A leitura desta matéria o ajudará a ter os conhecimentos mais básicos sobre nosso universo. Não tenho nenhuma pretensão de transformar esse texto em uma informação mais aprofundada sobre cosmologia.
Antes, vamos entender como as diferentes áreas estudam o universo. Vou comentar apenas das 3 principais, porém existem outras áreas de atuação.
- Cosmologia - é considerada uma área de estudos mais abrangente. A palavra é a junção de “cosmo” (relativo ao universo, ao mundo, a tudo que existe) e “logia” (estudo). Ela estuda a origem, a estrutura e a evolução do universo, seu passado e seu futuro. Está preocupada com a linha do tempo do universo como um todo.
- Astronomia - é voltada não ao mecanismo geral do universo, mas aos seus funcionamentos específicos: ela estuda os corpos celestes (desde cada planeta, meteorito ou até uma galáxia inteira) e, principalmente, seus fenômenos. Está ligada a movimentações no espaço, às relações entre os componentes do cosmo. A astronomia se ocupa da previsibilidade de eventos espaciais.
- Astrofísica - tem como objeto de estudo o mesmo que a astronomia (ou seja, corpos celestes e fenômenos), mas sob a ótica específica da física. Apoiado em diversas áreas do conhecimento físico, tais como a física nuclear e a mecânica quântica, o astrofísico se aprofunda em estudos que fogem da alçada do astrônomo, e vice-versa. Há estudos mais generalistas da astronomia que não fazem parte da rotina de pesquisa de um astrofísico.
Boa parte dos cientistas considera a astronomia e a astrofísica como campos de conhecimento dentro da cosmologia. Alguns pesquisadores contestam tal divisão, afirmando que a cosmologia e a astrofísica é que são subcampos da astronomia. O que importa é que essas áreas estão intimamente ligadas e a cooperação desses profissionais é que ajuda no crescimento do conhecimento sobre os mistérios do universo.
Vamos começar pelo nosso Planeta – Terra
Quantos de nós chamamos de estrela todos os pontos luminosos que vemos no céu à noite? Mas nem tudo que vemos é uma estrela. Vemos planetas, estrelas, cometas, galáxias, etc.
Aliás, a primeira pergunta é o que é um planeta?
De maneira geral, planeta é um corpo celeste que orbita uma estrela ou um remanescente de estrela, com massa suficiente para se tornar esférico pela sua própria gravidade, mas não a ponto de causar fusão termonuclear.
O planeta não produz luz, apenas reflete a luz da sua estrela.
O planeta não produz luz, apenas reflete a luz da sua estrela.
Entretanto, com a evolução do conhecimento científico, alguns ajustes à essa definição têm sido feitos, porém muito ainda se discute sobre o tema.
Calcula-se que a Terra tem cerca de 4,5 bilhões de anos, é o terceiro planeta mais próximo do Sol, possui um raio de 6.371 km, massa de 5,97 x 1024 kg e gravidade de 9,807 m/s2.
A Terra orbita o Sol, estrela do nosso Sistema Solar, no movimento de translação.
A Terra orbita o Sol, estrela do nosso Sistema Solar, no movimento de translação.
A Terra tem dois principais movimentos: rotação e translação.
No movimento de rotação, nosso planeta gira em torno do próprio eixo, no sentido de oeste para leste. Uma volta completa leva aproximadamente de 24 horas, a uma velocidade média de 463m/s, fazendo com que tenhamos os dias e as noites. Por causa desse movimento, o Sol não consegue iluminar a Terra de maneira uniforme. Em determinados momentos, alguns lugares estarão iluminados pelo sol, sendo dia e outros, no mesmo momento, estarão na sombra, sendo noite. Daí, foi convencionada uma padronização dos horários, chamada Fuso-Horário.
Já, no movimento de translação, a Terra gira em torno do Sol. Uma volta completa caracteriza 1 ano e leva cerca de 365 dias, a uma velocidade média de 29,9km/s, sendo que nos anos bissextos, leva 366 dias. Este movimento faz com que tenhamos as 4 estações do ano: primavera, verão, outono e inverno.
No inverno e no verão temos os Solstícios: no solstício de verão o dia é mais longo que a noite e no solstício de inverno a noite é mais longa que o dia.
