Cosmologia & Astronomia / Definição & Palestras
Esta é a segunda de uma série de 8 palestras apresentadas pelo Prof. Adauto Lourenço, em 2008, voltadas ao público cristão, e eu digo "público cristão" haja visto que em determinados momentos ele menciona a Bíblia. Entretanto as palestras não deixam de ser interessantes por serem proferidas por esta perspectiva e obviamente não são restritas ao público religioso. São palestras bem interessantes para todos os que veem e examinam de tudo sem preconceito, pois é sempre bom conhecer várias visões de um mesmo tema, e com certeza os vídeos disponibilizados aqui são um bom material para uma reflexão saudável sobre as origens.
COSMOLOGIA
Cosmologia (do grego κοσμολογία, κόσμος="cosmos"/"ordem"/"mundo" + -λογία="discurso"/"estudo") é o ramo da astronomia que estuda a origem, estrutura e evolução do Universo a partir da aplicação de métodos científicos.
A Cosmologia muitas vezes é confundida com a Astrofísica que é o ramo da Astronomia que estuda a estrutura e as propriedades dos objetos celestes e o universo como um todo através da Física teórica. A confusão ocorre porque ambas ciências sob alguns aspectos seguem caminhos paralelos, e muitas vezes considerados redundantes, embora não o sejam.
Antiguidade
Na antiguidade a observação dos astros e a interpretação religiosa mantiveram uma ligação praticamente una. Os povos primitivos já utilizavam símbolos representando os corpos celestes nas manifestações de arte rupestre. No antigo Egito e outras civilizações acreditava-se que a Terra fosse plana, e os astros lâmpadas fixas numa abóbada móvel; em muitas civilizações existiam crenças onde se acreditava que o Sol nascia a cada amanhecer para morrer ao anoitecer, e que acabaram por se tornar a base de muitas religiões antigas. Os gregos, sobretudo os seguidores de Pitágoras, acreditavam que os corpos celestes tinham seus movimentos regidos rigorosamente pelas leis naturais, na esfericidade da Terra e na harmonia dos mundos; já os seguidores de Aristóteles consideravam a teoria geocêntrica, onde a Terra era o centro do universo.
Eratóstenes
Na cidade egípcia de Alexandria no século III a.C., Eratóstenes, lendo um papiro, observou que havia uma descrição de que uma localidade ao sul da antiga cidade egípcia de Swenet (conhecida na Grécia como Siena, e nos dias atuais como Aswan), localizada no Trópico de Câncer era atravessada pelo sol a pino no ultimo dia do solstício de verão . Nesse, ao meio dia, em 21 de junho, eram colocadas duas varetas perfeitamente em prumo e estas não produziam sombra. Sabia-se também que nesse momento a luz do Sol no solstício de verão refletia diretamente no fundo de um poço profundo e que as colunas dos templos não produziam sombra.
Uma medição para o perímetro da Terra
Esse sábio fez então uma experiência na biblioteca de Alexandria, onde posicionou varetas(respeitando o alinhamento norte sul) perfeitamente verticais . Comparando em localidades diferentes, as sombras ao meio dia do dia 21 de junho descobriu que, no solstício de verão de Alexandria a projeção do sol sobre elas eram de formas até bastante pronunciadas, em torno de sete graus.
Desta maneira Eratóstenes imaginou que se a Terra fosse plana as varetas não haveriam de projetar sombra em nenhuma das duas localidades, e se numa delas havia esta projeção e em outra não, é porque a Terra não era plana e sim curva; ainda num exercício de pura lógica matemática, após deduzir a defasagem de sete graus entre Siena e Alexandria pagou para um de seus auxiliares medir a distância em passos entre as duas localidades, chegando à conclusão que esta seria em torno de 800 quilômetros. Como a defasagem angular é em torno de 7 graus e a circunferência é 360 graus, dividindo 360 por 7 encontrou aproximadamente cinquenta, que multiplicado por oitocentos resultou numa circunferência de quarenta mil quilômetros; isto há dois mil e duzentos anos.
Alexandrino Estrabão
Em torno do século I da era cristã, o geógrafo "Alexandrino Estrabão", num de seus ensaios escreveu: “...(sic) Aqueles que retornam de uma tentativa de circunavegação não relatam impedimentos por terras opostas, pois os mares permanecem sempre abertos; provavelmente o impedimento é a escassez de alimentos ou água... nos diz Eratóstenes que se a extensão do Atlântico não é um obstáculo, a passagem do mar da Ibéria para a Índia deve ser feita facilmente... Sendo bem provável que na zona temperada haja uma ou duas terras habitadas... E realmente se esta ou outra parte do mundo é habitada, não o é por homens como os daqui, e deveremos considerá-la como um outro mundo habitado”...
