תלמידי תיכון מנטרים אסטרואידים מהכיתה

הדפסה דוא
מחקר אסטרונומי של תלמידי תיכון באמצעות 1 טלסקופ רובוטי הנשלט מרחוק
ניטור גופים קטנים במערכת השמש על-ידי תלמידים | עידו, מצפה הכוכבים ברקת במכבים


 

במאמר זה מוצג מחקר הבדק כיצד יכולים תלמידי תיכון בישראל (כיתות י', י"א) המוגדרים כתלמידים 'מחוננים', לבצע עבודות חקר מרחוק, באמצעות רשת האינטרנט, בנושאי אסטרונומיה ומדעי כדור הארץ באמצעות 1 טלסקופ האינטרנט של מצפה הכוכבים ברקת וטלסקופים רובוטיים נוספים המהווים רשת עולמית של טלסקופים.

 

 

מבוא

אלו מאתנו שהסתכלו בשמי הליל מן המדבר בטיול הצופים, עם בן הזוג על שפת הים או לחליפין בעת נדידת המחשבות לעבר הרקיע- נגלה מחזה מרהיב -- שמים זרועי כוכבים, אותם הכוכבים בהם צפו בני ישראל ביציאת מצרים, אברהם אבינו בברית בין הבתרים ואיינשטיין בחישוביו. כוכבים מנצנצים בעלי עוצמות אור שונות וצבעים שונים. 

מדע האסטרונומיה מהווה כר פורה ומרתק ללימוד המדעים בקרב תלמידים רבים, בכל הגילאים. דרך האסטרונומיה התלמידים לומדים על אודות אספקטים רבים במדעי הטבע ועל היקום הסובב אותנו. מדע האסטרונומיה, כתחום המתפתח באופן מתמיד, בעידן בו הטכנולוגיה מאפשרת עדכון ישיר ורציף בנושאים רבים, מאפשר לטפח את סקרנותם של התלמידים לחקור את הסביבה הרחוקה. ונראה כי זו רק הולכת וגדלה עם חלוף הזמן.

כיום, לתלמידי התיכון בישראל, אין אפשרות ללמוד אסטרונומיה (אסטרופיסיקה) כהתמחות בתור חלק מהתוכנית הקיימת במקצועות הבגרות, אלא במסגרת של עבודת חקר. באופן זה יכול תלמיד להגיש עבודת חקר במקום בחינת בגרות (בהתאם לחוזה מפמ"ר). בתקופה המודרנית רוב המחקר האסטרונומי אינו מתבצע בצפייה וויזואלית דרך טלסקופ, אלא באמצעות מצלמות דיגיטאליות (CCD) משוכללות ורגישות. ויתרה מכך – בעידן האינטרנט כבר אין צורך לחוקר להיות פיזית ליד הטלסקופ, או אפילו לדעת את רזי הכיוון של המכשירים העדינים, שכן רוב התהליכים במצפי כוכבים המודרניים ביותר בעולם מתבצעים כיום באופן אוטומאטי.

אחד הכלים המתוחכמים מסוגם המאפשרים תצפית בטלסקופ מרחוק מכונה בשם "טלסקופ האינטרנט הישראלי", פרי פיתוח של מצפה הכוכבים ברקת במכבים (www.bareket-astro.com  ). התוכנית מאפשרת לימוד מעשי של צפונות היקום באמצעות טלסקופים וציוד עזר נלווה מהמשוכללים ביותר מסוגם. בעבר – שליטה מרחוק על טלסקופים מקצועיים הייתה נחלתם של האסטרונומים המקצועיים בלבד, במוסדות ייעודים, מרוחקים ומתוחמים. עולם האינטרנט שינה את כל זאת ופתח אפיקים לעולמות אשר היו דמיוניים עד לפני שנים ספורות בלבד. השליטה בפועל בטלסקופ האינטרנט הנה פשוטה ביותר, כה פשוטה עד כי לפעמים שוכחים אנו עד כמה מורכבת, עדינה ומסובכת המערכת הטלסקופית במצפה עצמו.

