Tina Andreolla
Dra. em Física (Radioastronomia), Professora da UTFPR, Pesquisadora do site ‘Astronomia’ do Portal do Professor
Segundo C. Oliveira & V. Jatenco-Pereira (2010), galáxia “é um conjunto formado por estrelas, gás e poeira, isolado no espaço e mantido por sua própria gravidade”. As galáxias diferem bastante entre si, mas a grande maioria tem formas mais ou menos regulares quando observadas em projeção contra o céu e se enquadram em duas classes gerais, que veremos na sequência, espirais e elípticas. Algumas não têm forma definida e, são chamadas irregulares. As galáxias possuem em seu centro um buraco negro supermassivo. Confira o vídeo: Como Funciona o Universo.
Investigações teóricas indicam que galáxias formaram-se de uma dissolução das misturas granulosas de Hidrogênio e gás Hélio (os elementos primordiais liberados no Big Bang). Eles também indicam que dois tipos de massa imensamente diferente predominaram durante mais de 100 milhões de anos depois do Big Bang, a qual, no final das contas afetou a formação de galáxias.
Por volta do século XVIII, vários astrônomos já haviam observado, entre as estrelas, a presença de corpos extensos e difusos, aos quais denominaram “nebulosas”. Hoje sabemos que diferentes tipos de objetos estavam agrupados sob esse termo, a maioria pertencendo à nossa própria galáxia: nuvens de gás iluminadas por estrelas dentro delas, gás ejetado por estrelas em estágio final de evolução estelar, aglomerados de estrelas, entre outros. Alguns deles eram galáxias individuais como a nossa Via Láctea (Figura 1).
Fig. 1 - O sistema solar na Via Láctea. Fonte: Projeto COBE, NASA
Immanuel Kant (1724-1804), o grande filósofo alemão, influenciado pelo astrônomo Thomas Wright (1711-1786), foi o primeiro a propor, por volta de 1755, que algumas nebulosas poderiam ser sistemas estelares comparáveis a nossa galáxia. Até 1908, cerca de 15.000 nebulosas haviam sido catalogadas e descritas. Algumas corretamente identificadas como aglomerados estelares e outras como nebulosas gasosas. A maioria, porém permanecia com natureza inexplicada.
Fig. 2 - Foto no infravermelho da Via-Láctea. Cortesia: Projeto COBE, NASA
O problema maior era que a distância a elas não era conhecida, portanto não era possível saber se elas pertenciam a nossa galáxia ou não. Somente em 1923, Edwin Powell Hubble (1889 -1953) proporcionou a evidência definitiva para considerar as “nebulosas espirais” como galáxias independentes, ao identificar uma variável Cefeida na “nebulosa” de Andrômeda – a M31 (Figura 2). A partir da relação conhecida entre período e luminosidade das Cefeidas em geral, e do brilho aparente das Cefeidas de Andrômeda, Hubble pode calcular a distância entre esta e a Via Láctea, obtendo um valor de 2 milhões de anos-luz. Isso situava Andrômeda bem além dos limites da nossa galáxia que tem 100 mil anos – luz de diâmetro. Ficou assim comprovado que Andrômeda era um sistema estelar independente. Confira o vídeo: Galáxias Distantes.
Hoje, com o avanço do estudo da Astronomia e seus ramos, sabe-se que o universo é composto por 50 bilhões (Figura 3), ou um número ainda maior, de galáxias no espaço que podemos observar. A Via Láctea é apenas uma delas. Ver o artigo: O Ciclo de vida das Galáxias, em http://www2.uol.com.br/sciam/reportagens/o_ciclo_de_vida_das_galaxias.html e confira o vídeo: http://youtu.be/InOKNYaioro
Fig. 3 - Imagem do universo profundo, feita pelo telescópio Hubble, mostrando um número enorme de galáxias.
Classificação morfológica de Galáxias
Um dos primeiros e mais simples esquemas de classificação de galáxias, que é usado hoje, foi inventado por Hubble nos anos 20 (Figura 4). O esquema consiste em três sequências principais de classificação: elípticas (E), espirais (S) e espirais barradas (SB). Nesse esquema, as galáxias irregulares (I) formam uma quarta classe de objetos.
Fig. 4 - Esquema de Hubble para a classificação de galáxias, mostrando as elípticas as espirais ordinárias e as espirais barradas. Fonte: UFRGS
Hubble classificou como galáxias irregulares aquelas que eram privadas de qualquer simetria circular ou rotacional, apresentando uma estrutura caótica ou irregular. Muitas irregulares parecem estar sofrendo atividade de formação estelar relativamente intensa. Os dois exemplos mais conhecidos de galáxias irregulares são a Grande e a Pequena Nuvens de Magalhães (Figura 5), as galáxias vizinhas mais próximas da Via Láctea, visíveis a olho nu no Hemisfério Sul, identificadas pelo navegador português Fernão de Magalhães em 1520.
Fig. 5 - Foto das galáxias irregulares Grande Nuvem de Magalhães e Pequena Nuvem de Magalhães, obtida por Wei-Hao Wang. Fonte: UFRGS
Atualmente, baseado em observações e estudos de radio galáxias distantes, feitos com radiotelescópios, os radio astrônomos propõem uma possível sequência de evolução das galáxias (Figura 6). Essa proposta sugere que, a partir dos quasares, objetos “quase estelares” as radio galáxias evoluem, conforme os jatos de matéria são emitidos dos buracos negros presentes no centro de todas as galáxias. Se os jatos se estendem para fora da parte visível da galáxia (radiofontes extensas), essa evolui para uma normal elíptica. Porém, se os jatos ficam no limite da galáxia visível (fontes compactas) evoluem para espiral.
Fig. 6 - Possível sequência evolutiva para galáxias. Crédito: DAL PINO, E. M. de G. et al
Referências
ANDREOLLA, Tina. Descobertas Recentes na Área de Astronomia. CEFET, 2000.OLIVEIRA, C. & JANTENCO-PEREIRA, V.. Fundamentos de Astronomia, USP, 2010.KAUFFMANN, G., VAN DEN BOSCH, F. O Ciclo de Vida das Galaxias. Cientific American Brasil, junho 2002.<http://www.las.inpe.br/~cesar/miudos/ciencia/dimensuniverso.htm>, acessado em 20/11/2011.<http://www.observatorio.ufmg.br/dicas06.htm>, acessado em 20/11/2011.<http://astro.if.ufrgs.br/galax/index.htm>, acessado em 21/11/2011.<http://www.if.ufrgs.br/~fatima/ead/galaxias.htm>, acessado em 21/11/2011.
