Contagem de manchas solares em diferentes dias. Alunos do ensino básico.

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1 Neste item, serão descritas 7 actividades, cada uma identificada pelo título, objectivo, público-alvo, disciplina-alvo e procedimento. Importa realçar que estas actividades visam apenas guiar o interesse de professores e alunos no uso dos espectroheliogramas e na base de dados. Será de esperar que, no terreno, docentes e discentes melhorem cada uma das actividades e promovam outras. Esta lista deve ser vista como um começo e não o fim. ACTIVIDADE Nº 1 Contagem de manchas solares em diferentes dias. Constatar a existência de manchas à superfície do Sol e, em paralelo, verificar que o número de manchas detectadas pode variar de uns dias para os outros. Alunos do ensino básico. Disciplinas-alvo: Matemática. 1. No Arquivo Obs. Solares, escolher as datas 01/2002 a 01/2002 e K1-V. Teremos, assim, os espectroheliogramas do mês de Janeiro de Abrir o ficheiro Excel manchas_contagem.xls. 3. Ir seleccionando cada uma das imagens que resultaram da pesquisa e proceder à contagem das manchas, introduzindo os valores do número individual de manchas e de grupos de manchas nas colunas amarelas. O Índice de Wolf é calculado, automaticamente, na coluna a vermelho. 4. Interpretação dos resultados. 21

2 ACTIVIDADE Nº 2 Ciclo dos 11 anos. Usando a técnica desenvolvida na actividade anterior, de contagem de manchas, constatar a existência do ciclo de 11 anos. Identificação de máximo e mínimo solar. Alunos do 3 ciclo do ensino básico. Disciplinas-alvo: TIC, Matemática e disciplinas de Ciências. 1. Abrir o ficheiro Excel ciclo_11anos.xls. 2. Procurar, no Arquivo Obs. Solares os espectroheliogramas K1-V referentes às datas indicadas na coluna da esquerda. Teremos, assim, as imagens do Sol entre 1980 e 2003, nos respectivos meses de Dezembro (no dia 1 ou no dia mais próximo existente na base de dados). 3. Ir seleccionando cada uma das imagens que resultaram da pesquisa e proceder à contagem das manchas, introduzindo os respectivos valores do número individual de manchas e de grupos de manchas nas colunas amarelas. O Índice de Wolf é calculado, automaticamente, na coluna a vermelho. 4. Construir um gráfico manchas versus data (usar a ferramenta do Excel) e constatar a existência de uma periodicidade de período aproximadamente igual a 11 anos. 5. Identificar as datas de mínimo (poucas manchas) e máximo de actividade solar (muitas manchas). 22

3 ACTIVIDADE Nº 3 Ciclo de 11 anos de actividade em outros espectroheliogramas. Comparar espectroheliogramas do mesmo mês, mas em diferentes riscas, e notar que a actividade solar se observa igualmente noutras riscas. Alunos do ensino secundário. Disciplinas-alvo: TIC, Matemática e disciplinas de Ciências. 1. Procurar no Arquivo Obs. Solares, os espectroheliogramas K1-V, K3 e Ha (se disponível), por exemplo, entre 1980 e 2003, nos respectivos meses de Dezembro (no dia 1 ou no dia mais próximo existente na base de dados). 2. Analisar cada grupo de imagens (ou seja, mesmo dia e riscas diferentes). 3. Relacionar os períodos de mínimo solar com a correspondente quantidade de manchas, filamentos, protuberâncias e regiões faculares. No caso do máximo solar, a situação é similar no que concerne à abundância de manifestações de actividade. 23

4 ACTIVIDADE Nº 4 Filme da rotação solar. Sobrepor vários espectroheliogramas, de dias consecutivos, para pôr em destaque a rotação do Sol. Alunos do ensino básico (2º e 3º ciclos). Disciplinas-alvo: TIC. 1. Procurar, Arquivo Obs. Solares, os espectroheliogramas K1-V referentes, por exemplo, às datas: 21, 22, 23 e 24 de Novembro de Ir seleccionando cada uma das imagens que resultaram da pesquisa e guardá-las com um nome apropriando (ou seja, que permita a posterior identificação, sem ambiguidade, ex. 21novembro1992.jpg). 3. Abrir o programa PowerPoint e escolher, sucessivamente, inserir, figura, a partir de ficheiro, para cada um dos espectroheliogramas. Começar pelo espectroheliograma do dia Para ver o filme, colocar a opção apresentação (slide show) e seleccionar return. 24