במחקר השתתפו 8 תלמידים מ-4 בתי ספר : רבין, גלילי, כצנלסון והדמוקרטי בכפר סבא. הקבוצה הורכבה מ-6 תלמידים ו-2 תלמידות. כל התלמידים היו שותפים מלאים לפרויקט, שארך רובו ככולו פרק זמן של כ- 8 חודשים (החל משלב התיאוריה ועד לשלב החקר בפועל). מתוך הקבוצה 3 תלמידים בחרו להמשיך ולערוך עבודת חקר באסטרופיסיקה לבגרות בשנה שלאחר מכן. שאר התלמידים חששו מכך שהעבודה תכביד עליהם, שכן הם כבר בחרו לפחות 3 מקצועות מדעיים בהיקף של 5 יח"ל. בתום הפרויקט אחד מהתלמידים בחר להתחיל ללמוד פיסיקה ומתמטיקה לתואר ראשון, באוניברסיטת בר אילן. יש לציין כי התלמידים הגיעו לפרויקט על חשבון שיעור קיים בבית הספר, כאשר חובת ההשלמה הייתה עליהם. מחויבות התלמידים לאורך הפרויקט כולו מראה כי מדע האסטרונומיה הינו נושא מרתק כאשר נלמד באופן המגרה את סקרנותם של הלומדים. התלמידים ביצעו את עבודת החקר כולה ללא שנגעו בטלסקופ ולו פעם אחת!
נראה שעובדה זו לא יצרה אצלם כל קושי בהבנת דרכי השליטה בטלסקופ או בתפעולו במהלך ליל התצפית. לעבודת המחקר שערכו התלמידים תקיפות מדעית מלאה, המדידות שערכו נכנסו למאגרי נתונים מדעיים רשמיים (פירוט בהמשך המאמר).
 

internet remote robotic telescope

תמונה: טלסקופ האינטרנט הנשלט מרחוק, מדגם אסטרוגרף "15 במצפה הכוכבים ברקת 




רקע

בעידן האינטרנט - למידה מרחוק עדיין נותרה נחלתם של בתי ספר ותלמידים מעטים, נכון לרגע כתיבת המאמר. בחקר מרחוק התלמידים יכולים לחקור תחום אשר היה עד כה זר להם, תוך כדי התוודעות אליו ברבדים העמוקים ביותר ולמידה של קריטריונים ועקרונות מדעיים כחלק אינטגראלי מהלמידה בכיתה. תהליך הלמידה משמעותי ויצירתי יותר כאשר התלמידים הינם שותפים פעילים למהלך השיעור ועסוקים בחקר של נושאים אותם הם מוצאים כרלוונטיים לסביבתם. 
התלמידים גם נהנים מהשיעורים, שכן חשוב להם להוות חלק פעיל ממהלך השיעור והלימודים. באופן זה השיעור הינו בעל משמעות רבה יותר מבחינתם כשהם אלה שקובעים את תכנם, גם אם באופן חלקי. סביבת לימודים פתוחה, המעניקה חופש בחירה לתלמידים בהכנת חומרי למידה מעודדת ומקדמת יצירתיות וככל שהתלמידים נחשפים זמן רב יותר לסביבת לימודים פתוחה – היצירתיות שלהם גדלה, ובאה לידי ביטוי בהכנת חומרי למידה וחקר לא שיגרתים.
לטענתו של כותב המאמר - למידת תכנים אמיתית יכולה להתרחש רק כשהיא מתבצעת כחלק מתהליך חקר עצמאי של התלמיד, כשהמורה קושר בין תכני ההוראה למציאות, ויודע להתאימם לאישיותו של התלמיד ולתוואי עבודת החקר ותוכנית הלימודים שנקבעו מראש. אחד מעקרונות היסוד של הפרויקט היה לתת לתלמידים הוראות למידה המבוססות על חקירת בעיות שהתלמידים עצמם הגדירו כחשובות, לאחר ששאלו את  שאלות החקר. התלמידים יצרו צוותים שהונחו באופן מבוקר ומתואם, ובמקום להתבסס על מידע המוגדר מראש (כגון ספר לימוד, מאגר נתונים או דפי תרגול) הם עסקו בחקירה הלכה למעשה, באמצעות "שאיבת מידע" מהחלל בזמן אמת לכיתה על-ידי טלסקופ האינטרנט, תוך דגש על פיתוח מיומנויות חקר כמו הגדרת בעיה, איסוף נתונים, מיון וניתוח, פיתוח השקפת עולם ועוד. התלמידים הם אלו ש'יצרו' את המידע אותו גם חקרו לאחר מכן. התכנית אף שמה דגש על תכנון נכון של זמן, תקשורת בין אישית בעבודת צוות, וכתיבה נכונה של תוצאות המחקר בידי התלמיד.