Agora acesse o episódio Galáxias do ABC da Astronomia!
Norma Teresinha Oliveira Reis
M.Sc. em Administração Espacial, Técnica em Assuntos Educacionais do MEC
‘Eram os deuses astronautas?’ Se eles tivessem sido, com certeza teriam visitado a Lua. Eterna inspiração de poetas, escritores, namorados e futuros astrônomos e astronautas, com seu brilho noturno fulgural, a Lua vem ao longo dos séculos ajudando a construir a história humana. Você já imaginou a vida na Terra sem sua companhia? Difícil, pois ela ilumina nossas noites, na maior parte dos dias do mês. Ela ajudou a marcar o tempo nos calendários e influencia fenômenos importantes na Terra, como as marés. Um dos maiores sonhos exploratórios da humanidade foi pisar na superfície da Lua. Apesar de termos já realizado essa façanha, muito ainda há a ser explorado e a Lua poderá ser futuramente revisitada por seres humanos, não apenas para mostrar ousadia e tecnologia, mas para fins práticos – tais como expandir nosso território e extrair combustível para futuras viagens a destinos mais distantes, como Marte.
Comparado a outros corpos celestes, o Sol e a Lua são os astros mais brilhantes avistados de nosso planeta. Os principais atores em nosso teatro celestial! O Sol e a Lua têm sido também associados com religião e mitologia e, por vezes, considerados deuses com influência sobre o destino de sociedades e indivíduos. Assim como o Sol reina no céu diurno, a Lua é a rainha da noite. Bola inerte de silicatos e basaltos, a Lua foi observada pela primeira vez por meio de um telescópio por Galileu, que estudou sua topologia compreendendo sombras, crateras e montanhas, bem como regiões escuras chamadas “maria”. Galileu publicou suas ilustrações da Lua no livro Sidereus Nuncius (“O Mensageiro das Estrelas”), em 1610.
Fig. 1 - Desenhos da Lua. Galileu elaborou os primeiros esboços das paisagens da Lua, com base em suas observações. Fonte: Domínio Público.
A Lua se encontra a uma distância de 400.000 km da Terra, e uma teoria bem aceita para sua formação sugere que o satélite se formou a partir da colisão de um planeta com a Terra há 4.5 bilhões de anos, quando nosso planeta ainda estava em formação. A Lua é um satélite de consideravelmente grande massa em relação ao planeta que orbita. Por isso, muitos cientistas chamam de sistema Terra-Lua nosso planeta e seu satélite natural. É uma tremenda coincidência o fato de que a Lua quando vista da Terra parece ter o mesmo tamanho do Sol, apesar de ser muito menor e estar bem mais próxima de nosso planeta. A Lua orbita a Terra de forma síncrona, em 27.32 dias. Isso significa que o tempo que a Lua leva para completar um giro ao redor de si mesma (rotação) coincide com o tempo que ela leva para orbitar a Terra (translação). Por isso, sempre vemos a mesma face da Lua.
Do ponto de vista científico, a observação da Lua e do Sol abriu portas a importantes descobertas. Na Idade Antiga, os eclipses lunares foram uma prova da esfericidade da Terra. Eles constituíram elementos fundamentais aos debates de Pitágoras, Aristóteles e outros filósofos gregos. Assim, se temos um eclipse lunar ocasionado pela sombra da Terra projetada sobre a superfície de nosso satélite, a forma daquela sombra deve representar o formato do planeta. Aristarco (310–230 AC) utilizou eclipses para estimar os tamanhos relativos da Terra e da Lua pela curvatura do disco lunar e pela curvatura da sombra da Terra nele projetada, estando o Sol, a Terra e a Lua alinhados nessa sequência. Ele também estimou a distância da Terra a Lua e ao Sol, bem como o tamanho do último. Ele demonstrou ainda que o Sol se encontrava mais distante que a Lua e era maior que a Terra.
As fases da Lua foram desde muito cedo na história utilizadas para marcar o tempo. O calendário lunar apareceu entre os povos de vida nômade ou pastoril, sendo os babilônios na Antiguidade os primeiros a utilizá-lo. Os hebreus, gregos e romanos também dele se serviram. O calendário muçulmano é o único totalmente lunar ainda utilizado. Durante um mês, a Lua orbita a Terra uma vez. Se pudéssemos olhar por cima da Terra e da Lua, em uma viagem pelo sistema solar, veríamos que a Lua tem um lado voltado para o Sol que fica sempre iluminado. Mas como estamos na Terra e não podemos olhar por cima dos planetas do sistema solar, vemos que o lado da Lua iluminado pelo Sol nem sempre está voltado para a Terra. Na medida em que a Lua circula a Terra, a quantidade do lado iluminado aumenta ou diminui. As fases da Lua, ou o formato que sua parte iluminada assume que vemos na Terra, resulta da combinação de dois fatores – qual parte da Lua está iluminada pelo Sol, e visível na Terra. Durante seu movimento, a Lua passa entre a Terra e o Sol. A Lua Nova ocorre quando a Lua se encontra eclipsada e vemos somente uma fraca corona ao redor de sua face escura. Dizemos que nessa fase a Lua está em conjunção com o Sol. A Lua Nova nasce às 6h da manhã e se põe por volta das 18h. Cerca de 7,5 dias depois, o próximo estágio é a Quarto Crescente, que vista no hemisfério sul lembra a letra “C”, e que vai aumentando em tamanho a cada dia. Nessa fase, a Lua nasce por volta do meio-dia e se põe à meia-noite. A próxima fase é a Lua Cheia, quando a Lua se encontra em oposição ao Sol. Ela é visível por toda a noite, nascendo por volta das 18h e se pondo às 6h da manhã. Depois, a Lua vai diminuindo e assume uma nova quadratura, a Quarto Minguante, que no hemisfério sul do planeta lembra uma letra “D”. Ela nasce à meia-noite e se põe ao meio-dia. O ciclo lunar completo dura aproximadamente 29,5 dias e se chama mês sinódico. Importante notar que cada dia é uma fase diferente da Lua, e não somente o momento em que ela assume uma das quatro principais fases.
