10.1: Modelado de la superficie de la Luna en Arcilla

Modelar la superficie lunar en arcilla parece una tarea muy difícil para los niños más pequeños. A menudo he tenido mis alumnos de educación (¡y maestros experimentados!) burlarse de esta actividad y afirmar que un proyecto de arte de este tipo es demasiado duro para estudiantes menores de la edad de secundaria. Estas personas no podrían estar más equivocadas.

A la hora de hacer un modelo científico es importante recordar que no nos estamos esforzando por crear un gran arte, ¡ni siquiera arte mediocre! En cambio, nos esforzamos por crear una representación comprensible; algo que ayude a mostrar lo que sabemos sobre una parte particular de la Naturaleza, en este caso, la superficie lunar.

Ayudamos a los estudiantes a lograrlo guiándolos paso a paso para crear sus propios modelos. La idea es conseguir que pongan en forma física algo que hayan aprendido sobre la superficie lunar, ¡como las grandes montañas que existen en el centro de grandes cráteres! ¡No tenemos que producir un gran arte para producir una mejor comprensión y comprensión para nuestros estudiantes!

Estándares Académicos

Prácticas de Ciencia e Ingeniería

• Desarrollo y uso de modelos.
• Analizar e interpretar datos.
• Construyendo explicaciones.
• Obtener, evaluar y comunicar información.

Conceptos transversales

• Causa y efecto.
• Sistemas y modelos de sistemas.
• Estabilidad y cambio.

Para el Educador

Datos que necesitas saber

1. Los planetas y lunas están formados por un proceso llamado acreción. Básicamente, las piezas pequeñas chocan y se pegan juntas haciendo piezas más grandes. La gravedad (y otras fuerzas) ayudan a acelerar el proceso y cuanto más grande es una pieza, más rápido tiende a crecer.
2. Las piezas más pequeñas en órbita libre que aún no se han convertido en planetas o lunas se denominan meteoroides y asteroides ^[1]. Los meteoroides están en cualquier lugar, desde el tamaño de un grano de polvo hasta el tamaño de un automóvil o camión grande. Los asteroides van desde el tamaño de un edificio pequeño, hasta cientos de millas de ancho; estos meteoroides y asteroides son los bloques de construcción básicos a partir de los cuales se ensamblan los planetas, y el proceso de construcción aún continúa hoy. La palabra asteroide significa “estrellado”. Cuando el más grande de estos cuerpos fue descubierto a principios de los 1800, aparecieron como pequeñas estrellas a la deriva en los telescopios de los astrónomos.
3. Cuando una pequeña pieza de material como un asteroide choca con un planeta o una luna, se le conoce como un impactador. Estos impactadores golpean a decenas de miles de millas por hora y pueden golpear la superficie con tremenda energía, suficiente energía para remodelar la superficie misma (¡y los interiores!) de mundos tan grandes como la Tierra.

Enseñanza y Pedagogía

Una vez hecho el modelo, ¡todavía queda mucho por aprender! Los cráteres más grandes y maria que hicieron los estudiantes representan algunas de las características más antiguas de la Luna. Estas maria se formaron hace más de tres mil millones de años cuando la Tierra y la Luna se formaron bastante recientemente. Estos enormes impactos fueron algunos de los últimos objetos importantes que golpearon la Luna, y nos dan una pista de cómo se formó toda la Luna (y el resto de los planetas). Los objetos más pequeños se rompieron entre sí y se pegaron entre sí, creando un nuevo objeto más grande. Los impactos originales fueron aniquilados cuando un asteroide tras otro golpeó la luna creciente, pero algunos de los últimos impactos importantes se conservaron porque nada más grande los ha aniquilado a su vez... ¡todavía! El interior de la joven Luna estaba mucho más fundido de lo que es hoy, y los últimos impactos fracturaron la corteza lunar y permitieron que inundaciones de lava llegaran a la superficie.

Al igual que la Luna real, nuestro modelo de paisaje conserva un registro tanto del tamaño como del momento de los impactos. ¿Un cráter se superpone a otro? ¡Debe haber sucedido más tarde en el tiempo! ¿Hay cráteres en los flujos de lava llenando una maria? Esto nos dice que el flujo de lava ocurrió primero. No siempre es fácil leer la rugosa superficie lunar en la vida real, pero tus alumnos pueden tener una idea de cómo los astrónomos fechan las características de una superficie planetaria en orden cronológico. Los rayos también nos hablan del tiempo. Estas líneas de material pulverulento son muy transitorias, desaparecen en apenas unos pocos millones de años. Solo los cráteres más nuevos en la superficie lunar de 4 mil millones de años los tienen. Este también podría ser un buen momento para recordar a los estudiantes la diferencia entre unos pocos millones y mil millones: ¡la Luna es realmente vieja!

