Concurso Odysseus Atrévete a soñar atrévete a descubrir atrévete … · Atrévete a soñar......

Concurso Odysseus

Atrévete a soñar... atrévete a descubrir...

atrévete a crear

Material de apoyo docente

FP7 284442 - ODYSSEUS

M a t e r i a l d e a p o y o d o c e n t e 2

Editores

ELLINOGERMANIKI AGOGI

Tsourlidaki Eleftheria

Dr. Sofoklis Sotiriou

SOCIEDAD EUROPEA DE LA FÍSICA

Lee David

Huchet Beneticte

Diseño

ELLINOGERMANIKI AGOGI

Pentheroudaki Sylvia

Esta obra se publica bajo la Licencia de Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 3.0 tipo

Unported (no adaptada a ninguna jurisdicción) de Creative Commons.

El proyecto Odysseus está financiado por la Comisión Europea dentro del VII Programa Marco

(FP7/2007-2013). Este documento refleja únicamente las opiniones de los autores y no puede hacerse responsable a la Comisión de ningún uso que pueda realizarse de la información contenida

en el mismo.

Traducido por

SCIENTIX (www.scientix.eu)



Tabla de Contenidos

Ámbito del documento ................................................................................. 4

Información útil sobre el Concurso Odysseus .............................................. 4

Introducción ............................................................................................... 11

El enfoque de la Educación Científica Basada en la Indagación ................ 11

La metodología del Aprendizaje Basado en los Recursos .......................... 14

Cómo prepararse para poder ayudar al equipo de manera eficaz ............. 21

Presentación del proyecto: la «Ficha del proyecto» .................................. 31

Consejos para obtener buenos resultados ................................................. 38

Consejos para el tutor-docente ........................................................................ 39

Consejos para los alumnos .............................................................................. 40

Cursos educativos a modo de ejemplo ....................................................... 41

Curso educativo para la categoría temática «El Sistema Solar» .......................... 41

Curso de formación para la categoría temática «Coevolución de la vida» ........... 60

Proyecto desarrollado por los alumnos ............................................................. 66

Curso de formación para la categoría temática «Astronaves: cooperación internacional» ................................................................................................ 80

Otros recursos para docentes ..................................................................... 98

Laboratorios en línea y bibliotecas digitales ...................................................... 98

Programas informáticos educativos ................................................................ 101

Bibliografía ............................................................................................... 103



Ámbito del documento

Este documento aspira a proporcionar materiales y pautas a los tutores-docentes

para que puedan ayudar a sus equipos en la ejecución de los proyectos. Contiene

descripciones breves acerca del enfoque docente de la Educación en Ciencias Basada

en la Indagación (ECBI), así como sobre la metodología del Aprendizaje Basado en

los Recursos (ABR), que tienen como objetivo preparar a los docentes para que

establezcan planes lectivos que promuevan el esfuerzo de sus alumnos y les guíen

de la manera más efectiva posible siguiendo técnicas de enseñanza modernas. El

documento también incluye, a modo de ejemplo, una serie de cursos educativos

sobre los temas del concurso, que permitirán a los docentes comprender cómo

pueden establecer su propio plan lectivo según el tema escogido por sus alumnos,

guiarles en su indagación y hacer posible que lleven a cabo un proyecto interesante

y atractivo basado en la ficha del proyecto.

Información útil sobre el Concurso Odysseus

Sobre el Concurso Odysseus Mediante la celebración de un Concurso Científico Europeo sobre temas de

exploración espacial, el concurso Odysseus pretende inspirar y a atraer a alumnos de

toda Europa a la «Nueva Frontera». El concurso brinda la oportunidad a alumnos

jóvenes de que creen su propio proyecto de ciencias combinando la creatividad, la

inteligencia y la innovación. El concurso aspira a integrar las actividades sobre

ciencia que se llevan a cabo hoy día dentro de una perspectiva paneuropea y dar así

la oportunidad a alumnos jóvenes de competir con alumnos de su edad de diferentes

países europeos.

El concurso Odysseus reta a alumnos de entre 14 y 18 años de todos los países de la

UE a que desarrollen un proyecto sobre exploración espacial utilizando sus

conocimientos, su creatividad y su razonamiento analítico. Aquellos alumnos que

deseen participar deberán formar equipos compuestos por entre 2 y 5 integrantes y

por un docente en calidad de coordinador. Los equipos participantes en el concurso

Odysseus podrán elegir entre competir en una de las tres categorías temáticas

principales:

Temas del concurso

El Sistema Solar

Naves espaciales: cooperación

mundial

La coevolución de la vida



En primer lugar, los equipos participantes competirán a nivel nacional y se escogerá

a un equipo ganador en cada una de las tres categorías. Posteriormente, los equipos

ganadores de cada país competirán a nivel europeo y se seleccionará de entre ellos

un proyecto ganador para cada una de las categorías del concurso. Al equipo

ganador de cada categoría se le premiará con un viaje a los Países Bajos en abril de

2013 durante el podrá visitar la exposición SPACE EXPO y presentar su proyecto

durante la Ceremonia de Premios Odysseus. Además, los ganadores también podrán

visitar el Centro Europeo de Investigaciones y Tecnología Espaciales (ESTEC, por sus

siglas en inglés), centro técnico de la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas

en inglés).

Fechas clave 1 de mayo de 2012: inicio de las inscripciones de equipos

1 de julio de 2012: inicio de la presentación de candidaturas

8 de enero de 2013: cierre de las inscripciones de equipos

15 de enero de 2013: cierre de la presentación de candidaturas

1 de febrero de 2013: se darán a conocer los ganadores a nivel nacional

1 de marzo de 2013: se darán a conocer los ganadores a nivel europeo

Funcionamiento El concurso Odysseus reta a alumnos de entre 14 y 18 años de todos los países de la

UE a que desarrollen un proyecto sobre exploración espacial utilizando sus

conocimientos, su creatividad y su razonamiento analítico. Aquellos alumnos que

deseen participar deberán formar un equipo compuesto por entre 2 y 5 integrantes y

por un docente en calidad de tutor, así como preparar y presentar un proyecto sobre

una de las categorías del concurso: i) El Sistema Solar, ii) Naves espaciales:

cooperación mundial y iii) La coevolución de la vida. La presentación debe llevarse a

cabo digitalmente, puede tener cualquier forma de archivo digital y debe incluir un

resumen en el formato indicado por los organizadores y en el que se describa la

reflexión de fondo del proyecto. El concurso permanecerá abierto desde julio de

2012 hasta enero de 2013.

Evaluadores expertos valorarán y puntuarán todas las candidaturas en base al

conocimiento científico, la ejecución práctica y la creatividad siguiendo unos criterios

de evaluación predefinidos. Se escogerán tres candidaturas por país, una de cada

categoría, que pasarán a la ronda final de evaluación. Los equipos que pasen a esta

ronda final deberán presentar un resumen de su proyecto en inglés. En la ronda final

se evaluará a los ganadores de cada país y se escogerá a tres ganadores finales,



uno de cada categoría, que obtendrán una experiencia educativa única en Space

Expo, en los Países Bajos, donde recibirán sus premios.

Reglas

- El concurso está abierto a alumnos de entre 14 y 18 años. Reunirán los requisitos

necesarios para competir aquellos alumnos que el día de la presentación de su

candidatura tengan al menos 14 años y no más de 18. Los participantes deberán

estar cursando estudios en una escuela durante el periodo de duración del concurso

(2012-2013).

- Los equipos deberán estar compuestos por entre 2 y 5 integrantes y por un

tutor-docente. Los integrantes de un equipo pueden pertenecer a diferentes

escuelas del mismo país o a diferentes grupos dentro de una misma escuela.

- Cada equipo puede presentar únicamente un proyecto y cada alumno solo

puede competir en un equipo.

- Únicamente pueden presentar candidaturas al concurso Odysseus aquellos

equipos que se hayan inscrito al mismo. Al inscribirse para participar en el concurso,

los tutores de los equipos deberán aprobar las condiciones legales y las normas del

concurso y confirmar que los padres o tutores legales de los participantes han sido

informados de la participación de sus hijos en el mismo y que acceden a ello.

- En el momento de inscribir a un equipo al concurso Odysseus, los participantes

deberán facilitar a los organizadores ciertos datos de inscripción, tal como se recoge

en el formulario de inscripción en línea. El tutor de cada equipo debe tener la

autoridad para confirmar y garantizar la exactitud de toda la información personal y

acceder a que los organizadores puedan utilizar la información enviada para verificar

dicha autoridad.

- Los equipos presentarán una candidatura digital entre el 1 de julio de 2012 y el

15 de enero de 2013. No se aceptará candidatura alguna después de dicha fecha.

- Las candidaturas para el concurso Odysseus únicamente podrán presentarse a

través de la página web del mismo. Los equipos deberán inscribirse y recibir la

aprobación de los organizadores antes de presentar una candidatura. Durante el

proceso de inscripción, cada integrante del equipo recibirá una contraseña y nombre

de usuario únicos. Los organizadores podrán cerrar la cuenta de un participante o de

un equipo e impedirle la utilización de la página web de Odysseus si: la inscripción

está incompleta; la información facilitada es falsa, inexacta, incompleta o no es

actual (o si los organizadores así lo creen); o si los organizadores no pueden

verificar cualquiera de los datos de inscripción del equipo.

- Las candidaturas presentadas deben contener obras realizadas por los propios

candidatos. Los participantes aceptan no incluir en sus candidaturas material que



infrinja o viole los derechos de propiedad intelectual de cualquier tercero, incluyendo

sin limitación derechos de copyright o de marca o derechos de privacidad o

publicidad.

- Queda estrictamente prohibido cualquier tipo de plagio, que tendrá como

consecuencia la descalificación de los participantes; se pueden reproducir ideas u

obras de otra fuente, pero siempre haciendo referencia a la misma.

- Los participantes se responsabilizan del contenido de su candidatura al concurso.

En caso de que en la candidatura presentada revelen información personal, lo harán

a su propio riesgo. Los organizadores no son responsables del contenido presentado

por los participantes.

- Los participantes aceptan no presentar material que sea: difamatorio, abusivo,

hostil, insultante o amenazador para cualquier tercero; intolerante, aborrecible u

ofensivo racialmente; vulgar, obsceno o sexualmente explícito; o ilegal (o que

promueva actividades ilegales).

- Durante el proceso de selección de los mejores proyectos a nivel europeo, los

primeros puestos se otorgarán sin perjuicio de la nacionalidad o residencia de los

participantes en el concurso Odysseus. La concesión de certificados y premios, así

como la publicación del nombre de los ganadores en el portal de Odysseus, no está

condicionada por la nacionalidad ni la residencia.

- Los candidatos son responsables de mantener la seguridad de la cuenta de su

equipo, así como de todas las actividades llevadas a cabo a través de su cuenta. El

tutor del equipo deberá notificar inmediatamente a los organizadores cualquier uso

no autorizado de la cuenta de su equipo, así como cualquier brecha en la seguridad

de la misma.

- Con anterioridad a la presentación de las candidaturas, los participantes no

deberán haber ofrecido sus proyectos a ninguna publicación ni haber ganado o

quedado finalistas en ningún otro concurso estudiantil con ninguna de estas

candidaturas.

- Podrán participar en el concurso aquellos equipos cuyos miembros sean

residentes en países miembros de la UE y en países en vías de adhesión,

concretamente: Alemania, Austria, Bélgica, Bulgaria, Chipre, Croacia, Dinamarca,

Eslovaquia, Eslovenia, España, Estonia, Finlandia, Francia, Grecia, Hungría, Irlanda,

Italia, Letonia, Lituania, Luxemburgo, Malta, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino

Unido, República Checa, Rumanía y Suecia.

- Los mejores proyectos de cada categoría recibirán como premio un viaje para un

docente y un máximo de cinco alumnos para visitar Space Expo, en los Países Bajos,

y asistir al acto final que se celebrará allí en abril de 2013.



- La inscripción al concurso Odysseus únicamente solo puede realizarse en la

página web del mismo.

- Las candidaturas al concurso Odysseus podrán presentarse en cualquiera de los

23 idiomas oficiales de la UE. Si la candidatura llega a la ronda final del concurso, el

equipo deberá facilitar un resumen en inglés o una traducción completa al inglés de

dicha candidatura para que esta sea evaluada.

- Se entregarán certificados de participación en el concurso Odysseus a todos

aquellos proyectos presentados por los equipos que cumplan con las reglas y los

requisitos del concurso, así como con los plazos de presentación. Los equipos que

hayan resultado ganadores en su país y accedan a la ronda final recibirán

certificados de distinción.

- A la sola discreción de los organizadores del concurso, serán descalificadas del

concurso Odysseus aquellas candidaturas tardías que hayan sido enviadas después

de medianoche, hora central europea (CET), del 15 de enero de 2013, así como las

candidaturas que no cumplan con las reglas del concurso y con las condiciones y

directrices legales facilitadas en la página web del mismo.

- Las decisiones del comité evaluador serán definitivas y no se responderá a

reclamación alguna. No se devolverán los materiales de las candidaturas que, como

propiedad del proyecto «Odysseus» que son, podrán ser utilizados con fines

publicitarios o divulgativos. No se enviarán respuestas directamente a los alumnos ni

se aceptarán solicitudes tardías de evaluación.

- Una vez cerradas las inscripciones, todas las candidaturas estarán disponibles al

público a través del portal de Odysseus.

- La inscripción conlleva la aceptación de que el concurso Odysseus pueda

publicar en su página web los nombres, edades y nacionalidades de los integrantes

del equipo ganador, así como de que pueda publicar o utilizar de diferente modo la

candidatura en una exposición pública.

- Los premios no son negociables ni transferibles. Los organizadores se reservan

el derecho a modificar o alterar los premios, las reglas y las condiciones del concurso

en cualquier momento.

- Los organizadores se reservan el derecho a solicitar la devolución de un premio

si se descubre con posterioridad que un participante ha infringido estas condiciones.

Los organizadores del concurso podrán solicitar a un equipo que envíe a los Países

Bajos los objetos físicos asociados con una candidatura para que estos formen parte

de una exposición. Los organizadores correrán con los gastos de envío de los

mismos.



Procedimiento de evaluación Las candidaturas deberán presentarse entre el 1 de julio de 2012 y el 15 de enero

de 2013. La evaluación de las candidaturas se llevará a cabo en dos rondas:

semifinales nacionales y final europea. Cada una de ellas se desarrollará de la

siguiente manera:

Durante la primera ronda, la semifinal nacional, un comité evaluador nacional

revisará las candidaturas de cada país. Se nominará la mejor candidatura de cada

país en cada una de las tres categorías y esta pasará a la segunda ronda. Los

evaluadores facilitarán a los equipos comentarios por escrito sobre su proyecto y un

resumen ejecutivo. Tras el procedimiento de evaluación inicial se creará un fondo de

28 proyectos por categoría, 84 en total.

En la ronda final, la final europea, el Comité Científico Internacional del proyecto

evaluará de manera comparativa los 28 proyectos de cada categoría y elegirá el

mejor en cada una de ellas. El equipo ganador será aquel que obtenga más puntos

durante la evaluación.

Paralelamente, los equipos participantes votarán también a través de la página web

de Odysseus para otorgar el premio público. El equipo o proyecto que más votos

obtenga de manos de los participantes se unirá como cuarto ganador a los tres

equipos seleccionados por el Comité Científico Internacional del proyecto. *Una vez

cerrada la presentación de candidaturas, todos los proyectos estarán disponibles al

público a través de la página web de Odysseus.

Criterios de evaluación

Los proyectos serán evaluados según tres tipos de criterios: i) valor científico, ii)

ejecución práctica y iii) creatividad y originalidad. A continuación se explican

resumidamente las tres áreas de evaluación y los nueve criterios individuales para

evaluar las candidaturas del concurso Odysseus. A cada criterio se le asigna un

factor de ponderación que refleja la importancia relativa de cada área a efectos de

puntuación. En la primera ronda, dos evaluadores valorarán cada una de las

candidaturas y el promedio de la valoración que estos dos integrantes del comité

evaluador nacional otorgue a cada proyecto determinará la clasificación y resultado

final de las mismas. En la ronda final, la clasificación y el resultado final de las

candidaturas se basará en los mismos criterios y se obtendrá a través de una

propuesta consensuada del Comité Científico Internacional.

1. Calidad científica (50%)

Relevancia del tema para la categoría temática: importancia 3/25 (6%)



Precisión científica: importancia 10/25 (20%)

Capacidad para utilizar hechos y teoría: importancia 5/25 (10%)

Retos y complejidad del proyecto: importancia 7/25 (14%)

2. Ejecución práctica (20%)

Claridad y organización de la presentación: importancia 3/10 (6%)

Calidad de las ilustraciones y distribución: importancia 2/10 (4%)

Estructura del proyecto (metodología del enfoque y documentación sobre el asunto

escogido): importancia 5/10 (10%)

3. Creatividad y originalidad (30%)

Creatividad: importancia 10/15 (20%)

Para obtener más información y realizar la inscripción visite la página web del

concurso Odysseus

http://www.odysseus-contest.eu/

o envíe un correo electrónico a: [email protected]

http://www.odysseus-contest.eu/

mailto:[email protected]



Introducción

El concurso Odysseus brinda a los docentes una oportunidad única de ayudar a los

alumnos a reflexionar sobre exploración espacial, a observar y experimentar con

fenómenos y objetos interesantes, a explorar importantes ideas teóricas y a

comprender cada vez mejor la ciencia. Las iniciativas como el concurso Odysseus

pueden hacer que los alumnos se interesen más en la ciencia y mejoren sus

conocimientos sobre conceptos y procedimientos y sobre herramientas y habilidades

importantes que puedan llevarles a comprender mejor los asuntos científicos. Los

alumnos participarán en experiencias de aprendizaje durante las que aprenderán a

colaborar con sus iguales y a interactuar con materiales o con fuentes de datos para

observar y comprender el mundo natural.

Los docentes, que actúan como tutores, juegan un papel clave en la realización del

proyecto porque ayudan a los alumnos en su proceso de indagación y, a través de

este, les ayudan a entender mejor los fenómenos científicos con los que se van

encontrando, fomentan sus habilidades de búsqueda y reflexión y, en última

instancia, les ayudan a resolver problemas de manera eficaz. El papel del tutor-

docente consiste en dirigir los esfuerzos del equipo a medida que este va realizando

sus proyectos. Para prepararse apropiadamente para esta función, el tutor-docente

debe elaborar un plan lectivo que le ayude a perfilar brevemente el curso del

proyecto. De este modo, estará preparado en cualquier momento para dirigir a los

alumnos y guiarles en la dirección correcta, proponerles importantes herramientas y

fuentes y ayudarles a evitar caminos de exploración complicados y callejones sin

salida. Nos centraremos en el enfoque didáctico ECBI y en la metodología de

enseñanza ABR y en cómo utilizarlos dentro del contexto del concurso para que al

tutor-docente le resulte más sencillo ayudar eficazmente a sus alumnos.

El enfoque de la Educación Científica Basada en la

Indagación

El aprendizaje basado en la indagación se ha descrito de varias maneras a través de

los años (Collins, 1986, De Boer, 1991, Rakow, 1986) y se ha promovido desde

varias perspectivas. Algunas de ellas hacen hincapié en la naturaleza activa de la

participación del alumno y asocian la indagación con el aprendizaje práctico y

experiencial o basado en actividades. Otras vinculan la indagación con una

perspectiva de descubrimiento o con el desarrollo de habilidades procesales

asociadas con el «método científico». A pesar de que estos conceptos están

interrelacionados, el aprendizaje basado en la indagación no es sinónimo de ninguno

de ellos.



Este tipo de aprendizaje se ha promovido oficialmente en muchos países como una

pedagogía que mejora el aprendizaje científico (Hounsell & McCune, 2002, NRC,

2000, Rocard et al., 2007). La indagación puede definirse como «el proceso

deliberado de diagnosticar problemas, juzgar experimentos, diferenciar alternativas,

planificar investigaciones, investigar conjeturas, buscar información, construir

modelos, debatir con iguales y formarse argumentos coherentes» (Linn, Davis &

Bell, 2004). A menudo, este se promociona como un modo de poner en práctica el

método científico en las escuelas: «La diferencia crucial entre las formulaciones

actuales de indagación y el "método científico" tradicional reside en el

reconocimiento explícito de que la indagación es cíclica y no lineal.» (Sandoval &

Bell, 2004).

