5.5: Mapeo de las Constelaciones

Una de las actividades más fundamentales de la ciencia —y la exploración— es registrar lo que vemos. La elaboración de mapas es quizás la expresión más antigua de esta necesidad humana de registrar lo que conocemos y compartirlo con otros; es anterior a otras actividades científicas e incluso es anterior al lenguaje escrito.

Cuando queremos hacer un mapa de un lugar donde vivimos, como nuestro barrio escolar, o incluso hacer un mapa de un lugar en el que hemos estado, como un lugar de vacaciones de verano, eso puede ser una cosa. ¿Cómo hacer un mapa de un lugar tan lejano que nunca podamos ir ahí? ¿Cómo hacemos un mapa de las estrellas? Afortunadamente, ¡esto no es tan difícil como suena! Una vez más, la ciencia extiende nuestro alcance y permite que nuestras mentes vayan a donde nuestros cuerpos no podrían seguir.

El dispositivo que vamos a construir se llama pantógrafo. Este dispositivo se basa en una herramienta de dibujo anticuada que permitió al usuario copiar dibujos y hacerlos de diferentes tamaños sin distorsiones. Utilizaremos nuestro pantógrafo para copiar con precisión los patrones de constelaciones que vemos en el cielo. Todo lo que tenemos que hacer es medir distancias entre puntos con una regla, ¡y copiar ángulos hacia abajo!

Estándares Académicos

Prácticas de Ciencia e Ingeniería

• Planeación y realización de investigaciones.
• Analizar e interpretar datos.
• El uso de las matemáticas.
• Obtener, evaluar y comunicar información.

Conceptos transversales

• Patrones en la naturaleza.
• Estabilidad y cambio.

Estándares científicos de próxima generación

• El lugar de la Tierra en el Universo.
• Movimiento y Estabilidad.

Para el Educador:

Datos que necesitas saber

1. Ver patrones de estrellas (constelaciones) y nombrarlas es una actividad antigua. Tenemos evidencias registradas en tablillas de arcilla de más de 15 mil años documentando y nombrando patrones estelares. Casi todas las culturas antiguas y modernas lo han hecho.
2. El cielo tiene 88 constelaciones modernas que cubren todo el cielo visible de la forma en que los estados o países cubren un mapa; no hay espacio entre ellos.
3. Desde los Estados Unidos continentales y la mayor parte de Europa, podemos ver alrededor de 65 constelaciones —esas constelaciones que se encuentran más cerca del polo celeste sur son visibles solo para quienes viven en el hemisferio sur.

Docencia y Pedagogía

Si bien los estudiantes muy pequeños pueden tener dificultades con la destreza manual necesaria para esta actividad, los niños mayores entre los grados 3-6 deberían poder manejarla fácilmente. Una vez más vemos que los métodos simples pueden producir resultados hermosos y precisos. Esta actividad de laboratorio también subrayará la idea de que observar y registrar lo que ves de manera precisa es una habilidad definitiva. No siempre es fácil determinar qué alumnos de tu clase serán los más hábiles en este tipo de trabajo, ¡los resultados pueden sorprenderte!

Para tus alumnos, la idea de que puedan hacer hermosos y precisos mapas de constelaciones sin una cámara o un telescopio puede sorprenderles. Este método es en realidad un ejemplo de la tecnología del ^siglo XVI que fue utilizada por el astrónomo danés Tycho Brahe (Tee'‑kō Bra'-hey).

Tycho es considerado por muchos como el mayor observador de la historia, sin el uso de telescopio o cámara, mapeó las posiciones de las estrellas y planetas con tanta precisión que sus posiciones se conocían con una precisión de 1/5000 ^th de grado! Estas medidas fueron utilizadas años después por su asistente, el astrónomo alemán Johannes Kepler para demostrar que los planetas orbitaban al Sol en caminos elípticos en lugar de circulares.

Resultados de los estudiantes:

¿Qué descubrirá el alumno?

