astrofisica

A astronomia é uma das mais antigas ciências, presente em todas as civilizações humanas de que há registo, com forte influência em campos como a agricultura, a navegação ou a religião. Actualmente ainda há muitos conceitos essenciais na astronomia que permanecem incompreendidos pelo público geral, o que compromete o interesse e o apoio quer da população quer da classe política (os responsáveis pelo financiamento desta ciência). Neste artigo tento explicar alguns desses conceitos fundamentais.

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Astronomia, Astrofísica ou Cosmologia?

Estes termos são muitas vezes misturados e confundidos, principalmente os primeiros dois. Cosmologia é o campo mais facilmente distinguível, sendo o estudo do Universo: a estrutura, e evolução e as propriedades do Universo como um todo (o Cosmos). A astronomia tem um cariz mais antropocêntrico, tendo como base a esfera celeste e sendo geralmente associada aos astros visíveis a olho nú. Foca-se mais no estudo das posições e movimentações dos astros no espaço e na previsibilidade de eventos espaciais. Astrofísica é o estudo dos corpos celestes (cometas, planetas, estrelas, buracos-negros, galáxias…) como objectos físicos: como funcionam, quais os mecanismos, quais as propriedades, qual a evolução e ciclos de vida. Requer a aplicação de outros campos da física como a física atómica e nuclear, electromagnetismo, termodinâmica ou mecânica quântica. O astrofísico aprofunda estudos que fogem da alçada do astrónomo. O termo astrónomo é mais comum, sendo muitas vezes usado num contexto que inclui a astronomia e a astrofísica – é um equívoco inócuo. Já confundir astronomia com astrologia…!

Escala do Sistema Solar

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Escala do sistema solar. Credits: Roberto Ziche, www.robertoziche.com

Comecemos aqui pelo quintal do Universo – o sistema solar. A percepção e visualização das escalas astronómicas  (dimensões e distâncias) costuma ser uma tarefa bastante difícil, mesmo para os mais familiarizados. Consideremos que o Sol é uma esfera de 1 metro de diâmetro (um pouco maior que uma bola de pilates). Nesta escala, a Terra teria apenas 1 cm e Júpiter 10 cm de diâmetro. Se este Sol fosse colocado no centro do Marquês de Pombal (Lisboa), a Terra estaria a 100 metros, na orla da rotunda exterior, Júpiter estaria a 550 metros, no cinema São Jorge e Plutão estaria a cerca de 4 km, junto ao estádio Alvalade XXI. Proxima Centauri, a estrela mais próxima, estaria a 30 000 km de distância, cerca de 2,5 vezes o diâmetro da Terra (a original). Conclusão: Vénus, Terra e Marte são 3 calhaus de 0.95 cm, 1.0 cm e 0.5 cm de diâmetro, separados por 30 e 60 metros de distância, respectivamente. Para melhor percepção de quão grande (pequeno) é o Sol, aconselho a visualização deste vídeo.

Luz e Radiação electromagnética

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Espectro da radiação electromagnética. Credits: Leonor Fernandes, www.thinglink.com

A luz é misteriosa, apresentando propriedades de partícula e onda simultaneamente. Mas deixando a mecânica quântica de parte (por agora), vamos concentrarmo-nos na luz como uma onda electromagnética. Os termos luz e radiação electromagnética (ou apenas radiação) são geralmente utilizados como sinónimos, o que pode gerar alguma confusão dado que a nossa intuição nos diz que a luz é apenas o que vemos com os nossos olhos humanos. A radiação electromagnética é categorizada pelo comprimento de onda e pela energia inerente a cada tipo de radiação, sendo estas grandezas inversamente proporcionais (quanto maior a energia, menor o comprimento de onda). Raios gama (os mais energéticos e raros), raios X (usados em medicina), raios ultravioletas (nocivos para a pele), luz visível (cores do arco-íris), infravermelho (também designado de radiação térmica), microondas (para aquecer comida) e rádio (AM e FM) são tudo ondas electromagnéticas, e como tal, podem ser medidas pelos astrónomos (usando telescópios ou antenas, conforme o tipo de radiação) para detectar ou caracterizar planetas, estrelas, exoplanetas (planetas que orbitam em torno de outras estrelas), galáxias, buracos negros, radiação cósmica e outro tipo de objectos ou fenómenos presentes no Universo. Importa ainda realçar que toda a radiação, independentemente do tipo, viaja à velocidade da luz (ou velocidade de radiação electromagnética, para ser mais preciso). Esta velocidade, cerca de 300 000 km/s, é a velocidade máxima possível no Universo… pelo menos até o modelo actual de cosmologia, baseado em conceitos e equações postuladas por Einstein, ser eventualmente refutado ou modificado.

