Astronomia: O que � e para que serve? Show
01 de novembro de 2016 ResumoDefino as �reas cient�ficas astronomia e astrof�sica, distinguindo-as da �rea n�o cient�fica astrologia; discuto, neste contexto, as principais caracter�sticas da ci�ncia. Apresento sete utilidades gerais da astronomia, algumas delas exemplificadas atrav�s de aplica��es � vida di�ria. Finalizo apresentando uma sele��o de doze “maravilhas astron�micas”. A ASTRONOMIA � a ci�ncia que estuda os corpos celestes (planetas, asteroides, cometas, estrelas, gal�xias, etc.) A astronomia tamb�m estuda o conjunto dos corpos celestes e o que existe entre eles, ou seja, o universo. Neste caso, a astronomia recebe o nome de cosmologia. A astronomia pode ser dividida em sub�reas e especialidades por raz�es did�ticas e metodol�gicas; um exemplo deste tipo de divis�o � o adotado pelo CNPq, conforme ilustrado no Ap�ndice. Antes da inven��o dos v�rios tipos de telesc�pios (para observa��o de raios gama e X, ultravioleta, �ptico, infravermelho, micro-onda, r�dio, etc.), a astronomia era realizada essencialmente pela observa��o a olho nu, mas com a utiliza��o de equipamentos para a medi��o das posi��es dos astros na ab�bada celeste e dos hor�rios de observa��o. Al�m de equipamentos especializados, as sociedades desenvolvidas constru�ram observat�rios astron�micos na forma de pir�mides — Egito pr�-hist�rico (3.000 a.C.), Imp�rio Maia na America Central (1.000 a.C.), Imp�rio Inca no Peru (s�culo XIV), Imp�rio Asteca no M�xico (s�culo XV), etc. — e outras formas (por exemplo, o observat�rio e templo megal�tico de Stonehenge na Gr�-Bretanha pr�-hist�rica (3.000 a.C.), o observat�rio Uraniborg de Tycho Brahe (1546-1601), situado na ilha de Ven (figura 1), na �poca pertencente � Dinamarca (s�culo XVI).
1.1 Astrof�sicaA inven��o de novos instrumentos astron�micos, tais como, os telesc�pios para a faixa vis�vel e outros comprimentos de onda da luz, da fotografia, dos detectores eletr�nicos digitais e do espectrosc�pio, permitiram o estudo da estrutura interna dos corpos celestes bem como de sua evolu��o atrav�s da aplica��o das teorias f�sicas �s propriedades dos astros. Surgiu ent�o a ASTROF�SICA.As propriedades s�o a temperatura, o conte�do qu�mico, a densidade, etc. do astro. A evolu��o pode ser interna, como por exemplo a evolu��o de uma estrela, ou global, como por exemplo a evolu��o din�mica do sistema solar ou de uma gal�xia. A base de todas estas descobertas foi a inven��o do espectrosc�pio. Os fundamentos do espectrosc�pio foram descobertos pelo s�bio ingl�s Isaac Newton (1643-1727) no in�cio do s�culo XVIII; ver mais detalhes na figura 2. O espectrosc�pio em si, baseado nestes fundamentos e apropriado para utiliza��o em astronomia e em outras investiga��es cient�ficas, s� foi desenvolvido no s�culo XIX.
O espectrosc�pio faz de forma controlada o mesmo que as gotas de chuva suspensas na atmosfera fazem com a luz solar para produzir o arco �ris. Elas dispersam a luz separando-a em seus comprimentos de onda constituintes. Veja um belo exemplo de arco �ris na figura 3.
O diagrama da esquerda da figura 4 mostra o esquema geral de um espectrosc�pio e as possibilidades de observa��o de espectros de acordo com os tipos de fontes de luz. A fonte pode ser constitu�da de mat�ria densa e quente como, por exemplo, um filamento de l�mpada incandescente ou o n�cleo de uma estrela como o Sol. Esta fonte emitir� um espectro cont�nuo onde todas os comprimentos de onda (cores) da luz aparecer�o. A fonte pode ser um g�s quente e o espectro ser� discreto, ou seja, ser� um espectro de linhas correspondentes a comprimentos de onda espec�ficos do g�s emissor. Podemos ter uma fonte composta, como a mat�ria densa e quente e um g�s frio � sua frente. Teremos ent�o um espectro de absor��o, i.e., um espectro cont�nuo onde faltar�o as linhas (as cores) caracter�sticas do g�s frio que envolve a fonte densa e quente.