Fig. 2 - Fases da Lua. Vista de um ponto acima do sistema solar, uma face da Lua encontra-se sempre igualmente iluminada. Entretanto, para quem olha a partir da superfície da Terra, nem sempre esse lado se encontra todo iluminado. Daí as fases da Lua. Fonte: http://nautilus.fis.uc.pt/astro/hu/viag/lua.html
Em algumas poucas ocasiões, duas ou três vezes ao ano, a Terra se encontra alinhada com o plano orbital da Lua e ocorre um eclipse lunar, quando a sombra da Terra, ou umbra, passa sobre a Lua quando ela se encontra diretamente atrás da Terra. Os eclipses lunares sempre ocorrem na Lua Nova. A Lua eclipsada geralmente aparece com uma coloração avermelhada, considerada um sinal de mau presságio por muitos povos antigos. Foi durante um eclipse lunar em 1453 de nossa era, que Constantinopla foi derrubada pelo exército Otomano. Constantinopla adotara a Lua crescente como seu símbolo. Tal símbolo era exibido na bandeira da cidade mesmo antes do nascimento de Cristo. A visão da Lua em cor de sangue deve ter sido interpretada como um sinal de destruição iminente. Esqueceu-se acidentalmente um portão aberto, que os inimigos utilizaram para penetrar na cidade. Na medida em que eles atravessaram as muralhas, a luta tornou-se um tumulto e a defesa de Constantinopla colapsou. O terrível saque de Constantinopla que se seguiu durou três dias e foi um grande choque para a civilização ocidental.
A Lua é o único objeto celeste além da Terra no qual seres humanos caminharam: 12 astronautas das missões Apollo, dos Estados Unidos, de 1969 a 1972. A primeira sonda a chegar à Lua foi a soviética Luna 2, que impactou a superfície da Lua a 14 de setembro de 1959, dez anos antes da chegada dos primeiros seres humanos. Recentemente, a Sonda de Reconhecimento Lunar da NASA, registrou evidências de água. Em algumas civilizações, como a islâmica e hindu a Lua ainda é considerada um ícone de espiritualidade e festivais importantes são realizados de acordo com o calendário lunar.
Para observar a superfície da Lua é muito simples: use um telescópio, uma luneta ou simplesmente um binóculo. O Google Earth pode ser facilmente instalado em qualquer computador e possui instrumentos para exploração da superfície da Lua e de Marte. O uso daquele software pode facilitar o trabalho dos alunos na seleção de pontos a serem observados na superfície da Lua. Quer ainda mais para você e seus alunos? A NASA possui um recente projeto internacional, no qual alunos poderão tirar fotos da Lua a partir de câmera instalada em sonda orbitando a Lua. Saiba mais: http://educacaoespacial.files.wordpress.com/2011/07/moonkam.pdf As sondas GRAIL foram lançadas em 2011, para colocar em órbita da Lua duas sondas espaciais gêmeas chamados GRAIL-A e GRAIL-B, com o intuito de fornecer dados em profundidade e detalhes para que cientistas analisem para melhor entender as características do campo gravitacional da Lua, sua estrutura e história. A missão responderá perguntas importantes sobre a estrutura interna da Lua e propiciará aos cientistas um melhor entendimento de como o sistema solar se formou. Também a bordo daquela nave se encontra uma câmera para que alunos obtenham imagens e vídeos da superfície da Lua.
Fig. 3 - Sondas gêmeas GRAIL. As sondas foram enviadas à Lua para estudar a estrutura interna da Lua e seu campo gravitacional. Fonte: NASA
Existem projetos de turismo espacial que planejam a construção de hotéis na Lua, bem como a oferta de voos para observar a superfície da Lua de perto. Por exemplo, a empresa de hotelaria britânica Premier Inn já tem planos concretos para construir um hotel na Lua nas próximas décadas. Alguns desafios para um hotel na Lua é a proteção das instalações contra a radiação, temperaturas extremas (-180 C a 130 C), e o ar que teria que ser trazido da Terra. Empresas como a Space Adventures e a Virgin Galactic também possuem planos como esses. Dentre as alternativas de turismo espacial mais “baratas” e atualmente disponíveis para quem pode pagar e se dispõe a fazer exames médicos, psicológicos e um treinamento que dura cerca de uma semana, encontram-se voos suborbitais – ofertam alguns minutos em microgravidade – o preço da aventura varia de 100 a 200 mil dólares.
Há diversos assuntos interessantes que o professor pode abordar com seus alunos ao explorar o tema Lua, tais como recentes descobertas de presença de água. Após estudar rochas trazidas por astronautas da missão Apollo, nas décadas de 60 e 70, os cientistas concluíram que a superfície do satélite era seca. Posteriormente, algumas sondas lunares encontraram evidências da presença de água. Recentemente, pesquisadores da NASA lançaram uma sonda que impactou uma cratera no polo sul da Lua e detectou cerca de 25 galões de água na forma de gelo e vapor. A detecção de uma quantidade significativa de água na Lua não é uma grande novidade. A descoberta indica que seria mais prático para seres humanos construírem uma base lunar auto sustentável e ainda utilizar a Lua como uma plataforma de lançamento com gravidade reduzida para missões para outros planetas. A água pode ter sido levada a Lua por cometas e asteroides. As crateras da Lua permanentemente encobertas pela sombra no polo Sul da Lua são alguns dos locais mais frios do sistema solar, de modo que qualquer água depositada ali permaneceria na forma de gelo.
Um fenômeno lunar interessante, para finalizar. Em certas ocasiões e localidades, quando o Sol está baixo e a atmosfera alta está cheia de cristais de gelo, um halo aparece ao redor da Lua, à esquerda e à direita, em um arco de 22 graus ou mais. Trata-se de um fenômenos atmosférico conhecido como “moondog”, nome científico paraselene, significando “ao lado da Lua”. Os cristais de gelo que refletem e refratam luz devem estar todos alinhados na mesma direção por correntes de vento, de modo que esse fenômeno raro pode ser observado apenas algumas vezes a cada ano, quando as condições da alta atmosfera estão perfeitas.
