GTTP - Galileo Teacher Training Program

1. GTTP - Galileo Teacher Training Program Workshop de Astronomia e Instrumentação Parte III

2. OBJECTIVOS • O Galileo Teacher Training Program (GTTP) é um projecto internacional considerado um projecto chave pela Comissão Internacional do Ano Internacional da Astronomia 2009: • http://www.astronomy2009.org/globalprojects/cornerstones/galileoteachertraning/ • Durante 2009, as acções de formação para professores, promovidas pela Comissão Nacional do Ano Internacional da Astronomia 2009, incluem um dia dedicado ao GTTP, dando a Portugal a oportunidade de experimentar alguns dos recursos que serão promovidos internacionalmente pelo GTTP em 2010. • O GGTP baseia-se principalmente em recursos tecnológicos acessíveis às escolas de forma a poder trazer à escola a Astronomia Moderna. U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

3. PROGRAMA • Observação com telescópios remotos • Planeamento de observações • Tratamento de imagens • Projectos/Actividades para a sala de aula U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

4. 1.1 - Observação com telescópios remotos - Introdução • OBJECTIVOS • Hoje em dia, é possível ter acesso a telescópios devidamente equipados com CCDs e rodas de filtros, utilizando um simples browser e uma ligação à internet. • Esta forma de aceder a telescópios permite que os alunos possam obter, eles mesmos, excelentes imagens astronómicas. • As observações astronómicas são, por si só, uma actividade pertinente para levar a cabo na sala de aula, tanto no 3º ciclo do ensino básico como no ensino secundário. • O uso deste recurso pode tornar-se ainda mais interessante se o contextoalizarmos num projecto - ver sugestões em Projectos. • VANTAGENS • A utilização de telescópios remotos permite que alunos de escolas sem equipamento astronómico realizem verdadeiras observações astronómicas. • Para a realização das observações não se torna necessário tirar os alunos da sala de aula e da escola. • Escolhendo um telescópio numa região com uma diferença horária significativa, pode-se observar de dia em Portugal o céu nocturno da região onde está localizado o telescópio - fazem-se observações do céu nocturno durante o dia! U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

5. 1.2 - INO - Ironwood North Observatory • INO - Ironwood North Observatory • Um dos telescópios que aconselhamos os professores a experimentar é o Ironwood North Observatory, mais conhecido por INO. • O INO é um telescópio particular, localizado nos Estados Unidos da América, no estado do Arizona, perto de Phoenix. • O dono, Frank Pino, estabeleceu inicialmente um acordo com o projecto Hands-On Universe (HOU) dos EUA, que permite escolas norte-americanas utilizarem o telescópio a partir da meia-noite. Mais tarde, estendeu a utilização do telescópio a escolas do European Hands-On Universe (EU-HOU) - em Portugal, o NUCLIO-Núcleo Interactivo de Astronomia (responsável pelo Pt-HOU) coordena as observações remotas com o telescópio INO em escolas portuguesas. U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

6. 1.2.1 Características dos telescópios INO • Localização do INO: N 33° 12' 00" W 111° 39' 00" • Neste momento o INO já é constituído por dois telescópios: • INO-1 • Telescópio: LX200 operado pelo software ACP • Diâmetro: 25.4 cm • Distância Focal: 160,91 cm (f/6.3) • Dimensão do CCD: 512 x 512 pix • Escala: Horiz: 2,56“/pix ; Vert: 2,56“/pix • Campo de visão (FOV): 21,85’ x 21,85’ • Filtros: Vermelho, Verde, Azul, Luminância • INO-2 • Telescópio: operado pelo software ACP • Diâmetro: 41,5 cm • Distância Focal: 406,4 cm (f/9.8) • Dimensão do CCD: 1024 x 682 pix • Escala: Horiz: 1,46”/pix ; Vert: 1,46”/pix • Campo de visão (FOV): 24,97’ x 16,63’ • Filtros: Vermelho, Verde, Azul, Luminância + 4 filtros U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