Cláudio Ptolomeu
Cláudio Ptolomeu de Alexandria cem anos mais tarde, em torno do século II da era cristã, formulou no Almagesto sua teoria de que “...(sic) Terra se apresentava imóvel e rodeada de esferas transparentes de cristal que giravam a sua volta e a que se subordinavam o Sol e os planetas...” Ptolomeu relacionou as estrelas, registrou seus brilhos, estabeleceu normas de previsão de eclipses, tentou descrever o movimento dos planetas contra o fundo praticamente imóvel das constelações, acreditou que a Terra fosse o centro do universo e que todos os corpos celestes a rodeavam. Esta teoria foi adotada por santo Tomás de Aquino no século XIII, e esta concepção do cosmo foi seguida até o século XVI.
Nicolau Copérnico
Os filósofos do século XV aceitavam o geocentrismo como fora estruturado por Aristóteles e Ptolomeu. Esse sistema cosmológico afirmava que a Terra era esférica, mas também afirmava que a Terra estaria parada no centro do Universo enquanto os corpos celestes orbitavam em círculos concêntricos ao seu redor. Essa visão geocêntrica tradicional foi abalada por Nicolau Copérnico em 1514, quando este começou a divulgar um modelo cosmológico em que os corpos celestes giravam ao redor do Sol, e não da Terra. Essa era uma teoria de tal forma revolucionária que Copérnico escreveu no seu de revolutionibus:"quando dediquei algum tempo à ideia, o meu receio de ser desprezado pela sua novidade e o aparente contra-senso, quase me fez largar a obra feita".
Ptolomeu já havia considerado a possibilidade de um modelo heliocêntrico, porém o rejeitou devido às teorias de Aristóteles, segundo as quais a Terra não poderia ter uma rotação violenta.
Ao contrário do que se poderia imaginar, durante a vida de Copérnico não são encontradas críticas sistemáticas ao modelo heliocêntrico por parte do clero católico. De fato, membros importantes da cúpula da Igreja ficaram positivamente impressionados pela nova proposta e insistiram que essas idéias fossem mais bem desenvolvidas. Apenas com Galileu Galilei, (quase um século depois do início da divulgação do heliocentrismo), a defesa do novo sistema cosmológico tornou-se problemática.
Em 1616 o principal trabalho de Copérnico chegou a entrar para a lista dos livros proibidos da Igreja Católica, mas apenas por um curto período, sendo novamente liberado depois de pequenas adaptações feitas pelos censores eclesiásticos.
Galileu Galilei
Galileu Galilei, na primeira metade do século XVII, reforçou a teoria heliocêntrica com o uso do recém-inventado telescópio, pois viu que a Via Láctea é formada por uma infinidade de estrelas ao invés de nuvens, observou as manchas solares, mapeou as crateras e montanhas na Lua, descobriu a existência de satélites ao redor de Júpiter, além de observar Saturno e os seus anéis.
Quando passou a defender o heliocentrismo como uma verdade literal, isso lhe rendeu muitos problemas com a Igreja Católica, que, por razões principalmente teológicas, mas também por não ter havido ainda comprovação cabal do novo modelo, insistia que Galileu tratasse o heliocentrismo apenas como uma hipótese.
Em 1615, Galileu escreveu uma carta para a grã-duquesa Cristina da Holanda dizendo: "(sic)...alguns anos atrás, como sabe sua Alteza, vi no céu muitas coisas que nunca ninguém viu até então. A novidade e as consequências se seguiram em contradição com as noções físicas comummente sustentadas entre acadêmicos e filósofos que se voltaram contra mim um número grande de professores e eclesiásticos como se eu tivesse colocado as coisas no firmamento com as minhas próprias mãos para alterar a natureza e destruir a ciência e o conhecimento. Esquecem-se pois, que as verdades a crescer estimulam as descobertas e as investigações estabelecendo assim o crescimento das artes..."
Em 1633, Galileu foi a julgamento e terminou oficialmente condenado por "grave suspeita de crime de heresia", ficando oito anos em prisão domiciliária próximo a Florença, onde veio a morrer. Em 1979 o Papa João Paulo II, 346 anos depois da condenação, ilibou-odo julgamento executado pela Inquisição.
Fé e Ciência
Com a teoria do heliocentrismo, Galileu tornou-se a única pessoa já condenada pela Inquisição por ter defendido teses estritamente científicas e, por isso, é um exemplo muito citado em debates que falem de "fé versus ciência". Entretanto, este evento envolve elementos muito mais complexos do que simplesmente uma controvérsia entre estes dois modos de ver o mundo. Há historiadores e cientistas que dedicam toda a sua carreira a analisar apenas este ponto da história para tentar entendê-lo em todas as suas dimensões.
