HISTÓRIA DA ASTRONOMIA - o eco do Big Bang

Neste ponto, já estamos em pleno século XX, com as inovações tecnológicas a sucederem-se em catadupa, e com isso a originar sucessivas alterações nas formas de pensar dos vários cientistas.

Um dos que o fez foi Einstein. Mudou de opinião e passou a apoiar o modelo do Big Bang, ao contrário de vários outros cientistas, que continuaram a dizer que o Universo era estático e eterno. Por exemplo, um facto que os apoiantes do modelo do Big Bang não conseguiam explicar era a juventude do "seu" Universo, quando comparado com a idade das Estrelas, mas isso só seria explicado na segunda metade do século.

O debate cosmológico continuava no meio científico, e várias vertentes foram sendo abordadas.

Uma das quais baseava-se no estudo da Física Atómica, na determinação da quantidade dos elementos no Universo, no seu processo de formação, e várias descobertas foram sendo feitas. Por exemplo:

Desvendou-se a estrutura atómica, com electrões, protões e neutrões;

Determinou-se a origem da energia solar, por fusão de dois núcleos pequenos;

Descobriu-se que o Universo actual é constituído por cerca de 90% de Hidrogénio e 9% de Hélio...

Por um lado, esta composição do Universo era compatível com o modelo do Big Bang, mas por outro lado o Big Bang não explicava a formação de átomos mais pesados que o Hélio. Vivia-se uma época em que a força da especulação era maior que a força dos factos, e a eterna relutância do Homem em aceitar a mudança forçou um conjunto de cientistas (Hoyle, Gold e Bondi) a criar o Modelo do Estado Estacionário.

O que dizia este modelo? Basicamente, que embora o Universo se encontre em expansão (facto que Hubble provou), é criada nova matéria nos espaços que se abrem entre as Galáxias que se afastam. Ou seja, o argumento é algo como:

"O Universo evolui, mas está inalterado! Logo, é e sempre será infinito!"

E assim se satisfazia a necessidade de não mudança do Homem, conjugada com a prova irrefutável que Edwin Hubble tratou de arranjar, com os desvios para o vermelho na análise ao espectro das Galáxias.

Por esta altura, outros três nomes mostraram que nem todos os Homens pensam da mesma forma.

Gamow, Alpher e Herman previram que o Big Bang teria emitido um eco luminoso quando o Universo tinha 300 mil anos, possivelmente ainda detectável. Na altura, ninguém procurou esse eco, mas hoje sabemos que ele existe.

Chamamos-lhe Radiação Cósmica de Fundo, e possivelmente, nem que tenha sido só num documentário ou na leitura de um qualquer artigo científico, muitos já ouviram o seu nome...

HISTÓRIA DA ASTRONOMIA - a Lei de Hubble

Paralelamente, outras descobertas foram sendo feitas, e o seu estudo continuado conduziu à Lei de Hubble que, como vamos ver, foi fundamental para a ideia de um "início", um Big Bang!

Com o aumento das dimensões dos telescópios, começou a ser possível medir as distâncias às Estrelas com muito maior precisão.

No século XVIII, Herschel mostra que o Sol faz parte de um grupo de Estrelas, que é a nossa Galáxia, a Via Láctea, que na altura se pensava ser a única. Mas Messier, ocupado na elaboração do seu catálogo, vai observando várias manchas indistintas que não sabia correctamente identificar por serem completamente diferentes das Estrelas. Por isso mesmo, tomaram o nome de Nebulosas. Mas aí nasceu outra questão... elas estavam dentro ou fora da Via Láctea? Ou seja, o Universo teria mais Galáxias espalhadas?

A resposta chegaria em 1923, pela mão de Edwin Hubble, usando um dado descoberto em 1912 por Henrietta Leavitt, que no seu estudo das Estrelas variáveis cefeides mostra que o seu período de variação ajuda a calcular o seu brilho real, e com isso a distância a que se encontram. O Homem ganhou uma régua para medir o Universo!

Voltando a Hubble, ao identificar uma variável cefeide dentro de uma nebulosa pôde determinar que ficava muito mais longe que a Via Láctea, e que cada uma das inúmeras Galáxias detectadas na altura possuía milhares de milhões de Estrelas como o Sol!

Nasce aqui a Espectroscopia. Muito resumidamente, é o estudo do espectro de cada átomo, dependendo da absorção e da emissão da luz. Concluiu-se que as Estrelas se afastam ou aproximam de nós pela análise do efeito Doppler:

• A luz de uma Estrela que se aproxima tem comprimento de onda menor (espectro desviado para o azul);
• A luz de uma Estrela que se afasta tem comprimento de onda maior (espectro desviado para o vermelho).