Figura 1. El ciclo de indagación

La metodología docente basada en la indagación tiene como objetivo abordar

problemas educativos específicos, tales como la enseñanza teórica y abstracta que

se utiliza comúnmente en las escuelas de hoy y la enseñanza que se basa

principalmente en instrucciones recogidas en libros de texto que no consiguen

erradicar los errores comunes de los alumnos. Los objetivos educativos de este

enfoque están encaminados a permitir que los alumnos entiendan los conceptos

específicos y las analogías que hay entre ellos. Los alumnos desarrollan las

habilidades de explorar los procedimientos de investigación por ellos mismos y de

esforzarse por investigar utilizando la tecnología y las matemáticas en el marco de la

enseñanza reglada. Aprenden a diseñar y a llevar a cabo investigaciones científicas,

a formular y a revisar explicaciones y modelos científicos utilizando la lógica y los

indicios, y a reconocer y a analizar explicaciones y modelos alternativos. Este

procedimiento ayuda a que los alumnos, dado que han estado expuestos a temas

similares, valoren los asuntos científicos básicos y aprendan a comunicar y a

defender su opinión utilizando argumentos científicos.

Pedir Reflejar Investigar Comentar Crear



Sin embargo, nosotros utilizamos el aprendizaje basado en la indagación de una

manera más específica y nos referimos a un modelo docente específico, un proceso

iterativo de:

1. Actividades para suscitar preguntas

2. Investigación activa

3. Creación

4. Exposición

5. Reflexión

La reflexión puede, a su vez, conducir a preguntas nuevas y perfeccionadas (1) y así

el proceso continúa durante otro ciclo. La investigación mundial en la descripción del

modelo revela su objetivo de ayudar a los alumnos a explorar los procedimientos de

investigación por ellos mismos, mientras que la palabra «guiado» hace hincapié en

que este esfuerzo investigador tendrá lugar como un descubrimiento estructurado

dentro del marco de la enseñanza reglada. Este modelo docente incluye cinco etapas

de enseñanza (plantear el fenómeno a un problema, sugerencias de confrontación

con el problema, puesta en práctica de sugerencias, abstracción de descubrimientos

y consolidación) que a su vez están divididas en otras varias etapas secundarias

(Schmidkunz & Lindemann, 1992). Aún así, la puesta en práctica de este enfoque se

realiza también de manera lineal en la práctica escolar. Estos 5 pasos pueden

colocarse conjuntamente en una plantilla para escenario educativo tal como se

describe a continuación:

Tabla 1. La plantilla del enfoque ECBI

Cómo seguir el enfoque ECBI

Actividades para suscitar preguntas

Manifestar curiosidad El docente presenta o muestra el material apropiado para intentar atraer la atención del alumno. Formular preguntas a partir de los conocimientos existentes El docente formula preguntas orientadas científicamente para atraer la atención de los alumnos.

Investigación activa

Proponer explicaciones o hipótesis preliminares Los alumnos proponen algunas explicaciones posibles a las preguntas que han surgido de la actividad anterior. El docente identifica las posibles ideas incorrectas. Planificar y desarrollar una investigación simple Los alumnos priorizan los indicios y esto les permite



Cómo seguir el enfoque ECBI

perfeccionar explicaciones para tratar preguntas orientadas científicamente. El docente promueve este proceso.

Creación

Recabar pruebas a partir de la observación El grupo de alumnos formula y evalúa explicaciones a partir de los indicios con el fin de responder a preguntas orientadas científicamente.

Exposición

Explicación fundamentada en los datos obtenidos El docente ofrece la explicación correcta a un tema específico de investigación. Contemplar otras explicaciones Cada grupo de alumnos evalúa sus explicaciones en vista a explicaciones alternativas, en particular a aquellas que reflejan una comprensión científica.

Reflexión

Redactar la explicación Cada grupo de alumnos realiza un informe con sus conclusiones y las presenta y justifica a los otros grupos y al docente.

La metodología del Aprendizaje Basado en los Recursos

La definición, función y utilización de los recursos han sufrido una metamorfosis en

los últimos años. Los cambios han transformado la manera en que pensamos en los

recursos, el acceso a los recursos digitales y la producción distribuida de los mismos

y el cómo, cuándo y con qué propósito los creamos y utilizamos. La metamorfosis se

ha visto impulsada por el crecimiento exponencial de sistemas de información como

internet y la red, así como por la presencia omnipresente de las tecnologías

instrumentales en clases, bibliotecas, museos, hogares y comunidades. A pesar de

que el aumento de los recursos y el acceso a los mismos es alentador, hacer

realidad el potencial educativo de dichos avances puede resultar desalentador. Esto

es especialmente cierto en entornos de aprendizaje formal (escuelas y

universidades) en los que las prácticas actuales no hacen hincapié en la optimización

de los recursos disponibles ni en preparar a las personas para que aprendan en

entornos ricos en recursos. La enseñanza se concentra en objetivos curriculares,

secuencias, actividades y recursos ya establecidos.



Las asignaturas como exploración espacial brindan la oportunidad de aprovechar al

máximo los métodos del Aprendizaje Basado en los Recursos (ABR) y amplían tanto

los materiales como los métodos utilizados en la docencia y el aprendizaje.

El aprendizaje basado en los recursos «… supone la reutilización de los recursos

disponibles para respaldar diferentes necesidades de aprendizaje» (Beswick 1990).

La metodología ABR es viable gracias a varios factores: 1) un mayor acceso a los

recursos (impresos, electrónicos, humanos) en una variedad de contextos que antes

no estaban disponibles; 2) los recursos son cada vez más flexibles en la forma en

que se pueden manipular y utilizar; y 3) las realidades económicas hacen que los

recursos estén cada vez más disponibles y sean más fáciles de manipular y de

compartir entre varios contextos y propósitos.

Los componentes del Aprendizaje Basado en los Recursos

El ABR cuenta con cuatro componentes básicos: habilitar contextos, recursos,

herramientas y estructuras. Utilizados conjuntamente, estos componentes permiten

a los educadores crear y ejecutar escenarios de aprendizaje de una considerable

diversidad y flexibilidad. En la tabla 2 se presentan las características principales de

estos componentes.

Tabla 2. Componentes y características del Aprendizaje Basado en los Recursos

Componentes de ABR

Características clave Alineamiento Odysseus

Habilitar contextos

Impuestos: los objetivos los determina el docente o una autoridad externa.

Inducidos: los objetivos los determina el alumno o el alumno junto al docente.

El tema del proyecto lo deciden conjuntamente todos los integrantes del equipo y el tutor.

Recursos Personas, cosas o ideas que secunden el proceso de aprendizaje.

Los alumnos y los tutores-docentes disponen de una amplia fuente de recursos que les ayudarán a ejecutar los proyectos. Además, gracias al foro del concurso los alumnos pueden intercambiar ideas entre ellos.

Herramientas Son lo objetos que se utilizan para respaldar el proceso de aprendizaje. Van desde

Con el fin de ayudarles a ejecutar su proyecto, se ofrece a los equipos una selección de



herramientas de comunicación

a herramientas de procesamiento y organización.

laboratorios remotos y virtuales, además de simulaciones y software relacionado. También se proponen herramientas de organización para facilitar el procedimiento.

Estructuras

Incluye estructuras conceptuales, metacognitivas, de procedimiento y estratégicas

La «Ficha de proyecto» ayuda

a los equipos y facilita el proceso de aprendizaje en lo que respecta al procesamiento y a la organización, ya que proporciona una estructura estratégica muy clara y que sigue la indagación científica para que los equipos trabajen sobre ella.

Habilitar contextos

Habilitar contextos proporciona la situación o el problema que orienta a los alumnos

respecto a una necesidad o problema, tales como reconocer o generar problemas y

formular sus necesidades de aprendizaje. Mediante la habilitación y la creación de

contextos puede generarse un aprendizaje significativo gracias a los recursos

proporcionados u obtenidos. La habilitación de contextos puede ser impuesta,

inducida o generada. Los contextos impuestos clarifican explícitamente las

expectativas y dirigen implícitamente las estrategias del alumno y el docente. Los

docentes pueden utilizar determinados objetivos (p.ej. el plan de estudios nacional o

el plan de estudios universitario). Los contextos inducidos presentan un dominio en

el que se sitúan los problemas o asuntos, aunque no los problemas específicos a

tratar. Un escenario típico permite generar o estudiar múltiples problemas o asuntos

basándose en diferentes suposiciones, en la relevancia del tema y en el contexto de

uso. En los contextos generados no se facilitan los contextos de problemas

específicos; sino que, por el contrario, el alumno establece un contexto

interpretativo basado en las necesidades y circunstancias particulares.

Es recomendable seguir un enfoque inducido dentro del marco del concurso. El

docente puede introducir algunas ideas de proyecto iniciales relacionadas con el plan

de estudios escolar, aunque es mejor que los objetivos finales del proyecto los

determinen principalmente los alumnos.



Recursos

Los recursos son «materias primas» que apoyan el aprendizaje, tales como bases de

datos electrónicas, libros de texto, vídeos, imágenes, documentos de fuentes

originales y personas. Alguien más docto en la material, por ejemplo el docente,

puede facilitar recursos para ayudar a otros a ampliar sus conocimientos o

comprensión. El alumno también puede recopilar recursos a medida que le surgen

preguntas o necesidades. La utilidad de un recurso puede cambiar radicalmente de

una situación a otra dependiendo de los diferentes contextos de uso. Por ejemplo, la

red permite el acceso a millones de documentos de recursos; sin embargo, su

integridad y utilidad las debe juzgar el individuo según el contexto. Los recursos

cobran mayor utilidad cuando se convierten en más accesibles y, a la vez, en más

relevantes para las necesidades del alumno. Se debería animar a los alumnos a que

utilicen tantos recursos como sea posible durante el proceso de indagación. En lugar

de centrarse en una única fuente, se les debe guiar para que comprueben y

comparen la información que han encontrado sobre el mismo tema en diferentes

fuentes. Los recursos como páginas web, documentos de fuentes originales y charlas

con expertos en la materia pueden ser muy útiles para recabar información y

enriquecer ciertas etapas del proyecto. Este tipo de recursos son especialmente

útiles en la etapa en la que los alumnos necesitan buscar teorías de base y los

últimos descubrimientos sobre la materia. Mediante esta búsqueda activa de

información relevante, los alumnos aprenderán a recabar información, contrastar

fuentes y evaluar la calidad de la información obtenida, y desarrollarán así sus

habilidades de resolución de problemas y pensamiento crítico.

Es de vital importancia incluir referencias bibliográficas en el proyecto a la hora de

componerlo. Los vídeos e imágenes también son recursos muy valiosos, ya que en

muchos casos contribuyen en gran medida a comprender hechos y fenómenos, a la

vez que también son muy útiles para enriquecer el proyecto.

Herramientas

Las herramientas permiten que los alumnos se involucren y manipulen tanto

recursos como ideas. Los usos de las herramientas varían según la habilitación de

contextos y las intenciones de los usuarios; la misma herramienta puede servir de

apoyo para diferentes actividades y funciones. En la metodología ABR se utilizan

ocho tipos de herramientas: procesamiento, búsqueda, recopilación, organización,

integración, generación, manipulación y comunicación.

Las herramientas de procesamiento ayudan a los alumnos a gestionar las

demandas cognitivas asociadas con la metodología ABR. Las herramientas de

procesamiento, como por ejemplo los sistemas de aprendizaje autodirigidos,

permiten a los alumnos trabajar con ideas. De esta manera, aumentan sus aptitudes



cognitivas y se reduce la necesidad de «recordar» o de realizar una manipulación

mental innecesaria [en Jonassen y Reeves, 1996 encontrará una explicación sobre

las herramientas cognitivas].

Las herramientas de búsqueda (por ejemplo búsqueda de palabras clave, índices

temáticos o buscadores) ayudan a localizar y a acceder a recursos. Las herramientas

de búsqueda también pueden ser específicas para un contexto particular. Por

ejemplo «Mesa Sostenible» proporciona un portal educativo que ofrece acceso a

numerosos recursos, actividades y juegos y promueve una transformación positiva

hacia una agricultura local y sostenible a pequeña escala. Mesa Sostenible se creó

con la finalidad de educar a los consumidores en temas relacionados con la comida y

ayudar a fortalecer la comunidad a través de los alimentos.

(http://www.sustainabletable.org/intro/).

Las herramientas de recopilación, que van desde fichas en papel a ayudantes

personales digitales (PDA por sus siglas en inglés) de alta calidad, ayudan a

acumular recursos e información para poderlos estudiar en más detalle. Los alumnos

pueden utilizar las herramientas de extracción cuando exploran un espacio de

aprendizaje o tras completar una visita. Por ejemplo, la página MEATRIX

(http://www.themeatrix.com/interactive/), que incluye una escena animada e

interactiva de 360 grados sobre una granja lechera industrial, supone un modo

entretenido de mostrar a los alumnos una perspectiva general de los problemas

asociados con las granjas de producción intensiva.

Las herramientas de organización se utilizan para representar y definir

relaciones entre ideas, conceptos o «nodos». Al igual que las herramientas de

extracción, las herramientas de organización también incluyen dispositivos

electrónicos y no electrónicos. Las herramientas de asignación de conceptos (por

ejemplo http://www.inspiration.com/ o https://bubbl.us/) son dispositivos poderosos

que permiten a los usuarios demostrar relaciones y enlaces entre dos o más ideas.

Las herramientas de integración ayudan a los alumnos a relacionar

conocimientos nuevos con los ya existentes, lo cual ayuda tanto a organizar ideas

como a integrarlas. Las herramientas de integración pueden incluir desde un

programa de procesamiento de word a una página web. La profundidad y amplitud

de lo que representa una herramienta individual o un conjunto de herramientas varía

en función de las necesidades y aptitudes del usuario.

Las herramientas de generación ayudan a los alumnos a crear «objetos» de

entendimiento y pueden ser tan simples como una página web o tan sofisticadas

como una herramienta de modelismo (p.ej. SimEarth).

http://www.sustainabletable.org/intro/

http://www.themeatrix.com/interactive/



http://www.inspiration.com/

https://bubbl.us/



Las herramientas de manipulación, que también varían en su grado de

complejidad, se utilizan para explorar creencias y teorías en acción.

Las herramientas de comunicación, tanto sincrónicas como asincrónicas,

potencian los intercambios entre alumnos, docentes y expertos.

Los alumnos pueden utilizar los diferentes tipos de herramientas en diferentes partes del proyecto. Las herramientas de procesamiento y de búsqueda pueden utilizarse en las primeras etapas del proyecto: la indagación inicial del equipo y la búsqueda de información de fondo. Las herramientas de recopilación y generación pueden ser útiles durante la etapa de recopilación de datos y de análisis de las conclusiones. Los otros tipos de herramientas (comunicación, organización, etc.) se pueden utilizar a lo largo de todo el proyecto para facilitar el procedimiento. Por ejemplo, los alumnos pueden utilizar herramientas de asignación de conceptos para organizar sus funciones, así como herramientas de comunicación, tales como foros o chats, para poder comunicar y registrar sus ideas y comentarios incluso cuando no trabajan físicamente en el mismo lugar.

Estructuración

La estructuración, o ayuda proporcionada a los alumnos y que posteriormente pierde

intensidad (Vygotsky, 1980), varía con los problemas y exigencias encontrados en el

contexto habilitador. Hay cuatro tipos de estructuración que pueden ser útiles para

explorar modos de introducir la metodología ABR en los entornos de aprendizaje

formal: conceptual, metacognitiva, de procedimiento y estratégica.

Las estructuras conceptuales guían a los alumnos respecto a lo deben tener en

consideración e identifican el conocimiento relacionado con un problema o hacen

que la organización sea inmediatamente visible. Tradicionalmente, en el marco del

aprendizaje formal, se han utilizado fichas para ayudar a guiar a los alumnos a

medida que exploran un nuevo concepto o materia. Las estructuras conceptuales

puede ampliarse a través de las herramientas de comunicación en forma de

preguntas o escenarios destacados que establezcan un contexto para los alumnos en

una página web. El aprendizaje basado en problemas utiliza de manera considerable

las estructuras conceptuales para ayudar a guiar a los alumnos a medida que

exploran nuevas áreas y fortalecen su comprensión (Knowlton and Sharp, 2003).

Las cuestiones científicas planteadas por los docentes al comienzo, mientras los

alumnos todavía intentan buscar y determinar el tema de su proyecto, actúan como

una estructura conceptual del mismo a la vez que establecen un contexto inicial para

los alumnos.

Las estructuras metacognitivas apoyan las exigencias subyacentes de la

metodología ABR y ayudan a los alumnos a iniciar, comparar y revisar sus enfoques.



A menudo se utilizan escenarios o casos para centrar y guiar a los alumnos mientras

exploran e intentan comprender. Los escenarios o casos pueden presentar ideas

para que los alumnos las tengan en consideración, además de un punto de control

donde poner a prueba su comprensión. Lo que buscan descubrir es aquello que los

alumnos entienden y lo que no (Kolodner, 1993).

El tutor-docente también establece estructuras metacognitivas guiando a los

alumnos mientras realizan su investigación. Llegados a este punto, la orientación

puede no solo tomar forma de instrucciones verbales; sino que también puede

llevarse a cabo mediante presentaciones o representaciones de diagramas que

demuestran a los alumnos cómo pueden trabajar.

Las estructuras de procedimientos ayudan al alumno mientras navega y hacen

hincapié en cómo utilizar las características y funciones de un entorno de

aprendizaje. Las WebQuests, por ejemplo, utilizan las estructuras de procedimientos

de manera extensa y se han utilizado en una variedad de contextos y áreas de

contenido. Según Bernie Dodge, su creador principal, «las WebQuests están

diseñadas para maximizar el tiempo del alumno, así como para centrarse en la

utilización de la información en lugar de en su búsqueda y para estimular el

razonamiento de los alumnos a nivel de análisis, síntesis y evaluación». Las

estructuras de procedimiento se centran en el «cómo» y de esta manera liberan los

recursos cognitivos en beneficio de otras importantes actividades de aprendizaje

(p.ej. resolución de problemas y pensamiento de más alto nivel).

Básicamente, las estructuras de procedimientos esbozan el plan de acción mientras

se analizan y evalúan los datos recogidos durante una indagación. Estas estructuras

la proporciona el tutor-docente con el fin de ayudar al equipo a organizar y llevar a

acabo el análisis de los datos.

Las estructuras estratégicas proporcionan modos de analizar, planear y

responder, así como de identificar y seleccionar la información, evaluar recursos e

integrar conocimientos y experiencia. Para seleccionar y evaluar recursos han sido

especialmente útiles varios modelos. El proceso de autobúsqueda en la

estructuración estratégica (Joyce y Tallmann, 1997) se centra en integrar los

conocimientos en una experiencia. La autobúsqueda permite a los alumnos

seleccionar un tema de interés personal y, a continuación, les guía a través de un

proceso de conclusión, utilización de la información y desarrollo de un producto final.

La «Ficha de proyecto», que se propone para su uso como principal entrega de

proyectos, representa una estructura estratégica. La ficha proporciona un plan de

acción claro para realizar el proyecto y al que le siguen una serie de directrices y



pistas para encontrar y utilizar la información de manera efectiva. Su finalidad es

facilitar a los equipos la realización de un proyecto final que esté debidamente

organizado y en el que las diferentes partes estén presentadas de una manera bien

estructurada y coherente. Su objetivo principal es presentar a los alumnos el

procedimiento de indagación científica, ayudarles a organizar sus pensamientos y

acciones mientras trabajan en sus proyectos y enseñarles a comunicar sus

resultados y conclusiones de manera efectiva utilizando argumentos científicos

sólidos.

Cómo prepararse para poder ayudar al equipo de

manera eficaz

A pesar de que los alumnos llevan a cabo todas las partes del proyecto por sí solos,

la orientación del tutor-docente es esencial en todas las etapas. La plantilla del ECBI

puede utilizarse en el marco del concurso para ayudar a los docentes a que se

preparen para su papel como tutores durante la ejecución del proyecto del equipo.

El docente puede crear un plan lectivo que constituirá su línea de orientación

principal durante todo el proyecto.

Mediante la creación de este plan lectivo, el tutor-docente podrá llevar a cabo la

investigación preliminar sobre la materia que le ocupa para así estar en posición de

guiar a los alumnos y llevarles por el camino correcto. Esto le facilitará que pueda

hacerse una idea general de la complejidad del proyecto, encontrar de antemano las

partes que supongan un reto, identificar las posibles dificultades con las que se

enfrentarán los alumnos, encontrar maneras de que puedan superar estos

problemas y, finalmente, ver si los alumnos podrán realizar solos el proyecto o si

puede que haya algunas partes más adelante a las que no podrán hacer frente por

sí solos. Mientras prepara el plan lectivo, el tutor-docente también tiene la

oportunidad de reunir recursos y herramientas para el equipo para así facilitarle la

recuperación de información.

El plan lectivo del tutor-docente puede basarse en la plantilla del ECBI, donde se

integran todas las características del ABR. La tabla 3 presenta la plantilla del ECBI,

incluidas las características del ABR, ajustada a las necesidades del docente para el

Concurso Odysseus:

Tabla 3. La plantilla ECBI-ABR Odysseus

Fase 1: Actividades para suscitar preguntas



Manifestar curiosidad

Hacer una búsqueda inicial de posibles temas que puedan interesar al equipo

y, a ser posible, que estén relacionados con el plan de estudios escolar. De

este modo, el proyecto facilitará el procedimiento de enseñanza formal y

también permitirá a los alumnos relacionar lo que aprenden en la escuela con

asuntos científicos reales y la vida diaria. Hacer una pequeña presentación de

cada tema para encontrar el que más interés suscita entre los alumnos.