Johannes Kepler
Johannes Kepler descobriu que as órbitas dos astros do sistema solar são elípticas. Num de seus ensaios escreveu: “...(sic) É portanto, impossível que a razão não previamente instruída pudesse imaginar qualquer coisa senão que a Terra seria um tipo de casa imensa com a cúpula do céu no topo; não teria movimento e , dentro dela, o Sol tão pequeno passaria de uma região para outra, como um pássaro esvoaçando pelo ar.”...
Kepler baseou-se na geometria euclidiana para pôr em prática suas teorias. Certa vez escreveu em um de seus ensaios “(sic)...A Geometria existiu e existe desde antes da Criação. É co-eterna com a mente de Deus...A Geometria forneceu a Deus um modelo para a Criação... A Geometria é o próprio Deus...”
Em 1589, Kepler foi estudar na Universidade deTübingen, na Alemanha, onde começou a confrontar as correntes intelectuais da época; foi quando se iniciou na chamada hipótese copernicana, vislumbrando um universo heliocêntrico.
Em Graz, na Áustria, foi ensinar matemática, desenvolveu almanaques meteorológicos e astronômicos. Naquela época se conheciam seis planetas, Mercúrio, Vênus, Terra, Marte,Júpiter e Saturno, além dos sólidos platônicos, ou sólidos regulares.
Kepler tentou achar uma relação entre os sólidos e as distâncias entre as órbitas dos planetas. Pensou que estes sólidos, estando inscritos um ao outro, mostrariam as distâncias destes ao Sol, chamando a isto de Mysterium Cosmographicum.
A importância de Tycho Brahe
Kepler conheceu Tycho Brahe, que era o Matemático Imperial do Imperador Romano Rudolf II. Com o matemático, trabalhou por algum tempo.
Tycho reuniu informações e dados das órbitas planetárias por toda a sua vida. Quando morreu, deixou para Kepler todas as suas anotações.
As anotações de Tycho começaram a ser compiladas antes da invenção do telescópio.
Todos os astrônomos anteriores a Kepler dimensionaram órbitas circulares aos planetas conhecidos. Acreditavam ser o círculo a forma geométrica perfeita. Os círculos colocados no céu por Deus deveriam ser perfeitos.
Após três anos de cálculos e pesquisas infrutíferas, Kepler abandonou sua teoria do Mysterium Cosmographicum. Alguns meses depois de abandonar a antiga teoria, ainda seguiram pesquisas infrutíferas. Kepler finalmente abandonou definitivamente a órbita circular e passou a buscar as respostas por outros caminhos.
Depois de buscar incansavelmente uma resposta que explicasse satisfatoriamente os orbitais, Kepler iniciou o uso da elipse como forma das órbitas planetárias.
Começou seu estudo utilizando a fórmula da elipse codificada por Apolônio de Perga da Biblioteca de Alexandria, descobrindo que finalmente esta se ajustava com perfeição às observações de Tycho.
Isaac Newton
Com Isaac Newton, descobridor e formulador da lei da gravitação universal no século XVII, foi criada uma sólida base científica para a cosmologia, que passou do campo puramente filosófico para o experimental.
A cosmologia experimental
A partir do início do século XX, com a criação da teoria da relatividade surgiu também a cosmologia moderna, cujo artigo inicial foi escrito pelo físico alemão Albert Einstein, em 1917, com o título "Kosmologische Betrachtungen Zur Allgemeinen Relativitätstheorie" (Considerações cosmológicas sobre a teoria da relatividade geral). Nesse trabalho, Einstein analisava, sob a luz da relatividade, o universo como um todo, introduzindo o conceito de constante cosmológica. Essa constante cosmológica faria o papel de uma 'força antigravidade', que impediria o universo de colapsar sob a ação da gravidade, permitindo assim a existência de soluções - ou modelos - cosmológicos estáticos.
No entanto, o que Einstein não percebeu (ou não quis perceber) de imediato é que, mesmo com a presença da constante cosmológica era possível obter soluções matemáticas que previam um universo dinâmico, em contração ou expansão. Tais famílias de soluções são hoje conhecidas genericamente como soluções de Friedmann, em homenagem ao matemático russo Alexander Friedmann, que as obteve em 1922.
Com o desenvolvimento de novos telescópios, ainda no início do século XX, foi possível estudar o universo em escalas então inexploradas. Um pioneiro no estudo sistemático das galáxias além da nossa Via Láctea foi o americano Edwin Hubble, que notou que a maioria das galáxias parecia estar se afastando da nossa, e que a velocidade de afastamento aumentava com a distância da galáxia em relação à nossa. Tal observação, confirmada posteriormente, tornou-se uma lei empírica, conhecida hoje como lei de Hubble, e era uma 'prova' experimental da expansão do universo: as galáxias se afastam umas das outras devido à expansão do espaço entre elas.