Pois a maior parte estava a afastar-se, pois apresentava um desvio para o vermelho...

E é aqui que surge a Lei de Hubble, que mostra que existe uma relação directa entre a velocidade de uma Galáxia e a distância a que se encontra, postulando que se as Galáxias têm movimento de recessão, então:

• Estarão mais distantes de nós amanhã do que estão hoje;
• Ontem estiveram mais próximas;
• Deve ter existido um instante no passado em que todas as Galáxias estiveram em cima de nós.

Estas observações levam-nos a acreditar num Universo primordial de pequenas dimensões e elevada densidade, a partir do qual se expandiu e continua a expandir.

Penso que a imagem resume numa imagem o que acabei de dizer.

A linha diagonal é uma interpolação dos pontos, que representam a detecção das Galáxias.

Isto poderia ser, na época, uma prova do Big Bang...

HISTÓRIA DA ASTRONOMIA - Teorias do Universo

Ainda que Galileu tenha sofrido uma tentativa de silenciamento, as bases para a evolução no pensamento estavam lançadas. Aos solavancos, porque a mente humana é adversa à mudança brusca, mas aconteceu.

Seguiu-se um período em que surgiram teorias que defendiam que o Universo existira desde sempre e outras que defendiam que tinha sido criado, e os cosmólogos do século XX abordaram essa problemática.

Foram feitas várias experiências tendo essa questão como pano de fundo, entre as quais algumas que permitiram a Einstein postular a Teoria da Relatividade Restrita (segundo a qual o Espaço e o Tempo são flexíveis, constituindo uma entidade única) e a Teoria da Relatividade Geral (que complementa a teoria da gravitação de Newton, uma vez que se aplica a situações de gravidade extremas, como as provocadas pelas Estrelas).

No seguimento dos seus estudos, Einstein quis saber se a atracção gravítica poderia levar o Universo a contrair sobre si mesmo, introduzindo a constante cosmológica, que funcionava como a anti-gravidade que travava a expansão do Universo. Ele próprio admitiu que não gostava deste factor, porque não passava de uma forma de obter a teoria perfeita, o resultado esperado.
Einstein acreditava num Universo estático e eterno, mas essa visão não era partilhada por todos.

Friedmann e Lemaître propuseram a visão correcta de um Universo em expansão, mas uma vez que a voz de Einstein era muito mais respeitada, esta teoria estagnou na sua evolução. Ele mesmo disse algo como:
"Como castigo pelo meu desprezo pela autoridade, Deus tornou-me a mim próprio numa autoridade."

HISTÓRIA DA ASTRONOMIA - Eppur si muove!

Galileu defendeu o modelo heliocêntrico e provou a sua validade, usando o telescópio para mostrar que:

• Júpiter tem satélites;
• O Sol tem manchas;
• Vénus tem fases.

Entretanto, Galileu escreveu o "Diálogo dos Dois Máximos Sistemas", em que 3 personagens conversam sobre as 2 teorias rivais. Salviati era um homem culto e defendia a teoria heliocêntrica. Simplício defendia o modelo geocêntrico e era um bobo. Sagredo era um mediador com opinião que defendia a mudança das mentalidades... Era um mero texto, mas era um texto acessível ao público, até porque foi escrito em Italiano e não em Latim, como era prática corrente. Galileu queria conquistar o público.

Mas as mentes não mudam facilmente... O astrónomo Francesco Sizi, ao ouvir falar falar dos satélites naturais de Júpiter, argumentou (?) assim:
"Os satélites são invisíveis a olho nu, e portanto não podem ter influência na Terra; por conseguinte, são inúteis e por isso não existem."
Belo argumento...

A própria Igreja tratou de forçar Galileu a retratar-se publicamente pelas suas acções e, em 1633, ao ser condenado a prisão domiciliária por tempo indeterminado, ouviu ajoelhado a sentença e murmurou, numa forma de manter a sua posição bem vincada, "Eppur si muove!" ("E no entanto ela move-se!").

OBSERVAÇÃO 16/10/2010

E O COMETA NÃO FUGIU!

Não haveria melhor forma de começar este post, uma pausa mais que justificada na História da Astronomia, para assinalar a captura da imagem do momento. O Cometa 103P/Hartley, assim chamado porque foi o 103º Cometa periódico a ser descoberto, precisamente por Malcolm Hartley, a 15 de Março de 1986, fez mais uma das suas passagens perto da Terra, e eu não o podia perder. Perto, é como quem diz aproximadamente 18 000 000 km...