Esas líneas que presionamos en nuestro modelo con cuerda? Esta puede ser la introducción de su estudiante a la longitud (líneas verticales que marchan de este a oeste) y latitud (líneas horizontales). Las líneas no solo ayudan a tus alumnos a dibujar un mapa preciso en papel, sino que también se pueden usar para encontrar la ubicación y documentarlo en tu mapa. En tu modelo de arcilla, elige una ubicación para ser punto (0,0) Es posible que desees poner ahí un pequeño palillo con una bandera de nota adhesiva para marcar el lugar!

Las líneas horizontales (latitud) por encima de este punto están numeradas +10, +20, +30, etc. Las líneas debajo de este punto son -10, -20, -30, y así sucesivamente. Las líneas verticales (de longitud) a la derecha de este punto están numeradas +10, +20, +30, pero las líneas a la izquierda de este punto están numeradas 350, 340, 330, etc. Recuerde a sus alumnos que las líneas de longitud recorren todo el globo, ¡360 grados de valor! Nuestra pieza de la superficie lunar es solo eso, ¡una pieza y no toda la Luna!

Haga que sus alumnos usen su sistema de latitud y longitud para encontrar la ubicación del centro de algunos de los cráteres principales. Puedes hacer que los registren en sus mapas, o simplemente hacer una lista de los nombres con las ubicaciones que se muestran junto a cada nombre. Espera... ¿alguien dijo GPS? ¡Sí, así es! Estas líneas de latitud y longitud son precisamente las mismas en las medidas de latitud y longitud que ayudan a nuestros dispositivos GPS a decirnos dónde estamos, y nos mantienen en la carretera correcta cuando viajamos.

Resultados de los estudiantes

¿Qué descubrirá el alumno?

1. Los impactores pueden remodelar la superficie de un planeta en eventos repentinos y cataclísmicamente violentos. Estos tremendos impactos dejan grandes cicatrices en la superficie de un planeta que llamamos cráteres.
2. Los impactores más grandes pueden perforar profundamente en el interior de un planeta, liberando inundaciones de lava en la superficie. En ocasiones estas inundaciones de lava llenan los cráteres gigantes dejados por un impacto de asteroide. Estos mares de lava congelada son visibles como rasgos oscuros en la superficie de nuestra Luna; Galileo los llamó maria, de la palabra latina para 'mares'.
3. Los impactores dejan registros de su tamaño y composición, su dirección de viaje y la cantidad de energía de su impacto en los cráteres que cicatrizan la superficie de lunas y planetas. Podemos aprender mucho sobre estos asteroides estudiando los cráteres que dejan atrás, ¡incluso si el impacto ocurrió hace miles de millones de años!

¿Qué aprenderán tus alumnos sobre la ciencia?

1. ¡El conocimiento científico a veces viene de los lugares más improbables! Nuestros modelos actuales sobre cómo los grandes impactores pueden cambiar no solo la superficie de un planeta, sino su clima y la evolución de la vida provinieron de un equipo de padre e hijo, Luis y Walter Alvarez, ¡quienes estudiaban capas de fósiles de dinosaurios!
2. La ciencia a veces nos da un llamado a la acción. Ocasionalmente, el estudio científico revela un proceso o acción que puede ser una amenaza particular tanto para nuestra civilización como para nuestra especie. Tales pruebas no deben tomarse a la ligera, ni se debe actuar sobre ellas sin una reflexión clara y una planeación cuidadosa. La evidencia científica nos dice que un gran impacto asteroide destruyó las especies de dinosaurios que habían sido la forma de vida dominante en la Tierra durante más de 250 millones de años y despejó el camino para el desarrollo de los mamíferos y, finalmente, la vida humana. ¿Podría volver a ocurrir tal impacto? ¿Hay algo que podamos hacer los humanos para evitar tal desastre?
3. ¿Cómo estudian los científicos evidencias que tienen millones, a veces miles de millones de años y determinan algo que valga la pena e interesante en el mundo actual? ¿Puede la evidencia antigua realmente durar tantos años? ¿Qué condiciones son necesarias para preservar esta evidencia en algún tipo de forma útil para los científicos expertos de hoy, y los jóvenes científicos del mañana?