5 ACTIVIDADE Nº 5 Manchas versus índices climáticos. Comparar o número de manchas com a temperatura e pressão atmosférica em Coimbra. Alunos do ensino secundário. Disciplinas-alvo: Matemática e Geografia. 1. No Arquivo Obs. Solares, escolher as datas 01/2002 a 01/2002 e K1-V. Teremos, assim, os espectroheliogramas do Sol do mês de Janeiro de Abrir o ficheiro Excel manchas_versus_temperatura_pressão. xls. 3. Repetir a operação 3. da actividade Construir um gráfico manchas versus temperatura e manchas versus pressão atmosférica (usar a ferramenta do Excel). 5. Comentar os resultados. Nota: Os dados de pressão atmosférica e temperatura foram obtidos junto do Instituto Geofísico da Universidade de Coimbra ( 25

6 ACTIVIDADE Nº 6 Determinação das dimensões de uma protuberância. Calcular as dimensões (em km) de uma protuberância. Alunos do ensino básico (2º e 3º ciclos). Disciplinas-alvo: Matemática. 1. Procurar em Arquivo Obs. Solares, o espectroheliograma K3 onde se detecte uma protuberância com muito nitidez. Por exemplo, a do dia 9 de Setembro de 1999 (ver figura abaixo). 2. Imprimir o espectroheliograma e fazer as medições de extensão (linha branca) e altura (linha vermelha) usando uma régua. Poderá ser necessário ampliar a imagem impressa. 3. Fazer a determinação da extensão e altura da protuberância em km, sabendo que o raio do Sol é igual a km. 4. Comentar os valores obtidos, por exemplo, em comparação com o diâmetro da Terra. 26

7 ACTIVIDADE Nº 7 Determinação do período de rotação solar. Determinar a velocidade e período de rotação do Sol. Alunos do ensino secundário (12º ano). Disciplinas-alvo: Matemática. 1. Procurar no Arquivo Obs. Solares, os espectroheliogramas K1- V referentes a duas datas diferentes (mas próximas) em que sejam identificáveis manchas solares, por exemplo, 21 e 24 de Novembro de 1992 (ver Figura). 2. Ir seleccionando cada uma das imagens que resultaram da pesquisa e imprimir em folhas A4. 3. Escolher uma mancha que seja observável nas imagens dos dois dias (ver Figura). 4. Determinar a latitude e longitude da mancha nos dois dias, usando os discos de Stoneyhurst. No Anexo 4 está um destes discos, que deverá ser impresso em acetato para depois se sobrepor às imagens do Sol, tendo em atenção que o diâmetro seja o mesmo. O disco do Anexo 4 só é válido para as datas referidas. Isto resulta do facto do eixo de rotação da Terra e do Sol não se manterem paralelos ao longo do movimento anual de translação, pelo que estes discos variam ao longo do ano. Para outras datas procurar os respectivos discos em rasc.ca/articles/taylor_richard/sun/stoney.html. 5. Abrir o ficheiro Excel rotação_solar.xls. 6. Introduzir os dados correspondentes às células amarelas. A latitude, longitude e horas deverão ser introduzidas em sistema decimal (ex = 40.6 e 2h57m = 2.95h). A folha de cálculo calculará duas quantidades (nas células a vermelho): velocidade escalar (km/h) e período de rotação (dias). Ver abaixo a explicação da determinação destas quantidades. 7. Este procedimento poderá ser repetido para outra qualquer mancha. 27

8 8. Comentar os respectivos resultados, tendo em conta o que se conhece para rotação da Terra. Explicação para a determinação da velocidade escalar e período de rotação do Sol. A determinação da velocidade de rotação do Sol e, consequentemente, o cálculo do período, parte da hipótese que a mancha tem movimento uniforme, portanto com velocidade constante. A determinação da velocidades escalar (v) faz-se por uso da fórmula v = d/t, onde d é o espaço percorrido pela mancha nos dias considerados e t o intervalo de tempo entre as observações. Assim, o problema resume-se à determinação de d. Em termos esquemáticos, a situação em causa pode ser representada pela seguinte figura: 28

9 onde M1 e M2 são as posições da mancha nos dois instantes. Conhecendo a latitude e longitude solares da manchas nos dois instantes, ou seja (j1,l1) e (j2,l2) pode determinar-se d recorrendo à Fórmula Fundamental da Trigonometria Esférica: cos (d) = sen (j1 ) sen (j2 ) + cos (j1) cos (j2) cos (l1 - l2) A demonstração e propriedades desta fórmula ultrapassam o âmbito desta actividade. Porém os interessados poderão consultar mais detalhes em en.wikipedia.org/wiki/law_of_cosines_%28spherical%29. Note-se que o resultado da fórmula anterior, d, é um ângulo entre 0 e 180. A transformação em km é simples por uso da seguinte fórmula: d 2p R d (km) = SOL, 360 onde R SOL é o raio do Sol = km. Por fim, o período de rotação é estimado pelo tempo que, à velocidade determinada anteriormente, a mancha levaria a percorrer uma distância da ordem do perímetro do Sol. 29