Lá fomos os 3 de sempre, para o spot de sempre... As nuvens ajudaram (desapareceram todas) e o frio fez uma visita (o termómetro bateu os 6ºC). A Lua quis marcar presença, mas isso não impediu os 3 Caçadores de Estrelas de prosseguir a sua missão.

(Estou muito poético... não se preocupem, isto passa...)

Após observar a Lua, fazer uma visita a Júpiter com 3 das suas Luas visíveis, e antes de Orion nascer, fomos à caça do Cometa. Sabíamos que ele estaria entre Algol e Capella, mais próximo de Capella. Era preciso paciência e persistência. Após varrer o Céu e detectar uma mancha difusa que não era suposto estar lá, a máquina fotográfica fez o seu trabalho e captou o nosso alvo. Vejam-no a seguir, azul esverdeado, ao centro...

Festa na Freita!

Passámos, depois, algum tempo a observar outros corpos. Tive a curiosidade de apontar o telescópio à acabadinha de nascer Betelgeuse. Tão vermelha...

Observámos Andrómeda, Albireo (linda demais!), as Plêiades, 7 Tau, mas o melhor estava para vir, com a M42. A Grande Nebulosa de Orion no seu esplendor. Observada já é fantástica, mas em foto é do melhor que pode haver... Ora vejam como tenho razão:

Eram já horas de vir embora... 

Em breve terá de haver outra sessão, para dar continuidade a este sucesso.

Como sempre, os créditos das fotos em cima, vão para o Bruno Novo.

HISTÓRIA DA ASTRONOMIA - de Kepler a Galileu

Com o seu trabalho, Kepler abriu as portas a uma nova era na Física dos Astros.

Para poder argumentar devidamente, juntando observações a factos, Kepler passou 8 anos a escrever o Astronomia Nova, que publicou em 1609, onde explanava exaustivamente o estudo e as suas conclusões, de tal forma que, a dada altura, escreveu:

"Se este fastidioso método de cálculo o aborrecer, tenha piedade de mim, que fui obrigado a repeti-lo pelo menos setenta vezes."

Contudo, a sua obra não foi bem recebida e algumas questões incomodavam a sociedade e os clérigos da época, sempre renitentes e tudo o que fosse contra a doutrina vigente, de tal forma que o clérigo e astrónomo David Fabricius escreveu uma carta a Kepler, onde dizia:
"Com a vossa elipse abolistes a circularidade e a uniformidade dos movimentos, o que me parece um absurdo tanto maior quanto mais profundamente penso nele. Seria muito melhor se ao menos pudésseis preservar a órbita circular perfeita, e justificar a vossa órbita elíptica com outro pequeno epiciclo."

Outra vez os epiciclos???

Com o insucesso do Astronomia Nova, Kepler desanimou e trabalhou em outras áreas até ser confrontado com a invenção do telescópio. E com ele, surgia no panorama Galileu Galilei, que, com as suas observações, provaria que Aristarco, Copérnico e Kepler estavam certos.

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Recomendo a procura do Cometa 103P/Hartley, o Cometa mais brilhante de 2010. Estará visível em Céus escuros durante o mês de Outubro. 

Se alguém estiver interessado em procurá-lo, diga-me e eu informo acerca da sua trajectória.

HISTÓRIA DA ASTRONOMIA - os erros de Copérnico

Guilherme de Occam era um revolucionário filósofo inglês, que tinha algumas ideias radicais. Contudo, a mais conhecida acabou por ser a mais simples. Em Latim, escreveu "pluralitas non est ponenda sine necessitate", que quer dizer "a pluralidade não deve ser considerada sem necessidade". Occam ficou famoso pela sua máxima científica, a Navalha de Occam, segundo a qual a teoria mais simples é muito provavelmente a mais correcta.

Ora, isto favorecia Copérnico, mas foram precisas muitas provas físicas para a sua teoria vingar.

E essas provas só surgiram com Johannes Kepler e Tycho Brahé. Mas ao mesmo tempo que surgem provas palpáveis, vai desaparecendo parte da magia desta história bela, que é a do pensamento humano relativamente ao que o rodeia. Passou a ser menos Sonho e mais Física.