כאשר התלמידים שקועים בעבודת חקר הקרובה לליבם הם מסוגלים לעבד מידע מדעי ברמה גבוהה במיוחד, העבודה שהתלמידים עושים לא הופכת רק לסיכום בכתב שרק המורה קורא, אלא גם נכנסת למאגרי מידע אסטרונומיים בינלאומיים. כך שעבודת התלמידים תורמת למדע הלכה למעשה.

 

עבודת החקר של התלמידים

כחלק מעבודת החקר של התלמידים הללו נדרשו ללמוד כיצד להפעיל את הטלסקופ האינטרנטי וליצור סקריפט (תרשים פקודות) איתו הטלסקופ יבצע פעולות באופן אוטומאטי. בנוסף התלמידים למדו על הדרכים לאיסוף המידע האסטרונומי, דרכי עיבוד המידע, ניתוח המידע המתקבל, הסקת מסקנות וכן כיצד לכתוב דו"ח המסכם את ממצאיהם בהתאם לסטנדרטים מדעיים בינלאומיים. זה נשלח 'למרכז הבינלאומי לפלנטות קטנות' המכונה בשם (MPC (Minor planet center פרויקט האסטרואידים מיועד לתלמידי תיכון מצטיינים ומועבר גם במספר קולג'ים בארה"ב .בפרויקט משתתפים תלמידים מכל רחבי תבל, כדוגמת ארצות הברית, סין, פולין, גרמניה, יפן וכמובן ישראל.

כחלק מהפרויקט מנטרים התלמידים אסטרואידים (גופים 'סלעיים' קטנים במערכת השמש) באמצעות ניתוח 1 תמונות CCD אסטרונומיות, שצולמו על ידי טלסקופים בעולם ובטלסקופ האינטרנט הישראלי של מצפה הכוכבים במכבים. התלמידים חוקרים את מאפייני האסטרואידים השונים באמצעות תוכנות מחשב מתוחכמות, באמצעותן הם מעבדים את הנתונים ובודקים מדדים שונים כגון בהירות - פוטומטריה, עורכים מדידות של תנועתם השמימית - אסטרומטריה ועוד.

הנתונים הנאספים נשלחים לגוף הבין לאומי לפלנטות ננסיות (MPC) ועוזרים במדידות רשמיות של הגופים בחלל. על סמך מידע זה האסטרונומים יוכלו לחשב את תנועת האסטרואיד ולהעריך בין היתר את סיכוי פגיעת האסטרואיד בכדור הארץ. הפרויקט המרתק מהווה חלק מקורס האסטרונומיה לתלמידי התיכון המחוננים בכפר סבא, הפועל בחסות מחלקת החינוך בעירייה ובהנהלת הגברת תמי ליבנה.

במטרה לתמוך בפרויקטים מדעיים החל מהכיתות הקטנות ועד עבודות חקר בתיכון – הוקם אתר אינטרנט מיוחד, המשמש כמרכז ידע עשיר ופתוח לכל בנושאי האסטרונומיה וחקר החלל. שם הפרויקט "אסטרו-נט" (אסטרונומיה-נט), כתובת אתר הפרויקט : http://www.bareket-astro.com/astronet

מידע נוסף על אודות המטרות הפדגוגיות של האתר :

http://www.bareket-astro.com/astro-edu-astronomical-educational-net-astronet/astronet-astronomical-educational-network.html 

students_search_for_asteroids תמונה: תלמידי תיכון חוקרים אסטרואידים בכיתה.


הוראת המדעים באמצעות טלסקופים רובוטיים

בנוסף לפרויקט עם התלמידים נערכה גם סדרת הרצאות למספר רב של מורים ופרחי הוראה, במסגרות של השתלמויות מורים בישראל. הרוב הגורף של המשתתפים היו מורי המדעים ביסודי ובחטיבות הביניים.

