PARTNeR: radioastronomía desde el aula

Juan Ángel Vaquerizo, Centro de Astrobiología (CSIC-INTA)

PARTNeR es un proyecto educativo que pone a disposición de los estudiantes un radiotelescopio de 34 metros de diámetro para la realización de observaciones radioastronómicas remotas vía Internet.

Los estudiantes se sumergen así en el mundo de la investigación científica real participando en proyectos como el seguimiento de sistemas binarios de rayos X (microcuásares), el estudio de la variabilidad en la emisión en radiofrecuencia de cuásares, el estudio de la estructura de la magnetosfera de Júpiter o la realización de mapas de radiofuentes extensas en nuestra Galaxia.

Este proyecto representa una gran oportunidad para despertar vocaciones científicas, utilizando para ello un instrumento científico de primer orden con el objetivo de estudiar algunos de los objetos celestes más enigmáticos del Universo.

ORÍGENES

PARTNeR es el acrónimo de Proyecto Académico con el Radio Telescopio de NASA en Robledo. Su objetivo principal es acercar la ciencia a los estudiantes y cuenta para ello con un instrumento científico excepcional: una antena parabólica de 34 metros de diámetro ubicada en el Madrid Deep Space Communications Complex (MDSCC) en Robledo de Chavela (Madrid), una de las tres estaciones de seguimiento de satélites de la NASA que componen su Red de Espacio Profundo (DSN, Deep Space Network, en inglés) a lo largo del mundo: CDSCC (Canberra, Australia), GDSCC (Goldstone, EE.UU.) y MDSCC.

Todo comenzó en 2001 cuando una de las seis antenas del MDSCC, la denominada DSS-61 (de Deep Space Station, Estación de Espacio Profundo), dejó de usarse para el seguimiento de misiones espaciales. En lugar de ser desmantelada, la NASA y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) firmaron un acuerdo para que fuera utilizada con fines educativos. A principios de 2004 finalizó la conversión de la antena en un radiotelescopio con acceso y control remotos, dando así comienzo, en el curso escolar 2003-04, a la fase operacional de PARTNeR. Asimismo, la Comunidad Autónoma de Madrid a través de la Dirección General de Universidades e Investigación (DGUI), el Ministerio de Educación y Ciencia y la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) han colaborado a lo largo de estos años en la financiación del proyecto.

El Centro de Astrobiología (CAB) de INTA-CSIC gestiona actualmente el uso de la antena y asesora a los usuarios sobre los aspectos científicos, técnicos o didácticos relacionados con el proyecto.

LAS OBSERVACIONES RADIOASTRONÓMICAS

Los estudiantes desde 3º de ESO hasta la Universidad pueden realizar, en horario lectivo, observaciones radioastronómicas de manera remota con el radiotelescopio de PARTNeR. Así, desde sus centros escolares y mediante una conexión a Internet, operan el radiotelescopio como si de radioastrónomos se tratara, participando en alguno de nuestros proyectos científicos: el seguimiento de estallidos en sistemas binarios de rayos X (conocidos como microcuásares), el estudio de la variabilidad en la emisión procedente de cuásares, el estudio de la emisión procedente de la magnetosfera de Júpiter y la realización de radio mapas de fuentes del plano de nuestra Galaxia.

El acceso remoto a la antena para realizar las observaciones es muy sencillo. Los estudiantes se conectan a través de Internet desde su centro escolar con el Centro de Control de PARTNeR que, por un lado, les cede el control de la antena para que sean ellos quienes la operen; y, por otro, pone a su disposición un astrónomo de soporte que guía y ayuda ante las cuestiones técnicas o científicas que surgen durante la observación.

PARTNeR pone a disposición de los estudiantes el mismo tipo de antena que utilizan los radioastrónomos profesionales, lo que contribuye de forma notable a que conozcan de primera mano los fundamentos de una investigación radioastronómica, con el propósito de despertar vocaciones científicas y actitudes positivas hacia la ciencia.

