7.2: Las Fases de Venus

Nuestra siguiente actividad es tomar otra página del libro de Galileo, ¡literalmente! En 1609, tras inventar el telescopio, Galileo eligió tres objetos para sus primeras investigaciones: la Luna, Júpiter y Venus. La Luna demostró ser un lugar agreste, lleno de montañas, cráteres con sus rayos y grandes mares oscuros de lava congelada. Júpiter era un mundo hermoso con coloridas bandas de nubes y cuatro brillantes lunas propias.

Si bien estos descubrimientos contradicían la teoría geocéntrica de Aristóteles (las lunas de Júpiter no rodeaban la Tierra y se suponía que la luna de Aristóteles era lisa y plana), en realidad no contradicían la idea central de Aristóteles —que la Tierra, y no el Sol, era el centro del sistema solar. La búsqueda de Galileo para probar correcta la teoría centrada en el Sol de Copérnico no quedó satisfecha con sus observaciones de la Luna y Júpiter.

Las observaciones de Venus de Galileo fueron la pieza final del rompecabezas heliocéntrico. Las observaciones de Venus a través del telescopio mostraron hermosas fases tal como lo hace nuestra Luna. Un poco de investigación y pensamiento mostraron que esto solo era posible con un sistema heliocéntrico como el propuesto por Copérnico —lo que es más importante, las fases de Venus eran imposibles en el sistema centrado en la Tierra de Aristóteles.

Esta actividad nos permitirá recrear las observaciones de Galileo utilizando pelotas de ping-pong como modelos planetarios y demostrar que Galileo y Copérnico tenían razón sobre la teoría centrada en el sol del sistema solar.

Estándares Académicos

Prácticas de Ciencia e Ingeniería

• Hacer preguntas y definir problemas.
• Desarrollo y uso de modelos.
• Planeación y realización de investigaciones.
• Analizar e interpretar datos.
• Construyendo explicaciones.
• Argumento desde la evidencia.

Conceptos transversales

• Patrones en la naturaleza.
• Causa y efecto.
• Sistemas y modelos de sistemas.

Estándares científicos de próxima generación

• Sistemas espaciales (K-5, 6-8, 9-12).
• Estructura y función (K-5, 6-8, 9-12).
• Ondas y radiación electromagnética (6-8, 9-12).
• Gravitación y órbitas (6-8, 9-12).

Para el Educador

Datos que necesitas saber

1. Venus es el planeta más cercano a la Tierra, y casi del mismo tamaño, masa y densidad que nuestro planeta; de hecho, si solo consideras el tamaño y la masa, Venus podría ser el gemelo de la Tierra.
2. Venus (y Mercurio) están más cerca del Sol que la Tierra; este hecho será crítico para que los estudiantes comprendan esta actividad.
3. Cuando observamos planetas con un telescopio, los planetas más cercanos al Sol que a la Tierra aparecen marcadamente diferentes de los planetas que están más lejos del Sol que la Tierra. Los planetas más cercanos se llaman planetas inferiores, mientras que aquellos planetas más alejados del Sol que la Tierra se llaman planetas superiores.
4. Los planetas inferiores siempre muestran fases cuando los observas, los planetas superiores nunca lo hacen. Esto sólo es posible en un sistema solar heliocéntrico.

Docencia y Pedagogía

Los planetas que están más cerca del Sol que la Tierra (Venus y Mercurio) se llaman planetas inferiores; aquellos planetas que están más lejos del Sol que nosotros (Marte, Júpiter y el resto) se llaman planetas superiores. Galileo rápidamente notó que cada vez que observaba un planeta inferior —siempre muestra fases— pero los planetas superiores nunca lo hacen. Experimentar con modelos como el que acabas de construir en tu salón de clases convenció a Galileo de que ¡solo el sistema centrado en el sol lo haría posible!

A diferencia de las lunas alrededor de Júpiter y la rugosa superficie de la Luna, las fases de Venus fueron directamente al corazón del sistema geocéntrico de Aristóteles. Por más que lo intente, no había manera de que Galileo pudiera organizar el modelo geocéntrico para recrear estas observaciones, ¡pero ocurrieron de manera bastante natural y fácil con un modelo heliocéntrico!

Para tus alumnos, una vez que les muestres las fases de Venus con el Sol en el centro del modelo, retales a encontrar lo mismo con la Tierra en el centro. (En el modelo de Aristóteles, la Tierra está en el centro, luego la Luna, el Sol, Venus está más lejos de la Tierra que el Sol o la Luna). Por más que lo intenten, el modelo de Aristóteles nunca producirá las fases de Venus que vemos en un telescopio.