Realización de la Actividad

Materiales

1. Un bloque grande de arcilla para modelar de color claro, suficiente para hacer una losa de 6 pulgadas cuadradas y ½ pulgadas de grosor.
2. Un bloque más pequeño de arcilla modelada de color oscuro. (El color exacto no importará, siempre y cuando los colores contrasten bien.)
3. Un trozo de papel de aluminio lo suficientemente grande para su losa de arcilla. Las arcillas no secantes a base de aceite pueden manchar las mesas, la ropa o los papeles con residuos aceitosos en cuestión de horas si se dejan en su lugar.
4. Canicas y cuentas de varios tamaños.
5. Algunas bolas más grandes de superficie lisa como pelotas de beisbol, balones de goma dura, etc. Estas deben tener entre dos y seis pulgadas de diámetro.
6. Un trozo de cuerda de 12 pulgadas por grupo
7. Papel de construcción y rotuladores.

Construyendo el modelo de superficie lunar

1. Comience aplanando el bloque grande de arcilla en una capa uniforme en el molde para hornear. Cuando la capa es relativamente plana, voltee la sartén y golpee la capa de arcilla sobre una hoja de papel de construcción. Cuando se pone boca abajo y se deja caer sobre el papel de construcción, la superficie de la arcilla puede asentarse y probablemente no será perfectamente plana, no te preocupes, eso no afectará a nuestro modelo en absoluto.
2. Ahora toma la bola más grande que tengas y presiónala firmemente hacia abajo en la superficie, es posible que incluso quieras mecerla de un lado a otro solo un poco. Cuando te lo quitas, deberías tener una buena depresión, quizás con los bordes levantados un poco. Esto va a ser una maria — ¡pero aún no hemos terminado con eso!
3. Pasar al siguiente tamaño de bolas más pequeñas y hacer uno o dos cráteres más grandes. Asegúrate de presionarlos firmemente en la superficie para que sean lo suficientemente profundos. Puedes notar que estas depresiones incluso se superponen un poco, ¡no te preocupes, los cráteres tienden a hacer eso!
4. Ahora es el momento de llenar tu maria. Toma la arcilla de color oscuro y extiende una bola de 2 pulgadas, luego aplícala para que sea agradable y delgada. Asegúrate de que la pieza que tienes esté presionada lo suficientemente grande como para cubrir una de tus depresiones grandes hasta los bordes; si no tienes suficiente arcilla, ¡comienza de nuevo con una bola más grande!
5. Coloca este delgado trozo de arcilla oscura en la depresión y presiona en su lugar. Si va más allá de los bordes en algún momento, puedes recortar el extra con un cuchillo de plástico o alisarlo en la superficie: los flujos de lava de maria a veces desbordan su cráter y fluyen hacia la superficie lunar.
6. Ahora puedes comenzar con canicas y cuentas, presionando pequeños cráteres en la superficie como quieras. Haz muchos de ellos y no te preocupes por usarlos en orden, solo diles a los niños que se diviertan con esto. ¡Recuérdeles a los estudiantes que está perfectamente bien que los cráteres se superpongan! ¿Alguien nota que los cráteres nuevos a veces aniquilan a los más viejos? ¡No ignores la oscura superficie maria! ¡María tiene casi tantos cráteres cubriéndolos como el resto de la Luna!
7. Elige algunos cráteres dispersos para ser “nuevos” (¡no más de 100 millones de años!). Usa un lápiz para rayar ligeramente las 'marcas de salpicadura', líneas que salen directamente desde el borde del cráter como un rayo de sol. Estas líneas se llaman rayos y en realidad están hechas de material en polvo que salió del cráter cuando se hizo.