Uma das primeiras grandes descobertas realizadas com o espectrosc�pio causou enorme repercuss�o no meio cient�fico e filos�fico da �poca, qual seja, a descoberta do elemento qu�mico h�lio no Sol, antes mesmo de ele ser conhecido na Terra. E esta descoberta foi um golpe profundo nas ideias do fil�sofo positivista franc�s Auguste Comte (1798-1857). Ele afirmava que nunca ter�amos conhecimento sobre a natureza das estrelas pois nos seria imposs�vel alcan��-las para realizar as observa��es e os experimentos necess�rios para isto. A utiliza��o do espectrosc�pio e o desenvolvimento concomitante da espectroscopia permitiu que, analisando-se o espectro do Sol, isto �, o registro fotogr�fico da luz solar dispersada, se descobrisse um novo elemento qu�mico, o h�lio (o termo grego para o deus mitol�gico Sol). O h�lio � um g�s pertencente ao grupo dos “gases nobres”, que existe em pequen�ssimas quantidades na atmosfera terrestre e, posteriormente � sua descoberta no Sol, s� foi encontrado na Terra em minas subterr�neas junto ao g�s natural sendo um importante subproduto da explora��o destas minas. O h�lio foi descoberto em 1868, 11 anos ap�s a morte de Comte, mas o fato foi de grande proveito para o ensinamento dos positivistas contempor�neos que a ele sobreviveram. Infelizmente o pr�prio Comte perdeu uma excelente oportunidade de fazer uma reavalia��o de seus conceitos e pressupostos filos�ficos. 1.2. AstrologiaSempre que se fala em astronomia para o p�blico em geral, que n�o teve ainda a oportunidade de refletir de forma rigorosa sobre o seu significado, devemos ter o especial cuidado de n�o permitir que se confunda astronomia com astrologia. Esta � uma confus�o bastante comum, especialmente devido � grande divulga��o que a astrologia recebe nos meios de comunica��o.A principal diferen�a entre elas � que a astrologia n�o � uma ci�ncia. Ela afirma que os astros influenciam a vida das pessoas, mas n�o utiliza para isto argumentos cient�ficos. A astrologia utiliza argumentos de AUTORIDADE e de TRADI��ES. Em primeiro lugar vem a autoridade do astr�logo, ou seja, as afirma��es astrol�gicas s�o consideradas “verdadeiras” simplesmente pelo fato de terem sido ditas por determinada personalidade, que por aceita��o geral entre os cultuadores da astrologia tem a autoridade para afirmar aquilo. A segunda fonte de conhecimento da astrologia vem do ac�mulo de afirma��es de autoridades de tempos passados, em outras palavras, vem das tradi��es astrol�gicas, a cole��o de afirma��es e conex�es feitas por astr�logos de todas as �pocas pr�ximas passadas ou remotas. Este tipo de epistemologia, ou seja, de relacionamento com o conhecimento, n�o � cient�fico. Mas o que � ci�ncia? Definimos ci�ncia pela apresenta��o das caracter�sticas principais do “fazer cient�fico“, que � conhecido como m�todo cient�fico. Pelo m�todo cient�fico, a ci�ncia:
Ela usa, por exemplo, as constela��es do Zod�aco. A palavra Zod�aco vem do latim e do grego e significa “c�rculo de animais”. Os antigos observaram que noite ap�s noite, m�s ap�s m�s, as constela��es se repetiam no c�u noturno. E para se situarem temporalmente imaginaram formas de animais associadas aos meses do ano. E assim dividiram a faixa do c�u que sempre se apresentava � sua vis�o, durante o ano, em 12 constela��es correspondentes aos 12 meses. Na verdade, diferentes civiliza��es associaram diferentes formas, humanas ou n�o, �s v�rias constela��es, que s�o grupos de estrelas vistos na esfera celeste. As estrelas de uma mesma constela��o podem de fato estar muito longes umas das outras, mesmo estando pr�ximas no plano do c�u. A figura 5 mostra o Zod�aco. Nesta figura aparece tamb�m um c�rculo, visto em proje��o, denominado ecl�ptica. Ela � a trajet�ria aparente do Sol entre as estrelas, durante o ano, resultante do movimento de transla��o da Terra em torno do Sol.