El libro de Galileo Diálogos Concerning the Two Chief World Systems, mostró a la gente cómo experimentar con modelos muy similares a los que sus alumnos acaban de construir. Esto mostró a todos los que se preocupaban por mirar que el viejo sistema centrado en la Tierra simplemente no funcionaba, y el nuevo sistema heliocéntrico de Copérnico sí.

Resultados de los estudiantes

¿Qué descubrirá el alumno?

1. Diferentes modelos hacen diferentes predicciones sobre lo que observaremos en la Naturaleza. Los dos modelos con los que estamos tratando, los modelos heliocéntricos (centrados en el Sol) y los geocéntricos (centrados en la Tierra), dan predicciones muy diferentes sobre lo que observaremos cuando miremos a Venus.
2. Si tuvieras que cuidar y mover cada modelo, observando cómo aparece Venus cada 15 días, el modelo geocéntrico (centrado en la Tierra) te mostraría solo pequeños cambios, y Venus nunca muestra una apariencia de media luna o medio iluminada.
3. El modelo heliocéntrico (centrado en el Sol) es diferente. Aquí Venus se mueve suavemente de una delgada media luna, a una fase medio iluminada, y finalmente a una fase giba. No vemos a Venus en nueva fase ni fase completa porque estas alinean a Venus con el Sol y hacen imposible la observación del planeta.
4. De cara a ello, cualquiera de las dos teorías parece posible. Sin embargo, cuando observamos Venus con un telescopio, queda claro qué teoría predice con éxito el rendimiento y la apariencia de la Naturaleza.

¿Qué aprenderán tus alumnos sobre la ciencia?

1. Una vez más, diferentes modelos hacen diferentes predicciones sobre lo que observaremos en la Naturaleza. Muchas teorías o hipótesis son posibles, pero a menos que una teoría haga una predicción única sobre la Naturaleza, la teoría es improbable y por lo tanto carece de valor.
2. Probar teorías con experimentos, o con modelos, puede ayudarnos a decidir cuándo estamos en el camino correcto para entender cómo funciona el Universo.
3. Nuestro apego emocional o cariño por una teoría u otra no puede ser un factor decisivo en nuestros experimentos. Los científicos proponen teorías, pero en definitiva, la naturaleza es como es y desear no la hará diferente.
4. Las encuestas no cuentan en la ciencia. Cuando Galileo estaba construyendo su telescopio y lo usaba para demostrar que la teoría heliocéntrica de Copérnico era realmente correcta (y las ideas de Aristóteles estaban de hecho equivocadas), el 99.9% de las mentes científicas aprendidas de la época creían que Aristóteles estaba en lo correcto. Creencias y encuestas a un lado, Galileo tenía razón y todos los demás estaban equivocados.

Realización de la Actividad

Materiales

1. Cuatro pelotas de ping-pong
2. Cuatro fichas de póquer (puedes sustituir gorras de bebidas deportivas si quieres)
3. Una lata de pintura en aerosol de color amarillo brillante
4. Una lata de pintura en aerosol negra plana
5. Un rollo de cinta adhesiva de 2 pulgadas de ancho
6. Un tubo de pegamento de silicona
7. Marcadores o pinturas de aula
8. Una lata de acrílico transparente o spray fijador artístico (opcional)
9. Tres pelotas de ping-pong blancas por grupo de estudiantes — $2
10. Seis fichas de póquer por grupo (puedes sustituir gorras de bebidas deportivas si quieres)
11. Un juego de 6-10 potentes imanes (para el modelo del maestro) — $4
12. Regla de madera o plástico (en realidad, casi cualquier palo resistente servirá.)

