Que corpo celeste estudado neste capítulo pode ser descrito?

OS VÁRIOS MODELOS cosmológicos ao longo da história são brevemente descritos. A evolução das idéias pode ser entendida como uma sucessão de modelos, como o da Terra plana, o dos modelos geocêntricos, o do heliocêntrico e o do galactocêntrico. Nos últimos cem anos foi desenvolvida uma teoria, a do Big Bang, que descreve as observações mais sofisticadas de que dispomos hoje e que mostra que o universo teve uma origem que pode ser pesquisada cientificamente. Em décadas recentes, esse modelo foi aperfeiçoado para um novo conceito, o do Big Bang inflacionário. Na virada do milênio, novas descobertas mostraram que toda a matéria conhecida é apenas a ponta do iceberg em um universo dominado pela energia escura e pela matéria escura cujas naturezas permanecem misteriosas.

Universo; Cosmologia; História da astronomia; Big Bang

THE VARIOUS cosmological models along history are briefly reviewed. The evolution of the ideas may be understood as successive models such as the flat earth, the geocentric models as well as the heliocentric and the galacto-centric ones. In the last century, a concept was developed, the big-bang theory, that describes the most sophisticated observations on hand today and shows that the universe had an origin that can be search with scientific methods. In recent decades this model was refined to a new concept: inflation. By the end of the century and millenium new discoveries showed that all known matter is only the tip of the iceberg in a universe dominated by dark energy and dark matter whose natures remain mysterious.

Universe; Cosmology; History of astronomy; Big Bang

ORIGEM DO UNIVERSO E DO HOMEM

A origem do universo

João E. Steiner

RESUMO

OS VÁRIOS MODELOS cosmológicos ao longo da história são brevemente descritos. A evolução das idéias pode ser entendida como uma sucessão de modelos, como o da Terra plana, o dos modelos geocêntricos, o do heliocêntrico e o do galactocêntrico. Nos últimos cem anos foi desenvolvida uma teoria, a do Big Bang, que descreve as observações mais sofisticadas de que dispomos hoje e que mostra que o universo teve uma origem que pode ser pesquisada cientificamente. Em décadas recentes, esse modelo foi aperfeiçoado para um novo conceito, o do Big Bang inflacionário. Na virada do milênio, novas descobertas mostraram que toda a matéria conhecida é apenas a ponta do iceberg em um universo dominado pela energia escura e pela matéria escura cujas naturezas permanecem misteriosas.

Palavras-chave: Universo, Cosmologia, História da astronomia, Big Bang.

A ORIGEM DAS coisas sempre foi uma preocupação central da humanidade; a origem das pedras, dos animais, das plantas, dos planetas, das estrelas e de nós mesmos. Mas a origem mais fundamental de todas parece ser a origem do universo como um todo – tudo o que existe. Sem esse, nenhum dos seres e objetos citados nem nós mesmos poderíamos existir.

Talvez por essa razão, a existência do universo como um todo, sua natureza e origem foram assuntos de explicação em quase todas as civilizações e culturas. De fato, cada civilização conhecida da antropologia teve uma cosmogonia – uma história de como o mundo começou e continua, de como os homens surgiram e do que os deuses esperam de nós. O entendimento do universo foi, para essas civilizações, algo muito distinto do que nos é ensinado hoje pela ciência. Mas a ausência de uma cosmologia para essas sociedades, uma explicação do mundo em que vivemos, seria tão inconcebível quanto a ausência da própria linguagem. Essas explicações, por falta de outras formas de entendimento da questão, sempre tiveram fundamentos religiosos, mitológicos ou filosóficos. Só recentemente a ciência pôde oferecer sua versão para os fatos. A razão principal para isso é que a própria ciência é recente. Como método científico experimental, podemos nos referir a Galileu Galilei (1564-1642, astrônomo, físico e matemático italiano) como um marco importante. Não obstante, já os gregos haviam desenvolvido métodos geométricos sofisticados e precisos para determinar órbitas e tamanhos de corpos celestes, bem como para previsão de eventos astronômicos. Não podemos nos esquecer de que egípcios e chineses, assim como incas, maias e astecas também sabiam interpretar os movimentos dos astros.