Formular preguntas a partir de los conocimientos existentes

Introducir preguntas que ayuden a comprender los conocimientos teóricos

que tienen los alumnos sobre el tema y asegurarse de que la cantidad de

conocimientos requerida de los alumnos es realista. Proponerles una serie de

preguntas de investigación basadas en el tema que han escogido para que

procedan con el trabajo de investigación. Estas preguntas científicas guiarán

sus indagaciones preliminares en la dirección correcta. Ayudar a los alumnos,

basándose en la investigación preliminar, a que establezcan sus propias

preguntas de investigación que procederán a investigar. Las preguntas de

investigación deben ser claras y estar bien definidas.

También puede ser necesario presentar la teoría relacionada con el tema.

Comprobar la teoría pertinente en el libro de texto y hacer sugerencias al

equipo sobre dónde puede encontrar información adicional. Comentar con el

equipo la teoría subyacente y presentar a los alumnos la idea y la importancia

de las referencias. Explicarles cómo pueden mantener un registro de las

mismas e incorporarlas a su proyecto.

Una vez terminada esta parte del proceso, los alumnos deberán haber

determinado con claridad el tema de su proyecto y haber pactado sus

objetivos específicos (preguntas de investigación).

Componentes de ABR

Contexto

Inducidos: el equipo escoge el tema y las preguntas

científicas a tratar según sus preferencias. El tutor-

docente facilita el procedimiento proponiendo algunos

temas iniciales relacionados con el plan de estudios y guía

a los alumnos para que escojan un tema de acorde a sus

conocimientos.



Recursos

Páginas web, que incluyen noticias, vídeos, artículos, etc.

sobre logros actuales en la exploración espacial y sobre el

espacio en general.

Repertorios de Recursos Educativos Abiertos y bibliotecas

digitales. Hay repertorios y bibliotecas digitales que

incluyen una gran cantidad de planes docentes que

pueden ser relevantes para el tema seleccionado por el

equipo. Buscar entre dichos planes docentes puede ser

una fuente útil para descubrir lo que han hecho otros

docentes en cursos educativos similares y en qué

cuestiones científicas se han centrado.

Herramientas

Herramientas de búsqueda: buscadores, índices

temáticos, la página web de Odysseus, portales

educativos, etc.

Herramientas de integración: presentación de temas

y preguntas científicas posibles utilizando presentaciones

en PowerPoint, vídeos o páginas web.

Estructuras

Estructuras conceptuales: cada uno de los temas

presentados deberá ir seguido de una breve descripción

de la idea general y del objetivo a perseguir, de modo

que los alumnos entiendan claramente de lo que trata

cada tema. Integrar a la presentación de cada tema

algunas preguntas de investigación que podrían ser el

punto de partida del proyecto. Estas preguntas ayudarán

a apreciar lo que los alumnos ya saben del tema y

establecerán a su vez las bases del proyecto para los

alumnos. Intentar que estas preguntas sean sencillas y

que estén relacionadas con el plan de estudios escolar.

Animar a los alumnos a que adapten las preguntas según

sus preferencias y a que piensen en sus propias

preguntas. Ayudarles a comprender su importancia y

cómo deberán realizar su proyecto basándose en estas

preguntas de investigación.

Fase 2: Investigación activa



Proponer explicaciones o hipótesis preliminares

Guiar al equipo para que, mediante el debate y las preguntas relacionadas,

los alumnos puedan hacer algunas predicciones preliminares y proponer

algunas explicaciones posibles sobre el tema que les ocupa. Guiar a los

alumnos para que sean precisos y anoten todas sus ideas de manera

concienzuda. Identificar cualquier idea errónea que pueda surgir y clarificarla.

Planificar y desarrollar una investigación simple

Ayudar al equipo a realizar un plan de investigación que le permita desarrollar

explicaciones a las preguntas orientadas científicamente que han establecido

para el problema a investigar. El equipo puede apuntar todos los aspectos de

su investigación, así como qué integrantes del equipo serán responsables de

cada tarea. También es de vital importancia definir un esquema temporal

para asegurarse de que la entrega del proyecto se realiza a tiempo.

Asegurarse de que se reserva algo de tiempo para realizar correcciones y

ajustes al proyecto.

Cuando el equipo esté planificando su investigación, se le puede ayudar

proponiéndole procedimientos experimentales o software y herramientas

interesantes que les ayuden a llevar a cabo la indagación.

Al finalizar esta parte del curso, los equipos deberían hacer pronósticos claros

sobre el tema que les ocupa y tener un plan muy claro sobre cómo van a

llevar a cabo su investigación o experimento.

Componentes de ABR

Contexto

Inducidos: los alumnos proponen por sí solos sus

explicaciones preliminares y establecen su plan de

investigación. El tutor-docente facilita el proceso guiando

a los alumnos para que establezcan sus experimentos y

les ayuda a considerar todos los aspectos del problema.

Recursos

Páginas web que incluyan noticias, vídeos, artículos,

experimentos prácticos y manuales relacionados o libros

con experimentos sobre el tema en cuestión. Según las

posibilidades de su país, los alumnos pueden obtener

información e ideas de una visita a un museo o centro de



ciencias.

Herramientas


temáticos, la página web de Odysseus, repertorios, etc.

Herramientas de organización: animar a los alumnos

a que utilicen una herramienta de asignación conceptual

que les ayude a utilizar su investigación o experimento de

manera efectiva y a obtener una idea general clara de las

responsabilidades de cada integrante del equipo y el

orden de los pasos a seguir.

Herramientas de integración: guiar a los alumnos

para que establezcan modos de anotar y describir sus

actividades.

Herramientas de comunicación: en cuanto los

alumnos comiencen a trabajar en un tema específico,

estos necesitarán encontrar las herramientas de

comunicación más convenientes para utilizar en lo

sucesivo. Las herramientas de comunicación pueden ser

correos electrónicos a listas de distribución que incluyan a

todos los integrantes del equipo, skype o herramientas de

mensajería instantánea y un foro o un espacio de trabajo

en el que también se puedan almacenar todos los

materiales. Animar a los alumnos a que establezcan una

línea de comunicación que les ayude a trabajar fácilmente

incluso cuando no están en el mismo lugar.

Estructuras

Estructuras de procedimiento: guiar al equipo para

que establezca una estructura de procedimiento que

perfile su forma de proceder y le ayude a planificar su

investigación. La estructura podría realizarse en forma de

diagrama de trabajo o utilizando una herramienta de

asignación de conceptos. Esta estructura permitirá a los

alumnos identificar las funciones de cada uno de ellos y,

por consiguiente, les ayudará a trabajar de un modo más

organizado. También puede ser útil que el tutor-docente

asigne funciones a cada alumno según sus competencias



y habilidades individuales.

Estructuras metacognitivas: es de vital importancia,

sobre todo en esta etapa del proyecto, que los alumnos

entiendan cómo documentar sus acciones y presentar sus

observaciones. Las estructuras metacognitivas les

prepararán para documentar sus acciones y datos de

manera correcta mientras llevan a cabo su investigación o

experimento. Sería recomendable preparar un cuaderno

de equipo para este concurso.

Es mejor que las proposiciones y directrices sobre la

realización del experimento o la investigación no se lleven

a cabo de manera verbal sino en forma de diagrama. De

este modo, los alumnos podrán remitirse a estas en todo

momento más fácilmente.

Fase 3: Creación

Recabar pruebas a partir de la observación

Mientras se lleva a cabo esta investigación, el grupo de alumnos recabará las

pruebas y formulará y evaluará explicaciones basadas en estas pruebas con el

fin de tratar las preguntas orientadas científicamente.

Ayudar al equipo a anotar y a describir los pasos seguidos durante la

investigación y asegurarse de que están detallados en el registro de sus

actividades. Anotar cualquier dificultad, cualquier idea que surja y el motivo

por el que el equipo siguió cada uno de los pasos de la investigación.

Documentar todos los datos recabados de manera organizada y asegurarse

de ofrecer una breve descripción de cualquier instrumento o herramienta

electrónica que se utilice. Los experimentos, las actividades prácticas y las

demostraciones pueden ser muy útiles a la hora de hacer el proyecto más

atractivo. También se pueden realizar vídeos propios e integrarlos en el

proyecto.

Al finalizar esta etapa del concurso, los alumnos deberán haber completado

su estudio o investigación y haber recabado y documentado todos los datos y

observaciones.



Componentes de ABR

Contexto

Inducidos: el equipo lleva a cabo la totalidad de la

investigación o del experimento. El docente ayuda en este

procedimiento respondiendo a preguntas y haciendo

sugerencias sobre las posibles fuentes de información.

Recursos


bancos de datos (p.ej. galerías de imágenes del espacio)

y bibliotecas digitales.

Herramientas


temáticos, la página web de Odysseus, etc.

Herramientas de integración: herramientas de

registro de datos y observaciones (p.ej. cuadernos, MS

office, espacio interno), herramientas de edición de vídeo,

procesador de imágenes, etc.

Herramientas de recopilación: telescopios robóticos,

simulaciones, laboratorios remotos, herramientas de

laboratorios científicos y herramientas y piezas para

construcciones.

Estructuras

Estructuras de procedimiento: estas ayudarán al

equipo a utilizar todos los recursos y herramientas que

tienen a su disposición. Ayudar a los alumnos a que

mantengan su plan y asegurarse de que entienden los

procedimientos a seguir y que documentan sus acciones y

observaciones.



Fase 4: Exposición

Explicación fundamentada en los datos obtenidos

Guiar al equipo para que analice los datos recogidos y saque el máximo

provecho de toda la información obtenida. Proponer diferentes métodos de

analizarla y animar a los alumnos a que usen gráficos, imágenes y recursos

digitales múltiples. Ayudarles a dirigir su análisis en la dirección adecuada y a

centrar los problemas e ideas iniciales y las preguntas científicas que les

ocupan, así como las hipótesis iniciales. Todas las explicaciones iniciales

deben revisarse y comentarse basándose en el análisis y en los nuevos

descubrimientos. Animarles a que escriban detalladamente sus ideas,

pensamientos y explicaciones.

Contemplar otras explicaciones

Tratar de encontrar y sugerir otras explicaciones alternativas para el tema en

cuestión. Hacer que los alumnos busquen explicaciones alternativas (en el

caso de los equipos que hayan llevado a cabo un experimento o construido

algo, esta parte podría incluir sugerencias de mejora adicionales) para el

problema en cuestión y que puedan tomarse en consideración. ¿Hay algún

otro modo de tratar el asunto en cuestión? ¿Hay algún otro aspecto que no se

haya tenido en cuenta?

Al finalizar esta parte del curso, los alumnos deberán haber terminado de

analizar sus datos y de revisar sus hipótesis iniciales. Deberán haber sacado

sus conclusiones y contestado a las preguntas de investigación que

establecieron.

Componentes de ABR

Contexto

Inducidos: los alumnos analizan los datos recabados

para contestar a sus preguntas de investigación. El

docente facilita el procedimiento.

Recursos


bancos de datos (p.ej. galerías de imágenes del espacio)

y bibliotecas digitales.



Herramientas



Herramientas de integración: herramientas de

registro de datos y observaciones (p.ej. cuadernos, MS

office, espacio interno), herramientas de generación de

vídeo e imágenes.

Herramientas de organización: animar a los alumnos

a que continúen utilizando sus herramientas de

asignación de conceptos para respaldar la documentación

de los progresos de su investigación o experimento y para

tener una idea general clara de lo que cada integrante ha

hecho y de lo que le queda por hacer.

Herramientas de procesamiento: herramientas de MS

office (como por ejemplo Excel para realizar diagramas),

herramientas matemáticas (por ejemplo, mathematica),

simulaciones, etc.

Estructuras

Estructuras conceptuales: asistir a los alumnos para

que recuerden sus preguntas de investigación e hipótesis

iniciales y ayudarles a relacionarlas con su investigación.

Fase 5: Reflexión

Redactar la explicación

Ayudar a los alumnos a rellenar la ficha de proyecto y a presentar las

conclusiones que justifiquen satisfactoriamente las explicaciones propuestas.

Guiarles para que puedan ofrecer explicaciones sostenibles y asistirles para

que sus textos sean simples y claros. Ayudarles a enriquecer su proyecto

utilizando tantas fotografías, diagramas y otros materiales como sea posible.

Animarles en todo momento a que utilicen al máximo la imaginación y el

ingenio.

Los alumnos deberán mantener algunas partes del proyecto en ficheros

independientes para que la presentación del mismo sea lo más cuidada

posible. Si, por ejemplo, los alumnos tienen ficheros de datos o si han creado

un diario para anotar sus avances en PowerPoint, estos deberían guardarse



por separado. En caso de que los alumnos tengan ficheros de este tipo es

necesario asegurarse de que se incluyen en la ficha del proyecto mediante

referencias en las partes respectivas del mismo para que el lector pueda

entender a qué parte del proyecto corresponde cada uno de ellos.

Esta es la parte final del curso educativo. El producto final de esta parte es la

versión final del proyecto, que incluye todo aquello que han hecho los

alumnos, así como los materiales recabados presentados de una manera

coherente y organizada.

Componentes de ABR

Contexto

Inducidos: el equipo realiza el proyecto final, que

incluye la investigación preliminar, las hipótesis iniciales,

su investigación o experimento, el análisis y observación

de los datos y sus conclusiones. El docente facilita este

proceso.

Recursos Páginas web que incluyan noticias, vídeos, imágenes, etc.

Herramientas



Herramientas de integración: presentación del

proyecto final utilizando la «Ficha del proyecto» como

punto de referencia.

Estructuras

Estructuras metacognitivas: ayudar a los alumnos a

que presenten su proyecto de una manera clara y sencilla

y asegurándose de que han respondido a todas sus

preguntas de investigación.

Estructuras estratégicas: la «Ficha de proyecto»,

propuesta para su uso como principal entrega de

proyectos, representa una estructura estratégica. Guiar a

los alumnos para que la utilicen como principal plantilla a

la hora de presentar el proyecto. Guiarles para que la

hagan lo más atractiva posible utilizando imágenes,

fotografías, gráficos y capturas de pantalla, así como con

enlaces a las páginas web que hayan consultado a lo

largo del proyecto.



Presentación del proyecto: la «Ficha del proyecto» Todas las diferentes partes de la plantilla descritas anteriormente corresponden a las

diferentes partes de la «Ficha del proyecto» que los alumnos tienen que rellenar

para preparar su proyecto (Figura 3). De este modo, cada parte del curso que el

tutor-docente haya preparado con anterioridad utilizando la plantilla Odysseus ECBI-

ABR le ayudará a guiar de manera eficaz a los alumnos para que rellenen cada parte

de la misma y obtengan un proyecto bien organizado.



Figura 2 Relación entre la plantilla Odysseus ECBI-ABR y la «Ficha del proyecto».

La «Ficha del proyecto» se basa en la estructura de los artículos científicos y es

coherente con el enfoque didáctico del ECBI. Su objetivo es ayudar a los alumnos a

comprender cómo se lleva a cabo la investigación científica haciendo que sigan los

mismos pasos que siguen los científicos cuando realizan sus investigaciones.

Además, la ficha del proyecto pretende ayudar a los alumnos a que organicen sus

pensamientos de manera más efectiva y presenten su trabajo final de forma más

organizada. La siguiente tabla presenta la «Ficha del proyecto». A cada parte le

Actividades para suscitar preguntas Investigación activa Creación Comentario

Reflexión

Establecer el tema de proyecto Introducción y descripción del problema Hipótesis Ideas iniciales Metodología del proyecto Desarrollo de la investigación Análisis de los datos Comentario de los datos obtenidos Conclusión Finalización del

proyecto



siguen las directrices que se les comunican a los alumnos, así como un conjunto de

directrices adicionales para el tutor-docente.

Tabla 4. La «Ficha del proyecto»

Resumen

Directrices para los alumnos

Prepara un resumen que sintetice los contenidos del

proyecto y explique claramente al comité la idea de

dicho proyecto y qué información cabe esperar

encontrar en el mismo. El asunto más importante es el

tema del proyecto y la contribución real del trabajo

descrito. El resumen también debe incluir una breve

descripción de las conclusiones y ser independiente, es

decir, que el lector pueda entender la esencia del

proyecto sin tener que leérselo en su totalidad.

Sugerencia: se aconseja escribir el resumen al final,

una vez se tenga una idea general del proyecto.

(Extensión máxima 200 palabras.)

Directrices para el tutor-docente

Pida a los alumnos que completen esta parte al final y

asegúrese de que incluyen sus preguntas de

investigación y las conclusiones que han sacado. Lo

que escriban en el Resumen también le dará una idea

general de lo claro que tienen el proyecto.

Introducción: descripción del problema


La introducción debe consistir de dos partes

(estructuradas como párrafos y no como encabezados

múltiples). La primera parte deberá detallar la

exposición del problema general y presentar su estado

presente y los conocimientos actuales. Puede incluir

referencias a bibliografía que el lector pueda consultar

para familiarizarse con el tema. La segunda parte debe

describir la parte más importante del proyecto y las

preguntas que aspira a contestar o los objetivos a

lograr. (Extensión máxima 200 palabras.)




Anime a los alumnos a que escriban unas cuantas

cosas sobre por qué han escogido este tema (qué

problema aborda) y a que establezcan claramente sus

preguntas de investigación. Podría ser útil incluir

algunas teorías de fondo (utilizando referencias y

definiciones), ya que demostraría que el alumno realizó

una investigación preliminar suficiente.

(Relacionado con la plantilla ECBI-ABR: respuestas que

suscitan preguntas. Definir las preguntas a partir de los

conocimientos actuales.)

Hipótesis: ideas iniciales


El apartado de hipótesis e ideas iniciales debería

presentar las hipótesis preliminares sobre el tema del

proyecto en base a los conocimientos actuales.

También debería detallar los términos y conceptos

necesarios para comprender el problema tratado y

describir un conjunto de ideas o acciones sugeridas

para llegar a una solución.



Anime a los alumnos a que utilicen su imaginación y

sus conocimientos de base para formular algunas

hipótesis. Habitualmente, los alumnos se muestran

escépticos a realizar predicciones porque tienen miedo

de cometer errores. Conviene animarles a realizar

predicciones y explicarles que cometer errores es parte

del proceso. Clarifique cualquier idea errónea que se

identifique durante el proceso y pídales que se

replanteen sus ideas.

(Relacionado con la plantilla ECBI-ABR: investigación

activa. Proponer explicaciones o hipótesis

preliminares.)



Metodología del proyecto


La organización del proyecto describe típicamente el

proceso seguido para conseguir los objetivos. Describe

la metodología seguida para investigar las hipótesis e

ideas iniciales descritas anteriormente para alcanzar los

objetivos. Si el proyecto implica cualquier tipo de

experimento también es necesario describir los

materiales utilizados y la organización experimental.



Pida a los alumnos que describan el procedimiento que

seguirán para llevar a cabo su investigación. Es

recomendable comenzar haciendo un diagrama con las

acciones que tienen pensado realizar (sería excelente

utilizar una herramienta de asignación, aunque

también bastaría con un diagrama en una hoja grande

de papel). Podrían comenzar utilizando puntos clave

para perfilar la línea de acción principal de su

investigación y después refinar las diferentes tareas

para detallarlas y asignar funciones a los diferentes

integrantes del equipo. Incluso podría incluirse el

diagrama final de trabajo como imagen en esta parte.

Proponga a los alumnos diferentes herramientas que

les puedan ser útiles. No está de más mencionar los

medios y herramientas utilizados para llevar a cabo la

investigación.

(Relacionado con la plantilla ECBI-ABR: investigación

activa. Planificar y dirigir una investigación sencilla.)

Desarrollo de la investigación


Este apartado incluye la descripción analítica de la

investigación. Describe detalladamente cómo se llevó a

cabo la investigación y explica la razón de cada paso

tomado en dicha investigación y cómo enlaza con el

siguiente. Enumera los conjuntos de datos, la

información y todos los recursos utilizados y describe



cómo se utilizó cada uno de ellos.



Todos los integrantes del equipo deberán documentar

sus acciones y describir las tareas acometidas.

Ayúdeles a utilizar eficazmente las herramientas y

recuérdeles que siempre deberían tener presentes las

preguntas.

(Relacionado con la plantilla ECBI-ABR: creación.

Recabar pruebas a partir de la observación.)

Análisis de los datos


En este apartado puedes presentar los datos y medidas

y llevar a cabo el análisis y procesamiento de datos

necesario. Utiliza gráficos y tablas para presentar los

resultados y asegúrate de presentar el análisis de tal

manera que al lector le queden claros sin ninguna

pérdida de contenido. Asegúrate de que sigue la línea

de pensamiento descrita y que se adapta a la

estructura del proyecto. Cada una de las figuras y

tablas debería estar numerada (p. ej. Figura 1 o Tabla

1).