Construyendo el modelo de las fases de Venus

1. Comienza usando pegamento de silicona para unir una de las pelotas de ping-pong a una ficha de póquer o tapa de botella, este será el Sol.
   • Nota: Incluso si usas tapas de botellas como bases para los alumnos, el modelo del profesor debe usar fichas de póquer, ¡hace que sea mucho más fácil colocar imanes en la parte inferior del modelo del profesor, lo que te permitirá exhibir el modelo en cualquier pizarra blanca para que todos lo vean!
2. [Profesor] Después de que el pegamento se haya curado al menos 24 horas, coloque los modelos Sun en algún periódico. Usa la pintura en aerosol amarilla para decorar los modelos Sun. Agite bien la lata y rocíe la pintura en capas finas, solo un rociado a la vez. Necesitarás varias capas de pintura, y dejar al menos 30 minutos entre capas. Asegúrese de usar mucho periódico ya que rociará por todos lados. Espacie bien los modelos y solo pinte en un área bien ventilada. Un garaje vacío (preferiblemente con la puerta al menos parcialmente abierta) funciona muy bien. Salga de la habitación inmediatamente cuando haya terminado de pulverizar para evitar la exposición a los humos y dejar que la pintura se seque completamente (aproximadamente 30 min) entre capas.
3. [Profesor] Las otras tres bolas de ping-pong deben ser de color medio negro, y la mitad dejarse sin pintar de blanco; el lado negro representará la noche, el lado blanco será el lado diurno de la luna o del planeta. Hay dos formas fundamentales de hacer esto: una a la vez (muy ordenada y precisa), o en lotes de una docena más o menos a la vez (menos precisa, pero ahorra mucho tiempo). Ambos métodos comienzan de la misma manera, pegando la mitad de la pelota de ping-pong con cinta adhesiva. Busca la costura, como un ecuador corriendo alrededor de la pelota. Rasgue un trozo de cinta adhesiva y aplique con cuidado el borde a la costura y avance asegurándose de que la cinta esté bien sellada a la bola. Ahora deberías tener media bola de ping-pong sobresaliendo de un tubo de cinta adhesiva de 2 pulgadas como puedes ver a continuación.
4. Si estás pintando las bolas una a la vez, coloca la pelota en el extremo de una regla (la cinta adhesiva ayudará a que se mantenga segura). Sostenga la bola a la altura del brazo y rocíela con pintura negra plana. Recuerda, ¡usa capas finas y trabaja en un área bien ventilada!

Si estás pintando en lotes, pon una docena de bolas en una caja de cartón (una caja de papel de copia funciona muy bien). Colóquelos con cuidado sobre sus tubos de cinta adhesiva hacia el centro de la caja y no demasiado juntos. Rocíe la pintura negra en la caja, no olvide los periódicos debajo, ¡las partículas de pintura flotarán fuera de la caja y pueden derivar un poco!

Cuando la pintura se seque, retire con cuidado la cinta y deberías tener bolas de ping-pong perfectas, ¡mitad negras y mitad blancas!

5. Ahora es el momento de decorar la Tierra y Júpiter usando marcadores. Hay dos enfoques para esto, el preciso y el creativo: ¡debes decidir cuál funcionará mejor para tus alumnos! Para un modelo preciso, usa fotos o mapas de la Tierra y dibuja en continentes, océanos, crestas de montaña, praderas verdes, islas, etc. Incluso puedes usar un poco de pintura blanca (¡o líquido corrector!) para agregar tormentas y nubes a su modelo de Tierra. Júpiter tiene bandas alternas oscuras y claras: las bandas oscuras son de color marrón oscuro o gris, las bandas claras son de color canela o amarillo. Comienza con una banda de luz alrededor del ecuador y alterna a medida que avanzas hacia los polos. ¡Agrega una mancha roja en una de las bandas de nubes del sur más claras!

Para un modelo creativo de la Tierra, haga que los estudiantes dibujen continentes, islas, océanos de la manera que deseen. Incluso puedes hacer que den nombre a sus creaciones planetarias.

Venus es el más fácil de todos, ¡no necesita decoración! Venus está cubierta de nubes gruesas y blancas que nunca se desprenden ni revelan la superficie debajo. Para nuestros propósitos, ¡una pelota de ping-pong mitad negra y mitad blanca funcionará perfectamente!

Cuando termines de decorar, pega los planetas y lunas a sus bases con pegamento de silicona. Después de que estén secos (¡24 horas!) , una capa rápida de sellador de arte transparente no va a salir mal (laca anticuada laca para el cabello funciona bien para esto si puedes encontrarlo!) — ¡a menudo ayuda a evitar que el marcador se salga de nuevo en las manos de tu estudiante!

6. ¡Tu modelo ya está listo para jugar y explorar!