E Kepler presumiu, correctamente, que a base da teoria de Copérnico estava imprecisa nos seguintes pontos:

1. Os planetas descrevem círculos perfeitos;
2. Os planetas movem-se a velocidades constantes;
3. O Sol está no centro dessas órbitas;

E provou que:

1. Os planetas descrevem elipses;
2. A sua velocidade varia constantemente;
3. O Sol não está exactamente no centro das suas órbitas.

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Ontem fui ver os U2.

Que é que isto tem a ver com Astronomia? Nada. Mas no Céu, no meio daquele concerto soberbo, brilhava o Rei Júpiter, esporadicamente a brilhante Fomalhaut e Capella... Também as Estrelas tinham de estar presentes numa noite assim.

HISTÓRIA DA ASTRONOMIA - De Revolutionibus

O Commentariolus era suposto ser um manifesto contra a visão da Astronomia vigente na época, e talvez por isso teve pouca repercussão na Europa pensante da época. Para provar que as suas previsões acerca do Universo estavam certas, Copérnico passou os 30 anos seguintes a refazer este documento, até o tornar um bem documentado manifesto de 200 páginas, com muito mais rigor matemático do que o primeiro.

Por várias vezes, pensou em abandonar a sua investigação, com medo de ser ridicularizado, e tinha motivos. Pouca gente acreditava nele, e Martinho Lutero chegou a dizer:

"Fala-se de um novo astrónomo que quer provar que a Terra se move e anda à volta, em vez do Céu, do Sol e da Lua, como se alguém que se movesse numa carruagem ou barco dissesse que estava na realidade parado e em repouso enquanto o chão e as árvores caminhavam e se moviam... O tolo quer virar toda a arte astronómica de pernas para o ar."

O tolo não era Copérnico...

E é aqui que entra Rheticus, um jovem alemão que nutria grande admiração pelo trabalho de Copérnico e o convenceu a deixar levar o seu manifesto para ser impresso, o que acontece em 1543. Contudo, um ano antes, Copérnico tinha sofrido uma hemorragia cerebral e estava já privado de muita da sua lucidez, acabando por ver o resultado do seu trabalho no último momento antes da sua morte.

De Revolutionibus Orbium Coelestium (As Revoluções dos Orbes Celestes) oferecia ao mundo vários argumentos em favor da teoria de Aristarco, mas apresentava 2 grandes mistérios.

Primeiro, o não agradecimento a Rheticus, que poderá ser entendido como uma tentativa de não melindrar a castradora mentalidade da Igreja Católica de então, mas que afastou Rheticus desta obra.

Segundo, o surgimento misterioso de um prefácio que se suspeita não ter sido escrito de origem, pois admite que os cálculos podem ter sido manipulados por conveniência. Classifica certos cálculos de "absurdos", e diz que a teoria de Copérnico "não tem de ser verdadeira, ou mesmo provável". Ora, não faz sentido que, após tanta luta, Copérnico fosse acabar por ceder no momento da publicação da obra, até porque no ainda existente manuscrito original, Copérnico escreve:

"Talvez apareçam tagarelas que, apesar de completamente ignorantes em matemática, se encarreguem de dar opiniões em questões matemáticas e, distorcendo gravemente algumas passagens da Escritura de acordo com os seus propósitos, se atrevam a encontrar falhas no meu trabalho e a censurá-lo. Ignoro-os ao ponto de desprezar as suas críticas como infundadas."

Um bocado diferente, não?

HISTÓRIA DA ASTRONOMIA - o heliocentrismo

E eis que chega o abençoado Nicolau Copérnico. Para sermos precisos, Mikolaj Kopernik, visto que ele é de origem polaca.

Usando de um brilhante conjunto de deduções lógicas e sem medo de arriscar dar um salto qualitativo ao nível do pensamento, Copérnico tentou revolucionar mentes com a verdade de ser a Terra a mover-se em torno do Sol e não o contrário. Mas ele era pouco conhecido e facilmente foi desacreditado, até porque o modelo heliocêntrico ainda apresentava imprecisões que beneficiavam o complicadíssimo modelo de Ptolomeu e, tal como disse, era um completo desafio de lógica. Como se já não fossem problemas suficientes, a ortodoxia religiosa e científica reprimia o pensamento original, e as novas ideias tinham um bloqueio natural só por existirem, e logo à nascença.

Copérnico, como astrónomo amador (título que eu próprio me orgulho de ostentar!), estudou os movimentos dos Planetas e, antes de saber que o seu trabalho seria desacreditado na época mas valorizado mais tarde, elaborou um manifesto de apenas 20 páginas, que chocou o mundo científico, que se sentiu abalado pela sua visão (correcta!) do Cosmos. Esse manifesto chamava-se Commentariollus (Pequeno Comentário), foi escrito à mão, e circulou pela mão de pouquíssimas pessoas por volta do ano de 1514.

