixth Edition. New York, 2013.

WUENSCHE, C. A.; BINGO Collaboration. The BINGO telescope: a new instrument exploring the new 21-cm cosmology window. Journal of Physics:

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Conference Series.1269 012002. 2019. Disponível em: &lt;https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1269/1/012002/pdf &gt;. Acesso em 21/03/2021.