Fig. 4 - Fenômeno "moondog". Quando a luz da lua passa por nuvens de gelo, o resultado é um par de "moondogs". Fonte: Space.com
Tina Andreolla – Dra. em Física, Professora da UTFPR e pesquisadora do blog Astronomia do Portal do Professor
Aline Sasso – Aluna da UTFPR e integrante do grupo se estudo e pesquisa em Astronomia GEAstro
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Dizer que a vida na Terra depende de estrelas, não é nenhum exagero. Adiante veremos por quê.
Estrelas são astros que nascem, vivem e morrem (MEDEIROS, 2010). São esferas de gás ionizado, autogravitantes. Sua fonte de energia vem de reações nucleares, através da transmutação de elementos, como a fusão nuclear de hidrogênio em hélio e na sequência, em elementos mais pesados. Têm entre 0,08 e 100 massa solar e temperaturas entre 2500K a 30000K (OLIVEIRA FILHO, 2004).
A classificação e evolução de uma estrela dependem da luminosidade/magnitude e do raio. O diagrama HR (figura 1) descoberto por Ejnar Hertzsprung em 1911 mostra a relação entre a luminosidade e a temperatura superficial da estrela.
Figura 1: Diagrama HR (traduzida do site http://www.infoescola.com/astronomia/diagrama-hr-e-evolucao-estelar/
O vídeo [http://www.youtube.com/watch?v=lENglnfrUe8] faz uma comparação entre os raios dos planetas e estrelas conhecidas.
NUCLEOSSÍNTESE ESTELAR
Como uma estrela é formada
A formação de uma estrela ocorre pelo agrupamento de uma densa quantidade de gases e poeira interestelar aonde possui geralmente Hélio e traços de elementos mais pesados, que podem ocorrer em qualquer lugar do espaço. Esse processo inicia-se a partir de grandes nuvens moleculares. Quando existir em algum lugar dessa nuvem, densidade das moléculas massivas, essas vão entrar em colapso e então a densidade central vai ser estimulada a aumentar rapidamente, enquanto a externa não. Após esse processo a temperatura central faz com que haja uma pressão e aconteça um equilíbrio hidrostático formando então o núcleo estelar, tendo assim uma proto-estrela.
A formação dos elementos químicos nas estrelas
Dos núcleos das estrelas são formados os elementos químicos, esse processo chama-se nucleossíntese estelar que vai ocorrer de acordo com o processo evolutivo da estrela, quando o elemento formado varia de acordo com a massa e idade da mesma. Segundo o site Wikipédia “uma estrela é composta em certa de 71% de Hidrogênio e 27% de Hélio e uma pequena fração de elementos mais pesados”. Quando o Hidrogênio esgotar completamente as estrelas que tem sua massa igual ou superior a 40% da massa do sol passam de proto-estrela para gigantes vermelhas e começam a fundir elementos mais pesados, aonde partes da fusão desses elementos são liberadas no espaço para a formação de novas estrelas. Para saber qual elemento uma estrela possui, é usado o espectro solar mostrado na figura 2, aonde cada elemento se apresenta em um comprimento da onda eletromagnética na faixa do visível.
Figura 2: mostra o espectro solar com falsas cores e um exemplo de elemento refletido nele, o Hélio (retirada do site http://www.seara.ufc.br/especiais/fisica/coresluz/coresluz4.htm)
A ordem dos elementos formados segue sempre dos mais leves aos mais pesados, variando os elementos de estrela para estrela. A figura 3 ilustra as camadas de uma estrela massiva prestes a se tornar uma supernova. Cada camada está processando a nucleossíntese, exceto o núcleo do ferro que permanece estável crescendo.
Figura 3: (retirada do site: http://zafimeiro.wordpress.com/2010/08/23/como-funciona-a-alquimia-das-estrelas-a-nucleossintese-dos-elementos-quimicos-no-universo/
As camadas vão se formando na ordem como aparece na figura 3, (Hidrogênio, Hélio, Carbono, Neônio, Oxigênio, Silício e Ferro) por processo de fusão até chegar ao ferro, um elemento muito estável que não pode sofrer fusão posterior.
CONSIDERAÇÕES
Quando o assunto é estrelas, é comum surgir questões como: Existem estrelas durante o dia? A resposta é sim. O céu é totalmente estrelado, porém o brilho delas é ofuscado pela luz do sol. Estrelas são vistas durante o dia? Claro que sim. E seu brilho é tão intenso que para olhar diretamente para ela, sem prejudicarmos nosso olho, precisamos de proteção especial. Essa estrela é o Sol.
Para saber mais sobre evolução estelar, sugerimos ver os artigos http://www.if.ufrj.br/teaching/astrofis/evolucao.html e http://astro.if.ufrgs.br/estrelas/node14.htm).
Agora, confira na íntegra o episódio Estrelas do ABC da Astronomia!
Cleovam da Silva Pôrto Professor de Educação Básica, Mestre em Ensino de Física
Através dos tempos e da história, o homem vem procurando unidades universais, entendidas por todos os povos e legalizadas por todas as nações. Desde a “arroba” e o “côvado” dos tempos mais longíquos, até os atuais quilograma (kg) e metro (m).
A padronização das unidades de medida facilita a comunicação entre as partes, e o Sistema Internacional de Unidades (SI) tem suprido essa necessidade de maneira muito adequada. Em 1791, foi instituído na França o Sistema Métrico Decimal. Uma das conquistas da Revolução Francesa, que os ingleses nem suas colônias adotaram e que pagam um preço alto por isto até hoje.
Apesar de o Brasil ter assinado a Convenção Internacional do Metro, demonstrou possuir uma visão muito avançada e prática na questão metrológica. Porém, ainda persistem no país, vícios e erros grosseiros na grafia das unidades de medida, em particular das distâncias. Os outdoors, placas de sinalização, revistas, jornais e leis têm mostrado o quanto ainda se ignora a forma correta de grafia das unidades de medidas legais no Brasil. Uma vez que alunos do ensino fundamental estudam medidas e suas derivações, ainda sentem dificuldades.
Por definição, metro: comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo, durante um intervalo de tempo de 1/299 792 458 de segundo.