É surpreendente que possamos entender o universo físico de forma racional e que ele possa ser pesquisado pelos métodos da física e da astronomia desenvolvidos nos nossos laboratórios e observatórios. A percepção dessa dimensão e da capacidade científica nos foi revelada de forma mais plena nas décadas de 10, 20 e 30 do século XX. Mas a história da cosmologia (a estrutura do universo) e da cosmogonia (a origem do universo) não começou, nem parou aí.

Cosmologias da Terra plana

Como era a cosmovisão, a forma do universo imaginada pelos antigos egípcios, gregos, chineses, árabes, incas, maias e tupi-guaranis, que não tinham acesso às informações da moderna astronomia? Para quase todas as civilizações, sempre foi necessário acomodar não só a face visível da Terra e do céu, mas também incluir, possivelmente no espaço, o mundo dos mortos, tanto os abençoados como os condenados, além dos reinos dos deuses e dos demônios. A experiência do cotidiano sugere que o mundo em que vivemos é plano; além disso, muitas cosmologias eram interpretações associadas ao ambiente físico ou cultural da civilização em questão. Por exemplo, para os egípcios, o universo era uma ilha plana cortada por um rio, sobre a qual estava suspensa uma abóbada sustentada por quatro colunas. Na Índia antiga, as várias cosmologias dos hindus, brâmanes, budistas etc. tinham em comum o pressuposto da doutrina da reencarnação e as configurações físicas deveriam acomodá-la, incluindo os diversos níveis de céus e infernos por ela demandada. Para os hindus – por exemplo – o universo era um ovo redondo coberto por sete cascas concêntricas feitas com distintos elementos. Já os babilônios imaginavam um universo em duas camadas conectadas por uma escada cósmica. A civilização maia era fortemente dependente do milho e das chuvas, muitas vezes escassas, que vinham do céu. Para eles, no começo havia apenas o céu, o mar e o criador; esse, após várias tentativas fracassadas, conseguiu construir pessoas a partir de milho e água.

No antigo testamento judaico-cristão, a Terra era relatada em conexão ao misterioso firmamento, às águas acima do firmamento, às fontes do abismo, ao limbo e à casa dos ventos. O livro do Gênesis narra, também, que o universo teve um começo: "No princípio Deus criou os céus e a Terra. A Terra, porém, estava informe e vazia; as trevas cobriam o abismo e o Espírito de Deus pairava sobre as águas. Deus disse: 'Faça-se a luz'. E a luz foi feita. Deus viu que a luz era boa, e separou a luz das trevas. Deus chamou à luz DIA, e às trevas NOITE. Houve uma tarde e uma manhã: foi o primeiro dia".

Modelos geocêntricos

Há cerca de 2.400 anos, os gregos já haviam desenvolvido sofisticados métodos geométricos e o pensamento filosófico. Não foi, pois, por acaso que eles propuseram uma cosmologia mais sofisticada do que a idéia do universo plano. Um universo esférico, a Terra, circundado por objetos celestes que descreviam órbitas geométricas e previsíveis e também pelas estrelas fixas. Uma versão do modelo geocêntrico parece ter sido proposta inicialmente por Eudoxus de Cnidus (c.400-c.350 a.C., matemático e astrônomo grego, nascido na atual Turquia) e sofreu diversos aperfeiçoamentos. Um deles foi proposto por Aristóteles (384-322 a.C.), que demonstrou que a Terra é esférica; ele chegou a essa conclusão a partir da observação da sombra projetada durante um eclipse lunar. Ele calculou, também, o seu tamanho – cerca de 50% maior do que o valor correto. O modelo geocêntrico de Aristóteles era composto por 49 esferas concêntricas que procuravam explicar os movimentos de todos os corpos celestes. A esfera mais externa era a das estrelas fixas e que controlava todas as esferas internas. Essa, por sua vez, era controlada por uma agência (entidade) sobrenatural.