Explorando el modelo del modelo de fases de Venus

1. Configura tus modelos en un escritorio con el Sol en el centro, luego Venus un poco más lejos, y luego la Tierra. ¡Deja a Júpiter a un lado para después
2. El truco con estos modelos es recordar cómo deben mostrarse. Pregunta a tus alumnos ¿por qué los modelos de un lado del planeta son de color negro? La respuesta por supuesto, es que este es el lado nocturno del planeta, el lado decorado es de día. El lado diurno de los planetas siempre debe enfrentar al Sol. ¡Esto te parecerá obvio cuando lo pienses por un momento!
3. Comience con el Sol, Venus y la Tierra, todo en una línea. Haz que tus alumnos pongan la vista hacia abajo a nivel de mesa y miren a Venus desde la posición de la Tierra. ¡Pídeles que dibujen lo que ven! Si su ojo está justo por encima del planeta Tierra, verán que Venus está en una nueva fase —solo el lado oscuro mira hacia la Tierra. (Venus es invisible para nosotros en esta posición — ¡el resplandor del Sol lo bloquea de la vista!)
4. Ahora avance Venus unos 45 grados en sentido contrario a las agujas del reloj alrededor del Sol. ¡Asegúrate de que el lado blanco brillante permanezca mirando al Sol en todo momento! Pida a los alumnos que hagan otra observación y dibujen lo que ven — ¡verán una fase de media luna!
5. Continuar avanzando el modelo Venus 45 grados a la vez y los alumnos verán todas las fases; nuevo, creciente, medio, giboso, lleno, etc. Si tienes alumnos mayores que tienen teléfonos inteligentes, pídales que coloquen su teléfono justo detrás del modelo Tierra y se hagan una foto de Venus — estas fotos muestran las fases apagadas ¡bellamente!
6. Ahora que tus alumnos han visto las fases de Venus — ¡probemos Júpiter! Pon tus modelos Sol, Tierra y Júpiter en una mesa o en el piso (¡este ocupa más espacio!) Coloca la Tierra a solo 5 pulgadas del Sol, y Júpiter a 25 pulgadas de distancia, ¡hacemos esto porque Júpiter gigante está cinco veces más lejos del Sol que nosotros! ¡Asegúrate de que los lados brillantes de los planetas estén enfrentados al Sol en todo momento!
7. Una vez más, haga que los estudiantes pongan el ojo cerca de la Tierra y miren a Júpiter. Vemos un disco lleno (sin fases.) Mueve a Júpiter alrededor del Sol en círculo y haz un dibujo cada 45 grados tal como hiciste para Venus; asegúrate de que el lado decorado de Júpiter siempre esté orientado hacia el Sol. (¡Quizás quieras un trozo de cuerda o una vara de medir que te ayude a mantener a Júpiter a la distancia correcta!) Tus alumnos notarán rápidamente que Júpiter nunca nos muestra ninguna fase, ¡siempre se ve completa y redonda!

Preguntas de Discusión

1. ¿Cómo desafía este nuevo descubrimiento de las fases de Venus a la teoría de Aristóteles?
   • Respuesta: Las fases de Venus sólo pueden ocurrir si el Sol está en el centro del modelo. No hay manera de arreglar el modelo con la Tierra en el centro y aún así crear este efecto.
2. ¿En qué se diferencia esta actividad de la anterior?
   • Respuesta: Las lunas de Júpiter solo desafían la idea de que todo orbita a la Tierra. Las fases de Venus hacen imposible creer en cualquier cosa excepto en un modelo centrado en el Sol.
3. ¿Por qué crees que tanta gente se enojó con Galileo e incluso lo acusó de delitos cuando demostró que las ideas de Aristóteles sobre el sistema solar estaban equivocadas?
   • Respuesta: Las personas se apegan emocionalmente a las ideas, al igual que lo hacen con amigos preciados. Que te digan que te equivocas nunca es una experiencia cómoda. ¡Que me digan que todos los demás están equivocados suele provocar una respuesta muy negativa por parte de la gente!

Materiales Suplementarios

Profundizando

Vuelve a probar este modelo con la Tierra en el centro, el Sol orbitando cerca de la Tierra y Venus más lejos. Venus debería estar varias veces más lejos de la Tierra que el Sol. ¿Puedes hacer aparecer Venus en fases? De hecho, el sistema centrado en la Tierra falla dramáticamente aquí —Venus nunca aparece para mostrar fases cuando la Tierra está en el centro.

Existe el problema adicional de por qué Mercurio y Venus muestran fases, pero Marte, Júpiter y Saturno no. (¡La gente en la época de Galileo no sabía de ningún planeta más allá de Saturno!) En el modelo centrado en la Tierra, todos los planetas están más lejos de la Tierra que el Sol. No hay razón para que aparezcan diferentes entre sí en un telescopio.

Sin embargo, en el modelo heliocéntrico, la Tierra es solo el tercer planeta, ¡uno de muchos! Los planetas más cercanos al Sol que a la Tierra parecen diferentes a los que están más lejos del Sol que nosotros. El modelo heliocéntrico de Copérnico y Galileo explica fácilmente cosas que el modelo geocéntrico no puede.