Em 1960, a XI Conferência Geral de Pesos e Medidas acabou com a antiga definição de metro e mudou para o seguinte: O metro é o comprimento igual a 1 650 763, 73 comprimentos de onda no vácuo da radiação correspondente à transição entre os níveis 2p10 e 2d5, do átomo de criptônio (Kr) 86.
Este grande número foi atribuído de modo que o novo metro tivesse o mesmo comprimento que o antigo.
A maior parte dos livros representa o Sistema Solar (com o ex-planeta Plutão) como se os planetas estivessem muito próximos uns dos outros. Mas a realidade é bem diferente... Arte: Medialab/ESA
No cotidiano de nossas vidas lidamos com distâncias que variam de milímetros a milhares de quilômetros. Um centésimo de metro ou mil quilômetros são números fáceis de visualizar e escrever. Na Astronomia, porém lidamos com partículas tão pequenas quanto um milionésimo de um bilionésimo de metro e sistemas de estrelas tão grandes quanto mil quatrilhões de quilômetros. Para lidar com números muito maiores ou menores que 1, usamos uma simplificação chamada de notação científica ou potências de dez.
A extensão do universo que podemos observar e a variação do tamanho dos objetos que nele se encontram são inacreditáveis.
Tabela para cálculos das distâncias entre os planetas e os planetoides*
*Distâncias aproximadas – PESQUISE ESTES DADOS (?).
Sabemos que nossa Terra faz parte do conjunto de corpos celestes que formam o que chamamos de Sistema Solar. O Sistema Solar é composto por oito planetas que são: Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Além desses corpos, o Sistema Solar possui três planetas anões: Ceres (Cinturão Principal de Asteroides), Plutão e Éris (formam o cinturão de Kuiper). O Sistema Solar também inclui uma estrela, o Sol, e os asteroides e cometas que, de vez em quando embelezam mais ainda o céu. As distâncias astronômicas como vimos são utilizadas em nosso Sistema Solar a Unidade Astronômica (1UA=1,5×108 km ≈ 9,3×107 mi km) ou fora de nosso Sistema o ano-luz (al). Um ano-luz é a distância que a luz viaja durante um ano no vácuo (isto é, na ausência de ar). Desta forma as distâncias intergalácticas se auferem através do ano-luz. Próxima Centauri está à 4,2 anos-luz da Terra.
Confira agora, com exclusividade, o episódio do ABC da Astronomia, sobre o tema Distâncias!
A observação dos astros sempre fascinou o ser humano. O registro de observações realizadas na Antiguidade nos é muito útil. Quando comparamos esses registros antigos com dados atuais, é possível obter informações sobre o movimento dos astros no firmamento. É possível conhecer um pouco mais essas civilizações antigas… Sentir como viviam… Seus temores… Seus costumes… Elas viam no céu representações de seu cotidiano. Unindo com linhas imaginárias as estrelas mais brilhantes é possível imaginar objetos, animais, seres da mitologia… Esses agrupamentos aparentes de estrelas são chamados de constelação.
Há registros de como os Sumérios agrupavam visualmente as estrelas há mais de 2.000 anos antes de Cristo. Essas constelações serviram de base, segundo alguns historiadores, para as utilizadas pelos Babilônios. As tábuas Mul Apin, datadas de aproximadamente 700 a.C., são um registro de como os Babilônios viam o firmamento. Os gregos Hesíodo e Homero em seus relatos, provavelmente nesse mesmo período, apresentam descrições de algumas constelações. A primeira descrição mais completa, das constelações observadas pelos gregos, foi feita por Eudoxio (408–355 a.C.) em seus textos Enoptron e Phaenomena. Esses textos se perderam, porém Arautus (314-245 a.C.) escreveu uma versão poética do Phaenomena. Segundo lan Ridpath, nessa versão, com o mesmo título Phaenomena, são apresentados dados de 47 constelações. Hiparco (190-120 a.C.) compilou um catálogo com dados de aproximadamente 850 estrelas fixas. Esse catálogo foi a base para o famoso Almagesto, escrito por Ptomoleu (100-178 d.C.). Esse livro é uma compilação do conhecimento astronômico dos gregos. Nele há dados sobre 48 constelações. Durante muitos anos foi uma referência para a Astronomia.
Um relato parcial. Quantas civilizações não criaram as suas próprias representações do que viam no firmamento??? Havia mais uma necessidade. Temos os textos descrevendo as constelações vistas na antiguidade. E imagens??? Desenhos??? Não existem??? O manuscrito Dunhuang descoberto há poucos anos, é um mapa celeste feito pelos chineses. Foi produzido no século 7. É o mais antigo mapa celeste que possuímos. Os chineses viam 283 constelações no céu representando o seu cotidiano. O árabe Abd al-Rahman al-Sufi (903–986 d.C.) produziu o Livro das Estrelas Fixas (Kitab suwar al-kawakib) provavelmente no ano 964 d.C. Nesse livro, baseado no Almagesto, trazia o nome em árabe de algumas estrelas e duas ilustrações para cada constelação.
No ocidente em 1482, foi publicado o livro Poeticon Astronomicon. Esse livro foi escrito por Hyginus em data desconhecida. O livro se baseava no Almagesto. Trazia ilustrações representando as constelações. Foi o início do período de representações gráficas das constelações no ocidente. O artista alemão Albert Drüher publicou em 1515 um belo mapa do céu. Mas, a época de ouro dos mapas celestes, só teve início em 1603 com a publicação da Uranometria pelo alemão Johann Bayer. Nesse livro havia uma representação artística para cada uma das 48 constelações citadas no Almagesto. A partir desse momento diversos artistas produziram belos mapas celestes. Belas imagens representando o firmamento produzidas por mãos talentosas. John Flamsteed, Johannes Hevelius, Johann Bode… Durante a história da humanidade várias civilizações imaginaram diferentes representações para o agrupamento das mesmas estrelas mais brilhantes. As tribos indígenas brasileiras também criaram as suas próprias representações.
Desde 1922, a União Astronômica Internacional fixou em 88 as constelações visíveis no firmamento (http://pt.wikipedia.org/wiki/Constela%C3%A7%C3%A3o). Dessa forma, toda a abóboda celeste foi dividida em 88 regiões. Cada região englobando uma constelação. Os limites das regiões relativas a cada uma das constelações foi definida em 1930 por Eugène Joseph Delporte para a União Astronômica Internacional.