Esse modelo geocêntrico grego teve outros aperfeiçoamentos. Erastóstenes (c.276-c.194 a.C., escritor grego, nascido na atual Líbia) mediu a circunferência da Terra por método experimental, obtendo um valor cerca de 15% maior do que o valor real. Já Ptolomeu (Claudius Ptolomeus, segundo século a.C., astrônomo e geógrafo egípcio) modificou o modelo de Aristóteles, introduzindo os epiciclos, isto é, um modelo no qual os planetas descrevem movimentos de pequenos círculos que se movem sobre círculos maiores, esses centrados na Terra.

A teoria heliocêntrica

A idéia de que o Sol está no centro do universo e de que a Terra gira em torno dele, conhecida como a teoria heliocêntrica, já havia sido proposta por Aristarco de Samos (c.320 – c.250 a.C., matemático e astrônomo grego); ele propôs essa teoria com base nas estimativas dos tamanhos e distâncias do Sol e da Lua. Concluiu que a Terra gira em torno do Sol e que as estrelas formariam uma esfera fixa, muito distante. Essa teoria atraiu pouca atenção, principalmente porque contradizia a teoria geocêntrica de Aristóteles, então com muito prestígio e, também, porque a idéia de que a Terra está em movimento não era muito atraente.

Cerca de dois mil anos mais tarde, Copérnico (Nicolaus Copernicus, 1473-1543, astrônomo polonês) descreveu o seu modelo heliocêntrico, em 1510, na obra Commentariolus, que circulou anonimamente; Copérnico parece ter previsto o impacto que sua teoria provocaria, tanto assim que só permitiu que a obra fosse publicada após a sua morte. A teoria foi publicada abertamente em 1543 no livro De Revolutionibus Orbium Coelesti e dedicada ao papa Paulo III.

O modelo heliocêntrico provocou uma revolução não somente na astronomia, mas também um impacto cultural com reflexos filosóficos e religiosos. O modelo aristotélico havia sido incorporado de tal forma no pensamento, que tirar o homem do centro do universo acabou se revelando uma experiência traumática.

Por fim, o modelo heliocêntrico de Copérnico afirmou-se como o correto. Mas por que o modelo de Aristarco de Samos não sobreviveu, cerca de 2.000 anos antes, se afinal também estava certo? Basicamente porque, para fins práticos, não fazia muita diferença quando comparado com o modelo geocêntrico. As medidas não eram muito precisas e tanto uma teoria quanto a outra davam respostas satisfatórias. Nesse caso, o modelo geocêntrico parecia mais de acordo com a prática do dia-a-dia; além disso, era um modelo homocêntrico, o que estava em acordo com o demandado por escolas filosóficas e teológicas.

Após a publicação da teoria de Copérnico, no entanto, alguns avanços técnicos e científicos fizeram que ela se tornasse claramente superior ao sistema de Ptolomeu. Tycho Brahe (1546-1601, astrônomo dinamarquês) teve um papel importante ao avançar as técnicas de fazer medidas precisas com instrumentos a olho nu, pois lunetas e telescópios ainda não haviam sido inventados. Essas medidas eram cerca de dez vezes mais precisas do que as medidas anteriores. Em 1597 ele se mudou para Praga, onde contratou, em 1600, Johannes Kepler (1571-1630, matemático e astrônomo alemão) como seu assistente. Mais tarde, Kepler usou as medidas de Tycho para estabelecer suas leis de movimento dos planetas. Essas leis mostravam que as órbitas que os planetas descrevem são elipses, tendo o Sol em um dos focos. Com isso, cálculos teóricos e medidas passaram a ter uma concordância muito maior do que no sistema antigo. Se não por outro motivo, essa precisão e a economia que ela propiciava seriam tão importantes para as grandes navegações que ela se imporia por razões práticas.

Galileu, ao desenvolver a luneta, criou um instrumento vital para a pesquisa astronômica, pois amplia, de forma extraordinária, a capacidade do olho humano. Apontando para o Sol, descobriu as manchas solares; apontando para Júpiter, descobriu as quatro primeiras luas; e ao olhar para a Via-Láctea, mostrou que ela é composta por miríades de estrelas.