FORMACIÓN DEL PROFESORADO

La radioastronomía es una ciencia relativamente reciente (surge en la década de los años 30 del siglo XX) que no aparece tratada en el currículo escolar actual, y la astronomía, a pesar de ser una de las primeras ciencias en ser desarrolladas por el ser humano, tiene desgraciadamente un tratamiento mínimo, cuando no inexistente. Por todo ello resulta imprescindible proporcionar a los profesores los recursos didácticos necesarios para implementar PARTNeR en el aula. Así, antes de que los estudiantes lleven a cabo las observaciones, los profesores realizan un curso de formación que se imparte al inicio del año académico y que consta de dos partes:

• A distancia, que consiste en el estudio online de los cursos Fundamentos Físicos de Radioastronomía y Curso de Iniciación a la Radioastronomía, disponibles en la Web de PARTNeR. En esta parte se adquieren conocimientos básicos sobre la radioastronomía y sobre el funcionamiento de un radiotelescopio.
• Presencial de dos días, uno de ellos en MDSCC y el otro en el CAB, donde se refuerzan los conocimientos tratados en la parte a distancia, se presenta la propuesta didáctica para implementar PARTNeR en el aula y, sobre todo, se aprende el manejo de la antena y cómo organizar y realizar las observaciones. Una vez realizado el curso de formación, el profesorado puede solicitar tiempo para realizar observaciones con los estudiantes.

IMPLEMENTACIÓN EN EL AULA

PARTNeR se integra dentro de las denominadas materias científicas, aunque se adapta mejor a las materias Física, Química y Tecnología. Como principales características a la hora de implementar el proyecto en el aula, cabe señalar que:

• Favorece la transversalidad, ya que sus contenidos se distribuyen con relativa facilidad en diversas materias, preferentemente científicas aunque también no científicas, lo que permite una gran flexibilidad tanto en el desarrollo como en la temporalización de los contenidos.
• Promueve la alfabetización científica, ya que la astronomía, la astrofísica y la radioastronomía son disciplinas que resultan muy atractivas para los estudiantes.

Para que las observaciones constituyan una verdadera experiencia de aprendizaje y no una simple experiencia lúdica, los profesores deben disponer de los recursos didácticos necesarios que favorezcan que la observación sea una actividad más, integrada dentro del proceso de enseñanza-aprendizaje. Así, la implementación desde este punto de vista multidisciplinar permitirá la integración natural de los contenidos, ya sea de modo simultáneo en varias materias, ya sea dentro de cada materia a lo largo del curso.

MATERIAL DIDÁCTICO DE APOYO

El planteamiento didáctico se basa en el modelo constructivista de enseñanza y aprendizaje de las ciencias y se desarrolla a través de programas-guía: conjunto de actividades encuadradas en un tema específico y secuenciadas de manera que el profesor decide, en función de las necesidades cognitivas, actitudinales o procedimentales de los estudiantes cuáles realizar, cómo secuenciarlas y su temporalización. El uso de programas-guía favorece la construcción del conocimiento por parte de los estudiantes y les familiariza con la metodología del trabajo científico.

Los contenidos desarrollados para implementar en el aula se han articulado a través de tres programas-guía denominados El espectro electromagnético, Radioastronomía y Radiotelescopios, que constituyen una secuencia para el aula. El objetivo final es preparar a los estudiantes para que organicen, planifiquen y realicen las observaciones con aprovechamiento. Todo el material está disponible en la Web del proyecto.

OTRAS ACTIVIDADES

PARTNeR comenzó con el uso didáctico del radiotelescopio, pero paulatinamente ha ido diversificando sus actividades con el propósito de acercar la astronomía en general y la radioastronomía en particular a los niveles educativos para los que no son adecuadas, en principio, las observaciones radioastronómicas remotas. Estas actividades son:

• Realización de talleres de astronomía diseñados para estudiantes de Educación Primaria, ESO y Bachillerato en el Centro de Entrenamiento y Visitantes, situado junto al MDSCC.
• Realización de Proyectos Fin de Carrera de Ingenierías.
• Edición trimestral de PARTNeRama, una revista de divulgación científica dirigida principalmente a los usuarios del proyecto. En esta publicación se muestran las actividades desarrolladas, los materiales didácticos de apoyo, algunos trabajos realizados por profesores y estudiantes participantes, y también artículos divulgativos escritos por astrofísicos donde los conceptos astrofísicos y radioastronómicos son tratados de manera amena y accesible.