Explorando el modelo de superficie lunar

1. Haga que los alumnos usen una cadena para marcar líneas de latitud y longitud en el modelo; esto funciona mejor si los estudiantes trabajan en parejas. Haga que un alumno estire la cuerda horizontalmente a través del modelo mientras que el otro la presiona ligeramente en la superficie. Haga que estas líneas de latitud estén separadas a una pulgada en todo el modelo. Ahora haz una serie idéntica de líneas que corren verticalmente, de nuevo a una pulgada de distancia. Cuando termine, ¡deberías tener una cuadrícula de líneas de latitud y longitud en tu paisaje lunar!
2. Haga que los alumnos usen papel de construcción y marcadores para hacer un mapa del paisaje que han hecho. Comienza con una serie de líneas de latitud y longitud dibujadas a lápiz con una regla, luego usa las líneas en el paisaje lunar para trazar los cráteres y maria que has hecho en marcadores coloridos. Haga que los alumnos nombren los cráteres más grandes en sus mapas usando un tema. ¿Elegirán presidentes de Estados Unidos? ¿Bandas de rock? Personajes favoritos de dibujos animados? ¡Diviértete con esto!
3. El diámetro del cráter es un buen indicador aproximado de energía de impacto. En términos generales, cuando un cráter duplica su tamaño, la energía de impacto necesaria para crearlo es diez veces mayor. Si tienes cráteres de 1cm, 2cm y 4cm de tamaño; el cráter de 2cm requirió 10 veces la energía del cráter de 1cm, mientras que el cráter de 4cm necesitó 100 veces la energía del cráter más pequeño! Clasifica tus cráteres por tamaño y haz un gráfico de barras de la energía de impacto necesaria para crearlos.
4. El cráter que vemos suele ser diez veces más grande que el asteroide que lo creó. Elige la maria más grande de tu modelo y crea un asteroide modelo que sea lo suficientemente grande como para hacer tal impacto. Muestre este impactador gigante con su modelo.
5. Atenece las luces de la habitación, luego intenta usar una pequeña linterna para iluminar tu modelo. Brilla la luz desde un lado y toma una foto de tu modelo de arcilla de esta manera. ¿Se ven sombras llenando cráteres? ¿Hay largas sombras de montañas que llegan a través de la superficie? Compara tu modelo con una foto de la Luna tomada cerca del terminador (la línea que separa la luz de la oscuridad). Verás muchas similitudes entre tu foto de tu modelo y la Luna real — esta es una forma en que sabemos que nuestro modelo/ hipótesis es precisa, ¡porque la usamos para predecir lo que encontramos en la Naturaleza!

Preguntas de Discusión

1. ¡Hemos hecho otro modelo más de la Luna! ¿En qué se diferencia este modelo de los anteriores?
   • Respuesta Este modelo está diseñado para mostrar características de superficie en lugar de fases.
   • Respuesta Este modelo muestra solo una parte de la Luna de cerca en lugar de la cosa entera del espacio.
2. ¿Qué nos muestra este modelo sobre la Luna?
   • Respuesta La superficie de la Luna fue creada a lo largo de muchos millones de años. El proceso de los asteroides que impactaron la superficie (utilizamos bolas de varios tamaños prensadas en la arcilla para mostrar esto) creó la mayoría de las características de las superficies que podemos ver.
3. ¿En qué se diferencia María de otros cráteres en la Luna?
   • Respuesta Las maria son cráteres particularmente grandes que eran tan profundos que se llenaban de lava. Esta lava se endureció en piedra de color oscuro, razón por la cual hoy vemos marcas oscuras en la superficie lunar.

Materiales suplementarios

Profundizando

El mapeo es una tecnología importante, pero leer un mapa no es tan fácil como parece. Encuentra una foto de primer plano de la Luna en internet e imprímala. Ahora echemos un vistazo a un atlas lunar, encontrarás uno excelente en línea en www.fullmoonatlas.com. Encuentre el área que coincida con su fotografía y vea cuántas características puede reconocer y nombrar. Esto puede no ser tan fácil como parece, tu fotografía y el atlas pueden tener diferentes aumentos, y las fotos pueden tomarse desde diferentes ángulos o bajo diversas condiciones de iluminación.

Ser astrónomo

¿Es hora de otra mirada a la Luna? Claro, por qué no, ¡siempre es emocionante! Ya sea que estés mirando fotos de alta resolución de la NASA, o a través del ocular de un telescopio, puedes ver muchos detalles en la superficie lunar. Examine las áreas cercanas al terminador (la línea divisoria entre la luz y la oscuridad) para ver más detalles. ¿Puedes encontrar una región maria? Estas áreas son claramente más oscuras que las regiones montañosas circundantes de la Luna, y sus superficies lisas muestran cráteres posteriores con gran efecto.

¿Puedes ver una zona donde la lava ha salido de un cráter y se ha derramado por la superficie lunar? Si el telescopio o la foto son lo suficientemente buenos, a veces incluso se pueden ver olas y ondas en la superficie de maria, congeladas en su lugar a medida que la lava se solidificó hace miles de millones de años. Los cráteres pequeños en la superficie de la maria también son buenos candidatos para presumir de rayos. La mejor manera de encontrar estas características es mirar la superficie lunar con baja potencia (40-60x) e intentar detectar una 'marca de salpicadura' brillante. Amplíe una de estas características de 'splash' a 80-150x y verá un cráter rodeado de rayos de polvo y polvo lunar brillante que salió del cráter por la enorme energía del impacto del asteroide.