Já na primavera e no outono, temos os Equinócios, onde o dia e a noite são iguais. É quando o Sol encontra-se perpendicular (90°), ao meio dia, na Linha do Equador.
O que é uma estrela?
Uma estrela é uma grande e luminosa esfera de plasma, mantida íntegra pela gravidade. Ao fim de sua vida, uma estrela pode conter também uma proporção de matéria degenerada.
A estrela mais próxima da Terra é o Sol, que é a fonte da maior parte da energia do planeta.
Outras estrelas são visíveis da Terra durante a noite, quando não são ofuscadas pela luz do Sol ou bloqueadas por fenômenos atmosféricos.
Pelo menos durante uma parte da sua vida, uma estrela brilha devido à fusão nuclear do hidrogênio no seu núcleo, liberando energia que atravessa o interior da estrela e irradia para o espaço sideral.
Os astrônomos podem determinar a massa, idade, composição química e muitas outras propriedades de uma estrela observando o seu espectro, luminosidade e movimento no espaço. A massa total de uma estrela é o principal determinante da sua evolução e possível destino.
As estrelas passam cerca de 90% da sua vida fundindo hidrogênio para produzir hélio em reações a altas temperaturas e pressões próximo ao núcleo. Diz-se que tais estrelas estão na sequência principal e elas são chamadas estrelas anãs. O tempo em que uma estrela permanece na sequência principal depende principalmente da quantidade de combustível que ela tem para fundir e da taxa a que ela o consome, isto é, da sua massa inicial e luminosidade. Para o Sol, isto está estimado em 1010 anos.
À medida que estrelas exaurem o estoque de hidrogênio em seu núcleo, suas camadas exteriores se expandem muito e se resfriam para formar uma gigante vermelha. Por exemplo, daqui a cerca de cinco bilhões de anos, quando o Sol for uma gigante vermelha, ele se expandirá aproximadamente 250 vezes seu tamanho atual.
Uma estrela evoluída e de tamanho mediano começa a lançar suas camadas externas como uma nebulosa planetária e, se o que sobra for menor do que 1,4 massa solar, ela encolhe para se tornar um objeto relativamente pequeno (aproximadamente do tamanho da Terra), sem massa suficiente para que novas compressões ocorram, conhecido como anã branca.
Em estrelas maiores, a fusão continua até que o núcleo de ferro se torne tão grande (mais do que 1,4 massa solar) que ele não consegue mais suportar sua própria massa. Este núcleo repentinamente colapsa. A onda de choque formada por este colapso súbito faz o resto da estrela explodir em uma supernova. As supernovas são tão brilhantes que podem momentaneamente ofuscar toda a galáxia em que a estrela se encontra.
A maior parte da matéria de uma estrela é expulsa pela explosão de uma supernova, formando nebulosas, e o que sobra é uma estrela de nêutrons, que às vezes se manifesta como um pulsar. Em caso de estrelas maiores (grandes o suficiente para deixar um remanescente estelar maior do que quatro massas solares) o que sobra se torna um buraco negro.
O que é o Sistema Solar?
O Sistema Solar é um conjunto de planetas, asteroides, cometas e outros objetos celestes que giram ao redor do Sol. Cada um se mantém em sua respectiva órbita em virtude da intensa força gravitacional exercida pelo astro Sol, que possui massa muito maior que a de qualquer outro planeta.
Erradamente, ainda se diz que os planetas se movem em órbitas circulares, igualmente distribuídas sobre um plano imaginário, com o Sol no centro. Porém, hoje se sabe que os corpos mais importantes do sistema solar são os oito planetas que giram ao redor do Sol, descrevendo órbitas elípticas, como podemos ver na figura abaixo.
Em 2006, aprovado por unanimidade na International Astronomic Union, os cientistas passaram a aplicar uma nova definição de planeta. Nesta nova definição, Plutão, descoberto em 1930, deixa de ser classificado como planeta.
Na conferência de 2006, determinou-se que além da definição já mencionada, para ser considerado um planeta, este deve ter limpado sua órbita, não dividindo-a com outros objetos além de seus satélites.