A astrologia divide a zona da esfera celeste na qual se movem o Sol, a Lua e todos os outros grandes planetas e planetoides em doze partes, conhecidas por “signos do Zod�aco”. Os signos levam o nome das doze constela��es que est�o no Zod�aco, isto �, �ries, Touro, G�meos, C�ncer, Le�o, Virgem, Libra, Escorpi�o, Sagit�rio, Capric�rnio, Aqu�rio e Peixes. As constela��es do Zod�aco situam-se sobre a ecl�ptica, como se v� na figura 5. � necess�rio salientar que os movimentos mencionados aqui s�o movimentos relativos a um observador fixo na Terra. Por exemplo, segundo a astrologia, uma pessoa que nasceu no m�s de setembro, nasceu no signo de Virgem pois o Sol neste m�s percorre a constela��o de Virgem. A constela��o que vemos no c�u � noite nesta mesma �poca � a constela��o de Peixes, a constela��o que ser� percorrida pelo Sol 6 meses depois (veja a figura 5). A astrologia parte deste tipo de associa��o de signos, e outras associa��es mais complexas, para fazer previs�es e afirma��es sobre comportamentos pessoais e sociais. Tudo isto sem qualquer fundamento cient�fico. A prop�sito, a ecl�ptica — i.e., a trajet�ria aparente do Sol no c�u — � inclinada de 23,5 graus em rela��o ao equador celeste; � esta inclina��o que faz com que tenhamos as diferentes esta��es do ano (e n�o por causa das raz�es apresentadas pela professora de Jo�ozinho da Mar�). Quer dizer, se a ecl�ptica estivesse no mesmo plano do equador celeste n�o ter�amos esta��es como as conhecemos, mas apenas um mesmo ciclo de temperaturas no transcorrer do ano. A astrologia motivou, na antiguidade, o desenvolvimento da astronomia. O objetivo era poder prever os acontecimentos terrestres atrav�s do conhecimento dos astros e assim aplacar a “ira celeste”. Os acontecimentos celestes muitas vezes causavam terror entre os antigos por causa do medo do desconhecido. O medo da “ira celeste” era causado pela ignor�ncia cient�fica. Podemos dizer ent�o que o impulso para o desenvolvimento da verdadeira ci�ncia dos astros, a astronomia, foi a �nica utilidade que a astrologia teve na hist�ria do desenvolvimento da ci�ncia moderna. Muitas vezes, na antiguidade, os astr�logos oficiais recebiam grandes incentivos financeiros para produzirem cat�logos e cartas celestes melhores e mais precisos para atenderem aos objetivos das previs�es astrol�gicas. Frequentemente tamb�m verdadeiros astr�nomos travestiam-se de astr�logos para poderem ter os recursos que lhes permitissem realizar as suas pesquisas astron�micas. 2. Para que serveApresentarei as serventias da astronomia em forma de uma lista de 7 itens.Desde as eras pr�-hist�ricas as sociedades humanas utilizaram os seus observat�rios e instrumentos para cuidadosa e pacientemente observarem o c�u noturno. As observa��es das regularidades e das mudan�as no movimento e nas posi��es dos astros celestes levaram � prepara��o de calend�rios e tabelas astron�micas de grande utilidade para a localiza��o em terra e mar. Al�m disso, estas observa��es permitiram a previs�o de eventos celestes como eclipses, trajet�rias de planetas, movimentos sutis da Terra (precess�o, por exemplo) e outros. Estas s�o as utilidades b�sicas da astronomia e elas aparecem como as tr�s primeiras na lista abaixo. Com o desenvolvimento progressivo das sociedades humanas, a astronomia passou a ter outras utilidades, n�o t�o �bvias em seus prim�rdios, mas que podemos imaginar sempre existiram de uma forma ou de outra. Estas s�o as utilidades numeradas de 4 a 7. Vamos ent�o � lista de utilidades da astronomia.