תכני ההרצאות עסקו באסטרונומיה בסיסית (קורסי מבוא באסטרונומיה), כאשר נבחרה קבוצת מורים מנוסים, אשר עברו יום מרוכז בו למדו כיצד ניתן לשלוט בטלסקופ מרחוק, דרך רשת האינטרנט. לאחר ההדרכה הבסיסית הצליחו המורים לצלם אובייקטים אסטרונומיים כגון גלקסיות, ערפיליות ואפילו אסטרואידים. כל זאת ללא ידע ישיר בתפעול הטלסקופ, אלא רק במתן הוראות הצילום לטלסקופ. ראשית המורים למדו כיצד ניתן להשתמש במאגרי מידע מקוונים בכדי לדעת אילו אובייקטים הינם רלוונטיים לצילום (באמצעות הטלסקופ הווירטואלי באתר האינטרנט של מצפה הכוכבים ברקת), לאחר מכן קבעו את זמן החשיפה, פילטר רצוי ומועד הצילום האופטימאלי. המורים הביעו עניין רב בשליטה על הטלסקופ מרחוק עם תלמידיהם, ונדהמו מאיכות התמונות הגבוהה כתוצאה מזמני צילום קצרים יחסית.

בנוסף לעיל משתמשים בטלסקופ האינטרנט הישראלי של מצפה הכוכבים ברקת מורים מכל רחבי תבל. לדוגמא – בין רצף הצילומים של תלמידי התיכון נכנס גם מורה תיכון מנורווגיה עם תלמידיו לטלסקופ האינטרנט וערך עם כיתתו פרויקט העוסק בספקטרוסקופיה (ניתוח הספקטרה של הכוכבים) של גופים אסטרונומיים. כחלק מהפרויקט המורה השתמש עם כיתתו בטלסקופ האינטרנט בכדי לצלם עצמים כגון ערפיליות פלנטאריות, הירחים הגלליאניים של כוכב הלכת צדק ואפילו 1 קוואזר רחוק, במטרה למדוד בין השאר את הרכב האובייקטים הנצפים, ההסחה לאדום ומהירות התפשטות היקום. ממצאים אלו מראים שלכלים המאפשרים חקר מרחוק, כדוגמת טלסקופ האינטרנט פוטנציאל אדיר בקרב מורים ותלמידים כאחד.

teacher_astronomy_workshopתמונה : הרצאה למורים במסגרת השתלמות בנושא אסטרונומיה 



תפעול טלסקופים מרחוק – ועבודה אסטרונומית מדעית

כיום (2011) קיימים שני סוגים עיקריים של שליטה על טלסקופים מרחוק. הראשון הינו "מבוסס מאגר נתונים" (queue based systems), מאפשר לתלמידים לשלוח למפעילי הטלסקופ דואר אלקטרוני בצורת טופס מקוון, בו נמצאת הבקשה לצילום. לאחר מכן מפעיל הטלסקופ קורא את הטופס ומצלם בעצמו את המטרות המבוקשות. לשיטה זו מספר חסרונות בולטים, העיקרי שבהם הוא שלמורה/תלמיד אין שליטה ישירה בטלסקופ וכן המידע לא מוצג לתלמיד בזמן אמת (ADAM BLYTHE SMITH, et all 2009). כך שלאחר שליחת הטופס קשה יהיה לשנות את תוכן התצפית בהתאם לאובייקט חדש שהתגלה לדוגמא או עקב עניין במטרה שהתבהרה לפתע. בנוסף קיים הפרש זמן בין צילום האובייקט לקבלת המידע ועיבודו. בפועל עבודה בקונפיגורציה זו דומה מאוד לעבודה עם מאגרי נתונים קיימים, וחסרה בו הדינמיות והגמישות הנדרשת לפרויקטים מסוימים.

הסוג השני של שליטה בטלסקופים מרחוק מאפשר למורה/תלמיד שליטה ישירה ובזמן אמת על הטלסקופ. באופן זה מבצע הפעולות הישיר הינו התלמיד, עליו להבין מהם התהליכים הבסיסיים הקשורים לאיכון טלסקופ ולבחור את מטרות הצפייה שלו באופן מושכל, באופן שיטיב עם עבודת החקר והתנאים האסטרונומיים הקיימים. התלמיד רואה את התמונה על גבי מסך המחשב שלו (ואפילו על מסך הטלפון הנייד!) בזמן אמת, ולאחר מכן בידיו לשנות ולהוסיף נתונים במידת הצורך. באופן זה קבוצת תלמידים יכולה לשבת גם בנפרד, כל אחד בביתו או בכיתתו ולערוך חקר משותף תוך כדי שכל הקבוצה רואה את האובייקט המצולם באותו הזמן ויכולה לשתף את שאר חברי הקבוצה במסקנותיה.