Ser astrónomo

Este es obvio — ¡es hora de ir a observar a Júpiter y Venus! Si tu escuela no tiene un telescopio disponible, intenta ponerte en contacto con tu club de astronomía local para obtener ayuda. Incluso puedes preguntar a los padres a través de un boletín o tu PTA — ¡te sorprenderá lo fácil que puedes encontrar a alguien con un telescopio para compartir!

A Venus se le llama a veces la Estrella de la Tarde porque es de color blanco brillante —el objeto más brillante del cielo después de la Luna— y aparece en el cielo justo después del atardecer (o justo antes del amanecer). Mirar a Venus brillante, incluso con un par de binoculares, ¡demostrará fácilmente que tiene fases! Esto es algo muy inesperado y sorprende y deleita a jóvenes y mayores la primera vez que lo ven. Si encuentras cuando Venus es visible por la mañana, ¡es posible que puedas traer un par de binoculares a la escuela y permitir que todos los alumnos lo miren a primera hora de la mañana!

La observación de Júpiter se puede hacer con un par de binoculares de 8x o mayor potencia, pero es mucho mejor hacerlo con un telescopio. La buena noticia es que casi cualquier telescopio hará el trabajo, incluso uno muy pequeño como los que ves a la venta en época de vacaciones en tiendas departamentales. Si no tienes acceso a un telescopio o binoculares, este es un buen momento para consultar internet y ver si hay un club de astronomía amateur cerca de tu ciudad. Los clubes de astronomía suelen hacer divulgación, y si les explicas que tú y tus alumnos quieren la oportunidad de observar los planetas, es casi seguro que ellos ayudarán. Algunos clubes tienen noches regulares de observación o fiestas estelares a las que los estudiantes y padres de familia serían bienvenidos a asistir; ¡algunos clubes incluso estarán dispuestos a traer sus telescopios y equipo a tu escuela para una noche de observación de los planetas y la Luna!

Ser científico

Si tienes acceso a un telescopio, observar y registrar las fases cambiantes de Venus puede ser un ejercicio divertido y desafiante. Venus aparece como estrella matutina por un periodo de semanas durante la mayoría de los años escolares. Si bien Venus es visible en los cielos matutinos, tú y tus alumnos pueden observar y registrar los cambios que veas mirando Venus al menos una vez a la semana.

Al observar Venus y esbozar la forma de la fase que ves cada semana, también puedes prestar atención a cuán grande aparece Venus en el ocular del telescopio al observar cuánto del campo de visión ocupa Venus. Notarás que algunas fases (las fases de media luna) aparecen bastante grandes. Otras fases (particularmente las fases giberas) aparecerán bastante pequeñas en el ocular.

Si prestas mucha atención, también puedes notar que las grandes fases de media luna hacen que Venus parezca notablemente más brillante en el cielo matutino, mientras que las pequeñas fases de la luna hacen que Venus parezca más tenue.

¿Cómo explicamos esto? Haga que sus alumnos vuelvan a su modelo y vean dónde se encuentran la Tierra y Venus para las fases de media luna y luna. Ustedes estudiantes notarán rápidamente que la Venus creciente está mucho más cerca de la Tierra que la fase giba.

Tener Venus más de 100 millones de millas más cerca de la Tierra durante la fase creciente hace que el planeta se vea más grande, ¡y más brillante!

Seguimiento

¡El famoso libro de Galileo Dialogues Concerning the Two Chief World Systems fue escrito en realidad como una obra de teatro! Hay tres personajes principales: Salviati es un científico y astrónomo que cree que el sistema centrado en el sol de Copérnico es correcto. Simplicio es un científico tradicional que apoya a Aristóteles y al sistema centrado en la tierra. Sagredo es un tipo inteligente que ha pedido a estos dos hombres famosos que debatan para que decida qué teoría es la correcta.

Haga que sus alumnos hagan una presentación a la clase donde alguien tome cada parte. Incluso puedes hacer esto como un proyecto grupal con Team Salviati y Team Simplicio haciendo el debate y Team Sagredo pidiendo a ambos equipos que respondan preguntas. Haz que tus actores usen los modelos de ping-pong para demostrar sus puntos y mostrar por qué la evidencia favorece su teoría.

Por supuesto, ¡el resultado de nuestro pequeño debate está más predeterminado que un combate pro-lucha libre! Salviati (¡y Galileo!) va a ganar el día, pero que los niños tomen las partes y presenten las pruebas puede ser divertido y esclarecedor!