Anime a los alumnos a que utilicen la imaginación al

máximo y mantengan su investigación bien enfocada

cuando respondan a las preguntas de investigación.

Crear gráficos, imágenes y otras representaciones es

muy útil para presentar los resultados de manera

elegante, pero siempre deben recordar explicar por

qué y cómo realizaron cada uno de ellos. En los

diagramas es especialmente importante describir la

figura.

(Relacionado con la plantilla ECBI-ABR: Exposición.

Explicación basada en las pruebas.)



Exposición de los datos obtenidos


Presenta las observaciones en base a los datos

obtenidos y comenta los resultados. Se pueden

explicar y evaluar los datos obtenidos y enlazarlos con

las hipótesis originales e ideas iniciales. Además (si

corresponde) se pueden comparar los datos obtenidos

con la bibliografía actual. Estructura la exposición en

base a las preguntas formuladas en la introducción.

Comprueba lo completas y satisfactorias que son las

respuestas.



En esta parte, el equipo debe establecer una relación

entre los datos obtenidos, las hipótesis originales

(comprobar si las hipótesis eran o no correctas y por

qué) y las preguntas de investigación. Pida a los

alumnos que comprueben lo que han hecho.

¿Contestan su análisis y los datos obtenidos a las

preguntas de investigación? ¿Hay otras teorías que

respalden los datos obtenidos? Es muy importante

subrayar que todas las conclusiones deben de ir

acompañadas de argumentos científicos sólidos.

(Relacionado con la plantilla ECBI-ABR: exposición.

Explicación basada en las pruebas y consideración de

otras explicaciones.)

Conclusiones


El apartado de conclusiones debe resumir brevemente

la exposición del problema y el contenido general del

proyecto. Este apartado debe ser independiente, es

decir, que el lector pueda entender la esencia de las

conclusiones sin tener que leerse el proyecto completo.

Habitualmente, las conclusiones terminan con una vista

general de las posibles ampliaciones de los enfoques

presentados y, quizás, con sugerencias de trabajo



futuro.



La conclusión debe resumir brevemente la totalidad del

proyecto. Para saber si la conclusión es eficaz, se

recomienda pedirle a una persona externa al equipo

que la lea y comente si entiende la idea general del

proyecto.

(Relacionado con la plantilla ECBI-ABR: exposición. Explicación basada en las pruebas y consideración de otras explicaciones.)

Referencias


Al final del proyecto deben enumerarse todas las

fuentes de información utilizadas. Si la fuente es una

página web, debe añadirse el enlace en este apartado.

En caso de que la fuente sea un libro, la referencia

debe contener el título, el autor y la editorial. Añadir

las referencias de manera uniforme (nombre del autor,

título, publicación o URL) y con el nombre del autor en

orden alfabético. En el texto deben aparecer todas las

referencias enumeradas, y todas las referencias del

texto deben incluirse en la lista de referencias.


Recuerde a los alumnos que deben documentar sus

fuentes en todo momento. Cada alumno puede realizar

su propio registro de fuentes y asegurarse de que

anota para qué parte ha utilizado cada una. Una vez

realizada la investigación, hay que reunir todas las

referencias y ordenarlas pertinentemente.

Consejos para obtener buenos resultados

Hemos reunido una lista de consejos generales para facilitar más la labor del docente. Abajo, exponemos también algunos consejos para los alumnos.



Consejos para el tutor-docente

Su función como tutor es guiar a los alumnos. Los alumnos aprenderán más

encontrando por sí mismos las respuestas; hay que centrarse en proporcionarles

indicios y sugerirles herramientas y referencias.

Los alumnos podrían comenzar a trabajar utilizando la «Ficha del proyecto» o utilizar ficheros independientes y después poner al final toda la información en la ficha del proyecto. De cualquier manera, es esencial tener un espacio de trabajo común mientras se ejecuta el proyecto para que todo el mundo sea consciente del trabajo que se ha realizado y el tutor-docente pueda comprobar fácilmente el progreso del proyecto. Las herramientas de colaboración en línea, tales como http://moodle.org/, http://pbworks.com/ o https://www.dropbox.com/home, podrían ser muy útiles para facilitar el trabajo del equipo. Elegir la herramienta con la que se sienta más cómodo y presentarla a los alumnos desde el principio.

Anime a los alumnos a que realicen un diagrama de su trabajo que irán actualizando a medida que avanzan. Para empezar, podrían enumerar sus preguntas de investigación y después añadir las acciones que llevarán a cabo para responder a cada una de esas preguntas y escribir las partes más importantes de su investigación. Podrían comenzar el diagrama con puntos principales y luego añadir información a medida que avanzan.

Anímeles a que se hagan fotos mientras trabajan en el proyecto para después utilizarlas para mejorarlo. Escribir un pequeño diario de su experiencia también podría resultar un buen material de apoyo. Asimismo, un blog creado por los alumnos podría servir como diario donde documentar el proyecto a medida que publican actualizaciones de su trabajo.

Recuérdeles que no den nada por sentado. Cuando expliquen lo que han hecho siempre deben tener en cuenta que la gente que lee su proyecto, al principio, no tiene ni idea de lo que trata.

Lleve un pequeño diario donde documente el rendimiento de sus alumnos. Esto le ayudará a evaluar lo que han aprendido y cuánto han progresado.

Anime a los alumnos a mejorar su proyecto al máximo creando sus propias

imágenes, vídeos o tomando fotos. También es recomendable tener algunas partes

en ficheros aparte y especificar la referenciar en la ficha de proyecto. Por ejemplo,

podrían llevar un pequeño diario de su experiencia en un fichero aparte y remitir al

lector a este en la parte de metodología de la ficha del proyecto.

Intente ayudar a los alumnos a utilizar correctamente términos científicos, tanto

durante sus comentarios como cuando escriben el proyecto. Asegúrese de corregir

errores ortográficos y de expresión.

http://moodle.org/

http://pbworks.com/

https://www.dropbox.com/home



No tenga miedo a decir «no lo sé». No evite la oportunidad de aprender con sus

alumnos y póngase en contacto con otros investigadores o docentes que puedan

ayudarle.

Componga un esquema temporal de acciones cuando organice el proyecto y esté

siempre atento al tiempo para asegurarse de que el proyecto progresa dentro del

esquema temporal establecido.

Puede enviar correos electrónicos a los organizadores para que le aclaren

preguntas a [email protected].

Consejos para los alumnos

Entender el concurso

Lee atentamente la información general y los componentes del concurso.

¿Entiendes el espíritu del concurso? Realiza una investigación inicial sobre varios

temas antes de sugerir temas para tu proyecto.

Trata de encontrar temas apasionantes, que estén de moda y al alcance de tus

conocimientos.

Asegúrate de que tu tema esté alineado con uno de los temas del concurso.

Centra tus esfuerzos en responder a los criterios de evaluación específicos

El Comité Científico está formado por científicos profesionales, investigadores y

educadores que evalúan cada candidatura según los criterios de evaluación

especificados para cada concurso. Sus decisiones se guiarán por el contenido,

incluyendo la exactitud científica.

Lee con atención los criterios de evaluación, pues te ayudarán a entender el

espíritu del concurso.

Intenta ser específico y no escribas sobre algo cuya exactitud no hayas verificado

previamente y, sobre todo, no escribas algo que no entiendes.

Utiliza diagramas y gráficos que te ayuden a utilizar los datos en consecuencia.

Añade ilustraciones relevantes a tu informe.

Encuentra páginas web sobre el espacio y otro material útil relevante para el

proyecto. Recuerda no perder ninguna referencia.

Utiliza palabras de búsqueda para buscar información relevante en internet, pero

quédate con fuentes fiables y reputadas (p.ej. las páginas web de ESA o NASA y

páginas con un sufijo .edu).

Los proyectos muy específicos tienen más posibilidades de ganar porque son más

meticulosos y explícitos.

mailto:[email protected]



Intenta crear un diseño atractivo, ya que en última instancia puede resultar un

factor de desempate entre dos candidaturas excelentes, aunque no determinará un

ganador de antemano. Las candidaturas no ganan por defecto; para ganar hay que

demostrar excelencia.

Trabaja los puntos básicos

Utiliza la ficha del proyecto como principal documento para describir el proyecto y

enlaza todos los otros ficheros a través de ella. No utilizarla no supondrá la

descalificación del equipo, aunque sí la limitación de las posibilidades de ganar.

Estudia las directrices y los ejemplos dados en la ficha del proyecto para hacerte una

idea general sobre cómo elaborar un proyecto que obtenga buenos resultados.

El aspecto físico de una candidatura es a menudo un indicador del gran esfuerzo

hecho por el alumno o alumnos. Una candidatura cuidada, bien editada, legible y sin

errores gramaticales tiene más posibilidades de ganar. Todos los proyectos deberían

ser revisados por alguien que no sea uno de sus creadores. Se debería pasar el

corrector ortográfico a todas las candidaturas creadas en ordenador.

Deja tiempo suficiente para revisar y repasar antes de presentar el proyecto. No

es necesario que la candidatura la revise un experto. Cualquier persona que esté

dispuesta a leerla podrá señalar errores ortográficos, lagunas lógicas, frases

confusas, falta de información, oradores a los que no se les entiende, etc.

Revisar el Proyecto

Pide a alguien que compruebe que el formulario está completo y que todos los

campos, incluyendo tu nombre, se leen bien.

Planifica

Tómate tiempo al principio del proyecto para planificar de antemano cualquier

etapa con sus plazos específicos. Realiza un plan de proyecto en el que se expliquen

los principales pasos a seguir y las responsabilidades de cada integrante del equipo.

Gestiona tu tiempo para que tu programa de trabajo te permita tiempo para

revisar y repasar tu candidatura. Este paso puede marcar la diferencia entre

participar y ser descalificado.

Cursos educativos a modo de ejemplo En el siguiente apartado se presentan una serie de cursos educativos. Estos cursos son ejemplos que te ayudarán a entender cómo puede organizarse un proyecto y cómo el plan lectivo creado por el tutor-docente puede ayudar a ello. Verás el plan lectivo creado por el tutor-docente para cada categoría temática.

Curso educativo para la categoría temática «El Sistema Solar»

Cálculo de la temperatura efectiva del Sol



Información general: este proyecto tiene como finalidad proporcionar información y materiales sobre el estudio experimental de la temperatura efectiva del Sol. Los alumnos llevarán a cabo una investigación organizada para descubrir información sobre cuestiones básicas para entender lo que es la temperatura efectiva. Realizarán una actividad experimental para recabar los datos que se utilizan para calcular la temperatura efectiva y después utilizarán la hoja de cálculo de MS Excel para hacer sus cálculos. Objetivo principal del proyecto: calcular la temperatura efectiva del Sol en base a un experimento. Objetivos de aprendizaje:

- Practicar utilizando y combinando numerosas ecuaciones matemáticas. - Aprender sobre la temperatura efectiva y cómo calcularla. - Aprender sobre la ley de Wien y la de Stefan-Boltzmann. - Aprender a utilizar hojas de cálculo.

Fase 1: actividades para suscitar preguntas


¿Muestran estas imágenes el mismo objeto?

¿A qué temperatura crees que está el objeto de cada una de las

fotografías?

Todas estas imágenes representan el Sol. Podemos ver diferentes rasgos y capas según el filtro utilizado durante la observación. Materiales propuestos: - http://www.amnh.org/education/resources/rfl/web/sunscapes/sunscapes.xml.html - http://brierleyhillsolar.blogspot.gr/2012_01_01_archive.html


Comente con los alumnos las fotos que se han presentado. Muéstreles vídeos que demuestren la actividad solar y hágales algunas preguntas preliminares:

¿Qué ves en cada foto y en los vídeos?

¿Hay diferentes capas en el Sol?

¿De dónde viene la luz que vemos en la Tierra?

¿Qué significa temperatura efectiva?

Créditos: SOHO

(ESA y NASA)

Créditos: NASA/JAXA

SOHO (ESA y ASA)

http://www.amnh.org/education/resources/rfl/web/sunscapes/sunscapes.xml.html

http://brierleyhillsolar.blogspot.gr/2012_01_01_archive.html



Pídales que hagan una investigación preliminar sobre estos temas. Durante esta investigación preliminar, los alumnos entran en contacto por primera vez con algunos términos nuevos, como «temperatura efectiva» o «constante solar». Asegúrese de que comprenden los nuevos términos que han aprendido e insista en su utilización en el futuro. Una buena tarea consiste en pedirles que hagan una lista con los términos nuevos que se han ido encontrando junto con su definición. Una vez acabada la investigación inicial, indique a los alumnos que deben establecer unos objetivos específicos (preguntas de investigación) que deberán responder. Puede plantear algunas preguntas de investigación usted mismo. Nuestro estudio:

¿Cuál es la temperatura efectiva del Sol?

¿La podemos calcular?

Materiales propuestos:

- http://www.youtube.com/watch?v=EATDvxnLXyc&feature=related

- http://www.youtube.com/watch?v=dvxpha1_FjI&feature=related

- http://www.astronomynotes.com/starsun/s2.htm

- http://bartonpaullevenson.com/Albedos.html

- http://planetfacts.org/temperature-of-the-sun/

- http://sohowww.nascom.nasa.gov/home.html

Fase 2: investigación activa


Pida a los alumnos que realicen una estimación de la temperatura de la fotosfera. Para realizar esta estimación puede sugerirles que estudien los siguientes asuntos:

- ¿Qué afecta a la temperatura de la fotosfera? - ¿Es homogénea la temperatura de la fotosfera? - ¿Qué simplificaciones deberían tenerse en cuenta para poder medir la

temperatura efectiva mediante un sencillo experimento? - ¿Qué relación hay entre la temperatura y el calor recibido por la Tierra? - ¿Cuál es la constante solar?

http://www.youtube.com/watch?v=EATDvxnLXyc&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=dvxpha1_FjI&feature=related

http://www.astronomynotes.com/starsun/s2.htm

http://bartonpaullevenson.com/Albedos.html

http://planetfacts.org/temperature-of-the-sun/

http://sohowww.nascom.nasa.gov/home.html




- http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_constant

- http://www.ehow.com/how-does_4566644_earth-receive-heat-sun.html

- http://en.wikipedia.org/wiki/Effect_of_sun_angle_on_climate

- http://fusedweb.llnl.gov/cpep/chart_pages/5.plasmas/sunlayers.html


Pida a los alumnos que diseñen un plan para intentar averiguar qué

cantidades están relacionadas con la temperatura efectiva del Sol y qué tipo

de ecuaciones matemáticas están asociadas. ¿Podemos medir estas

cantidades?

El camino que debe seguir su investigación debería incluir los siguientes

puntos:

- La temperatura efectiva (Teff) del Sol se asocia con la cantidad total de

energía (L

) emitida por el Sol: 2 4

effL 4 R T

- La cantidad total de energía emitida por el Sol está relacionada con la

constante solar (S

): 2

LS

4 r

( r es la distancia de la superficie del Sol a

la superficie de la Tierra)

- La constante solar puede calcularse si conocemos la radiación recibida

por el Sol por unidad de área (Q):

eff

QS

A X donde Aeff es el área

efectiva y X es el factor de transmisión X que puede calcularse utilizando

un diagrama como el que sigue:

Constante solar Flujo de energía en la

Tierra

Tierra

RA Área de la superficie del Sol

Flujo de energía en la superficie del Sol

Sol

Área de la superficie de la esfera del radio

1 AU

http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_constant

http://www.ehow.com/how-does_4566644_earth-receive-heat-sun.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Effect_of_sun_angle_on_climate

http://fusedweb.llnl.gov/cpep/chart_pages/5.plasmas/sunlayers.html



- La radiación recibida por el Sol por unidad de área (Q) se puede calcular

utilizando la fórmula de calor específico Q=m∙c∙ΔΤ si podemos medir el

cambio de temperatura de una sustancia en un intervalo de tiempo

específico.

- ¿Podemos montar un experimento para medir el cambio en la

temperatura de una sustancia?

La parte experimental del proyecto consiste en calentar un frasco lleno

de agua y medir el cambio en la temperatura del agua.

- El equipo preparará el experimento. Se expondrá un frasco de agua al

sol y, durante un intervalo de 20 minutos, se comprobará la temperatura

del agua una vez por minuto y se anotará junto a la hora en la hoja de

datos.

- Posteriormente, se utilizarán estos datos para calcular la constante solar.

Una vez hecho esto, se utilizará dicha constante solar para calcular la

cantidad total de energía emitida por el Sol y, a continuación, la

temperatura efectiva del mismo.

Pueden comenzar haciendo un diagrama que perfile el procedimiento de acción, que básicamente es exactamente el opuesto al indicado anteriormente:

Calentar el frasco de agua y medir

el cambio de

temperatura (ΔΤ)

Medir la energía

necesaria para este cambio de

temperatura (Q)

Q=m∙c∙ΔΤ

Medir la

constante solar total (So) en

base a la energía medida

eff

QS

A

Utilizar la constante solar para calcular la

luminosidad solar (Lo)

2

LS

4 r

Utilizar la luminosidad

solar (Lo) para calcular

la temperatura efectiva (Teff) según la ley de

Stefan-Boltzman 2 4L 4 R T

Transmisión

de la atmósfera X

Claro Medio

Neblinoso Ángulo Cénit (grados)




- http://www.eaae-astronomy.org/WG3-SS/WorkShops/SunLuminosity.html

- http://bartonpaullevenson.com/Albedos.html

- https://www.math.duke.edu//education/prep02/teams/prep-15/index.html

- http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/spht.html

- http://www.ehow.com/info_8715383_projects-water-heating-earths-

surface.html

Fase 3: creación


El equipo realiza el experimento y documenta el cambio de temperatura en un

intervalo de tiempo de 20 minutos. También es necesario medir:

- El diámetro del frasco

- El volumen del agua

- La diferencia media de temperatura

- La longitud de la sombra

Fase 4: exposición


El equipo reúne los datos y lleva a cabo los cálculos necesarios utilizando las

ecuaciones matemáticas mencionadas anteriormente. Puede recomendar a los

alumnos que creen un archivo en excel que calcule automáticamente la

constante solar en base a las ecuaciones matemáticas.

Energía solar Metro Sombra

Reloj Área efectiva Volumen del agua Ángulo cénit Termómetro

http://www.eaae-astronomy.org/WG3-SS/WorkShops/SunLuminosity.html


https://www.math.duke.edu/education/prep02/teams/prep-15/index.html

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/spht.html

http://www.ehow.com/info_8715383_projects-water-heating-earths-surface.html

http://www.ehow.com/info_8715383_projects-water-heating-earths-surface.html



Una vez los alumnos hayan calculado la temperatura efectiva, pídales que la

comparen con su hipótesis original y con el valor teórico real. También resulta

interesante calcular el factor error.


Anime los alumnos a que comenten otros factores que puedan haber afectado

a su experimento:

- Calentamiento del frasco

- Efectos de reflejo

- Latitud


- http://www.kidsgeo.com/geography-for-kids/0074-latitude-effects-

temperature.php

- http://www.kidsgeo.com/geography-for-kids/0067-heat-reflection.php

Fase 5: reflexión


Los alumnos reunirán todos los materiales de archivo (resultados de las investigaciones, imágenes, gráficos, fotografías, capturas de pantalla, textos, etc.) y compondrán su proyecto empleando la «Ficha del proyecto».

Anime al equipo a que idee métodos imaginativos y divertidos para presentar el proyecto.

http://www.kidsgeo.com/geography-for-kids/0074-latitude-effects-temperature.php

http://www.kidsgeo.com/geography-for-kids/0074-latitude-effects-temperature.php

http://www.kidsgeo.com/geography-for-kids/0067-heat-reflection.php



Proyecto desarrollado por los alumnos

Resumen

Nuestra investigación proporciona información y materiales sobre el estudio

experimental de la temperatura efectiva del Sol. Llevamos a cabo una

investigación para proporcionar información sobre las condiciones básicas

para comprender qué es la temperatura efectiva y desarrollamos una

actividad experimental con el fin de recabar datos y calcular la temperatura

efectiva del Sol. El principal objetivo de nuestro experimento era medir la

cantidad de energía emitida por el sol y que era absorbida por un frasco lleno

de agua dentro de un periodo de tiempo determinado. Utilizamos los datos de

nuestro experimento y calculamos la temperatura efectiva del Sol utilizando la

teoría de la radiación del cuerpo negro y la ley de Stefan-Boltzmann.


La temperatura efectiva1 (Teff) de un

cuerpo (como una estrella o un planeta)

es igual a la temperatura que tendría un

cuerpo negro2 si emitiera la misma

cantidad de radiación electromagnética.