Plutão, Éris, Makemake e Haumea, além do ex-asteroide Ceres, não estão sozinhos, dividindo a região com outros astros. Assim, eles passaram a ser classificados em uma nova categoria chamada de planetas-anões. O nome é um pouco infeliz porque dá a ideia de que é um planeta. Mas é uma nova categoria de objeto. O Sistema Solar é composto atualmente de oito planetas, dezenas de satélites, milhares de asteroides, cinco planetas-anões e milhões de cometas.
Seguem então os oito planetas do sistema solar, do mais próximo ao mais distante do sol:
Mercúrio
Mercúrio é um planeta seco, quente e quase não tem ar. O planeta fica a quase 58 milhões de quilômetros do Sol e não tem lua nem atmosfera. Fica tão perto do Sol que as temperaturas da superfície podem chegar a 430oC. Assim como a Lua, o planeta é coberto por uma camada fina de minerais. Mercúrio também tem áreas de terra amplas e planas, precipícios e muitas crateras profundas como as da Lua. Um dia em Mercúrio correspondem a 176 dias terrestres.
Vênus
Vênus é o segundo planeta mais próximo do Sol e é quase do mesmo tamanho da Terra. A superfície do planeta é cheia de montanhas, vulcões, cânions e crateras. O planeta é coberto por nuvens de ácido sulfúrico, uma substância mortal. Vênus também é um planeta muito quente: a temperatura na superfície é de 460oC.
Terra
A Terra é o terceiro mais próximo do Sol e o maior dos quatro planetas rochosos. É uma esfera gigantesca (achatada nos polos norte e sul), formada por água (70% do planeta), rochas e solo e envolvida pela atmosfera. A atmosfera da Terra é formada por nitrogênio (78%), oxigênio (21%) e outros gases (1%). Entre os planetas do sistema, a Terra tem condições únicas: mantém grandes quantidades de água em estado líquido, tem placas tectônicas e um forte campo magnético.
Marte
Marte é um planeta avermelhado, coberto por rochas e crateras (grandes buracos). O planeta se move ao redor do Sol em uma órbita elíptica (oval) e leva cerca de 687 dias para dar uma volta completa. Marte tem duas luas: Fobos e Deimos. O solo de Marte é muito frio: geralmente fica abaixo de zero grau Celsius. A atmosfera do planeta vermelho não tem oxigênio. Alguns cientistas dizem que talvez tenha existido no planeta há bilhões de anos, mas hoje não há prova de qualquer ser vivo no planeta.
Júpiter
Júpiter é o maior planeta do Sistema Solar e tem mais massa do que todos os outros planetas juntos. O planeta tem camadas de gás e as quatro maiores luas do Sistema Solar – Io, Europa, Ganimedes e Calisto – que são maiores que Plutão. Em volta do equador de Júpiter existem três anéis finos, formados principalmente por partículas de poeira.
Saturno
Saturno é outro planeta gigante, que tem anéis brilhantes. A atmosfera gasosa de Saturno não é tão colorida quanto a de Júpiter. É o segundo maior planeta depois de Júpiter. A característica mais famosa de Saturno é o brilhante sistema de anéis, o único visível da Terra. Titã, a lua de Saturno, é maior do que Plutão e Mercúrio. Titã tem uma atmosfera compacta de nitrogênio e metano.
Urano
Urano foi o primeiro planeta a ser descoberto com um telescópio. O planeta é quase quatro vezes maior do que a Terra. Os cientistas dizem que a superfície de Urano é feita de nuvens azul-esverdeadas de gás metano. Abaixo da superfície do planeta existem camadas de água misturadas com o gás amônia. O centro do planeta é rochoso, como o da Terra. Urano leva 84 anos terrestres para fazer uma volta completa.
Netuno
Netuno é coberto por luzes azuis brilhantes. Como essas nuvens se parecem com a água, o planeta foi chamado em homenagem ao deus romano dos mares. Os cientistas dizem que a maior parte do planeta é formada por gases, água e minerais. Netuno é muito frio e sua atmosfera não tem oxigênio. O planeta leva 165 anos terrestres para dar a volta em torno do Sol. Netuno é quatro vezes maior do que a Terra. O planeta tem pelo menos 13 luas (satélites naturais) e vários anéis.
O que é uma galáxia?