Há constelações tradicionais que são de fácil identificação no céu noturno. Durante o verão no hemisfério Sul é muito fácil identificar as constelações de Órion (onde estão situadas as populares três Marias), Touro e Cão Maior. Bem no alto do céu, no início da noite, percebe-se a bela constelação de Órion, o caçador gigante. Inserida nessa constelação vemos as tão conhecidas Três Marias,que representam um cinto gigante. O cinturão do caçador. O ombro direito do caçador é representado pela estrela Betelgeuse, uma gigantesca estrela vermelha que possui um diâmetro cerca de 250 vezes maior que o do Sol. Segundo a mitologia grega, o caçador era auxiliado por dois cães. Eles podem ser vistos ao seu lado no céu, representados pelas constelações de Cão Maior e Cão Menor. Sírius é a estrela mais brilhante do céu, depois dos planetas que possuem brilho mais intenso, e está localizada na constelação de Cão Maior. Para localizar Sírius basta seguir um prolongamento do alinhamento das Três Marias.
A constelação de Touro também é uma das constelações de rápido reconhecimento. Nota-se facilmente um triângulo (estrelas alinhadas em forma de “V”) de estrelas formando a sua cabeça. A estrela Aldebaran, de coloração avermelhada é a mais brilhante desta constelação e seu nome significa, em árabe, olho de touro. Pode-se localizá-la seguindo o prolongamento do alinhamento das Três Marias em sentido contrário ao seguido para localizar Sírius. Na constelação de Touro é possível observar a olho nu o belo aglomerado aberto das Plêiades. Em um local com pouca iluminação é possível distinguir entre seis e sete estrelas. As sete irmãs. Com auxílio de um instrumento de observação é possível observar um número bem maior de estrelas nesse aglomerado.
Além dessas constelações é muito fácil identificas as constelações do Cruzeiro do Sul e de Escorpião. A constelação de Escorpião é visível no alto do céu durante o inverno no hemisfério Sul.
Bom… O mais importante é que todos vejam seus sonhos projetados na beleza de um estrelado céu noturno… Cada um pode criar as suas representações procurando unir as estrelas mais brilhantes… Um momento para reflexão e admiração do maravilhoso Universo onde vivemos…
Agora, assista na íntegra com exclusividade o episódio do ABC da Astronomia sobre o Cruzeiro do Sul, que irá ao ar amanhã pela TV Escola!
Dra. em Física – Área Radioastronomia; Professora Adjunta da UTFPR – Campus Pato Branco, pesquisadora do projeto Astronomia da SEB/MEC
Como se chegou à ideia do Big Bang
No início do século XX, até por volta de 1908, havia um consenso de que o universo era estático e eterno, não se cogitava o início do universo a partir do Big Bang. Em 1916, Albert Einstein publicou a teoria da relatividade, a qual dizia que o universo estaria se expandindo. A idéia de universo, ganhou novos rumos. Cientistas, com a ajuda de telescópios, iniciaram pesquisas em busca da verificação desta teoria.
Até 1923, os cientistas acreditavam que o universo se restringia à Via Láctea, sem nada observável além de suas fronteiras. Entretanto, observações sistemáticas de uma estrela cefeída (Fig. 1) variável chamada V1 na galáxia de Andrômeda ajudaram o astrônomo Edwin Hubble a mostrar que aquela estrela se encontrava fora dos domínios de nossa galáxia, assim expandindo as dimensões de nosso universo, tornando-o um lugar bem maior.
Fig. 1 - Estrela cefeida que ajudou a desvendar um universo para além da Via Láctea. Fonte: NASA, ESA e Equipe da Herança Hubble
Pouco depois, em 1929, Hubble mostrou que as galáxias se afastam uma das outras com velocidades proporcionais a sua distância e, medindo suas distâncias verificou que, quanto mais distante, maior era sua velocidade de afastamento. Verificou, também, que a luz proveniente de galáxias distantes sofre um desvio para o vermelho (redshift). Esse tipo de desvio acontece quando o observador e a fonte luminosa estão se afastando e, a velocidade com que a galáxia está se afastando da Terra pode ser calculada pelo desvio observado. Tal descoberta constitui a primeira evidência para a expansão do universo.
Com o desenvolvimento da radioastronomia, a partir da década de 1930, descobriram-se entre outras coisas, objetos astronômicos que estão a bilhões de anos luz de distância da Via Láctea. Essas informações levaram os pesquisadores a questionar que, se o universo se expande sem parar, houve um momento em que sua massa estava concentrada em um único ponto. O termo “Big Bang”, a Grande Explosão, foi sugerido (em 1950) por Fred Hoyle, satirizando o evento de início do universo, pois vários cientistas fizeram diversas pesquisas com a ajuda de telescópios e deduziram que o universo estava realmente se expandindo de modo ordeiro. Fazendo o caminho inverso para explicitar a ideia do Big Bang, imaginando que, se ao invés de expandir ele fosse contraído, todo o universo iria convergir até chegar a um ponto de origem. Lemaître denominou este ponto de “átomo primordial” e propôs que esse se partiu em inúmeros pedaços, que foram se dividindo cada vez mais, até formar os átomos presentes no universo, criando não somente a matéria e a radiação, mas também o que conhecemos como espaço e tempo.
Big Bang
A teoria do surgimento do universo mais aceita atualmente é que ele teve início com o Big Bang quente há aproximadamente 13,7 bilhões de anos (tempo previsto pela Lei de Hubble, que encontra interpretação na Relatividade Geral) e tem se expandido e esfriado ao longo do tempo, formando as estruturas que conhecemos hoje. As figuras 2 e 3 mostram um esquema de como essas estruturas foram evoluindo. O primeiro microsegundo foi o período de formação, quando a matéria dominou a antimatéria (ver artigo: “Cientistas descobrem assimetria entre matéria e antimatéria”http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=assimetria-entre-materia-antimateria) que serviram de “sementes” para a formação de galáxias e outras estruturas, a matéria escura e a energia escura (ver artigo: “Existe Mesmo Uma Energia Escura?” Revista Scientífic American Brasil, Ed. Especial nº 41).