Otra cosa a buscar son las características superpuestas. ¿Se pueden ver cráteres encima de un flujo de lava? Que vino primero!? ¿Se pueden ver cráteres pequeños dentro de los más grandes? Esto requiere un buen ojo y algo de paciencia, pero se puede comenzar a ver una línea de tiempo de eventos, tallada en la superficie lunar por rocas gigantes, cayendo del espacio.

Ser científico

En astronomía, los científicos suelen trabajar a partir de evidencias fotográficas. Muy pocos científicos han viajado a la Luna, y ninguno ha ido a Marte, sin embargo aprendemos cosas nuevas todos los días de científicos que estudian evidencias fotográficas reunidas por naves espaciales distantes.

Esta vez, utilizaremos una fotografía de alta resolución de la Luna —o una parte de su superficie. Tus alumnos construirán una línea de tiempo a partir de evidencia fotográfica. Piensa en un gran número de huellas en la nieve afuera de una tienda ocupada; ¿qué huellas fueron las primeras? ¿Cuáles fueron colocados después?

Podemos determinar nuestra línea de tiempo para cráteres (¡o huellas!) buscando cosas que se superpongan. Si un cráter se superpone a otro, debe ser más nuevo. Haga que sus alumnos comiencen por mirar primero los cráteres más grandes. Los que más se superponen deben ser mayores. Esos cráteres que no tienen nada que superponerlos deben ser más nuevos.

El brillo también es una indicación de novedad. Los cráteres que son brillantes y prominentes son generalmente muy nuevos, ¡menos de 100 millones de años! Los cráteres que son opacos y no muestran evidencia de interiores brillantes o rayos rayados brillantes a su alrededor deben ser más antiguos.

La erosión es otra línea de evidencia. ¿El borde del cráter está fresco y muestra un círculo completo? Este cráter completo debe ser relativamente nuevo. Algunos cráteres muestran llantas más delgadas y más desgastadas, a veces incluso están incompletas. Estas características indican cráteres muy antiguos, a menudo de más de 2 mil millones de años.

Haga que sus alumnos hagan una línea de tiempo, mostrando cráteres mayores desde los más pequeños hasta los más antiguos. ¡Que presenten sus hallazgos a la clase y cite las evidencias que sustentan sus ideas!

Seguimiento

¡La geología es mucho más que una ciencia que nombra diferentes tipos de rocas! La geología es una ciencia dinámica, pero generalmente actúa sobre enormes escalas de tiempo y amplias regiones geográficas. Una ventaja de mirar a la Luna desde tan lejos es que podemos ver toda la superficie en una sola vista y hacer zoom hacia abajo en características que nos interesan sin perdernos en detalles irrelevantes.

A la superficie lunar le faltan muchas cosas que extrañaríamos si estuviéramos ahí, como el aire, el agua, el clima, las plantas y los océanos, sólo por nombrar algunas. La Luna incluso carece de una geología activa, no hay volcanes activos ni terremotos en la Luna. Algunas personas podrían pensar que no se perderían los sismos, pero los terremotos y los volcanes son parte de una geología activa que recicla minerales y materiales que ayudan a que la vida en la Tierra sea fértil y abundante.

Aun así, son las mismas cosas que podríamos echar de menos las que hacen de la Luna un excelente lugar para estudiar geología. Sin aire, agua, clima o geología activa, el servicio lunar no cambia mucho en ningún tipo de escala de tiempo humana. Incluso los rasgos más casuales de la Luna como un cráter del tamaño de una pelota de béisbol, o las huellas de un astronauta, durarán millones de años. Sin viento para borrar esas huellas, ni agua para lavarlas o llenarlas de limo, y ni siquiera un terremoto para provocar un deslizamiento de tierra para cubrirlas — ¿qué queda? La única meteorización activa que ocurre en la superficie lunar es la lluvia constante de polvo y rocas del espacio exterior.

Se necesitaría una roca del tamaño de un huevo para destruir la huella de un astronauta, cientos de esas rocas golpean la Luna todos los días, pero la superficie de la Luna es realmente bastante grande en comparación con una sola huella. Si quieres ver hasta una parte de esa huella borrada, ¡probablemente vas a tener que esperar mucho tiempo! Pero el día que finalmente suceda, un futuro geólogo podrá decir con certeza que la huella ocurrió primero. ¡La geología nos da líneas de tiempo en piedra!