1. Los seres humanos son muy buenos para reconocer patrones en la Naturaleza, durante millones de años nuestra supervivencia dependió de ella. Los humanos son tan buenos para encontrar patrones, que tendemos a verlos incluso cuando no están ahí; cualquiera que haya jugado el “¿Qué aspecto tiene esa nube?” juego ha visto esta habilidad de reconocimiento de patrones en acción.
2. Las constelaciones son patrones que vemos en las estrellas. Diferentes culturas reconocen diferentes objetos al mirar las mismas estrellas. El patrón de constelación que llamamos el 'Big Dipper' en América se llama 'El arado' en Gran Bretaña, y 'El hace' por algunas culturas nativas americanas.
3. Parte del descubrimiento es el proceso de nomenclatura. Un biólogo que descubre una nueva especie de escarabajo, un astrónomo que descubre un nuevo asteroide, a todos los descubridores se les concede el privilegio de nombrar sus descubrimientos. Cuando los niños descubren y registran un nuevo patrón de estrellas, también pueden nombrar su descubrimiento.

¿Qué aprenderán tus alumnos sobre la ciencia?

1. La primera tarea de cualquier científico es observar con precisión y registrar lo que ve. Registrar con precisión las posiciones de las cosas que ves relativas entre sí crea un mapa, ¡quizás el tipo de modelo científico más antiguo y fundamental! Astrónomos de muchas culturas alrededor del mundo han estado haciendo mapas de constelaciones para ayudarlos a crear calendarios y predecir el cambio de las estaciones durante muchos miles de años.
2. Tenemos evidencias de mapas de constelaciones registradas en tablillas de arcilla de la antigua Persia que tienen más de 15 mil años de antigüedad. Muchos científicos creen que estructuras como Stonehenge eran en realidad mapas y dispositivos de medición de calendario hechos de madera y piedra que ayudaron a la humanidad prehistórica a marcar las constelaciones y medir el cambio de las estaciones.
3. Los modelos científicos, ya sea que los construyamos físicamente, los creamos en papel o los registramos en el lenguaje de las matemáticas, todos sirven para ayudarnos a comprender el mundo en el que vivimos. Aprender a crear estos modelos científicos en cualquier forma puede ser una valiosa habilidad laboral, ¡y una carrera emocionante!

Realización de la Actividad

Materiales

1. Dos reglas planas de madera para el aula por cada alumno, marcadas en centímetros
2. Un perno de 3/16 x ½ y una arandela de seguridad y tuerca de mariposa a juego para cada estudiante (¡El centro local de mejoras para el hogar puede ayudarte fácilmente con esto!)
3. Taladro eléctrico con broca de 3/16 — ¼ de pulgada
4. 6 piezas de papel grande de carnicero o papel artesanal, cada uno aprox. 30” x 48”
5. Papel de construcción, lápices, rotuladores

Construyendo el pantógrafo:

1. [Profesor] Usa el papel de carnicero y dibuja seis constelaciones en papel y etiquétalas. Esto funciona bien si usas constelaciones conocidas y reconocibles como Osa Mayor (La Osa Mayor), Orión (El Cazador), Géminis (Los Gemelos), etc. Dibuja las estrellas más brillantes (haz los puntos grandes — 1” o mejor) y conecta ellos con líneas claras dibujadas con un marcador pesado. Coloque estos diagramas de constelación alrededor de la habitación bien arriba en las paredes de su aula donde se puedan ver fácilmente. Si no tienes mucho espacio en la pared en tu salón de clases, estos suelen funcionar bien cuando se publican en los pasillos o incluso fuera del aula en la pared del edificio.
2. [Profesor] Ahora debes unir dos reglas juntas usando el perno y la tuerca de mariposa. Algunas reglas vienen con agujeros cerca de un extremo, si los tuyos no tienen esto tendrás que perforar los agujeros. Banda elástica dos reglas juntas y taladra un agujero a unos ¾ de pulgada de un extremo. ¡Asegúrate de tener un bloque de madera detrás de las reglas mientras perforas para evitar estropear las mesas de tu salón de clases! Si realmente tienes un presupuesto, intenta usar bastones baratos del departamento de pintura en la tienda de mejoras para el hogar, ¡cada uno se puede cortar en tres reglas económicas de 12 pulgadas!
3. Con el agujero perforado, deslice el perno a través del orificio y asegure las reglas juntas usando la tuerca de mariposa. Esto no tiene por qué ser demasiado apretado, los estudiantes deben ser capaces de separar las reglas para formar un ángulo. Si las reglas se deslizan con demasiada facilidad, intente poner un trozo de fieltro adhesivo entre las reglas para mayor fricción. Estas dos reglas forman un pantógrafo simple, un dispositivo para copiar formas y ángulos con precisión.