באחד הפרויקטים שנערכו במצפה ברקת השתתפו שתי כיתות תיכון המרוחקות מרחק פיזי רב אחת מהשנייה (שיקגו-ארה"ב וירושלים-ישראל) אשר שלטו במקביל בטלסקופ האינטרנט וערכו עבודות משותפות. התלמידים ראו אחד את השני באמצעות שידור ווידיאו ששודר על גבי מסך גדול ושוחחו ביניהם. זו דוגמא נהדרת לשיתוף פעולה באסטרונומיה שהינו חובק עולם.באופן זה פועל טלסקופ האינטרנט הישראלי של מצפה הכוכבים ברקת במכבים, עוד משנת 2006 מפעיל המצפה את תוכנית טלסקופ האינטרנט הישראלי, והיה בין הראשונים בעולם שהשתמשו בכלי זה גם לעבודות מחקר עם תלמידים בבתי הספר. השליטה בטלסקופ מתבצעת ללא תוכנות מיוחדות ובקלות, ניתן להצביע על האובייקט המבוקש ( 1 כוכב, 1 גלקסיה, 1 ערפילית, צביר כוכבים, 1 כוכב לכת וכו') במפת כוכבים באמצעות העכבר או לכתוב את הפקודות לטלסקופ עפ"י קואורדינאטות רצויות או שם האובייקט. הטלסקופ - אשר נמצא על גבי חצובה רובוטית מתכוונן לעבר האובייקט ומצלם אותו.

טלסקופ האינטרנט של ברקת משמש גם חוקרים וגופים מקצועיים מכל רחבי העולם. כך לדוגמא השתמש צוות של טלסקופ החלל האבל (HST) בראשות החוקרת ד"ר פאולה סזקובי בטלסקופ האינטרנט בכדי לקבל "אור ירוק" לכיוון טלסקופ החלל בשנת 2007,  וכן שידר 2 שידורים ישירים לאתר נאס"א (NASA) בשנת 2011 של גרמי השמיים העמוקים, כל שידור ארך כשעה וחצי. השידורים זמינים לצפייה באתר מצפה הכוכבים כסרטי ארכיון.  

באתר מצפה הכוכבים סרטי הדרכה בנושא תפעול טלסקופ האינטרנט ועיבוד תמונות ה CCD, וכן פרויקטי חקר מגוונים הניתנים להורדה ושימוש בכיתה לכל המעוניין, כגון מדידת אורך הסילון בגלקסיה M87 , מדידת קוטר הירח ועוד.

 



עבודת החקר של התלמידים

בעבודת המחקר שערכו התלמידים בפרויקט זה, הם עקבו אחר גופים קטנים במערכת השמש וגופים קרובי ארץ (NEO) וניטרו תנועת אסטרואידים בחלל. זאת נעשה תוך כדי מדידה ישירה וחישוב של תנועת הגופים בתמונות שצולמו עוד באותו הערב על ידי הטלסקופים, באמצעות תוכנות מחשב מתוחכמות איתן עיבדו התלמידים את המידע. לדגימה טרייה ועיבוד מהיר חשיבות עליונה לפרויקט, מאחר ומדובר בגופים בעלי מהירות תנועה גדולה שחלקם עדיין לא מופו. עיבוד המידע מהטלסקופ בהפרש זמן הגדול מיממה אחת יכול להוות את ההבדל בין "הצלחה" ל"פספוס".

בכדי למצוא אסטרואידים חיוורים, במגניטודה 18.5+ ומעלה יש צורך בשיטות מתקדמות, שכן התוכנות הקיימות מתקשות לזהות אסטרואידים אלו באופן אוטומאטי לחלוטין (טווח הטעות בזיהוי גדול יחסית). רוב האסטרואידים בטווח המגניטודה 19+ כבר התגלו, בפרויקט נמדדו אסטרואידים בבהירות של 19+ עד 22.5+ החיוורים כמעט פי 3.5 מליון יותר מהכוכבים החיוורים ביותר בהם ניתן להבחין בעין בלתי מצוידת!   לשם כך התלמידים למדו כיצד להשתמש בשיטות עיבוד נתונים מתקדמות כדוגמת שיטת “Stack and Track”.

asteroid_seach_in_school_sתמונה : מראהו של לוח "רגיל" בפרויקט החקר

עקיבה אחר תנועת האסטרואיד גורמת לו להישאר באותה הנקודה בצילום, כך האסטרואיד כביכול נשאר במקום, והכוכבים נעים ביחס אליו. באמצעות חיבור התמונות לאחר העקיבה – האסטרואיד מופיע באופן *ברור יותר בתמונה הסופית.     *ברור יותר : בעל יחס אות-לרעש (SNR) גבוה יותר.