Simulações de computadores auxiliam a reproduzir como o universo evoluiu (ver vídeo: “Origen del Universo”. http://www.youtube.com/watch?v=R3-OcZF8-Fc). Nos primeiros instantes após o Big Bang, a temperatura era extremamente elevada, da ordem de 1032 Kelvin (K). Os avanços científicos mostram que as primeiras estrelas e galáxias surgiram quando o universo tinha cerca de 100 milhões de anos. As regiões mais densas se expandiam mais lentamente e começaram a colapsar. Como tinham cerca de um milhão de massas solares cada uma foram as primeiras estruturas do cosmos ligadas gravitacionalmente e, eram formadas de matéria escura incapaz de emitir ou absorver luz.
Fig. 2 - Cronologia da evolução das estruturas a partir do Big Bang. Fonte: TURNER, M. S. A Origem do Universo. Scientific American Brasil. Edição especial, nº 41, 2010
A radiação cósmica de fundo em microondas descoberta por Arno Penzias e Robert Wilson em 1964 (Turner, 2010) vislumbra o universo na tenra idade de 380 mil anos no período em que os átomos se formaram. Antes disso o universo era uma mistura de núcleos atômicos, elétrons e fótons que ao esfriar-se a 3.000 K os núcleos e elétrons se combinaram para formar átomos.
Fig. 3 - Evolução das estruturas do universo a partir do surgimento do átomo. TURNER, M. S. A Origem do Universo. Scientific American Brasil. Edição especial, nº 41, 2010.
Com o passar do tempo estrelas e galáxias foram se formando e, hoje em dia a temperatura do universo caiu para 2,7 K, que é a temperatura característica da radiação cósmica de fundo.
Agora, assista na íntegra o episódio ‘Big Bang’, da série ABC da Astronomia da TV Escola e deixe seus comentários!
Referências
CUTNELL, J. D., JOHNSON, K. W. Física I. vol. 3, 6 ed., Rio de Janeiro: LTC, 2006
HALLIDAY, RESNICK, WALKER. Fundamentos de Física. vol. 4, 8 ed., Rio de Janeiro: LTC, 2009
KANTOR, C. A., et.al. Quanta Física – Física 2º ano Ensino Médio. 1 ed., São Paulo: PD, 2010
OLIVEIRA FILHO, K. S. Astronomia & Astrofísica, 2 ed., São Paulo: Livraria da Física, 2004
TURNER, M. S. A Origem do Universo. Scientific American. Edição especial, nº 41, 2010
No texto abaixo, os especialistas Cleovam Pôrto e Nilson Santos apresentam diversos conceitos referentes a unidades de medidas entre objetos celestes, com especial ênfase para o ano-luz, tema do episódio de hoje da série ABC da Astronomia, disponível ao final do texto e que será exibido hoje à noite na TV Escola. Confira aqui com exclusividade!
Cleovam Pôrto e Nilson S. Santos
O conhecimento das unidades é imprescindível no estudo da Física, mas também contribuirá para você melhor entender referências a elas, muito comuns nos meios de comunicação, tais como:
A galáxia de Andrômeda dista 2,3 milhões anos – luz de nós.
As ondas de televisão são produzidas com frequências compreendidas entre 108 e 1011hertz, aproximadamente.
As usinas fornecedoras de energia elétrica geram potências de milhares de quilowatts (kW).
Unidade Astronômica (UA)
O uso de algumas unidades de medidas tradicionais é inviável. Admite-se usar o quilômetro para medir os diâmetros das crateras da Lua ou as alturas dos vulcões de Marte. Entretanto, é tão inadequado usá-lo para expressar as grandes distâncias entre planetas, estrelas ou galáxias, quanto falar das distâncias entre Rio de Janeiro e Brasília ou entre Brasília e Mossoró em milímetros. Os astrônomos criaram, então, novas unidades de medida.
Quando discutem distâncias ao longo do sistema solar, os astrônomos usam uma unidade de comprimento chamada Unidade Astronômica (UA), que é a distância média entre a Terra e o Sol:
1UA = 1,5 x 108 km ≈ 9,3 x 107 mi
Júpiter, por exemplo, está cerca de 5,2 vezes mais longe do Sol do que a Terra. Desta forma, a distância média entre o Sol e Júpiter pode ser convenientemente estabelecida como 5,2 UA. Este valor pode ser convertido em quilômetros ou em milhas usando a relação anterior.
O ano-luz (al)
As dimensões do Universo são incrivelmente enormes. Não é tarefa fácil assimilar distâncias quando se estuda Astronomia. Assim, ao planejar lançar sondas espaciais para outros planetas, o quilômetro (km) deixa de ser uma unidade de medida adequada para a viagem. Em se tratando de percursos no Sistema Solar, adota-se a distância média da Terra ao Sol, que é cerca de 150 milhões de quilômetros, como unidade de referência chamada de Unidade Astronômica (UA).
Porém, quando se pretende ir mais além do Sistema Solar, a UA já se torna uma unidade inadequada também, porque as distâncias a serem percorridas são ainda maiores. De acordo com informações da NASA (a agência espacial dos Estados Unidos), a nave espacial mais rápida lançada ao espaço até o momento, foi a sonda Voyager 1 (figura 2), que partiu em 1977 rumo aos planetas Júpiter e Saturno. A Voyager 1 está a mais de 16 bilhões de quilômetros da Terra, voando à média de 17.000 km/h. A princípio, esta velocidade pode parecer muito, mas se a nave estivesse indo à estrela Próxima Centauri, a mais próxima do nosso Sol, situada a aproximadamente 280.000 UA, levaria cerca de 76 mil anos para chegar ao seu destino. Nesse caso, em se tratando de distâncias estelares, a Unidade Astronômica deixa de ser prática e deve ser substituído por outra unidade, o ano-luz (al).
Fig. 1 - Distância em ano-luz da Terra ao Sol. Fonte: MEC
Quando se trata de distâncias entre as estrelas, os astrônomos escolhem entre duas unidades de comprimento. Uma é o ano-luz (al). Um ano-luz é a distância que a luz viaja durante um ano no vácuo (isto é, na ausência de ar). Lembre-se de que a palavra ano, nesta é usada para descrever uma separação entre dois objetos, em vez de representar uma unidade de tempo. Outra é a unidade astronômica (UA), sobre a qual já falamos anteriormente.