La temperatura efectiva se utiliza para

hacer una estimación de la temperatura

de un cuerpo cuando no se conoce la

curva de emisión del mismo. Suponiendo

que nuestro Sol (en aproximación) es un

cuerpo negro, la temperatura efectiva del

Sol se halla muy cerca de la

temperatura real de la superficie del Sol

y puede calcularse utilizando la teoría de radiación de cuerpos negros y la ley

de Stefan Boltzmann. Basándonos en esta teoría, la temperatura efectiva

puede calcularse si logramos calcular primero la constante solar, que es igual

al calor recibido por el Sol por unidad de área. Por lo tanto, es posible

calcularla utilizando la ecuación del calor específico. Basándonos en esta

ecuación, si se conoce el cambio de temperatura para un volumen de agua

determinado en un intervalo de tiempo, puede calcularse el calor requerido

para que suceda este cambio de temperatura. Este calor (dado que solo sea

debido al calentamiento del Sol), dividido por el área efectiva del volumen del

Figura 2. El Sol observado a través del filtro Ha.

Créditos: NASA

http://en.wikipedia.org/wiki/Temperature



agua es el valor de la constante solar.

En nuestro proyecto utilizaremos esta metodología para calcular la

temperatura efectiva del Sol utilizando únicamente medios simples y

demostrar que incluso mediciones tan complicadas pueden realizarse

utilizando montajes experimentales caseros.


Nuestro Sol está muy caliente. Nuestro objetivo es descubrir

aproximadamente cómo de caliente. En este proyecto utilizaremos el calor

recibido del Sol para hacer una estimación. El Sol radia energía de forma

esférica a nuestro Sistema Solar, igual que cualquier bombilla radia luz a una

habitación. Parte de esta energía se recibe aquí en la tierra. El objetivo es

capturar parte de este calor y medirlo. Si sabemos parte de la energía solar

emitida, podremos calcular la energía solar total que se emite. Una vez

conozcamos la energía solar total emitida podremos calcular la temperatura

efectiva del Sol utilizando la teoría del cuerpo negro.

Lo primero que hay que intentar es capturar parte del calor del Sol. Para ello

utilizamos un frasco lleno de agua. El agua se calentará utilizando únicamente

calor del Sol. Durante este proceso, mediremos el cambio en la temperatura

del agua y, a partir de la diferencia en la temperatura, calcularemos la

cantidad de energía capturada por el agua.

Después de medir la cantidad de energía capturada por el agua, en una

segunda etapa de nuestra investigación, utilizaremos la teoría de la radiación

del cuerpo negro y la ley de Stefan-Boltzmann para calcular la temperatura

efectiva.

Para poder llevar a cabo correctamente nuestro experimento, primero

realizamos una investigación para averiguar los parámetros que tendrán un

impacto sobre nuestros cálculos:

Ángulo Cénit: cuando los rayos de sol no son perpendiculares a la superficie

del frasco, la cantidad de energía recibida por la superficie por metro

cuadrado es menor3. Para calcular el ángulo cénit necesitaremos medir la

longitud de la sombra de una regla en el momento de realizar el experimento.

Transmisión de la atmósfera: la cantidad de energía absorbida por la

atmósfera varía en función del tiempo atmosférico. Por lo tanto, la cantidad



de energía absorbida por el agua en un momento dado depende de la

transmisión de la atmósfera4.


La parte principal de nuestro experimento consiste en calentar un frasco lleno de

agua y medir el cambio en la temperatura del agua.

Herramientas:

Frasco de cristal (debe tener forma cilíndrica y el tapón debe ser de corcho)

Soporte

2 metros

Agua

Termómetro

Tinta negra

Material de aislamiento (cinta y papel de aluminio)

Reloj de arena

Datos a recabar:

Temperatura del agua por minuto

Diferencia de temperatura entre dos mediciones

Diferencia total de temperatura en 20 minutos

Diámetro del frasco

Volumen del agua

Longitud de la sombra

Puesta en práctica:

Primero mediremos el diámetro del frasco. A continuación, haremos un pequeño

agujero en el corcho del frasco para que el termómetro se pueda solidificar en él.

Empujaremos el termómetro a través del corcho y nos aseguraremos de que no

quede suelto. El agujero debería ser lo más pequeño posible, de lo contrario el

termómetro no quedará fijado y saldrá agua del frasco.

A continuación, llenaremos el frasco de agua y mediremos su volumen.

Añadiremos algo de tinta negra en el agua para que absorba mejor la luz solar y,

a continuación, cerraremos herméticamente el frasco con el corcho. Para

asegurarnos de que el agua solo se calienta debido a la energía solar recibida de

la parte superior del frasco, cubriremos la parte perpendicular del frasco con

papel de aluminio.



Esperaremos un poco para que el termómetro indique la correcta temperatura

inicial del agua y, posteriormente, colocaremos el frasco al sol con el corcho

mirando hacia abajo. Tres integrantes del equipo serán responsables de tomar la

temperatura del agua cada minuto.

Los otros dos integrantes medirán el ángulo cénit. Utilizaremos una regla de un

metro que colocaremos en la parte superior para que esté en posición vertical al

suelo y mida la sombra de la regla. El experimento debe realizarse un día que

haga sol y no esté nublado para evitar tener que tomar en consideración la

absorción del agua de las nubes.

Figura 3. Montaje del experimento.


Lo primero que hicimos fue unir el frasco de agua con el termómetro colocado debajo e incrustado en el corcho del frasco. Utilizamos plastilina para fijar el termómetro en su lugar y sellar el borde del corcho.

Energía solar Metro Sombra

Reloj Área efectiva Volumen del agua Ángulo cénit

Termómetro



Figura 4. Preparando el experimento en nuestro laboratorio de física.

A continuación, lo colocamos en el exterior y seguimos el procedimiento descrito anteriormente para poder documentar el aumento de la temperatura. También utilizamos un metro para medir el ángulo cénit.

Figura 5. Midiendo la sombra de la regla durante el experimento.

En la tabla 1 presentamos los datos recabados en nuestro experimento:

Tabla 1

Medidas Tiempo (seg.)

Temperatura (oC) Diferencia de temperatura

1 0 25 0

2 60 25,2 0,2

3 120 25,4 0,2

4 180 25,7 0,3

5 240 26 0,3

6 300 26,4 0,4

7 360 26,8 0,4



8 420 27,2 0,4

9 480 27,7 0,5

10 540 28,2 0,5

11 600 28,8 0,6

12 660 29,4 0,6

13 720 29,9 0,5

14 780 30,3 0,4

15 840 30,7 0,4

16 900 31 0,3

17 960 31,2 0,2

18 1020 31,4 0,2

19 1080 31,6 0,2

20 1140 31,9 0,3

Diámetro del frasco: 7 cm

Volumen de agua:

100 cm3

Diferencia de temperatura:

6,9 oC

Longitud de la sombra:

10,5 cm


Tras finalizar nuestro experimento, procedimos a analizar los datos registrados con

el fin de calcular el cambio de temperatura en el agua. A continuación,

presentamos las ecuaciones utilizadas para llevar a cabo nuestro análisis.

Con el fin de alterar la temperatura de una sustancia tenemos que consumir una

cierta cantidad de energía en forma de calor. El calor necesario para lograr un

cambio en la temperatura viene dado por la fórmula específica del calor 0:

0 Q m c T

donde Q es la cantidad de calor, m es la masa de la sustancia (en nuestro caso 1 g

de agua = 1 cm3), c es el calor específico de la sustancia y ΔT es el cambio en la

temperatura. En nuestro experimento, además del cambio en la temperatura,

también medimos el volumen del agua utilizada y las dimensiones del frasco. El

calor específico del agua es5 4,187 J∙cm-3∙oC-1.

El Sol no estaba directamente encima del frasco mientras realizábamos el

experimento. Por lo tanto, debemos calcular el área efectiva (Aeff) del frasco en

base al ángulo cénit (θ) y en base al área de la superficie del frasco (A) 0, 0, 0).



Figura 6. Representación del montaje para medir la sombra.

Figura 7. La diferencia entre la superficie del frasco y el área efectiva.

(ec. 1)

Stan

L

(ec. 2) 2

flaskA R

(ec. 3) effA A cos

Como utilizamos el calor del Sol para calentar el agua en un frasco, Q dividido por

el área efectiva del frasco (Aeff) será igual a la radiación recibida del Sol por unidad

de área. Sin embargo, la radiación solar por unidad de área y por unidad de

tiempo es la constante solar (S

) (Figura 8). De modo que la cantidad de calor

(Q), que se calcula utilizando la ecuación (1), dividida por el área efectiva del

frasco (Aeff) y el intervalo de tiempo (Δt) en el que tuvo lugar el cambio en la

temperatura es igual a la constante solar 0. Sin embargo, para calcular

correctamente la constante solar también necesitamos tener en cuenta la

absorción de energía de la atmósfera. En la siguiente ecuación, X es el factor de

trasmisión atmosférica que se calcula en base al ángulo cénit utilizando el

diagrama de abajo.

(ec 5 )

eff

QS X

A t

Rayos de luz solar Cénit Regla Rayos de luz solar

Sombra del metro Superficie horizontal



Figura 8. Diagrama para determinar el factor de absorción atmosférica.

Una vez calculada la constante solar, podemos utilizar su ecuación 0 para calcular

la cantidad total de energía emitida por el Sol (L๏):

(ec. 6) 2L 4 r S

r es la distancia de la superficie del Sol a la superficie de la Tierra (1 unidad

astronómica)

Figura 9. Representación esquemática del flujo de energía del Sol.

Transmisión de la atmósfera X

Claro

Medio Neblinoso

Ángulo Cénit (grados)



Debido a que, de manera aproximada según la teoría de la radiación del cuerpo

negro, el Sol puede considerarse un cuerpo negro, podemos calcular la

temperatura efectiva del Sol utilizando la ley de Stefan-Boltzmann 0,

0 2 4

effL 4 R T

Además, como se calcula la temperatura efectiva, también podemos utilizar la ley

de Wien 0,

0 max

b

T

para calcular la longitud de onda del pico de emisión.

Para poder repetir nuestro experimento tantas veces como queramos, en lugar de

hacer los cálculos sobre papel, decidimos crear una hoja de cálculo en Excel para

calcular todos los valores arriba mencionados. En nuestra hoja de cálculo, una vez

el usuario cambia los valores iniciales, los números se ajustan de nuevo

automáticamente y se calculan los nuevos valores experimentales. Los valores de

entrada para nuestra hoja de cálculo son los siguientes:

Valores de entrada:

Valores derivados del experimento

ΔΤ: aumento total de la temperatura

Δt: tiempo necesario para el aumento de temperatura

Rfrasco: radio del frasco

V: volumen del agua

X: factor de transmisión

L: longitud de la regla

S: sombra de la regla

Constantes derivadas de la bibliografía:

C: calor específico del agua

r : distancia de la superficie del Sol a la superficie de la Tierra

A: área de la superficie del Sol

Adjuntamos la hoja de cálculo que hemos creado en la que se muestran todos

nuestros cálculos de forma analítica: «Datos y Análisis.xlsx». Cabe recalcar que



durante nuestro análisis prestamos especial atención a asegurar que las unidades

de medición fueran correctas y de la misma escala.

En base a nuestro experimento y al análisis de nuestros datos, hemos descubierto

que la temperatura efectiva del Sol es:

Y la longitud de onda del pico de emisión:

Exposición de los datos obtenidos

Hemos buscado en la bibliografía valores teóricos sobre la temperatura

efectiva y la longitud de onda del pico de emisión y los hemos comparado con

nuestros valores experimentales utilizando la fórmula de porcentaje del error

relativo:

theoretical experimental

theoretical

x xx 100%

x

El valor teórico de la temperatura efectiva7,1 es 5777 oK (5504 oC), por lo que

la desviación de nuestro valor es:

theoretical experimental o oeff eff

eff theoretical o

eff

T T 5504 C 5343 CT 100% 100% 2,9%

T 5504 C

El valor teórico para la longitud de onda máxima emitida es de 550nm8,9, por

lo que la desviación de nuestro valor es:

theoretical experimental

max maxmax theoretical

max

550nm 516nm100% 100% 6,2%

550nm

En vistas al porcentaje de error podemos decir que, aunque hay una

desviación, nuestro experimento ha tenido éxito, pues los errores son

relativamente pequeños. La declinación de los valores teóricos puede ser el

resultado de numerosos factores:

Calentamiento del frasco: Parte de la energía recibida es absorbida por el frasco. Esto afecta

Teff=5.343 oC

λmax=515,979 nm

Teórico experimental



a la temperatura del agua que indica el termómetro.

Los efectos de reflejo juegan un papel importante respecto a la cantidad

de energía que recibe el agua. Los rayos de luz se reflejan en la superficie del

agua y del frasco, reduciendo de esta manera la energía recibida.

Latitud: a menos que el experimento se lleve a cabo en los trópicos, la parte

superior del tapón no puede estar en vertical a los rayos de sol. Aunque esto

puede compensarse con la medición de la sombra, el factor error está

presente.

Sin embargo, a pesar de estos errores que podrían tenerse en cuenta de cara

a un nuevo experimento, nuestros esfuerzos han sido fructíferos, ya que

nuestros valores experimentales están muy cerca de los teóricos.

Conclusiones

En este proyecto nos propusimos explorar las leyes físicas relacionadas con la

temperatura efectiva del Sol. Llevamos a cabo una investigación para

averiguar hasta qué punto la temperatura efectiva del Sol está relacionada

con la energía emitida por el Sol y cómo podemos medirla utilizando

únicamente medios de experimentación sencillos y ecuaciones matemáticas.

Tras recabar la información, montamos un experimento basado en la idea de

que medir la cantidad de energía recibida por el Sol en un determinado

intervalo de tiempo en una superficie determinada puede bastar para

ayudarnos a calcular temperatura efectiva del Sol utilizando la teoría de

radiación del cuerpo negro y la ley de Stefan-Boltzmann. Llevamos a cabo

nuestro experimento y medimos el aumento de temperatura en un frasco

lleno de agua en un intervalo de 20 minutos. A continuación, compusimos

una hoja de cálculo en excel para manipular nuestros datos utilizando leyes

físicas y ecuaciones matemáticas relacionadas. Nuestros resultados indican

que nuestro experimento tuvo éxito, ya que la desviación de los valores

teóricos se colocó bastante por debajo del 10%.

Referencias

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Effective_temperature 2. http://en.wikipedia.org/wiki/Black_body 3. http://www.elic.ucl.ac.be/textbook/chapter2_node5_2.xml 4. http://www.everythingweather.com/atmospheric-

radiation/absorption.shtml 5. http://www.engineeringtoolbox.com/water-thermal-properties-

http://en.wikipedia.org/wiki/Effective_temperature

http://en.wikipedia.org/wiki/Black_body

http://www.elic.ucl.ac.be/textbook/chapter2_node5_2.xml

http://www.everythingweather.com/atmospheric-radiation/absorption.shtml

http://www.everythingweather.com/atmospheric-radiation/absorption.shtml

http://www.engineeringtoolbox.com/water-thermal-properties-d_162.html



d_162.html 6. http://bartonpaullevenson.com/Albedos.html 7. http://adsabs.harvard.edu/abs/2006A%26A...450..735M 8. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/wien.html 9. http://en.wikipedia.org/wiki/Wien's_displacement_law 10. http://www.pveducation.org/pvcdrom/properties-of-sunlight/air-mass

http://www.engineeringtoolbox.com/water-thermal-properties-d_162.html


http://adsabs.harvard.edu/abs/2006A%26A...450..735M

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/wien.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Wien's_displacement_law

http://www.pveducation.org/pvcdrom/properties-of-sunlight/air-mass



Curso de formación para la categoría temática «Coevolución de la vida»

Simulación para detectar exoplanetas

Información general: este proyecto consiste en la creación de una metodología

para detectar exoplanetas que reúnen las condiciones adecuadas para albergar vida.

Los alumnos recogen información y materiales sobre los parámetros que deben

considerar para la investigación. Diseñan un programa empleando el Scratch y

efectúan experimentos que les permiten detectar exoplanetas y determinar su

temperatura y radio para saber si pueden albergar vida o no.

Objetivo principal del proyecto: detectar exoplanetas aptos para albergar vida. Objetivos de aprendizaje:

- Aprender sobre los exoplanetas.

- Adquirir práctica en el empleo y la combinación de diversas ecuaciones matemáticas.

- Practicar la utilización del Scratch.



Presente el tema a los alumnos poniendo un vídeo pertinente y plantee algunas cuestiones intrigantes:

El ser humano siempre ha buscado vida en otros planetas. ¿Crees que existen otros planetas que pueden albergar vida?

¿Alguna vez has oído hablar de estos planetas?

¿Cómo se llaman?

Durante su primera sesión con los alumnos, puede presentar otros temas de modo similar. En cada apartado de la unidad didáctica se pueden incluir enlaces a materiales de apoyo que se presentarían a los alumnos.


- http://www.youtube.com/watch?v=Sil1TZhMxBg

Credit: NASA

http://www.youtube.com/watch?v=Sil1TZhMxBg



- http://www.brighthub.com/science/space/articles/43500.aspx


¿Cómo podemos detectar un exoplaneta?

Aun en caso de detectar un exoplaneta, ¿cómo podemos descubrir si es apto para

albergar vida?

¿Cuál es el mejor método?

Pida a los alumnos que investiguen y determinen los diversos métodos que se pueden utilizar para detectar exoplanetas. Ayúdeles a decidir el método que mejor se podría aplicar.

¿Podemos diseñar un experimento propio para detectar exoplanetas?

Presente la idea de utilizar el Scratch para diseñar un experimento.

Durante esta investigación preliminar los alumnos de investigación entran en contacto por primera vez con algunos términos nuevos, como estrella central o velocidad radial. Asegúrese de que comprenden los nuevos términos que han aprendido e insista en su utilización en el futuro. Una actividad fructífera sería pedirles que hagan una lista con los términos nuevos que se han ido encontrando junto con su definición. Después de que hayan acabado la investigación inicial, indique a los alumnos que deben establecer unos objetivos específicos (preguntas de investigación) que tendrán que prepararse para responder. Puede plantear algunas preguntas de investigación usted mismo. ¿Qué es lo que vamos a estudiar?

¿Cómo podemos detectar un exoplaneta empleando el método de tránsito?

¿Cómo podemos determinar sus características principales y decidir si es apto

para albergar vida?

A partir de este punto el equipo puede empezar a poner en común un plan de

trabajo.

Materiales propuestos: - http://en.wikipedia.org/wiki/Methods_of_detecting_extrasolar_planets#Transit_method

- http://www.planetary.org/explore/space-topics/exoplanets/

http://www.brighthub.com/science/space/articles/43500.aspx

http://en.wikipedia.org/wiki/Methods_of_detecting_extrasolar_planets#Transit_method

http://www.planetary.org/explore/space-topics/exoplanets/



- http://scratch.mit.edu/

- http://www.brighthub.com/science/space/articles/94867.aspx?cid=parsely_rec

- http://www.brighthub.com/science/space/articles/102693.aspx?cid=parsely_rec



Después de que los alumnos hayan escogido el método que van a utilizar, en este caso una simulación informática utilizando el Scratch, pídales que hagan predicciones sobre lo que esperan encontrar con esta simulación. Anímelos a que comprueben si la idea funciona.

Si hay un exoplaneta que orbita alrededor de una

estrella, se espera detectar una reducción de la luminosidad de la estrella. Esta

reducción de la luminosidad nos permitirá definir la órbita y el tamaño del planeta y

conocer su temperatura. El programa que se desarrollará permitirá registrar la

luminosidad de la estrella central durante el tránsito de los exoplanetas.


- http://www.hao.ucar.edu/research/stare/hd209458.html

- http://planetquest.jpl.nasa.gov/

- http://exoplanets.org/


Pídales a los alumnos que diseñen un plan. Pueden empezar haciendo un esquema para establecer su plan metodológico principal. Desarrollarán su programa en Scratch y lo probarán con un experimento preliminar:

Experimento preliminar con una simulación con PowerPoint® y una tarjeta de sensores Scratch (Scratchboard)

- La simulación en PowerPoint® es una simulación de tránsito. Durante los escasos segundos que dura la simulación, el equipo registrará los datos obtenidos por el sensor de luz de la Tarjeta de Sensores Scratch empleando el programa en Scratch que han creado.

http://scratch.mit.edu/

http://www.brighthub.com/science/space/articles/94867.aspx?cid=parsely_rec

http://www.brighthub.com/science/space/articles/102693.aspx?cid=parsely_rec

http://www.hao.ucar.edu/research/stare/hd209458.html

http://planetquest.jpl.nasa.gov/

http://exoplanets.org/



- El programa producirá unos datos que se almacenarán en un fichero .txt. El equipo procesará los datos con el Excel® para producir curvas de distribución de la intensidad luminosa. Las curvas de intensidad luminosa permitirán demostrar la disminución de la luminosidad de la estrella central durante el tránsito de planetas con diferentes radios.

Experimento principal:

- Los alumnos explorarán otros parámetros que deben contemplar en la

investigación:

¿Alrededor de qué tipos de estrellas orbitan los exoplanetas?

¿Qué masa, radio y temperatura deberían tener las estrellas

centrales?