7. 1.2.2 Como reservar o INO • Para reservar o INO consulte o calendário das sessões disponíveis em cada mês em • http://www.pl.euhou.net/index.php?option=com_content&task=view&id=62&Itemid=156 • O calendário está no site polaco do European Hands-On Universe - procure na página indicada, mais abaixo, o calendário para o mês seguinte. • Atenção: • as horas das sessões estão na hora da Polónia - em Portugal continental e Madeira, retire uma hora; nos Açores, retire 2 horas; • as datas referem-se à noite de transição de um dia para outro e por isso aparecem duas datas; por exemplo, se na data aparece 3/4 quer dizer que é a noite do dia 3 para 4 no Arizona; para a Europa, o que nos interessa é a segunda data, pois as observações são realizadas em Portugal na manhã da segunda data - no exemplo, a noite de 3 para 4 de Abril no Arizona corresponde, em Portugal, à manhã do dia 4. • Depois de escolherem uma sessão que vos interesse, enviem um email para luisa@nuclio.pt • Antes da sessão de observação devem preparar-se fazendo o planeamento das observações e treinando com o simulador do telescópio. U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

8. 1.2.3 Simulador INO • O software que controla os telescópios INO chama-se ACP. É um software bastante comum em telescópios operados remotamente. • Pode treinar operar um telescópio remoto com ACP usando um simulador. • Peça uma senha em • http://shareyoursky.com/demo-signup.asp • Quando receber a senha pelo email, entre no simulador • http://simulator.my-sky.com/ • Este simulador chama-se Red Mountain Simulated Observatory; atenção que é apenas um SIMULADOR e por isso não vai obter imagens verdadeiras. O que é importante é familiarizar-se com os menus e comandos deste software. • Deve ter atenção a: • System Status que indica o que se está a passar; • Observing / Single Object Imaging, com as opções de Single Image e Color Series - são os comandos de observação; • My documents / Acquired Images que é onde vão buscar as imagens obtidas; • Observatory Info que é onde se pode ir buscar informação sobre o observatório. U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

9. 1.2.3 Simulador - System Status • Deve ter atenção ao System Status que é onde tem a informação sobre o que se está a passar com o telescópio: • No menu do Observatory é importante olhar para a informação sobre • as horas (UTC - hora universal, LST - hora sideral local) • Owner - este indica se somos nós que estamos a usar o telescópio ou não; se disser Free, podemos usar o telescópio e quando começarmos a observar, passará a dizer o nosso nome. Também é aqui que • temos de clicar para libertar • o telescópio quando a nossa • sessão acabar. • Os menus Telescope, Imager e • Activity vão indicando o que se • está a passar quando as observa- • ções começarem. U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

10. 1.2.3 Simulador - Single Object Imaging • No menu Observing, há dois comandos que nos interessam: o Single Image e o Color Series. • O comando Single Image serve para obter uma imagem de um objecto através de um único filtro. Clique no comando Single Image: • No Target Name, experimente pôr um número de catálogo, por exemplo, do catálogo de Messier: M 1. A seguir clique em Get Coordinates e veja se os campos das coordenadas (RA - ascensão recta e DEC - declinação) aparecem preenchidos - se o objecto está observável naquela altura, as coordenadas aparecem automaticamente; se não, aparece uma mensagem em baixo a dizer que não está observável. Veja os exemplos da página seguinte. U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

11. 1.2.3 Simulador - Single Image • M 1 observável: as coordenadas aparecem • preenchidas e uma nota em baixo indica • a altura e azimute de M 1 • M 101 não observável: as coordenadas não • são preenchidas e aparece uma nota em baixo • a avisar que não está observável. U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

12. 1.2.3 Simulador - Single Image • Depois de ter as coordenadas do objecto, preencha o tempo de exposição e escolha o filtro. • Normalmente, é aconselhável obter sempre uma imagem de curta exposição, no filtro Clear, de qualquer objecto que se queira observar. Esta primeira observação com o Single Image serve para ter a certeza que é o objecto que se quer observar e que não há nenhum objecto demasiado luminoso no campo de visão do telescópio. Nestas circunstâncias, é adequado um tempo de exposição de cerca de 10-15 s no filtro Clear: • Para começar a observação, clique em Acquire Image. U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

13. 1.2.3 Simulador - Observing • Depois de clicar em Acquire Image, deve supervisionar a observação no System Status: • Reparar que o menu do Telescope começa por dizer que está Slewing (movendo-se) até ficar a apontar para o objecto; depois passa a dizer Sideral Track (está a seguir o movimento da Terra); estando a apontar para o objecto, a câmara começa a exposição e o menu Imager indica o tempo de exposição e o filtro. Quando acabar o tempo de exposição, no menu Activity vai aparecer a imagem obtida. • Nota - no simulador, não aparece nenhuma imagem real do objecto escolhido! U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