Porque é que o Sol é amarelo?

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Credits: Pink Floyd – Dark Side of the Moon, album cover

Voltando à mecânica quântica (não se assustem), a radiação electromagnética é composta por quantums de energia, o fotão. Simplificando, um fotão é como uma pequena bolinha (sem massa e com propriedades de partícula e de onda simultaneamente) que contém uma determinada quantidade de energia (o quantum). A energia de cada fotão depende do seu comprimento de onda (ou frequência), por exemplo: a luz azul tem mais energia que a luz vermelha, um fotão UV tem mais energia que um fotão infravermelho. O Sol (como todas as estrelas) emite fotões em vários comprimentos de onda, mas como a maior parte dos fotões correspondem à cor amarela, nós vemos o Sol amarelo. No entanto, o Sol também emite radiação UV (a que faz mal à pele) e infravermelha. Os astrónomos e astrofísicos, com a ajuda de espectrógrafos (instrumentos semelhantes ao prisma, popularizado pela capa de um álbum dos Pink Floyd), conseguem separar a luz e medir quantos fotões de cada energia (ou de cada cor, no caso de ser visível) nos chegam. Para terminar, acrescento que o Sol está a meio do seu do seu ciclo de vida, que terminará daqui a 5 mil milhões de anos.

Ano-luz

Ano-luz (al) é uma unidade de medida que corresponde à distância percorrida durante um ano viajando à velocidade da luz (300 000 km/s). A luz do Sol demora cerca de 8 minutos a chegar à Terra e cerca de 5,5 horas a chegar a Plutão. A estrela mais próxima do Sol, Proxima Centauri, está a cerca de 4 al. A nossa galáxia Via Láctea (disco espiral) tem um diâmetro de ~100 000 al e o Sol está aproximadamente a meia distância entre o centro e a orla do disco, completando uma volta completa em torno do centro da galáxia a cada 225 milhões de anos. A galáxia mais próxima, Andromeda, cujo diâmetro é cerca do dobro da Via Láctea, está a 2.5 milhões de al de distância. Uma das galáxias mais distantes do Universo, detectada por uma equipa liderada pelo português Dr. David Sobral e baptizada de CR7, está a cerca de 13 mil milhões de al, ou seja, estamos a observar uma galáxia cuja luz foi emitida quando o Universo tinha apenas 800 milhões de anos de existência.

O tempo é relativo

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O Universo observável. Credits: Pablo Carlos Budassi, Wikipedia

O centro do Universo observável são os nossos olhos, a Terra. Estamos no centro de uma bolha de espaço-tempo – quanto mais afastado, espacialmente, um objecto estiver de nós, mais afastado estará no tempo. Quanto mais longe observamos, mais longínquo é o passado. Os cosmólogos conseguem estudar a “infância” do Universo (próximo do Big-Bang) ao apontar telescópios… em todas as direcções! Poderemos até estar a observar estrelas ou nebulosas que já não existem, mas cuja informação (luz) da sua destruição ainda não nos tenha chegado. Afinal, o Sol pode já estar “apagado” e estamos a menos de 8 minutos de o saber…

***Aceite a sugestão do Bit2Geek e leia Missão Hayabusa 2 – Os robots exploradores de Asteróides