¿Cómo escogeremos las características del exoplaneta?

¿Cuál será el radio del exoplaneta y a qué distancia orbitará

alrededor de la estrella central?

¿Cómo se representarán la estrella central y el exoplaneta?

- En función de estos parámetros, mejorarán la simulación y le otorgarán

más precisión científica.

Materiales propuestos: - http://fysikapeiramatika.blogspot.gr/search/label/Scratchboard

Fase 3: creación


Tras haber realizado el experimento preliminar con el fin de comprobar si las ideas que han surgido funcionan, los alumnos comenzarán con la parte principal del trabajo.

En primer lugar llevarán a cabo una investigación sobre los parámetros mencionados anteriormente que deben tener en cuenta para mejorar la simulación.

Los alumnos efectuarán una investigación por sí mismos para determinar los parámetros que deben tener en cuenta y los apuntarán en el esquema. El coordinador-docente planteará algunas sugerencias para guiarles por la dirección correcta. Cada integrante del equipo asume la tarea de estudiar uno de los parámetros establecidos.

Los alumnos acabarán la simulación integrando los parámetros que han decidido

incluir y llevarán a cabo el experimento.

http://fysikapeiramatika.blogspot.gr/search/label/Scratchboard



Fase 4: exposición


Los alumnos usarán los datos obtenidos en el experimento para medir el período orbital y el radio del planeta. El docente les ayudará a emplear las fórmulas matemáticas pertinentes.

- El programa informará a los alumnos del plazo que tienen para recabar los datos. En función de esta información y del gráfico creado por el programa, el

estudiante calculará el período orbital del exoplaneta empleando cantidades proporcionales. El estudiante introducirá el período orbital en el programa y este calculará la distancia del exoplaneta con respecto a su estrella central (D).

- Calcularán la reducción del porcentaje de luminosidad (L) debida al tránsito del

planeta: in

in

L LL

L

min

Y, basándose en ella, el radio del planeta:

2

planet

2

star

RL 100

R%

Posteriormente, calcularán su temperatura: starplanet star

RT T

2D 214

(se introduce el factor 214 por causa de la conversión del radio de la estrella de

radios solares a unidades astronómicas [UA]).

En función de sus cálculos y de la investigación inicial, los alumnos responderán a las preguntas de investigación y redactarán sus conclusiones:

¿El exoplaneta es apto para albergar vida?


Los alumnos deberán determinar si en la metodología aplicada se han considerado todos los parámetros o si deben tenerse también en cuenta otros factores:



- Con la simulación no es posible determinar la masa del planeta.

- ¿Qué tipo de factores de error existen?

Fase 5: reflexión


Los alumnos reunirán todos los materiales de archivo (los resultados de las investigaciones, las imágenes, los gráficos, las fotografías, las capturas de pantalla y los textos) y los pondrán en común para desarrollar el proyecto empleando la «Ficha del proyecto». Anime al equipo a que ideen técnicas imaginativas y divertidas para presentar el proyecto.




Resumen

Detectar exoplanetas es una tarea muy complicada, ya que son objetos con

una luminosidad muy tenue en comparación con la estrella central alrededor

de la que orbitan. Además de descubrir exoplanetas, los astrónomos también

tienen que determinar algunas de sus características, como la temperatura y

la masa, para saber si estos planetas son similares a la Tierra y, por tanto, si

podrían ser aptos para albergar vida tal y como la conocemos. En este

proyecto nuestro equipo ha desarrollado una metodología para detectar

exoplanetas empleando una simulación con Scratch y una Tarjeta de

Sensores Scratch o Scratchboard. Nuestra metodología se basa en el tránsito

de los planetas. En el marco de nuestro proyecto, efectuamos dos

experimentos diferentes. El objetivo de nuestro primer experimento consistió

en verificar si con la simulación se podrían reproducir las curvas de intensidad

luminosa experimentales reales. Tras lograr los resultados esperados,

efectuamos un segundo experimento considerando el tipo espectral de la

estrella central para avanzar en el proceso de detección de la presencia de un

exoplaneta y también para calcular si el exoplaneta detectado podría ser apto

para la existencia de vida. Es más, basándonos en nuestra simulación y en los

datos que obtuvimos, fuimos capaces de calcular la temperatura de un

exoplaneta y, de este modo, ayudar a los astrónomos a decidir si un

exoplaneta es apto para albergar vida o no.

Para presentar nuestro proyecto hemos creado un diagrama de Hertzsprung-

Russel en el que representamos todas las partes cruciales y los objetivos

principales (archivo adjunto: «Poster.ppt»).

Figura 10. ¡Nuestro proyecto en pocas palabras!


Los planetas extrasolares o exoplanetas son todos aquellos planetas que no



pertenecen a nuestro sistema solar. Hasta el momento se han descubierto

aproximadamente 480 exoplanetas. Los planetas son objetos con una

luminosidad extremadamente tenue en comparación con las estrellas

alrededor de las cuales describen su órbita (estrellas centrales). Debido a este

factor, solo pueden observarse en circunstancias muy concretas y, por tanto,

se han ideado determinados métodos para detectarlos. Los métodos utilizados

con más frecuencia son: la astrometría, la velocidad radial o la espectroscopia

Doppler, los tiempos de demora de llegada de la señal del púlsar a distintas

frecuencias (o pulsar timing), el método de tránsito y las microlentes

gravitatorias. Cuando un planeta atraviesa el disco de su estrella central, la

luz observada procedente de la estrella se reduce levemente.

Figura 11. El método de tránsito1.

El grado de disminución de la luminosidad de la estrella depende de su

tamaño y del tamaño del planeta, entre otros factores. Cuanto mayor sea el

planeta, mayor será la disminución de la luminosidad de la estrella. Por

ejemplo, un planeta que orbita alrededor de la estrella HD209458 produce un

porcentaje de disminución de la luminosidad del 1,7 %. La curva de

intensidad luminosa correspondiente se refleja en la siguiente tabla:

Figura 12. Curva de intensidad luminosa de la estrella HD2094582

Curva de intensidad

luminosa

Flujo relativo JD Tc (días)

a

Estrella

http://3.bp.blogspot.com/_WXAxdWjcJFk/TIkoFqStaPI/AAAAAAAAALQ/PKYUw_OpTzY/s1600/hd209458.gif



Este método plantea dos problemas fundamentales. Para poder observar el

tránsito, debemos encontrarnos en una posición desde la cual veamos el

planeta en tránsito atravesar el disco de la estrella. Se ha calculado que la

probabilidad de que esto ocurra con una estrella similar a nuestro Sol es de

aproximadamente el 0,47 %. Además, con esta técnica se obtienen una gran

cantidad de falsas detecciones debidas a múltiples motivos, aparte del

tránsito de un planeta. Por eso, el método de tránsito se utiliza en

combinación con otras técnicas.

Dado que la disminución de la luminosidad de la estrella depende del tamaño

del planeta, el método de tránsito resulta adecuado para determinar el radio

del planeta y su tamaño.


Nuestra prueba de la hipótesis inicial

Para poder generar una simulación empleando el método de tránsito creamos

en primer lugar la simulación del tránsito de un planeta por delante de su

estrella central utilizando el PowerPoint® (archivo adjunto: «Transit

Sim.ppt»).

En el menú principal el usuario tiene seis opciones para escoger el tamaño del

planeta. Cuando la simulación comienza, el planeta empieza a moverse de

izquierda a derecha; el equipo ha definido previamente su movimiento y los

puntos de entrada y de salida.

Figura 13. Dos capturas de pantalla de la simulación con PPT.

A continuación empleamos el software Scratch3 y la Tarjeta de Sensores

Scratch para registrar el grado de disminución de la luminosidad de la estrella

debida al tránsito del planeta. La Tarjeta de Sensores Scratch es un circuito

impreso con varios sensores diseñado para trabajar con Scratch. En el blog de

nuestra escuela hemos creado una página4 donde describimos el proyecto.

Para lograr que la Tarjeta de Sensores Scratch interactuase con la simulación

http://3.bp.blogspot.com/_WXAxdWjcJFk/TGbJWIRW9LI/AAAAAAAAAGA/sTfeF7YsEGE/s1600/pic3.bmp

http://2.bp.blogspot.com/_WXAxdWjcJFk/TGbJbff8OEI/AAAAAAAAAGI/H06mCmIe-pw/s1600/pic4.bmp



en Scratch, escribimos un fragmento de código titulado «light_measure».

Figura 14. Captura de pantalla del programa Scratch que escribimos para poder registrar la

luminosidad de la estrella central.

Figura 15. Nuestro equipo.

Utilizamos dos portátiles para realizar el experimento: uno para reproducir la

simulación y otro para recoger los datos gracias a la Tarjeta de Sensores

Scratch. Como se muestra en la figura 6, la Tarjeta de Sensores Scratch se

colocó frente a la pantalla, a 11 cm de distancia. Se seleccionó esta distancia

tras hacer numerosas pruebas, de modo que se pudo garantizar que las

variaciones de la luminosidad no dependiesen de la distancia con respecto a

la pantalla ni del radio del exoplaneta.

Por ejemplo, se colocó la Tarjeta de Sensores Scratch aún más cerca de la

pantalla cuando el radio del exoplaneta era lo suficientemente grande como

para cubrir una buena parte del disco de la estrella. Durante esta prueba, las

variaciones no se vieron modificadas al aumentar el radio de los planetas. El

motivo era que la Tarjeta de Sensores Scratch estaba demasiado cerca de la

http://4.bp.blogspot.com/_WXAxdWjcJFk/TGbKILjj5II/AAAAAAAAAGQ/WZ5qECeYbeg/s1600/pic5.bmp



pantalla y no podía abarcar el disco estelar al completo. A su vez, cuando la

distancia era mayor, los datos recogidos presentaban alteraciones por causa

de la luz circundante.


Nuestro primer experimento

El procedimiento que seguimos durante nuestro experimento fue el siguiente:

• En primer lugar, escogimos los radios de los planetas y activamos la

simulación en PowerPoint®.

• Durante los pocos segundos que se proyectó la simulación, registramos los

datos obtenidos con el sensor de luz de la Tarjeta de Sensores Scratch

aplicando nuestra simulación en Scratch («light_measure»).

• Dado que la simulación de «light_measure» guardó los datos en un fichero

.txt, los procesamos con el Excel® para crear las curvas de intensidad

luminosa. Las curvas de intensidad luminosa de los diferentes radios de los

planetas se presentan en los siguientes gráficos (1A-1F).

El eje de abscisas representa el tiempo (las unidades dependen de la

velocidad con la que la Tarjeta de Sensores capta los datos), mientras que el

eje de coordenadas se corresponde con los datos del sensor de luz. Cuanto

mayor sea el valor registrado, mayor será la luminosidad.

Curva de intensidad luminosa 1Α Curva de intensidad luminosa 1Β

Curva de intensidad luminosa 1C Curva de intensidad luminosa 1D

http://2.bp.blogspot.com/_WXAxdWjcJFk/TGbSKhDzXFI/AAAAAAAAAGY/BqHpcIF9e1M/s1600/pic6.bmp

http://1.bp.blogspot.com/_WXAxdWjcJFk/TGbSPAOk35I/AAAAAAAAAGg/llGzN0lWYVA/s1600/pic7.bmp

http://1.bp.blogspot.com/_WXAxdWjcJFk/TGbSTtiuZTI/AAAAAAAAAGo/6ELPyq-Z_Zs/s1600/pic8.bmp

http://1.bp.blogspot.com/_WXAxdWjcJFk/TGbSXqX6jcI/AAAAAAAAAGw/UPsxUz3F7a0/s1600/pic9.bmp



Curva de intensidad luminosa 1E Curva de intensidad luminosa 1F

Las curvas de intensidad luminosa demuestran la disminución de la

luminosidad de la estrella central durante el tránsito del planeta con

diferentes radios de planetas.

Aunque este valor no se vio afectado por la luz del entorno, cabe mencionar

que el valor máximo registrado también dependía de la luz de la estancia

donde se llevó a cabo el procedimiento.

A pesar de hacer todo lo posible por mantener una luminosidad estable, se

presentaron igualmente algunas variaciones. Este es el motivo por el que las

curvas de intensidad luminosa de cada conjunto se mostraron diferentes.

Además, no se observó ninguna diferencia en las curvas de intensidad

luminosa cuando se proyectó la simulación con el planeta pasando de derecha

a izquierda.

En la tabla 1 se presenta el cociente entre el radio de la estrella central y el

radio del planeta. Los datos se obtuvieron durante la proyección de la

simulación en PowerPoint®. Se registró el porcentaje de desviación de la

luminosidad de la estrella central con la Tarjeta de Sensores Scratch.

Tabla 1

Forma Restrella/Rplaneta

Porcentaje de

disminución de

la luminosidad

de la estrella

A 10,5 1,7

B 5 11,9

C 4,7 13,7

D 4,4 15

E 3,6 17,5

F 3 21,5

Al comparar las curvas de luminosidad de la 1A a 1F con los datos reales de la

estrella HD209458 concluimos que nuestra simulación para detectar

http://3.bp.blogspot.com/_WXAxdWjcJFk/TGbTFn34aSI/AAAAAAAAAG4/NX3dSkP8acE/s1600/pic10.bmp

http://4.bp.blogspot.com/_WXAxdWjcJFk/TGbTNgWJu8I/AAAAAAAAAHA/Tia3Zuj_yKA/s1600/pic11.bmp




exoplanetas aplicando el método de tránsito arrojó datos experimentales2

similares a los datos reales. Con esta simulación logramos crear curvas de

intensidad luminosa iguales a las curvas de intensidad luminosa obtenidas con

datos científicos reales y verificar que la disminución de la luminosidad de la

estrella central depende del radio del planeta que orbita a su alrededor.

Concretamente, en el caso de la curva de intensidad luminosa 1A, el

porcentaje de disminución de la luminosidad es igual al observado en la

estrella HD209458. Este hecho indica que el cociente entre el radio de la

estrella y el radio del exoplaneta que orbita a su alrededor es de

aproximadamente 10, lo que concuerda con la predicción de nuestra

simulación. El cociente real es de 8,8, ya que el radio del exoplaneta es de

91 000 km, mientras que el radio de la estrella es de 800 000 km (1,14 veces

el radio de nuestro Sol). Por tanto, la precisión de nuestra simulación es muy

satisfactoria.

Sin embargo, seguimos teniendo algunos problemas, ya que por causa de las

restricciones que impone el PowerPoint®, no pudimos regular la velocidad del

tránsito hasta el punto que habríamos deseado. Además, tampoco nos fue

posible regular la frecuencia de fotogramas (medida en fotogramas por

segundo).

El experimento principal

Ya que nuestra hipótesis funcionó, decidimos dotarla de más realismo.

Tomamos la determinación de hacerla con toda la precisión científica posible

y demostrar el modo en que el método de tránsito puede utilizarse para

determinar diversas características de un exoplaneta y, así, saber si puede

albergar vida o no. Dado que con nuestro primer experimento demostramos

que la Tarjeta de Sensores Scratch puede medir una desviación de la

luminosidad de una pantalla, ese fue precisamente nuestro objetivo. Además,

optamos por saltarnos la simulación en PowerPoint® y escribir un programa

en Scratch (véase el archivo adjunto «Scratch Simulation.sb», es

necesario instalar el software Scratch) que nos permitiese tener el control

total sobre la simulación. Con objeto de otorgarle precisión a nuestra

simulación, investigamos un poco sobre los exoplanetas para poder identificar

los parámetros que debemos considerar y que serán los puntos de partida de

nuestro proyecto. ¡Comencemos entonces!



¿Alrededor de qué tipos de estrellas orbitan los exoplanetas?

Resulta muy tentador disertar sobre las enanas blancas o las estrellas de

neutrones. Sin embargo, dado que estamos buscando exoplanetas que

puedan albergar vida, restringimos la investigación a los planetas que orbitan

alrededor de estrellas que se encuentran en la zona habitable5 y en la

secuencia principal6.

¿Qué masa, radio y temperatura deberían tener las estrellas

centrales?

La masa de una estrella determina básicamente su radio y su temperatura.

Por otro lado, la temperatura está directamente relacionada con la categoría

espectral.

Hicimos una búsqueda en internet y obtuvimos las categorías espectrales de

las estrellas en las que se han detectado exoplanetas. Con el fin de darle

realismo a la simulación, optamos por centrar la investigación en los

siguientes tipos espectrales: Α5, F0, F5, G0, G5, K0, K5, M0 y M5.

Aproximadamente entre el 20 % y el 30 % de las estrellas de estas categorías

tienen una temperatura, una masa y un radio determinados.

Por tanto, antes de comenzar la simulación tendremos que escoger primero

una categoría espectral y así identificar con técnicas indirectas el radio, la

masa y la temperatura de la estrella6.



Figura 16. Página inicial de nuestra simulación.

El usuario comienza escogiendo la categoría espectral.

¿Cómo seleccionaremos las características del exoplaneta?

El siguiente paso consiste en seleccionar las características del exoplaneta. La

pregunta es: «¿Estas características debe determinarlas el usuario o tendrían

que ser aleatorias?» Decidimos que la selección fuese aleatoria, de modo que

cada ejecución de la simulación sea diferente. Por otro lado, al seguir este

procedimiento los alumnos tienen la oportunidad de calcular estos datos por

sí mismos, como se demuestra a continuación, y así otorgamos a la

simulación más posibilidades de interacción con el usuario.

¿Cuál será el radio del exoplaneta y a qué distancia orbitará

alrededor de la estrella central?

Los exoplanetas descubiertos hasta el momento tienen radios comprendidos

entre 1,68 y 24,6 RTierra. En nuestra simulación se seleccionará un radio

comprendido entre 1 y 25 RTierra (con un tamaño de paso mínimo de

0,1 RTierra). Asimismo, todos los exoplanetas descubiertos hasta la fecha se

encuentran a una distancia de entre 0,1 UA y 68 UA. La inmensa mayoría se

encontraban a una distancia de entre 0,1 UA y 5 UA (con un tamaño de paso

mínimo de 0,1 UA).

¿Cómo se representarán la estrella central y el exoplaneta?

En el paso previo de la simulación ya conocemos el radio de la estrella central

y el radio del exoplaneta. En realidad, todas las estrellas están tan alejadas de

la Tierra que, incluso utilizando un telescopio muy potente, se observarán

como puntos (aunque el efecto de distorsión de la imagen por la turbulencia

atmosférica [o seeing] alteraría esta visión). Desafortunadamente, la Tarjeta

de Sensores Scratch no tiene la capacidad de detectar variaciones cuando la

http://1.bp.blogspot.com/_WXAxdWjcJFk/TGbWkTdzuBI/AAAAAAAAAHQ/deIGjsrIdwU/s1600/a-s.PNG



fuente de luminosidad es un punto. Entonces, optamos por seleccionar una

estrella con un radio dado del tamaño que permitiese la pantalla.

Teniendo en cuenta que la distancia entre la Tierra y el sistema planetario

exterior es muy grande en comparación con el radio del planeta, en nuestra

simulación establecimos que la estrella central tuviese un radio casi tan

amplio como la pantalla del ordenador, y que el radio del planeta fuese

estrictamente proporcional al radio de la estrella.

Las estrellas seleccionadas por la simulación tienen radios comprendidos

entre 2,2 RSol y 0,22 RSol. No obstante, estableceremos que la estrella tenga

siempre el mismo radio.

Figura 17. Captura de pantalla de la simulación:

la estrella siempre se representa con el mismo radio.

¿A qué velocidad tendrá lugar el tránsito del planeta?

Las leyes de la física responden esta pregunta por nosotros: ya que la masa y

el radio de la estrella central ya vienen dados, el período orbital se genera en

función de la Tercera ley de Kepler.

La simulación calculó el período sin darle la respuesta al usuario. Para

determinar el tiempo de tránsito calculamos el cociente entre el diámetro de

la estrella y la circunferencia de la órbita, presuponiendo que la órbita es

circular.

32

star

startransit

DT

M

2TRt

2 D

Sin embargo, según la bibliografía, la probabilidad de encontrar un exoplaneta

con un período orbital superior a 2 años aplicando el método de tránsito es

demasiado reducida. Así, siempre que se obtenga un período orbital superior

Mestrella

2TRestrella

ttránsito

http://3.bp.blogspot.com/_WXAxdWjcJFk/TGbXt0iD8TI/AAAAAAAAAHY/4WZ4Bd6ZeWw/s1600/pic12.PNG



a los dos años debido a la selección aleatoria del radio, la simulación debe

seleccionar un nuevo radio automáticamente.

