FELIZ NATAL

Venho apenas desejar a todos os amantes das Estrelas que cá vêm um Natal muito Feliz.

Desejo, do fundo do meu coração, que esta quadra seja vivida com muita Paz e muito Amor, na companhia de quem melhor nos faz sentir.

Um grande abraço a todos,

Carlos Capela

HISTÓRIA DA ASTRONOMIA - a descoberta da Radiação Cósmica de Fundo - 2

Karl Jansky foi (é!) o pai da Radioastronomia, mas outro passo decisivo foi dado pelos cientistas Arno Penzias e Robert Wilson, ambos a trabalhar nos Laboratórios Bell, que possuía uma antena de rádio de 6m, em forma de chifre, inicialmente projectada para detectar os sinais dos satélites-balão Echo, e que mostro na imagem a seguir, juntamente com os 2 cientistas.

Como curiosidade, o Echo consistia numa esfera de 66cm que, uma vez em órbita, era insuflada e transformava-se num globo de 30m de diâmetro capaz de reflectir ondas de rádio provenientes da Terra na direcção de um detector igualmente situado na Terra. Contudo, razões económicas levaram este projecto ao abandono, ficando a antena livre para se transformar num radiotelescópio com alguma precisão na localização de fontes de rádio cósmicas, até porque estava bem protegida de interferências de rádio terrestres.

Os Laboratórios Bell autorizaram os 2 cientistas a investir tempo no estudo das fontes de rádio celestes, mas antes disso eles preferiram estudar o seu telescópio... E ainda bem que assim foi!

O primeiro ponto a trabalhar era a identificação exacta do nível de ruído, tentando minimizá-lo.

Ruído é, basicamente, o sinal indesejável que influencia negativamente a recepção de uma onda electromagnética, seja de rádio, tv, ou outra qualquer. Quando a potência do ruído supera a potência do sinal, a comunicação sofre com isso.

Isso aplica-se à radioastronomia de várias formas, em especial no estudo dos sinais rádio das Galáxias. Quanto mais distante estiver uma Galáxia, mais fraco será o sinal rádio recebido na Terra. Nesses casos, a análise ao ruído é da máxima importância, uma vez que ele se pode sobrepor ao sinal.

Para verificar o nível do ruído, Penzias e Wilson apontaram a antena a uma zona do Céu menos provida de Galáxias e de onde todo o sinal recebido deveria ser ruído mas, ao contrário do que esperavam e para seu desapontamento, o nível do ruído recebido era muito grande.

Há 2 tipos de ruído: o externo e o inerente ao equipamento.

Para estudar o primeiro, chegaram a apontar o telescópio para Nova Iorque, uma grande cidade que poderia introduzir ruído nas comunicações, mas nada se alterou.

No caso do segundo, optaram por verificar todas as ligações e junções do equipamento, reforçando até coisas que à partida estavam bem, só para ter a certeza que nada falharia, mas nada se alterou.

E aqui começa a dar-se uma história curiosa, pois depararam-se com um casal de pombos que... bem... largava ali o produto da sua digestão. Por palavras deles, depositava ali "um material dieléctrico branco", que poderia ser o causador do ruído captado.

Agarraram os pombos, enfiaram-nos na gaiola Hav-a-Heart (na imagem em baixo) e mandaram-nos para os Laboratórios Bell de Nova Jérsia, a cerca de 50km de distância. Penzias e Wilson, cientistas abnegados, esfregaram a antena até ela ficar reluzente! Supostamente pronta para eliminar ruído! Mas os pombos encontraram o caminho de volta... com o consequente ressurgimento do "material dieléctrico branco" por toda a parte...

(Quem já foi vítima de um pombo sabe quão desagradável isso pode ser...)

Solução encontrada e relatada na 1ª pessoa por Arno Penzias:

"Havia um criador de pombos disposto a estrangulá-los para nós, mas pareceu-me mais humano abrir a gaiola e matá-los a tiro." Pois, esta parte não gostei...

Depois de mais de um ano de limpezas e cuidados com o radiotelescópio, o nível de ruído reduziu.

Sabiam que parte do que restava se devia a efeitos atmosféricos e outra ao formato da antena, em forma de chifre, mas não podiam eliminar estes factores.

Havia algo mais...

HISTÓRIA DA ASTRONOMIA - a descoberta da Radiação Cósmica de Fundo - 1

Ok, com atraso relativamente ao que prometi, mas aqui fica o primeiro post sobre a descoberta da Radiação Cósmica de Fundo. Também acho que é das histórias mais engraçadas da Física, porque envolve várias pequenas histórias, no mínimo, curiosas.

Como em tudo na vida, o factor sorte decide o nosso destino. Mas também é verdade que a sorte se procura. Foi isso que fez Karl Jansky primeiro, e Arno Penzias e Robert Wilson mais tarde. Mas vamos por partes...

Antes de mais, convém dar um cheirinho do contexto em que estas descobertas se inseriram.

Em 1928, a empresa de comunicações AT&T iniciava-se no mundo das comunicações transatlânticas, e queria garantir o monopólio do mercado, pelo que contratou os Laboratórios Bell para fazerem o estudo das fontes naturais de ondas rádio que provocavam interferências nas comunicações de longa distância, e com isso originavam um ruído crepitante e permanente. Esta tarefa foi parar ao colo de Jansky, um jovem de 22 anos.

É, também, importante saber o que é uma onda rádio. De forma muito resumida, pode classificar-se a faixa das ondas rádio como uma de várias do espectro electromagnético, como se vê na figura.

O espectro varia de forma inversa em frequência e comprimento de onda. Como as ondas rádio têm relativamente baixa frequência, vão ter grandes comprimentos de onda, que variam de milímetros para as microondas até muitos metros no caso de sinais AM.

Ora, Jansky construiu uma antena capaz de captar comprimentos de onda de 14,6m, e passou os meses seguintes agarrado à sua obra, que mostro na imagem seguinte:

Era uma enorme estrutura que girava 3 vezes por hora sobre as rodas de um Ford (que se vêem na imagem), para captar sinais vindos de várias direcções. Não é de admirar que os miúdos fossem para lá mal Jansky virava costas... Isso baptizou a antena de "carrossel de Jansky". Líder mundial na categoria dos mais lentos, claro...

Jansky continuou a estudar as interferências recebidas, e classificou-as em 3 tipos:

1. Devidas a trovoadas próximas e ocasionais;
2. Devidas a trovoadas longínquas e mais fracas;
3. Outros sinais mais fracos, que classificou do "tipo sibilante, fracos e de origem desconhecida".

Este tipo de ruído não influiria nas comunicações transatlânticas, a base do seu trabalho, mas Jansky decidiu continuar a investigar esta desconhecida fonte de ruído.

Recolheu alguns dados, entre os quais o facto de a periodicidade dos máximos de intensidade era de exactamente 23h56m (a duração do dia sideral, que seria motivo de outro post, e que se formos precisos é de 23h56m04s). Basicamente, para ajudar a contextualizar, pode dizer-se que o dia sideral é o período de rotação da Terra relativamente ao resto do Universo.

Mais estudos revelaram que a fonte desta emissão rádio era o centro da Galáxia, zona de intensos campos magnéticos. Mal a notícia foi publicada, mesmo com o aviso de Jansky de que as fontes eram naturais, ele recebeu inúmeras cartas de pessoas que diziam que eram tentativas de contacto de extra-terrestres...

A mente humana no seu melhor...

O importante é que estava fundada a RADIOASTRONOMIA, o que abria as portas à investigação fora da faixa da luz visível.

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.