O Universo em expansão
Em 1917 o astrônomo holandês Willem de Sitter desenvolveu um modelo não estático do Universo. A teoria segundo a qual o universo está em expansão, formulada na década de 1920, acabou por constituir a moderna base da cosmologia. Em 1922 o modelo do universo em expansão foi adotado pelo matemático russo Alexander Friedmann.
Em 1927 o físico e sacerdote belga Georges Lemaître introduziu a ideia do núcleo primordial. A teoria afirmava que as galáxias são fragmentos da explosão desse núcleo, resultando na consequente expansão do Universo. Esse foi o começo da teoria da Grande Explosão que tenta explicar a origem do Cosmos. Na época, entretanto, a comunidade científica não levou essa proposta a sério por ser considerada sem fundamento físico e baseada numa concepção religiosa (cristã) de universo.
Em 1929, o astrônomo estadunidense Edwin Hubble publicou um trabalho científico no qual mostrava que as demais galáxias do universo (na época chamadas de nebulosas) estavam, em média, se distanciando de nós, e com uma velocidade proporcional à distância de nós até elas. Essa velocidade radial, igual em todas as direções, indicava que o universo estava, de fato, em expansão. Em 1948, o físico russo George Gamow mostrou que a teoria de universo em expansão poderia explicar as elevadas abundâncias dos elementos químicos hidrogênio e hélio no universo (cerca de 75% da matéria visível no universo é constituída de hidrogênio e 25% de hélio. Os demais elementos contribuem com menos de 1% no total): no início do universo, a alta densidade e temperatura propiciavam a fusão nuclear. Entretanto, a expansão do universo levou ao seu esfriamento e consequente término dessas reações, de forma que apenas os elementos químicos leves (de baixo número atômico) foram formados. Gamow previu também, baseado nesse modelo, a existência de uma radiação isotrópica e de espectro bem definido que teria se originado há bilhões de anos atrás, numa época próxima ao início do universo.
Em 1965, essa radiação foi observada, por acidente, por Arno Penzias e Robert Woodrow Wilson. Diversas observações científicas foram então realizadas para se certificar de sua existência e das características que comprovariam sua origem há bilhões de anos atrás. Uma das observações mais famosas foi realizada pelo satélite COBE, lançado em 1989. Essas observações confirmaram sua baixa temperatura (de 2,725 K) e seu espectro de corpo negro, características básicas da radiação prevista por Gamow e fruto do universo em expansão. Essas observações, aliadas às sobre a velocidade radial das galáxias e a composição do universo deram suporte para a teoria do universo em expansão, atualmente amplamente aceita pela comunidade científica.
Novos constituintes do universo
Além da questão da expansão do universo, começaram a surgir, a partir de 1933, observações astronômicas que indicavam que a quantidade de matéria visível em galáxias era bem menor que a quantidade de matéria necessária para gerar os efeitos gravitacionais observados. Em 1978, por exemplo, Sandra Faber publicou um trabalho no qual mostra que a velocidade de rotação de galáxias espirais corresponde a uma concentração de massa maior do que a inferida por observações da luz emitida pela galáxia. Esse problema ficou conhecido como problema da massa faltante. O acúmulo de observações de naturezas variadas que indicavam a existência dessa matéria invisível afastou a possibilidade das teorias de gravitação estarem erradas e reforçou a possibilidade de existência de um tipo de matéria desconhecido que não participa das interações fortes nem das eletromagnéticas. A essa matéria foi dada o nome de matéria escura. Observações atuais indicam que, de toda a matéria existente no universo, cerca de 90% deve ser matéria escura. A matéria atualmente conhecida pela física compõem cerca de 10% da matéria do universo.
Em 1998, observações da magnitude aparente e do desvio para o vermelho de supernovas começaram a indicar que o universo não só está em expansão como está em expansão acelerada, ou seja, sua expansão está sendo cada vez mais rápida. Como forma de explicar essa aceleração, os cientistas têm como hipótese a existência de um outro tipo de energia desconhecida, chamada energia escura, que poderia atuar como uma "força antigravidade". O efeito de aceleração da expansão do universo também pode ser explicado com a introdução da constante cosmológica proposta por Albert Einstein muitos anos antes. Observações atuais das anisotropias da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (realizadas pelo satélite WMAP, por exemplo), indicam que aproximadamente 74% da densidade atual do universo é composta pela energia escura, 22% por matéria escura e apenas 4% pela matéria conhecida, composta por bárions e léptons.
Acredita-se na energia total zero do Universo, quando se inclui no cômputo a energia negativa do campo gravitacional. M.S.Berman também afirma que a densidade total de energia do Universo, quando computada a densidade negativa do campo gravitacional, é zero, o que mostra que não é infinita essa densidade no instante inicial, resolvendo assim o problema da singularidade inicial.