ALGUNOS DATOS DE PARTICIPACIÓN

Desde el curso 2003/04, un total de 85 Centros de Educación Secundaria, 7 Universidades y 6 Agrupaciones astronómicas de toda España participan o han participado en el proyecto. En total, 103 profesores de ESO y Bachillerato han realizado el curso de formación y se han realizado 105 observaciones, con una participación global de unos 2500 estudiantes.

Las actividades en el Centro de Entrenamiento y Visitantes comenzaron durante el curso escolar 2007/08, con una media, por curso, de 100 días de actividades y 3500 estudiantes asistentes.

JÚPITER. PROYECTO 24

Para celebrar el 4º Centenario de la primera observación de Júpiter que hizo Galileo con su telescopio y para contribuir a la celebración del Año Internacional de la Astronomía 2009 (AIA 2009), el pasado 21 de noviembre participamos con éxito en el denominado Júpiter: Proyecto 24.

Esta actividad consistió en la observación de Júpiter durante 24 horas seguidas en longitudes de onda de radio, utilizando para ello un total de seis radiotelescopios de la Red de Espacio Profundo de la NASA.

Fue la primera observación de Júpiter llevada a cabo de manera ininterrumpida con radiotelescopios en una frecuencia de observación fija. También este proyecto sirvió para poner de manifiesto la cooperación internacional existente entre la exploración espacial y la radioastronomía, una colaboración que se viene produciendo desde hace más de 50 años entre Estados Unidos, Australia y España.

La radiación en longitudes de onda de radiofrecuencia que recibimos de Júpiter proviene de la emisión térmica del planeta más la emisión no térmica de electrones de alta energía atrapados en la magnetosfera del gigante gaseoso.

Debido a una diferencia en la alineación de los ejes de rotación y magnético de Júpiter, la intensidad no térmica varía con la rotación del planeta y es más evidente para valores de frecuencias entre 1 y 5 GHz. El período de rotación tiene un valor cercano a 10 horas por lo que la observación ininterrumpida durante 24 horas permitiría obtener datos correspondientes a casi dos rotaciones y media, y confirmar las observaciones previas realizadas que mostraban dicha variabilidad, tal y como podemos apreciar en la figura.

El objetivo del proyecto, además, era la búsqueda de variabilidad no térmica originada por otras causas no relacionadas con el campo magnético Joviano, como pueden ser variaciones en la actividad solar o los posibles cambios inducidos en el planeta por el gran impacto observado por un astrónomo amateur cerca de Canberra en julio de 2009.

A principios de abril, concretamente el pasado día 8, tuvo lugar la segunda edición del Proyecto Júpiter 24. En esta ocasión, estudiantes de Enseñanza Secundaria Obligatoria españoles y estadounidenses colaboraron con radioastrónomos de la NASA en el estudio de Júpiter.

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En esta segunda edición del proyecto se realizó una nueva observación de Júpiter durante 24 horas seguidas con tres radiotelescopios: una de las antenas de la Red de Espacio Profundo (Deep Space Network, DSN) de NASA situada en Canberra (Australia), el radiotelescopio del proyecto educativo PARTNeR, en España y el radiotelescopio del proyecto educativo GAVRT, en Estados Unidos. Los radiotelescopios de los proyectos educativos fueron operados remotamente por estudiantes, vía Internet. Los estudiantes españoles que guiaron el radiotelescopio de PARTNeR durante su periodo de observación pertenecían a 4º curso de ESO del IES Federica Montseny de Fuenlabrada (Madrid), y la conexión con el centro de control de PARTNeR la realizaron desde el Aula de Astronomía de Fuenlabrada (Madrid).

[1]Thomas D. Carr y Samuel Gulkis (1969) The magnetosphere of Jupiter. Annual Review of Astronomy and Astrophysics 7, pp. 577-618.