התלמידים למדו כיצד ניתן להבחין בצילום בין 1 אסטרואיד וגרמי שמיים אחרים, כיצד ניתן להעריך את דיוק המדידה ואת טווח הסטייה וכן מתי לא ניתן לבצע מדידה עקב טווח סטייה הגדול מהנדרש. כל סדרת מדידות החלה בעדכון מאגר הנתונים הקיים של מסלולי כוכבי הלכת הננסיים במערכת השמש שלנו באמצעות Minor Planet Center orbitals database (MPCOrb), ואיפוס לוח הכוכבים (star-plate) באופן אבסולוטי ביחס לקואורדינאטות השמימיות, שעה, מיקום המצפה על פני כדור הארץ והמאפיינים האופטיים-מכנים של המערכת הטלסקופית. בנוסף לכך התמונות עברו קליברציה המאפשרת מדידה מדויקת ועקבית של האות המתקבל כתוצאה מפגיעת הקרינה האלקטרומגנטית בגלאי ה CCD. הקליברציה כללה הפחתה של תמונות מאסטר : Flat, Bias, Dark. התלמידים למדו כיצד לערוך את הפחתת הנתונים לכל קטגוריה, כך שהמידע המתקבל מהמדידה יהיה נקי מ"רעשים" והתוצאות תהינה ברמה הגבוהה ביותר האפשרית, בהתאם לסטנדרטיים הבינלאומיים הנדרשים.

כחלק מפרויקט המחקר למדו התלמידים כיצד יש לפעול במקרה של זיהוי גוף חדש, שאינו מופיע בקטלוגים הקיימים. מקרה כזה יכול להתברר בדיעבד כאסטרואיד שלא היה מוכר עד כה, ניתנה תשומת לב מרבית לזיהוי 'שקרי' של מטרות ומדידה נכונה של פרופיל האסטרואיד ושל כוכבי הכיול. התלמידים למדו כיצד יש לכתוב דו"ח תצפית מדעי במקרה של גילוי אובייקט אסטרונומי חדש וכיצד יש לעקוב אחריו ולמדוד את השינוי בתנועתו (אסטרומטריה) בטרם הגשת הדו"ח ל-MPC.

comet_stillcomet_movementתמונות : תנועת האסטרואיד/שביט גורמת לו "להימרח" בעת המדידה. התלמידים השתמשו בשיטות עיבוד מידע מתקדמות בכדי להתחקות אחר התנועה היחסית של האסטרואיד אל מול כוכבי הרקע.

 

 

תהליך המחקר ועיבוד הנתונים

הפרויקט חולק לשני חלקים עקרים – שלב הקניית הידע התיאורטי שארך כ-5 חודשים ושלב עבודת המחקר שארך כ-4 חודשים. במהלך העבודה התלמידים קבלו סטים של תמונות עדכניות שצולמו על ידי טלסקופים בקוטר 24"-32" (0.6 מטר  – 0.8 מטר) והשתמשו בטלסקופ האינטרנט הישראלי לצילום בלתי תלוי של גרמי שמיים אותם בחרו בהתבסס על מאגרי מידע אסטרונומיים כגון MPC ותוכנת סטלריום. תכנון התצפית והשליטה בטלסקופ האינטרנט התבצעו על ידי התלמידים באופן עצמאי וללא התערבות המנחה. התלמידים בחרו את המטרה כך שתתאים באופן מיטבי לעבודת החקר ולתנאים הקיימים (קוטר הטלסקופ, מיקום על פני כיפת השמיים, 1 אורך גל רצוי וכד'), הזינו את זמן החשיפה והפילטר הרצוי. בעבודת המחקר התלמידים השתמשו בין השאר גם בפילטרים הבאים : Schuler LRGB, Photometric BVRI , Ha, OIII, SII במטרה לבודד את אורכי הגל הרצויים של המטרה המצולמת.