Supongamos ahora que el período calculado es de 200 días. Obviamente,

necesitaremos encontrar una forma de acelerar la simulación para que pueda

resultar funcional. Experimentamos con muchos valores diferentes para

determinar cuánto debíamos acelerar la simulación. Determinamos que el

tránsito se producía a la velocidad más adecuada cuando establecimos que un

día se correspondiese con 0,02 segundos de simulación. Según nuestros

datos, el período orbital mínimo que puede darse es de 7,8 días, y el máximo

de 730, lo que indicaría un tiempo de simulación de entre 0,2 y 15 segundos

por cada período orbital. Con objeto de disponer de simulaciones válidas,

decidimos hacer tres tránsitos cada vez, de modo que el tiempo total de cada

simulación fuese de entre 0,6 y 45 segundos. En términos generales, y a

pesar de la simplificación, esperamos obtener resultados realistas con nuestra

simulación.

El siguiente paso consistió en recoger los datos. En primer lugar, colocamos la

Tarjeta de Sensores frente a la pantalla del portátil en el que se reprodujo la

simulación de tránsito. Como ya se ha indicado antes, la distancia entre la

pantalla y la Tarjeta de Sensores Scratch era de 11 cm. El programa se inicia

cuando el usuario indica la categoría espectral de la estrella central. Según lo

descrito anteriormente, el programa calcula diferentes parámetros mientras

se proyecta la simulación. Al acabar la simulación se presentan los resultados

del proceso en la pantalla. Los resultados se reproducen en la figura que se

muestra a continuación. El eje de ordenadas (t) representa el tiempo,

mientras que el eje de abscisas (L) representa la luminosidad de la estrella

central registrada con la Tarjeta de Sensores Scratch.




El análisis de los datos obtenidos nos permitirá medir el período de la órbita

del planeta y el radio del exoplaneta. En nuestro experimento medimos un

intervalo de tiempo de recogida de datos de 600 días. En primer lugar

medimos la distancia (D1) entre el primer mínimo y el último (que depende

de la pantalla utilizada) y posteriormente la distancia (D2) entre dos mínimos

sucesivos. A continuación calculamos los días correspondientes a la distancia

D2 aplicando valores proporcionales.

Si la distancia D1 se corresponde con 600 días

la distancia D2 es de x días

El usuario calcula e introduce el período en la simulación. La simulación

calcula y presenta la distancia correspondiente entre el exoplaneta y la

estrella central y el margen de error asociado (la simulación ya sabe la

distancia real tras el primer paso, cuando el usuario selecciona la categoría

Figura 18. Disminución de la luminosidad de la estrella central.

La simulación informa al usuario de la duración del intervalo de tiempo de

recogida de datos y el usuario calcula el período orbital. Para tal fin, el

usuario tendrá que medir la distancia entre los dos valores mínimos de la

luminosidad con una regla. En el archivo adjunto, «Sim

Representation.ppt», puede ver una representación de la simulación.

También podrá disfrutar de un pequeño vídeo del experimento en nuestro

blog4.

http://1.bp.blogspot.com/_WXAxdWjcJFk/TGbagCtgIsI/AAAAAAAAAHg/iLASkSA5Cw8/s1600/pic13.PNG



espectral).

Luego, el usuario calculará la reducción del porcentaje de luminosidad debida

al tránsito del planeta. Estos cálculos pueden hacerse utilizando una regla,

como se ha descrito anteriormente, aunque en esta ocasión se hará en el eje

de las abscisas:

in

in

L LL

L

min

Dado que el porcentaje depende del cociente entre el radio del planeta al

cuadrado y el radio de la estrella central al cuadrado, es posible calcular el

radio del planeta: 2

planet

2

star

RL 100

R%

Comentario de los datos obtenidos

¿El exoplaneta es apto para albergar vida?

Este factor depende de dos parámetros: la temperatura y la masa del

exoplaneta. La temperatura tiene que encontrarse entre los –0,15 ºC y los

99,85 ºC para que pueda existir agua en estado líquido. Al mismo tiempo,

debe tener una masa de entre 0,5 MTierra (para que el planeta pueda tener

atmósfera) y 10 MTierra (si la gravedad fuese mayor que el planeta, este sería

un gigante gaseoso).

Desafortunadamente, el método de tránsito no nos permite calcular la masa

del planeta. Sin embargo, sí podemos hacer un cálculo aproximado de su

temperatura omitiendo las características principales de la atmósfera del

planeta (si es que la tiene). Teniendo en cuenta la temperatura de la estrella

central, la distancia entre esta y el planeta y el hecho de que la energía de la

estrella se distribuye uniformemente por la superficie de una esfera con un

radio igual a la distancia entre la estrella y el planeta (la constante solar),

podemos calcular la temperatura del planeta con la siguiente fórmula:

starplanet star

RT T

2D 214

(donde D representa el radio de la órbita y se introduce el factor 214 por

causa de la conversión del radio de la estrella de radios solares a unidades

astronómicas [UA]).

En nuestra simulación se utiliza esta fórmula para calcular la temperatura del

planeta. Si la temperatura calculada no se encuentra entre los límites

mencionados anteriormente (–0,15 ºC y 99,85 ºC), el planeta no es apto para

albergar vida. En caso contrario, no podemos tomar ninguna decisión firme,

R2planeta

R2estrella

Tplaneta = Testrella Restrella



ya que se desconoce la masa del planeta; sin embargo, constituye una buena

posibilidad.

Conclusiones

Nuestro equipo se puso manos a la obra para diseñar una simulación en

Scratch con la que pudiésemos detectar exoplanetas mediante el método de

tránsito. Las curvas de intensidad luminosa que obtuvimos con los datos

registrados por la Tarjeta de Sensores Scratch que teníamos se mostraron

muy similares a las curvas de intensidad luminosa obtenidas con datos

científicos reales de la estrella HD209458. Además, perfeccionamos la

simulación de modo que se pudiese calcular la temperatura del exoplaneta y

poder saber así si es un planeta apto para albergar vida o no. Dado que con

nuestra simulación solo es posible calcular la temperatura y no la masa del

exoplaneta, no puede utilizarse de forma aislada para detectar todas las

características del exoplaneta, aunque sí se puede aplicar como filtro en el

proceso de búsqueda de planetas similares a la Tierra.

Bibliografía

1. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Planetary_transit.svg

2. http://www.hao.ucar.edu/research/stare/hd209458.html

3. http://scratch.mit.edu/

4. http://fysikapeiramatika.blogspot.com/search/label/Scratchboard

5. http://www.astro.sunysb.edu/fwalter/AST101/habzone.html

6. http://en.wikipedia.org/wiki/Main_sequence

7. Schneider, Jean. Interactive Extra solar planets catalog. The extrasolar

planets Encyclopedia. Htto://exoplanet.eu/catalog.php

8. Charbonneau, D., Brown, M. T., Latham, W. D., Mayor, M, Detection of

planetary transits across sun-like star, The Astrophysical Journal, 529:L45-

L48, 2000 January 20. Retrieved from the internet

http://www.iop.org/EJ/article/1538-4357/529/1/L45/995832.html

9. http://en.wikipedia.org/wiki/Methods_of_detecting_extrasolar_planets#Tra

nsit_method

10. http://youtube.com/watch?v=FPmVf6VuJRs

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Planetary_transit.svg

http://www.hao.ucar.edu/research/stare/hd209458.html

http://scratch.mit.edu/

http://fysikapeiramatika.blogspot.com/search/label/Scratchboard

http://www.astro.sunysb.edu/fwalter/AST101/habzone.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Main_sequence



http://youtube.com/watch?v=FPmVf6VuJRs



Curso de formación para la categoría temática «Astronaves: cooperación internacional»

Coronógrafo para la observación de la corona solar exterior

Información general: este proyecto consiste en la construcción de un coronógrafo

que permita observar la corona solar exterior. Los alumnos desarrollarán una

investigación para recabar información sobre la corona solar exterior y los

coronógrafos y harán su propio diseño de coronógrafo. Seguirán dicho diseño por

orden para construir esta pieza del equipo.

Objetivo principal del proyecto: el objetivo principal de este proyecto es diseñar

y construir un coronógrafo para estudiar la corona solar exterior. Este coronógrafo

podría ser el prototipo de un dispositivo que se integrará en una astronave diseñada

para partir en una misión con el fin de estudiar la corona solar.

Objetivos de aprendizaje:

- Aprender sobre la corona solar y el Sol en general.

- Practicar el uso de fórmulas matemáticas.

- Trabajar en el diseño y la construcción de maquinaria.



Credit:

Credit: Miloslav Druckmuller / SWNS

Credit: F. Espenak



Pídales a los alumnos que echen un vistazo a estas imágenes del Sol.

- ¿Qué parte del Sol ves?

- ¿Qué tipo de diferencias observas?

- ¿Por qué la corona solar tiene tantas formas diferentes?

- Aparte de los eclipses, ¿hay otras formas de observar la corona solar?

Durante su primera sesión con los alumnos, puede presentar unos cuantos temas

más de modo similar.


- http://www.youtube.com/watch?v=inCkOHzwCrs

- http://csep10.phys.utk.edu/astr162/lect/sun/corona.html

- http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/mysteries_l1/corona.html

- http://hypertextbook.com/facts/2000/CCoraThomas.shtml

- http://nineplanets.org/sol.html


¿A qué temperatura está la corona solar?

¿Cómo afecta la corona solar a la Tierra?

¿Es la corona interior mucho más luminosa que la corona exterior? ¿Cómo

podemos estudiar la corona exterior?

Pida a los alumnos que hagan una investigación preliminar sobre la corona solar y

los coronógrafos.

Durante esta investigación preliminar los alumnos de investigación entran en

contacto por primera vez con algunos términos nuevos, como fotosfera o disco de

ocultación. Asegúrese de que comprenden los nuevos términos que han aprendido e

insista en su utilización en el futuro. Una actividad fructífera sería pedirles que hagan

una lista con los términos nuevos que se han ido encontrando junto con su

definición.

Después de que hayan acabado la investigación inicial, indique a los alumnos que

deben establecer unos objetivos específicos (preguntas de investigación) que

tendrán que prepararse para responder. Puede plantear algunas preguntas de

investigación usted mismo.

Credit: Miloslav Druckmuller / SWNS

Credit: F. Espenak

http://www.youtube.com/watch?v=inCkOHzwCrs

http://csep10.phys.utk.edu/astr162/lect/sun/corona.html

http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/mysteries_l1/corona.html

http://hypertextbook.com/facts/2000/CCoraThomas.shtml

http://nineplanets.org/sol.html



¿Podemos construir un instrumento para observar la corona exterior?


- http://solarscience.msfc.nasa.gov/corona.shtml

- http://www.earthzine.org/2011/10/10/what-does-a-solar-geomagnetic-storm-

mean-for-the-earth/

- http://www.nasa.gov/mission_pages/stereo/news/solarstorm-tracking.html

- http://www.esa.int/esaSC/SEMLC2T1VED_index_0.html

- http://csep10.phys.utk.edu/astr162/lect/sun/corona.html

- http://www.zam.fme.vutbr.cz/~druck/Eclipse/Ecl1995i/Outcor/0-info.htm

- http://www.aviationweek.com/



El concepto principal es que los alumnos construyan

un coronógrafo que tenga un disco de ocultación

que no solo cubra el disco solar, sino que también

reduzca gradualmente la luz de la corona interior de

modo que pueda observarse la corona exterior con

más facilidad.

Pida a los alumnos que se fijen en la forma de los

coronógrafos tradicionales y que imaginen otras

técnicas que permitan reducir gradualmente la luz de la corona interior.

Una idea puede ser crear un disco de ocultación con dos ranuras idénticas que

permitan reducir la luz de la corona al girar.

Credit: SOHO (ESA & NASA)

http://solarscience.msfc.nasa.gov/corona.shtml

http://www.earthzine.org/2011/10/10/what-does-a-solar-geomagnetic-storm-mean-for-the-earth/

http://www.earthzine.org/2011/10/10/what-does-a-solar-geomagnetic-storm-mean-for-the-earth/

http://www.nasa.gov/mission_pages/stereo/news/solarstorm-tracking.html

http://www.esa.int/esaSC/SEMLC2T1VED_index_0.html


http://www.zam.fme.vutbr.cz/~druck/Eclipse/Ecl1995i/Outcor/0-info.htm



Los alumnos tendrán que:

- Efectuar una investigación para descubrir la forma que deben tener las dos

ranuras en función de la luminosidad de la corona.

- Construir el coronógrafo.


- http://www.lyot.org/background/coronagraphy.html

- http://en.wikipedia.org/wiki/Coronagraph

- http://www.scribd.com/doc/51097825/72/DESIGN-OF-A-LYOT-TYPE-

CORONAGRAPH


El equipo debe crear un proyecto de su instrumento, que luego utilizarán. Los

integrantes del equipo pueden trabajar por separado en diferentes partes del diseño.

La metodología seguida por el equipo puede resumirse en las siguientes secciones:

a) Diseño del disco de ocultación

El equipo tendrá que efectuar una investigación basada en las curvas de intensidad

luminosa de la corona solar para obtener la forma correcta de las bocas que han de

abrirse en los discos de ocultación.

http://www.lyot.org/background/coronagraphy.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Coronagraph

http://www.scribd.com/doc/51097825/72/DESIGN-OF-A-LYOT-TYPE-CORONAGRAPH

http://www.scribd.com/doc/51097825/72/DESIGN-OF-A-LYOT-TYPE-CORONAGRAPH



b) Diseño del coronógrafo

Tras acabar el diseño del disco de ocultación, el equipo deberá comenzar una

investigación para crear el diseño del coronógrafo. La parte principal consistiría en

diseñar un montaje teniendo en cuenta los siguientes parámetros:

- La rotación ininterrumpida del disco

- Evitar todo tipo de montajes que puedan afectar a las imágenes obtenidas.

Su prototipo solo puede probarse en un telescopio. Para este fin, al armar el diseño

del coronógrafo deben calcular el tamaño del disco de ocultación central y la

distancia a la que debe colocarse el disco de ocultación en función de la distancia

focal de los telescopios.

c) Construcción del coronógrafo

Después de acabar el diseño del coronógrafo el equipo construirá el instrumento,

que será un prototipo para una construcción que se empleará en una misión para

estudiar el Sol.


- http://photographingtransitofvenus.wordpress.com/2012/05/31/venushowbig/

- http://www.eclipse-chasers.com/Photo4.html

- http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Corona_Brightness_Profile.png

- http://www.stsci.edu/hst/acs/documents/handbooks/cycle19/c06_pol3.html

Fase 3: creación


Después de terminar el diseño, el equipo tendrá que averiguar qué tipo de

materiales deberán emplear y conseguir todas las piezas para la construcción.

http://photographingtransitofvenus.wordpress.com/2012/05/31/venushowbig/

http://www.eclipse-chasers.com/Photo4.html

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Corona_Brightness_Profile.png

http://www.stsci.edu/hst/acs/documents/handbooks/cycle19/c06_pol3.html



Una vez hayan conseguido reunir todos los materiales, pueden comenzar con la

construcción. Asegúrese de que anotan todas sus acciones explicando lo que

hicieron en cada paso. Durante la construcción, es posible que el equipo tenga que

visitar un taller con herramientas para trabajar el metal.

Asegúrese de que el equipo hace muchas fotos y vídeos durante la construcción del

coronógrafo para que puedan presentarlo de forma gráfica.

Fase 4: exposición


El equipo tendrá que explicar las conclusiones a las que llegaron para crear su

diseño:

Cómo lograron calcular la forma de la ranura

En qué se basaron para escoger los materiales

Cómo decidieron el diseño de su construcción.

También resulta útil que comenten las dificultades que se les presentaron y cómo

las sortearon.

Además, es conveniente que prueben la pieza y comenten los resultados de las

pruebas.


Pídales a los alumnos que propongan algunas mejoras para el coronógrafo en

función de las pruebas efectuadas con el equipo.

También pueden ofrecer diseños alternativos o ideas para diseñar el coronógrafo.

Fase 5: reflexión


Los alumnos reunirán todos los materiales de archivo (los resultados de las

investigaciones, las imágenes, los gráficos, las fotografías, las capturas de pantalla y

los textos) y los pondrán en común para desarrollar el proyecto empleando la «Ficha

del proyecto». Anime al equipo a que ideen técnicas imaginativas y divertidas para

presentar el proyecto.




Resumen

Nuestro proyecto trata sobre la construcción de un coronógrafo que nos

permita observar la corona solar exterior. El coronógrafo diseñado por el

equipo es un prototipo de coronógrafo que formará parte de los instrumentos

de una de las futuras misiones heliofísicas destinadas a estudiar el Sol y el

efecto que ejerce en la Tierra y en el sistema solar. Diseñamos nuestro

prototipo para que pudiese montarse en un telescopio con una distancia focal

de 600 mm.

En nuestro proyecto describimos la metodología que seguimos para diseñar

cada una de las piezas del coronógrafo, y especialmente el disco de

ocultación, que permite observar la corona exterior reduciendo gradualmente

la luz de la corona interior. Para tal fin, el equipo estudió la luminosidad

general de la corona solar y diseñó un coronógrafo fundamentándose en esa

investigación.


La corona solar1 es la parte externa de nuestro Sol.

Esta estructura solo es visible durante los eclipses

solares, cuando la luna bloquea la luz del disco solar

(cromosfera). La cromosfera es mucho más

luminosa que la corona y, por tanto, cuando se ve la

cromosfera, no puede observarse la corona solar.

Los científicos e ingenieros han diseñado

instrumentos especiales que les permiten observar

la corona solar en cualquier momento. Estos

instrumentos se denominan coronógrafos y están

específicamente diseñados para bloquear la luz de la

cromosfera igual que durante un eclipse. Las observaciones efectuadas

empleando coronógrafos han resultado claves en el conocimiento del Sol y

han revelado el complejo funcionamiento de la corona solar.

Figura 19. La corona solar

vista durante el eclipse de 2006.



El objetivo de este proyecto consiste en diseñar un coronógrafo específico

para observar la parte exterior de la corona

solar. La parte exterior de la corona es incluso

más tenue que la parte interior. Al reducir la luz

de la corona interior, los científicos pueden

observar estructuras coronales ocultas, y es

posible que los datos obtenidos les permitan

responder a determinadas cuestiones que aún

no han sido resueltas. Para tal fin, planificamos

el desarrollo de un diseño de coronógrafo que

bloquee la luz del disco solar y que también

permita reducir gradualmente la luz de la corona interior.


El equipo buscó un modo de reducir la luz de la corona interior. Teniendo en

cuenta que con algunos tipos de filtros también resulta posible bloquear la luz

de la corona, debíamos encontrar otro mecanismo que tuviese la capacidad

de reducir la luz de la corona a medida que nos acercamos a la corona

exterior. Una posible solución podría consistir en diseñar un disco de

ocultación que tenga un grosor decreciente (figura 3).

Sin embargo, este método conllevaría caer en varios errores, debidos

básicamente a la absorción de la luz por parte del disco.

Otra posible técnica consistiría en diseñar un disco con dos bocas

triangulares. Aunque en principio la rotación provocaría turbulencias, el

Figura 20. La corona solar vista con la ayuda de un

coronógrafo.

Credit: SOHO (ESA & NASA)

Figura 21. Vista transversal de un disco de ocultación con un grosor decreciente.

Bloqueo de la luminosidad de la

corona interior


fotosfera


corona interior



coronógrafo que construiríamos no se vería afectado, ya que se diseñará para

montarse en un satélite o una astronave que estaría en órbita fuera de la

atmósfera terrestre. Para conseguir una imagen uniforme, el disco tendría

que girar a gran velocidad. Para obtener resultados aún mejores, podrían

abrirse dos bocas idénticas en el disco (figura 4).

Figura 22. Disco de ocultación con dos bocas.

Al tener dos bocas, también se lograría más equilibrio en el disco y giraría

mejor. Por tanto, nuestro diseño de disco de ocultación no solo tendría la

capacidad de bloquear la luz del disco solar, sino que también reduciría

gradualmente la luz de la corona solar, permitiéndonos observar así la corona

exterior.

La forma de las dos bocas se decidirá determinando la forma del lado de la

curva representado en rojo en la figura 4. La curva de este lado deberá

diseñarse en función de la curva de intensidad luminosa de la corona.


La metodología seguida por el equipo puede resumirse en las tres secciones

siguientes:


El equipo tendrá que efectuar una investigación basada en las curvas de

intensidad luminosa de la corona solar para obtener la forma correcta de las

bocas que han de abrirse en el disco de ocultación.



b) Diseño del coronógrafo

Tras acabar el diseño del disco de ocultación, el equipo deberá comenzar una

investigación para crear el diseño del coronógrafo. Los parámetros principales

que se deben tener en cuenta son la rotación ininterrumpida del disco y evitar

todo tipo de montajes que puedan afectar a las imágenes obtenidas.


Después de terminar el diseño del coronógrafo, el equipo comenzará a

construir el instrumento. Los principales materiales empleados para fabricar el

prototipo serán aluminio para el disco y plástico para el resto de las piezas.



La luz de la corona solar puede calcularse utilizando la ecuación empírica2

6

18 7,8 2,5

o

I(R) 3,670 1,939 0,055110 ; R 1

I R R R

En la imagen que se presenta a continuación (figura 5), la línea azul se

corresponde con la curva de intensidad luminosa de la corona. Por tanto, esta

será la forma que se aplicará en el disco de ocultación.