14. 1.2.3 Simulador - Color Series • Geralmente, queremos fazer uma imagem de cor de um objecto e para isso precisamos de obter imagens em filtros diferentes. Depois de fazer uma primeira imagem com o Single Image e confirmarmos que temos o nosso objecto, passamos à opção Color Series: nesta opção podemos • obter uma sucessão de imagens em filtros diferentes com um único comando: • Neste exemplo, vamos obter uma imagem com o filtro vermelho de 240 s, seguida de uma imagem com o filtro verde de 240 s, e ainda uma imagem com o filtro azul de 240 s. Depois de preencher, é clicar em Acquire Image. U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

15. 1.2.3 Simulador - Color Series • No seguinte exemplo, obtemos duas imagens de 180 s cada, nos filtros Clear, Vermelho, Verde e Azul. • Depois de clicar no Acquire Image, supervisione a observação no System Status. Veja como as imagens nos diferentes filtros se vão sucedendo. U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

16. 1.2.3 Simulador - Acquired Images • Ao completar uma observação, o telescópio grava a imagem num ficheiro e guarda-o no servidor. Para ir buscar temos de escolher o menu My Documents e a opção Acquired Images: • Aparece uma pasta por cada dia que usou o telescópio; clique em • Explore para ver a lista de • imagens obtidas num dia; • clique no nome do ficheiro • para fazer o download da • imagem para o seu • computador. Nota: as imagens do simulador não têm nada - são lixo! O formato das imagens é FITS - é preciso software específico para abrir as imagens (SalsaJ) U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

17. 1.2.3 Simulador - Observatory Info • No menu do Observatory Info pode encontrar informação útil sobre • o telescópio (Instruments & Equipment) e sua localização (Location). • Claro que neste simulador a informação não é pertinente, pois não • se trata do telescópio que irão usar. Mas uma vez que utilizem o INO, • por exemplo, devem vir a este menu procurar informação detalhada • sobre o telescópio e respectivo equipamento. • Depois de terminarem as observações e terem ido buscar as imagens obtidas, • não se devem esquecer de libertar o telescópio, clicando em Owner: U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

18. 1.3 Faulkes Telescope • Outros telescópios que incentivamos os professores a usar são os Telescópio Faulkes: • http://www.faulkes-telescope.com • Trata-se de dois telescópios de 2 m cada, um no Havai e outro na Austrália. • Os Telescópios Faulkes são apropriados para projectos de investigação, sendo aconselhável o seu uso com objectivos bem determinados. • Podem experimentar o simulador em http://rti.faulkes-telescope.com/control/Login.isa • entrando com School ID:simulatore Passwd:simulator U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

19. 2. Planeamento de uma sessão de observação • Antes de realizar uma noite de observações, é necessário planear que objectos queremos observar. Para escolhermos os alvos das nossas observações, temos de • saber que objectos estão visíveis no local onde está o telescópio, na data e hora da sessão de observação; • saber as características dos objectos para saber se são adequados a serem observados com o nosso telescópio e equipamento associado ao telescópio. • O primeiro ponto pode ser solucionado usando um software que simule a noite de observação a partir do local onde se encontra o telescópio, como por exemplo oStellarium. • Quanto ao segundo ponto, há sites na internet que nos dão informação fidedigna sobre os objectos astronómicos.Um exemplo desses sites é o www.seds.org U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

20. 2.1 Instalar o Stellarium • O Stellariumé um programa grátis que se pode ir buscar em http://www.stellarium.org • Basta escolher o sistema operativo do vosso computador (provavelmente Windows) • Depois de fazer o downloadé só clicar no Setup e seguir as instruções para instalar no vosso computador. U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

21. 2.2 Configurar o Stellarium • Abra o Stellarium e coloque o cursor no canto inferior esquerdo de forma a que apareçam os menus da esquerda e de baixo, • como mostra a figura: Local Data e hora Aparência do céu Pesquisa Configuração Ajuda Constelações Visualização Outras opções Grelha Nomes Passagem do tempo U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