הצילום בוצע באמצעות מצלמה דיגיטלית מקוררת ורגישה ביותר, מסוג ST10MXE CCD. היעילות הקוונטית הגבוהה והליניאריות של שבב המצלמה אפשרו לתלמידים לבצע מדידות אסטרונומיות מדויקות ובזמני חשיפה קצרים, ולהגיע לתוצאות מדהימות. זמני החשיפה נבחרו בהתאם לאובייקט המצולם, פילטר ו SNR רצוי ונעו בין 30 שניות ל 180 שניות. החשיפה נקבעה באופן שיאפשר הבחנה טובה בין המטרה המצולמת תוך כדי הימנעות מזליגת אלקטרונים בין הפיקסלים השונים כתוצאה מריווין (Saturation) מחשיפת יתר, דבר היכול לגרום לאיבוד מידע בתמונה הסופית ולהאפיל על אסטרואידים חיוורים בתמונה.
התלמידים הופתעו אל מול הדינמיות הרבה של גרמי השמיים. דוגמא יפה לכך הינה הופעתם של "קווים ונקודות" אקראיות בתמונה, כתוצאה מפגיעת קרניים קוסמיות בשבב המצלמה של הטלסקופ. במקרים רבים קל להתבלבל בין קריאה של 1 קרינה קוסמית לשובל האסטרואיד כפי שנראה בתמונה הסופית.

ST10_ccd_qe3200meגרף היעילות הקוואנטית של שבב ה CCD, מצלמת טלסקופ האינטרנט KAF-3200ME.   למצלמה שבב סיליקון המכיל 3.2 מיליון פיקסלים בגודל 6.8X6.8 מיקרון האחד, ומקוררת לטמפרטורה של 35- מעלות צלזיוס מתחת לטמפרטורת הסביבה בכדי לאפשר קריאה מדוייקת ביותר של הנתונים הנמדדים.
 

תמונות : דוגמאות לאובייקטים האסטרונומיים הראשונים שצולמו על ידי התלמידים עם טלסקופ האינטרנט הישראלי. שם האובייקט המצולם מופיע מתחת לכל תמונה בהתאמה.

m3צביר הכוכבים M3

m27ערפילית המשקולת M27

m57
 ערפילית הטבעת M57

rsz_m64 
גלקסיית 'היפיפיה הנרדמת' M64 

 

 

דרכי עיבוד הנתונים ומסקנות מדעיות

התלמידים השתמשו בתוכנה Astrometrica בכדי לבצע מדידות מדויקות של מהירות תנועת האסטרואיד ביחס לכוכבי הרקע וכיוון התנועה במדד של שניות קשת לדקה (arc.sec/min) בתהליך האסטרומטריה. לאחר מכן הם העריכו את דיוק המדידה אל מול יחס האות-רעש של האובייקט הנמדד (SNR) ביצירת גרף פיזור ומדדו את הבהירות הנראית של האסטרואיד בתהליך הפוטומטריה. הליך זה בוצע לכל הגופים הנעים החדשים שזוהו על ידי התלמידים בשדה הצילום הנתון. את מדידותיהם סיכמו בדו"ח מדעי שנשלח ל MPC אשר הכניס את מסקנותיהם למאגרי הנתונים בהם משתמשים אסטרונומים מקצועיים. התלמידים לא מדדו אסטרואידים עליהם יש מידע מספק, רק מטרות שהיו זקוקות לחישובי מסלול מדויקים יותר,  אסטרואידים שאבדו לאחר גילוי ראשוני או מטרות חדשות שטרם התגלו עד כה.

במהלך העבודה התלמידים עקבו אחר 15 שדות צילום שונים וסייעו במדידתם של עשרות גופים. אחד מהתלמידים אפילו גילה כביכול אסטרואיד חדש בתמונה, לאחר בדיקה התברר שזהו אסטרואיד שהתגלה על ידי צוות מקביל רק מספר שעות קודם לכן. חברי הקבוצה היו נרגשים מאוד כאשר שמעו על הגילוי הפוטנציאלי, והתלמידים רובם ככולם תמכו מאוד בתלמיד, חלקם אף התחילו בבחירת שם לאסטרואיד החדש...  המחקר כולו לווה גם באמצעות קבוצת דיון מקוונת בדואר האלקטרוני של התלמידים המשתתפים בעבודת המחקר, באופן זה המידע הועבר במהירות הבזק בין התלמידים ונפתחה האפשרות להעברת מידע ושאילת שאלות גם מחוץ לשיעור בכיתה.