Modelo cosmológico padrão
Atualmente, acredita-se que o universo possua uma idade de aproximadamente 14 bilhões de anos, que esteja em expansão acelerada e que seja aproximadamente homogêneo (nenhuma posição no espaço é diferente das demais) e isotrópico (suas características são as mesmas em qualquer direção) em grandes escalas. Isso significa que, embora existam grandes aglomerações de matéria em estrelas, galáxias e grupos de galáxias (objetos pequenos quando comparados com o tamanho do universo), se calcularmos a densidade média em volumes bem maiores que os ocupados por um desses objetos, ela não deve variar muito de uma região do espaço à outra. Acredita-se que, no passado, o universo tenha sido ainda mais homogêneo que hoje, e que as grandes inomogeneidades observadas hoje (galáxias, por exemplo) surgiram de pequenas diferenças que cresceram, ao longo do tempo, por colapso gravitacional.
Também se acredita, baseado principalmente nas observações da radiação cósmica de fundo em micro-ondas feitas pelo satélite WMAP, que o universo possua uma geometria plana, em contraposição à geometria em espaços curvos proposta por Bernhard Riemann, com base na geometria diferencial. De maneira simples, isso significa que dois raios de luz paralelos devem continuar para sempre paralelos. Em espaços curvos do tipo fechado, por exemplo, esses raios irão convergir, enquanto que em espaços curvos abertos, eles irão divergir.
Quanto à sua composição, dados provenientes da observação da radiação cósmica de fundo, de supernovas, da abundância de elementos químicos e da quantidade de estruturas em grandes escalas, principalmente, indicam que 74% do universo é composto por um tipo exótico de matéria chamado de energia escura, 22% por outro tipo de matéria desconhecida chamada matéria escura e 4% por matéria ordinária, na forma de gás, poeira, estrelas e outros corpos celestes e seus agrupamentos (como as galáxias).
O futuro da cosmologia
A cosmologia associada a outros ramos de pesquisa, como a informática e eletrônica, está cada vez mais aumentando seu nível de complexidade.
Com o advento do avanço das ciências de computação e a união de engenharias das mais diversas, existem estudos para a construção de um supercomputador interligado a outros espalhados pelo planeta onde se possa construir um universo virtual e se observar sua dinâmica.
Muitas Universidades no mundo estão empenhadas no projeto do Universo virtual que poderá ser o grande passo para a pesquisa cosmológica do século XXI.
Em abril de 2011, utilizando uma incerteza de Heisenberg persistente, relacionada à posição primordial de uma origem comóvel, um físico brasileiro publicou uma solução para as equações de campo de Einstein, dentro do contexto cosmológico, fornecendo uma temperatura de zero absoluto para o universo primordial: "On the Cold Big bang Cosmology". Recentemente, o mesmo autor publicou uma demonstração em que a incerteza de Heisenberg persistente que levara a uma temperatura de zero absoluto para o universo primordial advém de um critério de quantização para a energia.
ASTRONOMIA
Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
A Astronomia é uma ciência natural que estuda corpos celestes (como estrelas, planetas,cometas, nebulosas, aglomerados de estrelas, galáxias) e fenômenos que se originam fora da atmosfera da Terra (como a radiação cósmica de fundo em micro-ondas). Ela está preocupada com a evolução, a física, a química e o movimento de objetos celestes, bem como a formação e o desenvolvimento do universo.
A astronomia é uma das mais antigas ciências. Culturas pré-históricas deixaram registrados vários artefatos astronômicos, como Stonehenge, os montes de Newgrange, os menires. As primeiras civilizações, como os babilônios, gregos, chineses, indianos, iranianos e maias realizaram observações metódicas do céu noturno. No entanto, a invenção do telescópio permitiu o desenvolvimento da astronomia moderna. Historicamente, a astronomia incluiu disciplinas tão diversas como astrometria, navegação astronômica, astronomia observacional e a elaboração de calendários.
Durante o século XX, o campo da astronomia profissional foi dividido em dois ramos: a astronomia observacional e a astronomia teórica. A primeira está focada na aquisição de dados a partir da observação de objetos celestes, que são então analisados utilizando os princípios básicos da física. Já a segunda é orientada para o desenvolvimento de modelos analíticos que descrevem objetos e fenômenos astronômicos. Os dois campos se complementam, com a astronomia teórica procurando explicar os resultados observacionais, bem com as observações sendo usadas para confirmar (ou não) os resultados teóricos.
Os astrônomos amadores têm contribuído para muitas e importantes descobertas astronômicas. A astronomia é uma das poucas ciências onde os amadores podem desempenhar um papel ativo, especialmente na descoberta e observação de fenômenos transitórios.