Uma galáxia é um enorme aglomerado de estrelas, planetas, gás e poeiras ligados pela força da gravidade, assim como pela ainda pela pouco conhecida matéria escura.
O Sistema Solar está contido na Via Láctea, uma galáxia constituída por milhões de estrelas.
Estima-se que a Via Láctea possui entre 200 e 250 milhões de estrelas. A Via Láctea tem cerca de 100.000 anos-luz de diâmetro, a região central conhecida por bojo tem aproximadamente 6.000 anos-luz de espessura, e o disco tem cerca de 2.000 anos-luz de espessura. Nós nos situamos a cerca de 26.000 anos-luz do centro galáctico, num dos braços da espiral chamado de Braço de Órion. O Centro de nossa galáxia fica na direção da constelação de Sagitário. O Sistema Solar orbita em volta do centro da galáxia a uma velocidade de aproximadamente 240 km/s, demorando cerca de 200 milhões de anos a completar uma volta.
Foi Edwin Hubble que desenvolveu um sistema de classificação para as galáxias. Inicialmente, eram classificadas em duas categorias principais: galáxias elípticas e galáxias espirais. Uma terceira categoria, as galáxias irregulares, foi utilizada para agrupar todas aquelas galáxias que, de algum modo, desafiavam a classificação regular, não mostrando as características marcantes das galáxias elípticas ou espirais.
Galáxias Elípticas
As galáxias elípticas, como o próprio nome indica, são galáxias que possuem a forma de um elipsoide de revolução, uma figura que se obtém fazendo uma elipse girar em torno do seu eixo maior.
As galáxias elípticas não possuem características externas marcantes sendo, essencialmente, formadas por uma região central onde há uma enorme densidade de estrelas. A esta região damos o nome de bojo nuclear.
Essas galáxias são formadas apenas por bojos não possuindo qualquer forma de disco ou braços espirais.
Galáxias Espirais
As galáxias espirais, como o próprio nome diz, são galáxias que apresentam uma estrutura externa espiral. Estas galáxias mostram braços espirais que se enrolam em torno de uma região central que é o seu núcleo. Em torno desta grande estrutura de braços e núcleo temos toda uma região aproximadamente esférica, que envolve totalmente a galáxia, e que chamamos de halo.
No entanto, as galáxias espirais não são todas iguais. Algumas apresentam braços espirais muito abertos enquanto que em outras os braços são muito apertados em torno do núcleo. Algumas delas têm núcleos muito grandes enquanto que em outras a região central é bastante pequena.
Algumas galáxias espirais mostram, além das estrutura padrão de uma galáxia espiral, uma “barra” que parece cruzar sua região central. Estas galáxias formam uma sequência paralela às galáxias espirais e, devido à presença desta “barra” são chamadas de galáxias espirais barradas.
Galáxias Lenticulares
Após ter completado seu esquema de classificação, Hubble notou que era necessária uma outra classe, intermediária entre as galáxias elípticas e as galáxias espirais, barradas ou não. Estas novas galáxias são classificadas como galáxias lenticulares.
As galáxias lenticulares apresentam bojo e disco, porém não apresentam nenhum tipo de braço espiral.
Galáxias Irregulares
As observações logo mostraram que várias galáxias não podiam ser classificadas como espirais ou elípticas. Elas não mostravam as principais características destas categorias tais como braços espirais, bojo, etc. Muitas delas não possuíam qualquer forma de simetria que permitisse sua classificação a não ser com a criação de uma nova classe. Estas galáxias são classificadas como galáxias irregulares.
E, da mesma maneira, que os planetas, estrelas e outros corpos celestes estão aglomerados formando as galáxias, as galáxias também formam aglomerados.
Estudos revelaram que as galáxias não estão espalhadas aleatoriamente no Universo. Sua distribuição é de tal forma que a maioria das galáxias está gravitacionalmente associada, reunindo-se em aglomerados de galáxias.
Os aglomerados podem conter um número bastante variado de galáxias. Em função disso, os astrônomos classificam os aglomerados de galáxias em:
- Aglomerados ricos - que chegam a possuir milhares de galáxias.
- Aglomerados pobres - em geral possuem apenas 20 ou 30 galáxias. Também pode ser chamado de grupo de galáxias.
Os grupos de galáxias são muito mais numerosos do que os aglomerados ricos.