22. 2.2 Configurar o Stellarium • Localização - serve para escolher o local a partir de onde quer ver o céu. Pode escolher o local da lista apresentada, ou escrever o nome na pesquisa, ou clicar no mapa, ou introduzir a latitude e longitude do local. Quando terminar a escolha, feche a janela da opção Localização • Data e hora - utilize as setas para pôr a data e a hora que quiser U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

23. 2.2 Configurar o Stellarium • Visualização - há várias opções para visualizar o céu, as constelações, a paisagem. Opções para mostrar as linhas das constelações, os nomes das constelações, as fronteiras e os desenhos em que se baseiam as constelações. Atenção que depende da opção escolhida em Starlore Opções para mostrar os planetas e luas Nº de estrelas, nebulosas (inclui galáxias) e planetas: quanto mais para a direita estiverem as barras, maior o nº de objectos e respectivos nomes que aparecem no céu. U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

24. 2.2 Configurar o Stellarium • Pesquisa - pode procurar um objecto pelo nome vulgar ou pelo nome de catálogo; o programa encontra o objecto. • Configuração - no menu Main pode escolher a língua • Ajuda - lista de teclas que pode usar para controlar • o Stellarium U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

25. 2.2 Configurar o Stellarium • Coloque o cursor • na parte inferior • da janela do • Stellarium de forma • a aparecer o menu • inferior Indica a localização Indica o campo de visão Indica a data e hora Pôr/tirar chão Pôr hora actual (do computador) Pôr/tirar pontos cardeais Pôr/tirar atmosfera Terminar Stellarium Diminuir/Aumentar velocidade do tempo a passar Pôr/tirar grelhas azimutal Pôr/tirar modo écran total Pôr/tirar grelhas equatorial Modo nocturno (vermelho) Pôr/tirar os desenhos artísticos das constelações Centrar no objecto seleccionado Pôr/tirar as linhas das constelações Pôr/tirar nomes dos planetas Pôr/tirar nomes das constelações Pôr/tirar nomes das nebulosas (inclui galáxias) U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

26. 2.3 Usar o Stellarium e o SEDS • Comece por experimentar as diferentes configurações possíveis e explore as potencialidades deste programa. • Quando estiver à vontade com o Stellarium, pode planear uma sessão de observação. • Comece por mudar o local, a data e a hora de acordo com o telescópio que vai usar e a marcação da sessão de observação. • Altere a Visualização do Céu de forma a que os nomes das “nebulosas” apareçam em número suficiente - para as primeiras sessões de observação, concentre-se no catálogo de Messier, pois é uma fonte de bons objectos para serem observados com um telescópio do tipo INO. • Descubra objectos com nome começado por M seguido de um número - são os objectos do catálogo de Messier. Por exemplo M 1, M 27, M 101, etc (só alguns serão visíveis para o local e data escolhidos.) • Depois de descobrir objectos do catálogo de Messier, deve procurar informação sobre eles. Aconselhamos o site do SEDS (Students for the Exploration and Development of Space). • Procure a descrição do objecto - se é um enxame aberto, uma galáxia, um remanescente de supernova, um enxame globular, etc… • Procure as dimensões do objecto (por exemplo, o telescópio INO tem um campo de visão de 22’x22’ por isso procuramos objectos com dimensões que fiquem bem neste CCD) • Procure o brilho aparente do objecto, para ter uma ideia do tempo de exposição das imagens. U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

27. 2.4 O site SEDS • Encontra o site SEDS em http://www.seds.org • O catálogo de Messier está em http://www.seds.org/messier/ e pode listar por nome ou por icons • Clique no objecto para o qual quer informação. Por exemplo, M 1. Aparece um texto descritivo, uma imagem do objecto e um quadro com informação: Coordenadas equatoriais (ascensão recta e declinação Em que constelação se encontra Nome de catálogo de Messier Tipo de objecto Distância (em anos-luz) Nome de catálogo NGC Brilho no visível Tamanho angular aparente Nome vulgar U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

28. 2.4 O site SEDS • Para objectos que não pertencem ao catálogo de Messier, pode procurar informação através no número de catálogo NGC em: http://www.seds.org/~spider/ngc/ngc.cgi?1 • É mais difícil encontrar objectos adequados a • serem observados pelo INO neste catálogo; • os objectos têm brilhos variados, muitos deles • bastante fracos; os tamanhos aparentes também • são muitas vezes pequenos (como neste exemplo) Introduza o nº NGC aqui U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