No Commentariollus, Copérnico defende a sua tese com base em 7 axiomas:

1. Os corpos celestes não têm um centro comum;
2. O centro da Terra não é o centro do Universo;
3. O centro do Universo está perto do Sol;
4. A distância entre a Terra e o Sol é insignificante quando comparada com a distância às estrelas;
5. O movimento diário aparente das estrelas é o resultado da rotação da Terra sobre o seu próprio eixo;
6. A sequência anual aparente de movimentos do Sol é o resultado da translação da Terra à volta do Sol; todos os planetas giram em torno do Sol;
7. O movimento retrógrado aparente de alguns planetas é explicado meramente pela nossa posição como observadores numa Terra móvel.

Parto daqui no próximo post...

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Hoje fiquei maravilhado com a visão do Céu. O que tinha de especial? Tudo e nada.
Nada, porque estava belo como sempre.
Tudo, porque a simplicidade do brilho das Estrelas me arrasa. Eram tantas e tão brilhantes... É um privilégio ter Vega, Deneb, Altair, Betelgeuse, Rigel, Capella, Procyon e Sírio no mesmo Céu, sempre tão bem acompanhadas por um imponente Júpiter. E estas são só as detentoras dos papéis principais, porque Alnilam, Alnitak, Mintaka, Menkalinan, Tarazed e tantas outras são excelentes candidatas ao Óscar de melhor papel secundário...

Amo o Céu de Inverno, e basta olhar para Ele!

Como dizia Dante: "Os céus giram sobre ti mostrando-te as suas eternas glórias, mas os teus olhos limitam-se a fitar o chão."

Não perca tempo, contemple a beleza que se expõe diante de si...

HISTÓRIA DA ASTRONOMIA - epiciclos

Ao ver-se confrontado com dificuldades ao explicar os movimentos retrógrados dos Planetas, Ptolomeu arranjou uma solução, mas pelo método errado. Em vez de estudar os factos e arranjar uma explicação para eles, arquitectou uma forma de responder ao problema encontrado, sem se preocupar com a sua veracidade. E chegou a uma solução, no mínimo... curiosa.

Engendrou um complicadíssimo sistema de círculos sobre círculos que pudesse justificar as observações. De facto, as observações confirmavam esse modelo, mas se se pensasse um pouco mais, se calhar iriam arranjar-se milhentas outras formas de o fazer. Melhor dizendo, era um modelo que explicava as observações, mas as observações não provavam o modelo.

Mas em que consistia?
Basicamente, tudo se justificava com base nos círculos. As órbitas dos Planetas eram circulares, com a Terra no centro. Os teológos encorajaram esta teoria, uma vez que estava de acordo com a Bíblia. Com a leitura que eles faziam da Bíblia, acrescento eu. Aliás, a Bíblia não é feita para se ler ipsis verbis o que lá está, mas sim para se entender todo um conjunto de símbolos que ela representa. Mas isso são contas de outro rosário... Mostro uma imagem representativa deste modelo que Ptolomeu arranjou. Eu ia dizer alucinou, mas vou respeitar as suas ideologias...

Tentando explicar... Todos os Planetas fariam a sua órbita sobre um círculo imaginário cujo raio seria considerado o deferente, e efectuando a sua trajectória na forma de pequenos círculos sobre si mesmo, chamados epiciclos. Ora, os raios do deferente e as velocidades de cada epiciclo podem ser ajustados de forma a ajustar a trajectória de cada Planeta... isto é arranjar um modelo e encaixá-lo de qualquer maneira na observação prática...

Para que o seu pseudo-modelo explicasse todas as observações, Ptolomeu introduziu o excêntrico e o equante, pontos imaginários. O excêntrico era um ponto imaginário próximo da Terra, que seria o verdadeiro centro do deferente. O equante era outro ponto imaginário, cuja influência contribuiria para a velocidade variável dos Planetas. Confuso/a? Não me espanta, eu tive de ler várias vezes coisas acerca disto para perceber. Mas não se preocupe, vou ter pena de si e não vou desenvolver este tema. Fica só uma imagem, para uma tentativa de explicação.

(Na imagem falta um x no excêntrico, mas não reparem...)

No próximo post caio na realidade de novo, e tropeço no heliocentrismo.