Uso del pantógrafo para registrar constelaciones:

1. Para copiar y mapear una constelación, solo necesitamos mirar tres estrellas a la vez. Tres estrellas cualesquiera formarán un ángulo, con la estrella central en el vértice del ángulo. Tomemos como ejemplo la Osa Grande, vea la figura a continuación.

Diagrama de constelación de la Osa Mayor

2. Haz que tu alumno se pare a 8-10 pies atrás de tu póster de Big Dipper — pídele que sostenga sus reglas a la distancia del brazo, si la línea entre las estrellas #1 y #2 parece tener 4-6 cm de largo, están a la distancia correcta. (¡Puedes probar esto tú mismo para ayudarlos!)

3. Ahora ajusta las dos reglas para que la estrella #2 esté en el centro, y puedan medir la distancia a las otras dos estrellas simultáneamente. Ahora sin ajustar el ángulo entre las reglas, transfiere las medidas a un trozo de papel de construcción.

4. A continuación medir el ángulo y la distancia entre las estrellas #2 — #3 — #4. Transfiere este ángulo y distancia a tu papel, lo que agrega la estrella #4 a tu mapa. Continúe a lo largo del diagrama hasta que haya medido y mapeado las siete estrellas de la constelación.

Preguntas de Discusión

1. ¡Tenemos algunos mapas de constelaciones que tienen más de 15 mil años de antigüedad! ¿Cómo crees que esos pueblos antiguos hicieron estos mapas de constelaciones?
   • Respuesta: Los mapas de constelaciones más antiguos fueron grabados en losas de arcilla y luego cocidas para hacer un registro permanente. Estos astrónomos probablemente esbozaron lo que vieron como artista lo haría. Para los 1300, ¡los astrónomos usaban métodos muy parecidos a los que acabas de usar! ¡Los astrónomos modernos usan fotografías de telescopios y satélites e incluso software de computadora para ayudarlos a hacer mapas aún más precisos!
2. ¿Para qué más podrías usar este método de mapeo?
   • Respuesta: Curiosamente, este método se basa en el pantógrafo, un dispositivo que permite a un artista o ilustrador copiar un dibujo e incluso cambiar su tamaño de manera precisa. Su dispositivo de mapeo estelar se puede utilizar para mapear cualquier objeto donde haya puntos distintivos. ¡Intenta mapear un edificio escolar! ¡Solo recuerda numerar los puntos y medirlos en secuencia ordenada uno tras otro!

Materiales Suplementarios

Profundizando

La mayoría de las constelaciones tienen una conexión con la mitología, las constelaciones del Zodiaco son buenos ejemplos de ello. Mira un mapa estelar y elige una constelación que interese a tus alumnos. Intenta hacer una búsqueda en internet o buscar en un libro de mitos y leyendas para ver si puedes encontrar más información sobre lo que se supone que representa la constelación.

Ser astrónomo:

Si tus alumnos han tenido un buen éxito al mapear constelaciones en las paredes de tu salón de clases, ahora es el momento de que prueben la misma actividad de noche con una constelación real. ¡No importará qué constelación elijan, y de hecho, los estudiantes a menudo tienen problemas para elegir las constelaciones a menos que haya alguien con conocimientos allí para ayudarlos!