29. 2.5 Stellarium e SEDS • Introduzimos o Stellarium e o SEDS como ferramentas para a planificação de uma sessão de observação. Contudo, qualquer uma das ferramentas pode ser usada na sala de aula como parte de um projecto autónomo. • Sugestões de uso doStellarium na sala de aula: • pôr os alunos a descobrir o zoodíaco; • pôr os alunos a descobrir o seu “verdadeiro signo”; • pôr os alunos a descobrir o local e hora onde nasce a lua em dias consecutivos; • pôr os alunos a descobrir trânsitos e eclipses. • Sugestões de uso do SEDS na sala de aula: • pôr os alunos a descobrir diferentes tipos de objectos no céu; • pôr os alunos a caracterizar e ilustrar os diferentes tipos de objectos do céu; • pôr os alunos a procurar as imagens mais espectaculares dos objectos do catálogo de Messier; • pôr os alunos a listar a ordem cronológica da descoberta dos obejctos do catálogo de Messier. U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

30. 3. Tratamento de imagens astronómicas - SalsaJ • As imagens obtidas nos telescópios são guardadas em ficheiros do tipo FITS (Flexible Image Transport System), formato esse que necessita de software especial para ser lido. • Uma característica deste formato FITS é que cada ficheiro tem duas partes: • um cabeçalho, onde está escrita informação importante sobre a obtenção da imagem (o telescópio, a data de observação, as coordenadas equatoriais do objecto observado, o tempo de exposição da imagem, o tipo de CCD, a calibração da imagem, etc); • a imagem propriamente dita. • O SalsaJé um programa que lê imagens FITS e tem a capacidade de manuseá-las, principalmente do ponto de vista astronómico. Este software foi desenvolvido no âmbito do projecto European Hands-On Universe (EU-HOU) partindo de um software de tratamento de imagens de Biologia, o ImageJ, e adaptando-o à Astronomia. • O SalsaJestá ainda em desenvolvimento e todo o feedback de professores e alunos é sempre bem-vindo: salsaj@euhou.net U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

31. 3.1 SalsaJ - Instalar • O SalsaJ é um software grátis que pode ser descarregado em : • http://www.euhou.net/index.php?option=com_content&task=view&id=8&Itemid=10 Pode escolher a versão que mais lhe convém, tendo em conta o sistema operativo do seu PC. Para Windows: se já tem o Java, faça o download desta versão e corra o setup.exe; o SalsaJ passará a ser um dos programas instalados no seu PC; ou pode fazer o download desta versão; extraia a pasta SalsaJ e procure o ficheiro salsaj.jar (é um ficheiro do tipo jar executável); clique duas vezes nesse ficheiro para iniciar o SalsaJ. U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

32. 3.1 SalsaJ - Introdução • No âmbito do projecto EU-HOU o SalsaJ foi desenvolvido com uma interface multilíngue - o software abre a versão na mesma língua que o computador. Para alterar a língua do SalsaJ, mude a língua do seu computador, usando as Opções -> Idiomas -> e escolhendo a língua pretendida. Nesta altura, aconselhamos a usar a versão inglesa, pois há alguns bugs na versão portuguesa que transtornam o seu uso. U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

33. 3.1 SalsaJ - O que é uma imagem? • Um CCD é constituído por uma grelha de pequenos circuitos eléctricos a que chamamos píxeis. Um fotão incidente num píxel cria uma corrente eléctrica que pode ser medida. Se o CCD estiver exposto durante um certo tempo, o registo da corrente eléctrica criada em cada píxel dá-nos um número proporcional ao número de fotões que incidiram nesse píxel. • A cada píxel do CCD vai corresponder um píxel na imagem. A imagem que se cria com um CCD consiste na informação de cada píxel: coordenada x, coordenada y e um valor de intensidade correspondente à medição da luz que incidiu no píxel. Podemos representar esta informação numa matriz: • Esta informação pode ser visualizada recorrendo a um • software que faça uma correspondência entre intensidade • de luz do píxel e nível de cinzento: U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP

34. 3.1 SalsaJ - Paleta • A mesma imagem, i.e., a mesma matriz de informação de intensidade de luz por píxel, pode ser visualizada de diferentes formas. • Por exemplo, U. Madeira, Abril 2009 WS Astronomia e Instrumentação Parte III: GTTP