A Astronomia não deve ser confundida com a astrologia, sistema de crença que afirma que os assuntos humanos estão correlacionados com as posições dos objetos celestes. Embora os dois campos compartilhem uma origem comum, atualmente eles estão totalmente distintos.
História
História da astronomia
Inicialmente, a astronomia envolveu somente a observação e a previsão dos movimentos dos objetos no céu que podiam ser vistos a olho nu. O Rigveda refere-se aos 27 asterismos ou nakshatras associados aos movimentos do Sol e também às 12 divisões zodiacais do céu. Os antigos gregos fizeram importantes contribuições para a astronomia, entre elas a definição de magnitude aparente. A Bíblia contém um número de afirmações sobre a posição da Terra no universo e sobre a natureza das estrelas e dos planetas, a maioria das quais são poéticas e não devem ser interpretadas literalmente; ver Cosmologia bíblica. Nos anos 500, Aryabhata apresentou um sistema matemático que considerava que a Terra rodava em torno do seu eixo e que os planetas se deslocavam em relação ao Sol.
O estudo da astronomia quase parou durante a Idade Média, à exceção do trabalho dos astrônomos árabes. No final do século IX, o astrônomo árabe al-Farghani (Abu'l-Abbas Ahmad ibn Muhammad ibn Kathir al-Farghani) escreveu extensivamente sobre o movimento dos corpos celestes. No século XII, os seus trabalhos foram traduzidos para o latim, e diz-se que Dante aprendeu astronomia pelos livros de al-Farghani.
No final do Século X, um observatório enorme foi construído perto de Teerã, Irã, pelo astrônomo al-Khujandi, que observou uma série de trânsitos meridianos do Sol, que permitiu-lhe calcular a obliquidade da eclíptica, também conhecida como a inclinação do eixo da Terra relativamente ao Sol. Como sabe-se hoje, a inclinação da Terra é de aproximadamente 23°34', e al-Khujandi mediu-a como sendo 23°32'19". Usando esta informação, compilou também uma lista das latitudes e das longitudes de cidades principais.
Omar Khayyam (Ghiyath al-Din Abu'l-Fath Umar ibn Ibrahim al-Nisaburi al-Khayyami) foi um grande cientista, filósofo e poeta persa que viveu de 1048 a 1131. Compilou muitas tabelas astronômicas e executou uma reforma do calendário que era mais exato do que o Calendário Juliano e se aproximava do Calendário Gregoriano. Um feito surpreendente era seu cálculo do ano como tendo 365,24219858156 dias, valor esse considerando a exatidão até a sexta casa decimal se comparado com os números de hoje, indica que nesses 1000 anos pode ter havido algumas alterações na órbita terrestre.
Durante o Renascimento, Copérnico propôs um modelo heliocêntrico do Sistema Solar. No século XIII, o imperador Hulagu, neto de Gengis Khan e um protetor das ciências, havia concedido ao conselheiro Nasir El Din Tusi autorização para edificar um observatório considerado sem equivalentes na época. Entre os trabalhos desenvolvidos no observatório de Maragheg e a obra "De Revolutionibus Orbium Caelestium" de Copérnico, há algumas semelhanças que levam os historiadores a admitir que este teria tomado conhecimento dos estudos de Tusi, através de cópias de trabalhos deste existentes no Vaticano.
O modelo heliocêntrico do Sistema Solar foi defendido, desenvolvido e corrigido por Galileu Galilei e Johannes Kepler. Kepler foi o primeiro a desenvolver um sistema que descrevesse corretamente os detalhes do movimento dos planetas com o Sol no centro. No entanto, Kepler não compreendeu os princípios por detrás das leis que descobriu. Estes princípios foram descobertos mais tarde por Isaac Newton, que mostrou que o movimento dos planetas se podia explicar pela Lei da gravitação universal e pelas leis da dinâmica.
Constatou-se que as estrelas são objetos muito distantes. Com o advento da Espectroscopia provou-se que são similares ao nosso próprio Sol, mas com uma grande variedade de temperaturas, massas e tamanhos. A existência de nossa galáxia, a Via Láctea, como um grupo separado das estrelas foi provada somente no século XX, bem como a existência de galáxias "externas", e logo depois, a expansão do universo dada a recessão da maioria das galáxias de nós. A Cosmologia fez avanços enormes durante o século XX, com o modelo do Big Bang fortemente apoiado pelas evidências fornecidas pela Astronomia e pela Física, tais como a radiação cósmica de micro-ondas de fundo, a Lei de Hubble e a abundância cosmológica dos elementos.