Fig. 2 - Concepção Artística da Voyager 1. Fonte: NASA
1 al ≈ 9,46 x 1012 km ≈ 63.000 UA
O espaço entre planetas, estrelas e galáxias é de aproximadamente um vácuo ideal. Um ano-luz equivale a 9,5 trilhões de quilômetros. Próxima Centauri, a estrela mais próxima da Terra, ou do Sol, está a 4,2 anos-luz de nós.
Agora responda ao que se pede, utilizando das informações adquiridas no texto:
A estrela mais próxima (tirando o Sol) está a 4,22 al de distância.
A quantas milhas de distância ela se encontra?
A quantos quilômetros?
Fig. 3 - Encontro de duas galáxias. Fonte: Chandra e Hubble (NASA)
A distância entre as duas galáxias da Figura 3 é de 450 milhões de anos-luz da Terra. Calcule esse valor em quilômetros.
Confira abaixo o episódio Ano-Luz, em alta resolução!
É com satisfação que a TV Escola lança o primeiro episódio da série ABC da Astronomia. Confira na sequência a apresentação da série pelo astrônomo e professor Walmir Thomazi Cardoso, apresentador da série. Na sequência, assista com exclusividade o primeiro episódio da série ABC da Astronomia.
ABC DA ASTRONOMIA
Estou muito feliz em ver concretizado um sonho antigo em parceria com a TV Escola. Desde que iniciei meus trabalhos por aqui, que esperava esse dia chegar. Quando eu comecei a apresentar e coordenar os programas Sala de Professor e Acervo para o Ensino Médio, eu ficava animado todas as vezes em que recebíamos documentários ligados a Astronomia. Era uma chance de falarmos do céu, das estrelas e de tudo que sempre me estimulou a estudar e compreender mais as ciências naturais. Minha experiência com televisão iniciou-se com uma série de programas de difusão científica sobre Astronomia. Estávamos no início da década de 1990 e os desafios técnicos para a produção de uma série desse tipo eram enormes. A série Olhando para o Céu (TV Cultura) fez bastante sucesso e tinha o mérito de ser produzida no Brasil. Jamais abandonei a ideia de continuar esse trabalho e de sofisticá-lo, contando com o arsenal de novas técnicas de animação desenvolvidas recentemente. Foi o que aconteceu agora. É isso que estamos compartilhando com o público em geral, com estudantes e professores da Educação Básica, foco central de nossa atuação na TV Escola.
O ABC da Astronomia é uma série de 30 programas de curta duração, cada um. Esses programas tratam de palavras ou expressões que consideramos importantes para estimular as pessoas a prosseguirem suas investigações no tema. Longe de esgotar o assunto, cada episódio empreende a leitura de um aspecto do assunto tratado. Isso mesmo! Não pense que cada verbete tratado nessa enciclopédia responderá todas as dúvidas no tempo de exibição do programa. Cada episódio também traz o desafio de produzir inquietações, impelindo o telespectador a procurar mais, pesquisando sempre, para aumentar por si mesmo os conhecimentos apresentados. Então, o ABC da Astronomia não tem a função de dicionário ou mesmo de enciclopédia. Eu diria que cada episódio é uma mola propulsora da curiosidade, coisa que a Astronomia tem de sobra!
A Astronomia tem o condão de levantar várias questões importantes para as pessoas em geral e particularmente para a educação. Os tamanhos, as distâncias e a diversidade apresentada pelo Universo, servem de base para compreendermos como a vida é valiosa em nosso planeta.
Um ponto que chama muito a atenção são as enormes dimensões envolvidas com o Universo. Um pouco de Astronomia nos ajuda a entender que estamos na superfície de um planeta com características próprias, resultado de processos complexos de transformações que envolvem esse fenômeno extraordinário que é a diversidade da vida. As imagens que usamos no ABC da Astronomia são de tirar o fôlego e por isso mesmo usamos de todos os atuais recursos para tornar as animações, um dos carros chefes dessa produção. Demos ênfase às imagens a partir da perspectiva do hemisfério sul. O Cruzeiro do Sul foi tratado com o status que consideramos merecedor e até as constelações dos índios brasileiros apareceram para caracterizar a nossa forma de ver o céu. Nem por isso deixamos de lado as pesquisas internacionais e seus importantes resultados. Também salientamos a Astronomia que não enxergamos com nossos olhos e que é praticada com instrumentos e detectores que ampliaram nossa visão do Universo. Os temas históricos da Astronomia também compareceram na série e, apoiados pelos modelos e representações, certamente poderão servir de ilustração para muitas das questões que os professores tratam em sala de aula.
Galáxias, Buracos Negros, Planetas, Cometas e Meteoros, inquietações e mitos sobre a Noite, o Zodíaco que tem tanto a ver com a Astronomia como com a Astrologia, os movimentos do Céu de curta e longa duração, a conquista do Espaço e os desafios de continuarmos a olhar o céu estrelado nesse planeta… O ABC da Astronomia é um passeio por tudo isso e muito mais. Um convite para todos os que se interessam pela beleza e pelos enigmas que rondam o ser humano desde que ele surgiu nesse planeta e que certamente o acompanharão na audácia e prazer da aventura pelo conhecimento nos anos vindouros! Sejam todos bem vindos a esse trabalho que serve de porta de entrada para sabermos mais sobre o que nos abarca, na mesma medida em que fazemos investigações sobre nós mesmos, nossas origens e nosso futuro!
Walmir Thomazi Cardoso
O conceito de Galáxia começou por definições filosóficas e hoje os observatórios contabilizam bilhões de imensos grupos de bilhões de estrelas, poeira, gás e formas pouco conhecidas de matéria. Dizem até que muitas delas têm nos seus núcleos super buracos negros. Clique na imagem abaixo para assistir o vídeo!
Elas são gigantescas fornalhas em constante atividade, produzindo energia e todos os elementos que compõem a natureza que conhecemos inclusive nós mesmos. Talvez seja por isso que nos encantem tanto quando olhamos para seu brilho no céu noturno. Clique na imagem abaixo para assistir o vídeo!