2.1. Exemplo do item 3Como podemos utilizar as estrelas para nos localizar na superf�cie da Terra? Em outras palavras, como podemos determinar os pontos cardeais norte, sul, leste e oeste utilizando as estrelas? H� uma maneira bem simples.Para os habitantes do hemisf�rio norte da Terra, ou seja, da Am�rica do Norte, da Am�rica Central, da Europa, da �sia e da parte norte da �frica, existe uma estrela que est� sempre � vista no c�u noturno, pois ela n�o nasce nem se p�e. Ela est� localizada no ponto em que o prolongamento do eixo de rota��o da Terra “fura” a ab�boda celeste. Este ponto chama-se polo norte celeste e a estrela chama-se Polaris e � bastante brilhante, de forma que pode ser facilmente vista a olho nu. A ilustra��o da esquerda na figura 6 mostra Polaris, a Terra e o seu eixo de rota��o. Para se encontrar o ponto cardeal norte basta ficar de frente para Polaris e ele estar� tamb�m � sua frente. O sul estar� � suas costas e o leste � sua direita. No hemisf�rio sul n�o existe uma estrela t�o brilhante como Polaris no polo celeste sul. Na verdade, existe l� uma estrela, mas ela � t�o fraca que n�o nos ajuda a encontrar o sul. Os habitantes do hemisf�rio sul da Terra, ou seja, da Am�rica do Sul, de grande parte da �frica e da Oceania, precisam recorrer a uma constela��o para se orientar. Trata-se do Cruzeiro do Sul. Esta constela��o tem a forma de uma cruz e a haste maior da cruz aponta sempre para o polo celeste sul � medida que a Terra gira. Veja a ilustra��o � direita na figura 6. � f�cil achar o polo celeste sul: a partir da base da haste maior da cruz prolongue-a por aproximadamente 4 vezes o tamanho dela e voc� chegar� ao polo celeste sul. Fique de frente para ele e o ponto cardeal sul estar� tamb�m � sua frente. O norte � suas costas e o leste � sua esquerda.
Uma curiosidade interessante: bem pr�ximo do polo celeste sul existe uma gal�xia, que se chama em latim Polarissima Australis. Ela n�o � vis�vel a olho nu, mas pode ser vista com um telesc�pio modesto. Os interessados podem ler mais sobre ela no artigo que escrevi clicando em Polarissima Australis. 2.2. Exemplo do item 5A astronomia nos permite exterminar os medos, supersti��es e fantasias, que surgem do desconhecimento dos eventos naturais. Um dos melhores casos para ilustrar isto � a vis�o que a humanidade tinha dos cometas no passado, quando eles eram ainda totalmente desconhecidos.Os cometas s�o pequenos corpos, de dimens�es da ordem de dezenas de quil�metros, compostos de rochas, gelo e outras subst�ncias, que orbitam o Sol em trajet�rias el�pticas. Os cometas apresentam como principal caracter�stica uma enorme cauda brilhante, que podem ter a extens�o de centenas de milhares de quil�metros, ou seja, podem ser maiores do que a dist�ncia Terra-Lua. A cauda aumenta de tamanho � medida que o cometa se aproxima do Sol e, consequentemente, da Terra, quando ela atinge o seu tamanho m�ximo e pode ser vista nos c�us noturnos como um bel�ssimo espet�culo. Apesar da beleza, os cometas sempre foram motivo de medo na antiguidade, por que a sua apari��o era totalmente imprevis�vel e a sua natureza era totalmente desconhecida. A figura 7 mostra exemplos de apari��es de cometas na Alemanha em 1680, 1682 e 1683, nos c�us de Augsburg, e na regi�o do atual M�xico na �poca de Montezuma, o imperador asteca no s�culo XV. As ilustra��es representam o terror que as apari��es dos cometas causavam nas pessoas, pois eles eram considerados como arautos de desgra�as e acontecimentos inesperados.