Campos
Por ter um objeto de estudo tão vasto, a astronomia é dividida em muitas áreas. Uma distinção principal é entre a astronomia teórica e a observacional. Observadores usam vários meios para obter dados sobre diversos fenômenos, que são usados pelos teóricos para criar e testar teorias e modelos, para explicar observações e para prever novos resultados. O observador e o teórico não são necessariamente pessoas diferentes e, em vez de dois campos perfeitamente delimitados, há um contínuo de cientistas que põem maior ou menor ênfase na observação ou na teoria.
Os campos de estudo podem também ser categorizados quanto:
- ao assunto: em geral de acordo com a região do espaço (ex. Astronomia galáctica) ou aos problemas por resolver (tais como formação das estrelas ou cosmologia).
- à forma como se obtém a informação (essencialmente, que faixa do espectro eletromagnético é usada).
Enquanto a primeira divisão se aplica tanto a observadores como também a teóricos, a segunda se aplica a observadores, pois os teóricos tentam usar toda informação disponível, em todos os comprimentos de onda, e observadores frequentemente observam em mais de uma faixa do espectro.
Astronomia observacional
Na astronomia, a principal forma de obter informação é através da detecção e análise da luz visível ou outras regiões da radiação eletromagnética. Mas a informação é adquirida também por raios cósmicos, neutrinos, e, no futuro próximo, ondas gravitacionais (veja LIGO e LISA).
Uma divisão tradicional da astronomia é dada pela faixa do espectro eletromagnético observado. Algumas partes do espectro podem ser observadas da superfície da Terra, enquanto outras partes só são observáveis de grandes altitudes ou no espaço.
Radioastronomia
A radioastronomia estuda a radiação com comprimento de onda maior que aproximadamente 1 milímetro. A radioastronomia é diferente da maioria das outras formas de astronomia observacional pelo fato de as ondas de rádio observáveis poderem ser tratadas como ondas ao invés de fótons discretos. Com isso, é relativamente mais fácil de medir a amplitude e a fase das ondas de rádio.
Apesar de algumas ondas de rádio serem produzidas por objetos astronômicos na forma de radiação térmica, a maior parte das emissões de rádio que são observadas da Terra são vistas na forma de radiação síncrotron, que é produzida quando elétrons ou outras partículas eletricamente carregadas descrevem uma trajetória curva em um campo magnético. Adicionalmente, diversas linhas espectrais produzidas por gás interestelar, notadamente a linha espectral do hidrogênio de 21 cm, são observáveis no comprimento de onda de rádio.
Uma grande variedade de objetos são observáveis no comprimento de onda de rádio, incluindo supernovas, gás interestelar, pulsares e núcleos de galáxias ativas.
Astronomia infravermelha
A astronomia infravermelha lida com a detecção e análise da radiação infravermelha (comprimentos de onda maiores que a luz vermelha). Exceto por comprimentos de onda mais próximas à luz visível, a radiação infravermelha é na maior parte absorvida pela atmosfera, e a atmosfera produz emissão infravermelha numa quantidade significante. Consequentemente, observatórios de infravermelho precisam estar localizados em lugares altos e secos, ou no espaço.
O espectro infravermelho é útil para estudar objetos que são muito frios para emitir luz visível, como os planetas e discos circunstrelares. Comprimentos de onda infravermelha maior podem também penetrar nuvens de poeira que bloqueiam a luz visível, permitindo a observação de estrelas jovens em nuvens moleculares e o centro de galáxias. Algumas moléculas radiam fortemente no infravermelho, e isso pode ser usado para estudar a química no espaço, assim como detectar água em cometas.
Astronomia óptica
Historicamente, a astronomia óptica (também chamada de astronomia da luz visível) é a forma mais antiga da astronomia. Imagens ópticas eram originalmente desenhadas à mão. No final do século XIX e na maior parte do século XX as imagens eram criadas usando equipamentos fotográficos. Imagens modernas são criadas usando detectores digitais, principalmente detectores usando dispositivos de cargas acoplados (CCDs). Apesar da luz visível estender de aproximadamente 4000 Å até 7000 Å (400 nm até 700 nm), o mesmo equipamento usado nesse comprimento de onda é também usado para observar radiação de luz visível próxima a ultravioleta e infravermelho.
Astronomia ultravioleta
A astronomia ultravioleta é normalmente usada para se referir a observações no comprimento de onda ultravioleta, aproximadamente entre 100 e 3200 Å (10 e 320 nm). A luz nesse comprimento de onda é absorvida pela atmosfera da Terra, então as observações devem ser feitas na atmosfera superior ou no espaço.
A astronomia ultravioleta é mais utilizada para o estudo da radiação térmica e linhas de emissão espectral de estrelas azul quente (Estrela OB) que são muito brilhantes nessa banda de onda. Isso inclui estrelas azuis em outras galáxias, que têm sido alvos de várias pesquisas nesta área. Outros objetos normalmente observados incluem a nebulosa planetária, remanescente de supernova, e núcleos de galáxias ativas. Entretanto, a luz ultravioleta é facilmente absorvida pela poeira interestelar, e as medições da luz ultravioleta desses objetos precisam ser corrigidas.