La falta de conocimiento de la constelación no importará un poco — las constelaciones son solo patrones arbitrarios elegidos por la gente de todos modos. Cualquier grupo de estrellas brillantes que elijan tus alumnos puede medirse y grabarse fácilmente con precisión en una hoja de papel de su patio trasero. Haga que sus alumnos traigan sus resultados de vuelta al aula. Si los niños no conocen el nombre de la constelación —pídales que hagan una y digan a todos lo que estas constelaciones representan para ellos. ¡Cuelga estas obras maestras en las paredes de tu aula para que todos disfruten!

Ser científico:

Cuando use su pantógrafo para mapear una constelación, debe sostener el dispositivo a la distancia del brazo para asegurarse de que la constelación quepa en una sola hoja de dibujo o papel de construcción.

Después de haber dibujado la constelación, usa una regla para medir la distancia entre las estrellas en centímetros; anota la longitud en las líneas que definen tu constelación. La razón por la que hacemos esto es simple, a la longitud del brazo (57.2 cm para ser precisos) un centímetro de longitud también mide un grado de arco. Esto se llama distancia angular, y es la forma en que medimos el tamaño de, y la distancia entre, objetos en el cielo.

¿Qué tan grandes son tus constelaciones? Si se mide la distancia desde el centro de una constelación a la siguiente con un gobernante por la noche, ¿a qué distancia están? Ten en cuenta que el cielo tiene 180 grados de ancho de horizonte en horizonte; esto te dará una mejor idea de cuán grandes son las constelaciones comparadas entre sí, y comparadas con el tamaño de todo el cielo.

Seguimiento:

Asumimos que las estrellas son inmutables, pero de hecho no lo son. Las constelaciones que vemos en el cielo comienzan cada noche aproximadamente 1 grado más al oeste. El resultado es que a lo largo de un periodo de meses, vemos diferentes constelaciones cuando salimos al aire libre después del atardecer.

Programas como Stellarium (software gratuito de mapas estelares de www.stellarium.org) nos muestran mapas estelares para el cielo cualquier noche del año, y para cualquier lugar de la Tierra. Puede utilizar dicho software para ver cómo cambian las constelaciones de mes a mes.

Configura el software Stellarium (o cualquier software de mapeo del cielo nocturno) para mostrar el cielo nocturno para la fecha de hoy. Luego usa la función de calendario para adelantar la fecha un mes a la vez. Notarás que el cielo de abril en primavera se parece poco al cielo de verano en julio, o al cielo de otoño en octubre.

Vigila tu propio cielo por la noche y observa cómo cambian las constelaciones de mes a mes. ¡Dirás adiós a los viejos amigos mientras se hunden en el oeste y darán la bienvenida a nuevas constelaciones a medida que suben del este a medida que pasan las estaciones!

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1. Para ser matemáticamente precisos, sostener una regla a 57.2 cm lejos de tu ojo hará que 1 cm subtienda un ángulo exactamente de 1o, y esto se corresponde muy bien con la longitud del brazo humano adulto promedio. Los brazos de los niños son significativamente más cortos, por lo que la medida del ángulo será inexacta en un sentido científico absoluto. Es el concepto de medir ángulos y la técnica de usar una regla para medirlos lo que nos interesa aquí sin embargo, ¡no si un alumno de 2do grado está tomando o no datos científicos técnicamente precisos para un experimento!
2. ¡Ten en cuenta que el metal distorsiona una brújula! Las brújulas a menudo no funcionan correctamente en un escritorio porque los soportes metálicos debajo del escritorio interferirán y arrojarán la lectura; es por eso que sostenemos la brújula en nuestras manos cuando la usamos para tomar un rodamiento.
3. Este libro está escrito para profesores y estudiantes del hemisferio norte. Si estás enseñando en el hemisferio sur, la situación se revertirá. La luna de verano cabalga muy por encima del horizonte norte, mientras que la Luna de invierno se mantiene más cerca del horizonte norte a medida que cruza el cielo.