Tudo isto come�ou a mudar quando Isaac Newton apresentou em sua obra de 1687, “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica”, o esclarecimento cient�fico da quest�o. A figura 8 mostra o retrato do grande f�sico e astr�nomo Isaac Newton e a p�gina inicial de sua obra m�xima, conhecida abreviadamente como Principia.
No Principia Newton prop�s entre muitas novidades uma lei de gravidade. Esta lei quantifica a intera��o que existe entre dois corpos, intera��o esta causada pelo simples fato deles possu�rem massa. Newton calculou a �rbita, isto �, a trajet�ria, de corpos sob a a��o da for�a da gravidade dada pela lei que ele descobriu. Um exemplo pode ser tirado direto de uma das ilustra��es existentes no Principia, a saber, um proj�til lan�ado do alto de uma montanha na Terra. A ilustra��o � do Livro III do Principia e est� reproduzida na figura 9.
Uma ocasi�o um amigo de Newton, o astr�nomo ingl�s Edmond Halley (1656-1742), mostrou-lhe suas tabelas com o registro de observa��es de um cometa e perguntou-lhe qual seria a sua �rbita, se ele estivesse submetido a uma for�a de atra��o ao Sol inversamente proporcional ao quadrado da dist�ncia do cometa ao Sol. Newton respondeu-lhe de imediato que seria uma elipse e que ele j� havia feito os c�lculos. Come�ava ent�o o esclarecimento cient�fico sobre a verdadeira natureza dos cometas, e este cometa tornou-se conhecido como cometa de Halley.
A partir de suas observa��es e da �rbita calculada por Newton, Halley concluiu que o cometa de 1682 era o mesmo que aparecera, segundo relatos, em 1531 e 1607. Deduziu que o cometa possu�a uma �rbita com per�odo de aproximadamente 76 anos e que ele deveria reaparecer em 1758, o que de fato aconteceu. Halley, no entanto, n�o viveu para ver a confirma��o de sua previs�o. Segundo estimativas, o cometa de Halley orbita o Sol h� cerca de 28.000 anos, tendo sido registrado por observadores chineses e babil�nios centenas de anos antes da era crist�. A figura 11 mostra uma imagem do cometa de Halley obtida pela NASA em 1986, quando de sua recente aproxima��o da Terra. O retorno ocorrer� em 2061. A figura 11 mostra tamb�m a �rbita do Halley comparada �s �rbitas dos planetas solares. � digno de nota a enorme excentricidade da �rbita, i.e., a sua �rbita � uma elipse bastante achatada, ao contr�rio dos planetas, cujas �rbitas s�o elipses de pequen�ssima excentricidade, quase circulares.
Vemos na figura 11 que a �rbita do cometa de Halley � retr�grada, ou seja, ele gira em torno do Sol em sentido contr�rio ao sentido em que todos os planetas se movimentam. Isto indica que o cometa “caiu” em dire��o ao Sol, em sua primeira �rbita, h� dezenas de milhares de anos, posteriormente � forma��o do sistema planet�rio. A figura 12 mostra uma anima��o da �rbita do Halley. Note que ele se move lentamente quando est� distante do Sol e rapidamente ao se aproximar do Sol (e da Terra).