בכל לילה של עבודה עם טלסקופ האינטרנט הישראלי, התלמידים אספו מידע של עד כ-1 מיליארד פיקסלים השקול למידע המקביל ל 1,000,000 דפי ASCII מודפסים. עיבוד וניתוח הממצאים נערך על ידי התלמידים באופן עצמאי לחלוטין. התהליך הצריך מהם השקעה רבה של זמן ואנרגיה, והתבצע מחוץ לכיתה (בביתו של התלמיד). במידת הצורך התלמידים העלו במהלך השיעור את הבעיות בהן נתקלו תוך כדי העבודה בבית, נערך דיון בנושא, הוסקו מסקנות ודרכי פעולה נכונות להמשך.

asteroid_potential_discovery תמונה : אסטרואיד חדש? מסומן בעיגול אדום. חלק מעבודת המחקר של התלמידים (ראו גם תמונות של חלק משדות הצילום בנספחים)

  



סיכום

ניתן לראות כי לתלמידי תיכון היכולת לערוך מחקר מדעי גרידא, ולתרום למאגרי מידע אסטרונומיים בינלאומיים תוך כדי למידה של נושאים פיסיקליים ברמה גבוהה ובעלי תקיפות מדעית מלאה. הוכח כי ניתן להשתמש גם בכלים מדעיים מורכבים כדוגמת טלסקופ האינטרנט בשליטה מרחוק ותוכנות מתוחכמות כחלק בלתי נפרד מלימודי המדעים בתיכון.

לימודי הפיסיקה בגישת חקר מקנה לתלמיד אפשרות להיות שותף פעיל ללמידה, כאשר באופן זה השיעור הינו בעל משמעות רבה יותר מבחינת התלמידים כשהם אלה שקובעים את תכנם, גם אם באופן חלקי. סביבת לימודים פתוחה, המעניקה חופש בחירה לתלמידים בהכנת חומרי למידה מעודדת ומקדמת יצירתיות וככל שהתלמידים נחשפים זמן רב יותר לסביבת לימודים פתוחה – היצירתיות שלהם גדלה, ובאה לידי ביטוי בהכנת חומרי למידה וחקר לא שיגרתים. התלמידים הוכיחו יכולת בתכנון מחקר אסטרונומי, ביצוע תצפיות אסטרונומיות בטלסקופ מרחוק, ניתוח וכיול הנתונים והכנת דו"ח מדעי העומד בסטנדרטים הבינלאומיים.

העובדה שכל תלמידי הקבוצה בחרו בפיסיקה או מתמטיקה כהתמחות מורחבת בתיכון וכ-40% מהקבוצה ממשיכה במסלול של 9 יח"ל בפיסיקה-אסטרונומיה הכוללת עבודת חקר באסטרופיסיקה מרמזת על הצלחת הפרויקט והחשיבות של מדע האסטרונומיה בלימודי הפיסיקה בבית הספר.

 

מקורות : 

  1. http://minorplanetcenter.net/iau/mpc.html
  2. http://www.dancaton.physics.appstate.edu/Observatories/DSO/14-inch/thesis.pdf
  3. http://www.gemini.edu/documentation/webdocs/spe/spe-c-g0014.pdf
  4. http://www.sao.arizona.edu/FLWO/48/ROBOT/Plan2010.pdf
  5. http://bareket-astro.com/press/release_docs/hubble_telescope.htm
  6. http://news.softpedia.com/news/Binary-Star-Could-Blind-Hubble-71878.shtml
  7. http://bareket-astro.com/press/release_docs/100hra.htm

 

 

הוספת תגובה

קוד אבטחה
רענון הקוד

כיצד ניתן למצוא את...

ניתן להבחין בצבעו האדמדם של הכוכב גם בעין בלתי מצויידת antares_3 צפייה מהנה !מידע נוסף על טלסקופים ודרכי צפייה בכוכבים - חנות הטלסקופים והציוד האסטרונומי  של מצפה הכוכבים ברקת, מכבים. קרא עוד...
 

הידעת ?

היקום האינפלציוני

תיאורית האינפלציה טוענת כי היקום הנוכחי הוא תוצר של התפשטות אחת אדירת ממדים שארכה רק חלקיקי שנייה בודדים, מיד אחרי המפץ הגדול.  ואחר כך, של המשך התפשטות בקצב הנוכחי שהנו איטי יותר.

קרא עוד...