Figura 23. Curva de intensidad luminosa media de la corona solar según la ecuación

empírica indicada anteriormente.

R/RSol

Fotosfera Corona



Dado que se pretende reducir la luz de la corona interior, la forma de la boca

que debemos practicar debe ser una representación exacta de la curva real.

Utilizamos el programa informático Mathematica para trazar la curva nosotros

mismos aplicando la ecuación indicada. (Figura 6).

Figura 24. Gráfico obtenido con el programa Mathematica para diseñar el disco de

ocultación.

Entre las dos bocas debe dejarse una parte central lo suficientemente grande

como para cubrir el disco solar. El diámetro angular máximo del Sol es de

32’ 36” (aproximadamente 0,543ο)3. El telescopio que emplearemos para el

prototipo tiene una distancia focal de f = 600 mm, de modo que el diámetro

del disco solar será

R f tan(0.543) R 5.7mm

Figura 25. Cálculo del diámetro del disco solar.

De este modo, la distancia entre las dos bocas del disco de ocultación debe

ser de 5,7 mm. Sin embargo, para asegurarnos de que la cámara utilizada

para la observación no sufriese ningún daño, decidimos que la distancia fuese

de un tamaño ligeramente mayor. Optamos por dejar una distancia entre

1 2 3 4

50

100

150

200

250



ambas bocas de 7,0 mm. Además, basándonos en las características de la

corona1, determinamos que el diámetro total del disco de ocultación fuese

cinco veces el diámetro del Sol.

Figura 26. La forma final del disco de ocultación.

El círculo central indica el lugar del disco solar.

Para probar con más precisión el coronógrafo, también nos decantamos por

fabricar dos discos de ocultación más, uno con forma semicircular y otro que

únicamente cubriese el disco solar. Todas las piezas centrales de los discos de

ocultación tendrán un tamaño total y un diámetro idénticos.

Figura 27. Los dos discos de ocultación adicionales diseñados.

b) Montaje del coronógrafo

Tomamos la determinación de que el disco rotase sobre dos cojinetes en

lugar de reposar sobre un eje central giratorio. Esta idea surgió tras fijarnos



en el diseño de los rodamientos de bolas4,4, que se utilizan con gran

profusión en todo tipo de motores. De este modo, el movimiento del disco

sería más uniforme y las piezas adicionales del coronógrafo no distorsionarían

las imágenes obtenidas.

Figura 28. Izquierda: diseño de un rodamiento de bolas, de donde salió nuestra

inspiración. Derecha: diseño de la rotación del disco de ocultación.

Lo último que nos quedaba por hacer era la pieza de soporte del coronógrafo.

Necesitábamos encontrar una forma de crear un soporte para el disco de

ocultación y mantenerlo en posición vertical y un método para hacer que el

disco girase. Con el fin de poder soportar el disco, decidimos que la mejor

forma sería crear un cilindro que tuviese una ranura en el centro para colocar

el disco de ocultación en la posición correcta. El cilindro tendría la anchura

suficiente para que el disco de ocultación fuese plenamente visible. También

se podrían practicar dos pequeños agujeros en el cilindro para colocar los dos

cojinetes. El coronógrafo entero se ajustaría al telescopio entre el ocular y el

resto del telescopio con un tubo de plástico. Se diseñó el coronógrafo de

modo que el disco de ocultación se colocase exactamente en el foco del

telescopio que empleamos.

(Vista lateral) Disco de ocultación

Montaje del mecanismo de rotación



Figura 29. Cilindro que soportaría el disco de ocultación y le permitiría girar en

posición vertical. La imagen se creó utilizando el programa AutoCad.

Ya que fijarnos en el funcionamiento de los motores sirvió para diseñar el

sistema de rotación, para la rotación decidimos seguir centrando la

investigación en la misma dirección. En poco tiempo se demostró que íbamos

bien encaminados, ya que la solución al problema surgió rápidamente.

Decidimos que haríamos girar el disco exactamente con la misma técnica que

la que se utiliza en los alternadores de los coches5,6. Optamos por emplear

un pequeño motor que estaría unido al disco mediante una correa. Para poder

ajustar la correa al disco, creamos un reborde en el canto del disco.

Figura 30. Reborde en el canto del disco de ocultación.

La imagen se creó utilizando el programa AutoCad.

Ranura para introducir el disco de ocultación Disco de ocultación Arandela para fijar los cojinetes

Cilindro de soporte principal Cojinetes Diseño final



Figura 31. Izquierda: alternador de un coche, de donde salió la inspiración para nuestro

mecanismo. Derecha: diseño final de nuestro coronógrafo.


Para construir el coronógrafo nos pusimos en contacto con un maquinista que

podía ayudarnos, ya que tenía la cortadora mecánica adecuada para recortar

los discos de ocultación metálicos y un torno con el que podríamos dar forma

a las piezas de plástico del montaje. Los momentos que pasamos

construyendo el coronógrafo se presentan en el archivo adjunto «Building

the Coronagraph».


Hicimos una serie de pruebas con el coronógrafo, durante las cuales

encontramos muy pocos problemas. El principal escollo era la rotación

ininterrumpida de los cojinetes del soporte, que se solventó limando los

pivotes sobre los que reposaban. Aparte de esto, la estructura completa no

mostraba ninguna disfunción, ni en la rotación del disco ni en el acoplamiento

al telescopio.

Sin embargo, un leve inconveniente que sí observamos fue que la

temperatura del mecanismo del coronógrafo aumentaba rápidamente.

Aunque el aumento de la temperatura era considerable, no provocó ninguna

alteración en el funcionamiento del equipo. En una versión mejorada del

Cilindro de soporte Disco de ocultación rotatorio Correa Motor



coronógrafo, este fenómeno podría evitarse utilizando materiales de más

calidad, como las superaleaciones7, que muestran resistencia a las

temperaturas elevadas.

Para probar el equipo, utilizamos un ocular en lugar de una cámara CCD.

Asimismo, para poder efectuar las pruebas, enfocamos fundamentalmente a

objetos terrestres con el fin de no dañarnos los ojos. No obstante, sí que

hicimos unas cuantas pruebas observando el Sol con el coronógrafo

equipados con unas gafas protectoras especiales.

Al observar por el ocular mientras el disco giraba, la imagen que se veía era la

misma que sin el disco, a excepción de que el brillo de la imagen disminuía a

medida que nos acercábamos al centro del objetivo. En el centro de la

imagen, el disco de ocultación bloqueaba la luz por completo, como se

esperaba. Por lo general, las imágenes que observamos concordaban con

nuestras predicciones y expectativas: una imagen con un punto ciego en el

medio y con una luminosidad en aumento a medida que alejábamos la vista

del centro hacia la zona externa de la imagen.

Comentario de los datos obtenidos

En función de nuestras observaciones, podríamos proponer algunas

modificaciones añadidas con las que mejorar nuestro prototipo:

- En una construcción futura, el mecanismo de rotación podría mejorarse

utilizando un motor más potente. También podría mejorarse la calidad de los

materiales de los cojinetes y el soporte.

- Podría sustituirse el aluminio del disco de ocultación por una

superaleación.

- También es mejorable la técnica de corte. Se podrían utilizar láseres en

lugar de máquinas de corte por chorro de agua para obtener más precisión.

- También se podría perfeccionar la curva de las bocas. Con una

investigación más detallada sobre la curva de intensidad luminosa de la

corona sería posible afinar la curva del disco de ocultación.

- Finalmente, podría fabricarse el instrumento con materiales de más

calidad, como fibras de carbono y superaleaciones.



El siguiente paso en nuestro proyecto consistiría en encontrar la cámara CCD

adecuada y probar el coronógrafo con más eficacia. Desafortunadamente, en

nuestro caso resultó imposible porque las cámaras CCD son bastante caras.

Las imágenes tomadas con el coronógrafo podrían procesarse y analizarse

para determinar las curvas de intensidad luminosa obtenidas y compararlas

con la curva de la corona solar. En función de los resultados, podría corregirse

el disco de ocultación. Tras retocar nuestro prototipo, los ingenieros podrían

adaptar el diseño para fabricar una pieza perfeccionada e incorporarla al

equipo de una misión espacial que podría partir en un futuro con el fin de

observar el Sol.

Conclusión

En nuestro proyecto, nos pusimos a trabajar en la construcción de un

prototipo de coronógrafo específico para observar la corona solar exterior. La

pieza principal del instrumento es el disco de ocultación que bloquea la luz del

disco solar y también reduce gradualmente la luminosidad de la corona

interior. La investigación que hicimos para diseñar esta pieza de la

construcción se centró en la curva de intensidad luminosa de la corona solar.

El resto de nuestro diseño se inspiró principalmente en piezas de motores de

coches: el principio de funcionamiento de los rodamientos de bolas y los

alternadores de los motores de los coches.

El instrumento final se construyó con la ayuda de un maquinista que empleó

equipos especiales como una máquina de corte por chorro de agua y un

torno. Después de terminar la construcción, probamos el equipo y las

observaciones concordaban con las expectativas iniciales. La imagen obtenida

con el coronógrafo tenía un punto ciego en el medio de un tamaño

ligeramente mayor que el disco solar, y el resto de la imagen presentaba una

luminosidad en aumento a medida que se alejaba la vista de la parte interna

de la imagen hacia el exterior.

Por tanto, podemos concluir que una versión mejorada de nuestro prototipo

podría servir para su uso en una misión espacial con el fin de observar el Sol.



Bibliografía

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2. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Corona_Brightness_Profile.png

3. http://en.wikipedia.org/wiki/Angular_diameter

4. http://www.youtube.com/watch?v=eGyoMuE4gDQ http://en.wikipedia.org/wiki/Ball_bearing

5. http://www.2carpros.com/articles/how-an-alternator-works

6. http://www.youtube.com/watch?v=Zdw8JxL_diY&feature=related

7. http://en.wikipedia.org/wiki/Superalloy

8. http://www.lyot.org/background/coronagraphy.html

9. http://umbra.nascom.nasa.gov/spartan/coronagraphs.html

10. http://www-astro.unice.fr/~marcel/presentations/Natalia.Yaitskova-Coronagraph.ELT.pdf

11. http://astroforum.gr


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http://www-astro.unice.fr/~marcel/presentations/Natalia.Yaitskova-Coronagraph.ELT.pdf

http://www-astro.unice.fr/~marcel/presentations/Natalia.Yaitskova-Coronagraph.ELT.pdf

http://astroforum.gr/



Otros recursos para docentes

Laboratorios en línea y bibliotecas digitales

El portal Discover the COSMOS (http://www.discoverthecosmos.eu/) El portal Discover the COSMOS es un laboratorio experimental para alumnos y docentes que aúna recursos, experimentos virtuales y laboratorios en línea del campo de la astronomía y la física de partículas. Su objetivo es mejorar la educación científica ampliando los recursos existentes para enseñar y aprender la ciencia en las escuelas, ofreciendo experiencias de aprendizaje estimulantes y auténticas. El portal Discover the Cosmos dispone de numerosos materiales educativos, escenarios educativos y unidades didácticas, proyectos de alumnos, animaciones, herramientas en línea y pautas de los laboratorios para disfrutar de experiencias interactivas con recursos de astronomía y de física de partículas.

El Faulkes Telescope Project (http://www.faulkes-telescope.com/) El Faulkes Telescope Project (FTP) permite acceder a dos telescopios de dos metros de diámetro, uno en Hawái y otro en Australia. El FTP es integrante de la red Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, que controla una red de telescopios robotizados de investigación. Las escuelas y otros grupos educativos tienen acceso a estos telescopios (y sus archivos de datos) para utilizarlos como parte de sus actividades

curriculares o extracurriculares. El programa docente de FTP ofrece acceso directo a un diverso abanico de materiales en línea gratuitos y apoyo de un equipo de educadores y astrónomos profesionales.

El National Schools’ Observatory (NSO) (http://www.schoolsobservatory.org.uk)

El National Schools’ Observatory (NSO) es un

sitio web educativo destacado, fundado por la

Liverpool John Moores University, que permite a

las escuelas hacer sus propias observaciones en

colaboración con astrónomos profesionales

gracias al telescopio totalmente robotizado más

grande del mundo: el Liverpool Telescope. El

NSO también proporciona recursos educativos

para ayudar en la difícil tarea de enseñar la Credit: NSO

Credit: Faulkes Telescopes

http://www.discoverthecosmos.eu/

http://www.faulkes-telescope.com/

http://www.schoolsobservatory.org.uk/

http://www.schoolsobservatory.org.uk/astro/tels/lt



ciencia, la tecnología y las matemáticas en el entorno de la clase. Se sabe desde

hace mucho tiempo que la astronomía suscita una sensación de entusiasmo y

asombro en los alumnos de todas las edades. El NSO saca el máximo provecho de

este interés para aumentar los conocimientos científicos y matemáticos de los

alumnos, al tiempo que mejora la alfabetización informática y las competencias

comunicativas, refuerza el pensamiento crítico y permite experimentar con

aplicaciones de la ciencia y la tecnología en el mundo real. La ventaja más

importante de este sitio web reside en la posibilidad de utilizar telescopios

astronómicos y las escuelas registradas en el Schools’ Observatory tienen el

privilegio de poder hacer sus propias observaciones empleando el telescopio de

Liverpool (LT). En los últimos doce meses, diferentes escuelas han podido realizar

9151 observaciones. Una vez tramitada la solicitud de observación, los alumnos

pueden descargarse datos del telescopio y aplicar un programa de procesamiento de

imágenes especializado (LTImage) para analizar las imágenes obtenidas.

Observing with NASA (http://mo-www.cfa.harvard.edu/OWN/)

Los investigadores de ciencias del espacio de la NASA controlan algunas de las sondas espaciales y los telescopios en órbita más avanzados del mundo, con los que pueden

obtener imágenes extraordinarias de objetos espaciales. Los docentes y alumnos pueden unirse a ellos en la tarea manejando sus propios “microobservatorios” con telescopios robotizados reales. MicroObservatory es una red de telescopios automatizados que pueden manejarse por internet. Estos telescopios han sido desarrollados por científicos y educadores del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics y se diseñaron para permitir a todos los jóvenes de Estados Unidos investigar las maravillas del espacio profundo desde la clase o desde los centros escolares. Están ubicados en observatorios afiliados al Center for Astrophysics (Centro de Astrofísica), donde se encargan de su mantenimiento, entre ellos el Observatorio del Harvard College de Cambridge, MA, y el Observatorio Whipple de Amado, AZ. En su sitio web también se pueden encontrar múltiples proyectos y actividades, así como herramientas de procesamiento de imágenes y materiales de formación.

El Microsoft WorldWide Telescope (www.worldwidetelescope.org)

El WorldWide Telescope (WWT) es un software de visualización basado en la web 2.0 que funciona como un telescopio virtual en el ordenador del usuario: uniendo imágenes de los mejores telescopios terrestres y espaciales del mundo, permite acceder a una experiencia de exploración del universo sin igual. El WorldWide Telescope es un sistema de reciente publicación (2007) creado con la tecnología Visual Experience Engine™ de Microsoft® y permite

http://www.schoolsobservatory.org.uk/register

http://www.schoolsobservatory.org.uk/astro/tels/ltimage

http://mo-www.cfa.harvard.edu/OWN/

http://www.worldwidetelescope.org/



recorrer y ampliar el cielo nocturno, los planetas y diferentes entornos de imágenes. Vea el cielo en diferentes longitudes de onda: los usuarios tienen la oportunidad de observar imágenes de rayos X del cielo y acercarse a nubes de radiación brillantes, y tras un fundido de transición pasar al espectro de luz visible y descubrir las nubes de los restos que quedan de la explosión de una supernova hace mil años. Los usuarios también pueden cambiar a la vista con un filtro de hidrógeno alfa para observar la distribución y la iluminación de estructuras masivas de nubes de hidrógeno primordial iluminadas por la radiación de alta energía procedente de las estrellas cercanas de la Vía Láctea. Estas son apenas dos de las múltiples técnicas existentes para revelar las estructuras ocultas del universo gracias al WorldWide Telescope. Puede hacer barridos panorámicos y ampliaciones de imágenes de la Luna y de determinados planetas sin problemas, así como ver sus posiciones exactas en el cielo desde cualquier punto de la Tierra y en cualquier momento del pasado o del futuro gracias al Microsoft Visual Experience Engine. El WWT es un portal con una única aplicación muy completa que combina terabytes de imágenes, datos e historias de diversas fuentes de internet en una experiencia sin igual, embebedora y con una infinidad de medios disponibles. Los niños de todas las edades se sentirán capaces de explorar y comprender el universo gracias a la interfaz de usuario de esta aplicación, sencilla y potente.

Sun4all (http://www.mat.uc.pt/sun4all/index.php/en/)

El proyecto Su4all o «Sol para todos», financiado por Ciência Viva, tiene como objetivo promover la ciencia en general y la astronomía en particular entre los alumnos. El motor del proyecto es un archivo de más de 30 000 imágenes del Sol (espectroheliogramas) que se guardan en el Observatório Astronómico da Universidade de Coimbra, fruto del trabajo de más de ochenta años de observaciones diarias del Sol que comenzó en 1926.

Actualmente existen aproximadamente 15 000 imágenes digitalizadas disponibles para el público en general gracias a otro proyecto, también financiado por Ciência Viva, que se desarrolló entre 2002 y 2004. Se trata de una colección de observaciones solares de enorme valor científico. Así, este proyecto pretende publicar esta colección digitalizada en la red para usufructo de los alumnos portugueses y extranjeros, además de un conjunto de actividades que les permitan utilizar estas imágenes para iniciarse en el método científico con el Sol y su atmósfera como contexto.

Federal Resources for Educational Excellence (Recursos federales estadounidenses para la excelencia en la educación)

(http://free.ed.gov/subjects.cfm?subject_id=48&toplvl=41)

FREE ofrece una amplia gama de recursos educativos sobre diversas materias. Dispone de más de

http://www.mat.uc.pt/sun4all/index.php/en/

http://free.ed.gov/subjects.cfm?subject_id=48&toplvl=41



120 recursos de astronomía, aeronáutica y ciencias del espacio en general. Estos recursos abarcan unidades didácticas y colecciones de herramientas educativas.

Astronomy Teaching & Education Resources (Recursos para la docencia y la educación en astronomía)

(http://www.phy.duke.edu/~kolena/astroteach.html)

Astronomy Teaching & Education Resources ofrece un gran abanico de recursos para la enseñanza de la astronomía. Entre los materiales disponibles, los docentes pueden encontrar programas de procesamiento de imágenes y otras aplicaciones y animaciones.

Science Fair Projects and Experiments: Astronomy & Space Exploration (Proyectos y experimentos para concursos científicos: astronomía y exploración del espacio)

(http://www.juliantrubin.com/astronomyprojects.html)

Science Fair Projects and Experiments es una biblioteca digital que reúne numerosos proyectos científicos tanto de educación primaria como de educación secundaria. Los docentes podrán encontrar una gran variedad de proyectos y experimentos que consisten en la construcción de instrumentos simples, desarrollos de investigaciones y aplicaciones de diversas herramientas y simulaciones.

Programas informáticos educativos

LTImage (http://www.schoolsobservatory.org.uk/astro/tels/ltimage) LTImage es un programa de procesamiento de imágenes simplificado diseñado especialmente para alumnos. Ha sido desarrollado por el National Schools’ Observatory y su fin es promover actividades educativas que requieren un análisis de datos de imágenes obtenidas con telescopios astronómicos. LTImage utiliza el formato de imagen FITS, lo que le permite analizar imágenes de la mayoría de telescopios profesionales.

SalsaJ (http://www.euhou.net/)

SalsaJ es un programa diseñado para alumnos que permite analizar imágenes astronómicas. Utiliza el formato de imagen FITS, por lo que se pueden analizar imágenes de la mayoría de telescopios profesionales. Está diseñado para que tanto instalarlo como utilizarlo sea sencillo. Salsaj permite a los alumnos visualizar, analizar y

http://www.phy.duke.edu/~kolena/astroteach.html

http://www.juliantrubin.com/astronomyprojects.html

http://www.schoolsobservatory.org.uk/astro/tels/ltimage

http://www.euhou.net/



explorar imágenes astronómicas reales, entre otros datos, de la misma forma que lo hacen los astrónomos. Así, está en sus manos hacer descubrimientos científicos del mismo tipo y descubrir la emoción de «hacer ciencia». SalsaJ está disponible en 25 lenguas europeas y muchos docentes de diversos países europeos lo utilizan con profusión.

Stellarium (http://www.stellarium.org/)

Stellarium es un planetario virtual gratuito de código abierto para su ordenador que puede mostrar un cielo tridimensional realista igual al que podemos ver a simple vista, con unos prismáticos o con un telescopio. Se utiliza en los proyectores de los planetarios. Stellarium le permite explorar cualquier parte de la esfera celeste en cualquier momento.

http://www.stellarium.org/



Bibliografía

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