A descoberta da galáxia

Foi exatamente com o desenvolvimento de técnicas ópticas, mecânicas e fotográficas que se passou a determinar a distância das estrelas mais próximas, e com isso a idéia de esfera das estrelas fixas foi superada. Com a medida das distâncias das estrelas – extraordinariamente grandes –, estabeleceu-se a interpretação de que o Sol e as estrelas são objetos da mesma natureza. Portanto, cada estrela poderia ter, em princípio, o "direito" de hospedar um sistema planetário.

Uma das primeiras concepções consistentes sobre a natureza da galáxia – e surpreendentemente correta – foi feita por Kant (Immanuel Kant, 1724-1804, filósofo alemão) que, aos 26 anos e muito antes de se tornar a grande referência em filosofia, tomou contato com os pensamentos de Newton e desenvolveu a idéia de que o sistema solar teria se originado a partir da condensação de um disco de gás. Concebeu, também, a idéia de que o sistema solar faz parte de uma estrutura achatada, maior, à qual hoje chamamos de galáxia, e de que muitas das nebulosas então observadas como manchas difusas são sistemas semelhantes, às quais ele denominou universos-ilhas.

Os avanços observacionais mais importantes que levaram à compreensão detalhada da distribuição das estrelas no céu foram feitos por Wilheilm Herschel (1738-1822, astrônomo e músico inglês, nascido na Alemanha), primeiro construtor de grandes telescópios com os quais podia detalhar os objetos fracos com maior precisão.

Estrelas se distribuem no espaço tanto de forma dispersa quanto, também, em grupos, chamados de aglomerados de estrelas. No estudo de tais aglomerados, percebeu-se que eles não se distribuem ao acaso no espaço, mas definem uma configuração à qual chamamos de galáxia, visível a olho nu, como a Via-Láctea.

O Sol, a estrela mais próxima de nós, está a 159 milhões de quilômetros. É mais fácil dizer que ele está a oito minutos-luz. Afinal, a luz leva oito minutos para chegar do Astro-rei até a Terra. O mapa feito com os aglomerados globulares de estrelas mostrou que a galáxia tem um diâmetro de aproximadamente 90 mil anos-luz e é composta de 100 bilhões de estrelas, todas girando em torno de um núcleo comum, que dista cerca de 25 mil anos-luz do Sol. Logo se percebeu que existe um grande número de formações semelhantes no universo. São as Nebulae, que hoje chamamos, genericamente, de galáxias.

Quando observamos a estrela mais próxima do sistema solar, Alfa de Centauro, estamos enxergando o passado. Ela se encontra a 4,3 anos-luz de distância. Quer dizer que a luz que agora observamos foi emitida 4,3 anos atrás e viajou todo esse tempo para chegar até aqui. Estamos, de fato, observando o passado. Quando olhamos para a nossa vizinha galáxia de Andrômeda, vemos como ela era 2,4 milhões de anos atrás. Muitas estrelas que estamos vendo hoje já deixaram de existir há muito tempo.

A teoria do Big Bang

Na década de 1920, o astrônomo americano Edwin Hubble procurou es-tabelecer uma relação entre a distância de uma galáxia e a velocidade com que ela se aproxima e se afasta de nós. A velocidade da galáxia se mede com relativa facilidade, mas a distância requer uma série de trabalhos encadeados e, por isso, é trabalhoso e relativamente impreciso. Após muito trabalho, ele descobriu uma correlação entre a distância e a velocidade das galáxias que ele estava estudando. Quanto maior a distância, com mais velocidade ela se afasta de nós. É a chamada Lei de Hubble. Portanto, as galáxias próximas se afastam lentamente e as galáxias distantes se afastam rapidamente? Como explicar essa lei?