O cometa de Halley � apenas um entre muitos outros existentes no sistema solar. Todos eles comportam-se de acordo a lei da gravidade de Newton e possuem �rbitas totalmente previs�veis. O conhecimento da verdadeira natureza dos cometas, aqui exemplificado pelo Halley, trouxe � humanidade um al�vio de tens�es e medos seculares causados pela ignor�ncia. Esta � uma das grandes utilidades da astronomia e da atividade cient�fica de modo geral. 2.3. Exemplo do item 7Um dispositivo eletr�nico representado pela sigla CCD (em ingl�s, Charge-coupled device, ou, Dispositivo de cargas acopladas) � um excelente exemplo para o desenvolvimento tecnol�gico decorrente dos estudos astron�micos. A figura 13 mostra um destes dispositivos. Os CCDs foram descobertos e desenvolvidos para utiliza��o na pesquisa astron�mica para o registro de imagens, pois eles trouxeram enormes vantagens sobre os filmes e placas qu�mico-fotogr�ficas utilizadas at� ent�o (para conhecer um pouco mais sobre os CCDs leia o meu artigo sobre eles clicando em O fabuloso CCD).Do uso em pesquisa cient�fica os CCDs ganharam o gosto popular e s�o utilizados em substitui��o aos tradicionais filmes fotogr�ficos. Hoje em dia as c�meras s�o, em sua maioria, digitais, i.e., utilizam um dispositivo eletr�nico — o CCD — para o registro das fotografias. Os CCDs utilizados em c�meras digitais, hoje em dia, t�m tipicamente 5 megapixel. Para compara��o, os CCDs de pesquisa astron�mica atualmente podem chegar a 3.200 megapixel. O CCD da figura 13 possui 0,64 megapixel e representava o que havia de melhor na d�cada de 1990.
3. Maravilhas astron�micasA seguir apresento 12 maravilhas astron�micas. Algumas s�o objetos celestes que est�o fora de nossa Via L�ctea, i.e., objetos extragal�cticos, outros pertencem � nossa pr�pria gal�xia. Apresento tamb�m duas imagens da Via L�ctea.
Agradecimento – Este trabalho foi sugerido por minha filha, Profa. R�bia de Sales Soares, para apresenta��o aos seus alunos do 8o. ano do ensino fundamental e do 1o. ano do ensino m�dio da Escola Estadual Coronel Juca Pinto, Belo Horizonte, MG. Agrade�o-a pela sugest�o e pelo incentivo para a execu��o do trabalho. A resposta � pergunta “O que � e para que serve a Astronomia?” � bastante pessoal, especialmente por causa da viv�ncia astron�mica daquele que responde e, portanto, seria muito interessante ver as respostas de outros astr�nomos, tanto profissionais quanto amadores. Ap�ndice As sub�reas da �rea de pesquisa AstronomiaO Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient�fico e Tecnol�gico (CNPq), �rg�o federal de financiamento de pesquisa no Brasil, adota a tabela abaixo de sub�reas e especialidades da �rea de pesquisa Astronomia. A Astronomia � uma das �reas de pesquisa pertencentes � Grande �rea Ci�ncias Exatas e da Terra.
Atualiza��o: 17nov16 Leia outros artigos em www.fisica.ufmg.br/~dsoares/notices.htm. Qual e o nome do principal instrumento que os astrônomos usam para estudar as estrelas planetas cometas galáxias etc?O telescópio. O instrumento utilizado para ver objetos que se encontram a uma distância muito grande da Terra é chamado de telescópio. Ele tem a capacidade de ampliar e formar uma imagem virtual próxima à lente ocular, fazendo com que a imagem nos pareça maior do que a observada a olho nu.
Qual o principal instrumento usado pelos astrônomos?Telescópios: possibilitam a visão de objetos pequenos e distantes. A capacidade da visão do telescópio é ditada por sua abertura, que quanto maior, maior a capacidade de ampliação e de aproximação dos objetos.
Que instrumentos Os astrônomos utilizam para estudar o Universo?Luneta ou Telescópio Refrator A luneta foi descoberta na Holanda e usada por Galileu para observar o céu. É composta basicamente de um tubo, sendo que em uma das extremidades há uma lente convergente, a objetiva, que coleta a luz, e na outra, a lente ocular, que serve para ampliar a imagem.
Qual e o nome do principal instrumento usado pelos astrônomos para estudar as estrelas cometas e outros corpos celestes?Qual é o nome do principal instrumento usado pelos astrônomos para estudar as estrelas planetas cometas e outros corpos celestes? Telescópio ,e um instrumento que permite estender a capacidade dos olhos humanos de observar e mensurar objetos longínquos.
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Qual e o nome do principal instrumento que os astrônomos usam para estudar as estrelas planetas cometas galáxias etc?
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