A Via Láctea, nossa galáxia, está localizada em um grupo de galáxias. Esse grupo é dominado por duas galáxias espirais gigantescas: Via Láctea e Andrômeda.
Apenas como curiosidade, no centro da galáxia de Andrômeda, há um buraco negro supermaciço tão gigantesco que nem a luz pode escapar de sua força. Mas, em 2005, cientistas descobriram milhões de jovens estrelas azuis que estão vagando ao redor do buraco negro. Até hoje, ninguém sabe explicar como elas não foram sugadas.
Em várias regiões do Universo alguns aglomerados interagem formando estruturas imensas que são os Superalgomerados de galáxias.
Mas onde
está e de quando é o que estamos vendo?
Uma
grande questão para os astrônomos era como determinar a distância entre os
corpos celestes. Esse é um ponto fundamental para se conhecer o tamanho do
universo.
Os
primeiros astrônomos estimavam as distâncias entre as estrelas comparando seus
brilhos. Assim, aquelas que pareciam ser mais brilhantes estariam mais
próximas.
Até 1905,
os conceitos de espaço e tempo eram descritos pelas equações do movimento e
pela teoria da gravitação universal de Isaac Newton. A partir daí, Einstein
propôs a Teoria da Relatividade Especial.
A teoria
da relatividade modifica radicalmente o conceito de espaço e tempo. Não há mais
espaço e tempo na física relativística e sim "espaço-tempo" como algo
único. A simultaneidade que era um conceito absoluto na física de Newton, passa
a ser relativo na física de Einstein. Daí, o espaço pode "contrair" e
o tempo pode "dilatar".
Mais
tarde, Einstein formula a Teoria da Relatividade Geral que descreve o movimento
livre em espaços-tempo curvos. Na prática, em uma geometria curva, a soma dos
ângulos de um triângulo pode ser maior ou menor que 180º.
A luz que
nossos olhos conseguem perceber é uma parte da radiação eletromagnética, que
tem propriedades de uma onda eletromagnética. Com isso, foi observado que
corpos que se aproximavam da Terra eram vistos com uma cor mais azulada
(frequências maiores) e os que se afastavam eram vistos com uma cor mais
avermelhada (frequências menores). Ou seja, dependendo do movimento relativo
entre dois corpos, o espectro eletromagnético é deslocado para frequências
maiores ou menores.
A Teoria
da Relatividade Geral e a descoberta de que a luz se comporta como uma onda eletromagnética
mudou a maneira de enxergar o espaço. A maior fonte de informação que a
astronomia possui sobre os corpos celestes é a radiação eletromagnética que
eles emitem ou refletem. Os comprimentos de onda da luz são “esticados” a
medida que o espaço-tempo se expande, aumentando o comprimento de onda da luz.
Este efeito é conhecido como Redshift
ou deslocamento para o vermelho. Se o contrário acontecer, ou seja, o
espaço-tempo se contrair, o comprimento de onda da luz se “comprimirá”,
reduzindo o comprimento de onda. Neste caso, o efeito é conhecido como Blueshift ou deslocamento para o azul.
Com as
medições de Redshift e as medições das distâncias entre as galáxias, Hubble
descobriu que existia uma relação linear entre a velocidade de afastamento e a
distância entre as galáxias.
A
distância entre as galáxias era medida pela distância que a radiação
eletromagnética gerada pela galáxia viajou até chegar ao observador, neste caso
o planeta Terra. Essa distância é medida em megaparsecs (Mpc).
Mpc é
então a unidade de medida astronômica de comprimento, sendo que 1 Mpc = 3
milhões de anos-luz.
A partir
daí, Hubble determinou algumas unidades muito importantes para a Cosmologia:
·
O tempo de Hubble (tH) = 4,35 x 1017 s ~
13,8 bilhões de anos.
·
O comprimento de Hubble (dH) = velocidade da luz
multiplicada pelo tH = 13,8 bilhões de anos-luz
Com base em
todas essas teorias, o que estamos vendo no Universo é um grande retrato do
passado. Quando observamos aglomerados que distam 5 bilhões de anos-luz da
Terra, estamos vendo o que aconteceu há 5 bilhões de anos.
Bibliografia
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