Num primeiro momento, poderíamos pensar que, afinal, estamos no centro do universo, um lugar privilegiado. Todas as galáxias sabem que estamos aqui e por alguma razão fogem de nós. Essa explicação parece pouco copernicana. A essa altura dos acontecimentos, ninguém mais acreditava na centralidade cósmica do homem. Precisamos achar, então, outra explicação.

A outra explicação pode ser facilmente entendida se fizermos uma analogia bidimensional do universo. Costumamos dizer que vivemos num universo de três dimensões espaciais: podemos andar para a frente, para os lados e pular para cima. Além disso, existe a dimensão do tempo. Essas quatro dimensões compõem o espaço-tempo do universo em que vivemos. Poderíamos imaginar outros universos. Do ponto de vista matemático, podemos imaginar, por exemplo, universos bidimensionais. A superfície de uma bola é uma entidade de duas dimensões, assim como o é a superfície de uma mesa. Poderíamos, agora, imaginar a superfície de uma bexiga de aniversário como um universo bidimensional. Sobre a sua superfície poderíamos desenhar galáxias bidimensionais, povoadas por formigas também de duas dimensões. Algumas dessas formigas poderiam ser astrônomas cuja tarefa seria observar outras galáxias, medir suas distâncias e velocidades.

Imaginemos, agora, que alguém sopre na bexiga de tal forma que ela se expanda. O que a formiga-astrônoma vai observar? Que as galáxias próximas se afastam lentamente ao passo que as galáxias distantes se afastam rapidamente do observador. Isto é, a formiga descobriu a Lei de Hubble. Se, por hipótese, em vez de uma bexiga em expansão, ela estivesse se esvaziando, em contração, a formiga verificaria que todas as galáxias se aproximam uma das outras; um efeito contrário ao da Lei de Hubble. Portanto, essa lei mostra que nosso universo está em expansão! Isto é, no futuro ele será maior e no passado foi menor do que ele é hoje. Quanto mais no passado, menor. Até que poderíamos imaginar a bexiga tão pequena que se reduziria a um ponto. A esse ponto inicial, a idéia de que o universo surgiu de uma explosão no passado, chamamos de Big Bang. Desde então, ele está se expandindo, até hoje, e a lei de Hubble é a confirmação disso. Há quanto tempo teria acontecido isso? As indicações mais recentes são de que o Big Bang ocorreu há 13,7 (± 0,2) bilhões de anos.1 1 Como teoria rival do Big Bang, persistiu por muito tempo a teoria do estado estacionário. Essa teoria se baseia no Princípio Cosmológico Perfeito, segundo o qual o universo é homogêneo, isotrópico e constante no tempo. Esse modelo era bem-visto pelos físicos, principalmente porque eliminava os problemas de ter havido uma origem no tempo. Esse princípio é incompatível com as observações que mostram que o universo evolui com o tempo. 2 Existem outras evidências em suporte à teoria do Big Bang. Se o universo não fosse finito no tempo, o céu noturno não seria escuro. Além disso, galáxias evoluem com o tempo, tornando-se mais velhas, com mais elementos químicos pesados. Isso é confirmado diretamente pelas observações. Quanto mais longe observamos no universo, mais jovens (menos evoluídas) são as galáxias. 3 Se o universo fosse fechado, ele voltaria a se contrair, acabando em um Big Crunch. A partir daí, poderia haver um novo Big Bang e assim por diante, o que implicaria um universo cíclico – idéia comum a varias visões cosmológicas antigas. A teoria da inflação, no entanto, é incompatível com a idéia de universo fechado. 4 As pesquisas do Big Bang motivaram experimentos em laboratório, levando à descoberta de novas partículas em física. Ao contrário do que acontecia no século XX, quando as revoluções da física eram usadas para progredir no entendimento do universo, hoje as pesquisas da cosmologia indicam para a física onde ela deve progredir para o entendimento do mundo mateiral.

Que corpo celeste estudado neste capítulo pode ser descrito como uma?

Que corpo celeste estudado nesse capítulo pode ser descrito como uma bola de gelo suja com cabeleira?

Quais corpos celestes podem ser observados?

Quais são os corpos celestes do sistema solar Você já observou como são classificados?