Astronomia de raios-X
A astronomia de raio-X é o estudo de objetos astronômicos no comprimento de onda de raio-X. Normalmente os objetos emitem radiação de raio-X como radiação síncrotron (produzida pela oscilação de elétrons em volta de campos magnéticos), emissão termal de gases finos (chamada de radiação Bremsstrahlung) maiores que 10 kelvin, e emissão termal de gases grossos (chamada radiação de corpo negro) maiores que 10 kelvin. Como os raio-X são absorvidos pela atmosfera terrestre todas as observações devem ser feitas de balões de grande altitude, foguetes, ou naves espaciais.
Fontes de raio-X notáveis incluem binário de raio X, pulsares, remanescentes de supernovas, galáxias elípticas, aglomerados de galáxias e núcleos galácticos ativos.
Astronomia de raios gama
A astronomia de raios gama é o estudo de objetos astronômicos que usam os menores comprimentos de onda do espectro eletromagnético. Os raios gama podem ser observados diretamente por satélites como o observatório de raios Gama Compton ou por telescópios especializados chamados Cherenkov. Os telescópios Cherenkov não detectam os raios gama diretamente mas detectam flasses de luz visível produzidos quando os raios gama são absorvidos pela atmosfera da Terra.
A maioria das fontes emissoras de raio gama são na verdade Erupções de raios gama, objetos que produzem radiação gama apenas por poucos mil segundos a até milhares de segundos antes de desaparecerem. Apenas 10% das fontes de raio gama são fontes não-transcendentes, incluindo pulsares, estrelas de nêutrons, e candidatos a buracos negros como núcleos galácticos ativos.
Campos não baseados no espectro eletromagnético
Além da radiação eletromagnética outras coisas podem ser observadas da Terra que se originam de grandes distâncias.
Na Astronomia de neutrinos, astrônomos usam laboratórios especiais subterrâneos como o SAGE, GALLEX e Kamioka II/III para detectar neutrinos. Esses neutrinos se originam principalmente do Sol, mas também de supernovas.
Raios cósmicos consistindo de partículas de energia muito elevada podem ser observadas chocando-se com a atmosfera da terra. No futuro, detectores de neutrino poderão ser sensíveis aos neutrinos produzidos quando raios cósmicos atingem a atmosfera da Terra.
Foram construídos alguns observatórios de ondas gravitacionais como o Laser Interferometer Gravitational Observatory (LIGO) mas as ondas gravitacionais são extremamente difíceis de detectar.
A astronomia planetária tem se beneficiado da observação direta pelos foguetes espaciais e amostras no retorno das missões. Essas missões incluem fly-by missions com sensores remotos; veículos de aterrissagem que podem realizar experimentos no material da superfície; missões que permitem ver remotamente material enterrado; e missões de amostra que permitem um exame laboratorial direto.
Astrometria e mecânica celestial
Um dos campos mais antigos da astronomia e de todas as ciências, é a medição da posição dos objetos celestiais. Historicamente, o conhecimento preciso da posição do Sol, Lua, planetas e estrelas era essencial para a navegação celestial.
A cuidadosa medição da posição dos planetas levou a um sólido entendimento das perturbações gravitacionais, e a capacidade de determinar as posições passadas e futuras dos planetas com uma grande precisão, um campo conhecido como mecânica celestial. Mais recentemente, o monitoramento de Objetos Próximos da Terra vai permitir a predição de encontros próximos, e possivelmente colisões, com a Terra.
A medição do paralaxe estelar de estrelas próximas provêm uma linha de base fundamental para a medição de distâncias na astronomia que é usada para medir a escala do universo. Medições paralaxe de estrelas próximas provêm uma linha de base absoluta para as propriedades de estrelas mais distantes, porque suas propriedades podem ser comparadas. A medição da velocidade radia e o movimento próprio mostra a cinemática desses sistemas através da Via Láctea. Resultados astronômicos também são usados para medir a distribuição de matéria escura na galáxia.
Durante a década de 1990, as técnicas de astrometria para medir as stellar wobble foram usados para detectar planetas extrasolares orbitando a estrelas próximas.
Subcampos específicos
Astronomia solar
A uma distância de oito minutos-luz, a estrela mais frequentemente estudada é o Sol, uma típica estrela anã da sequência principal da classe estrelar G2 V, com idade de aproximadamente 4,6 Gyr. O Sol não é considerado uma estrela variável, mas passa por mudanças periódicas em atividades conhecidas como ciclo solar. Isso é uma flutuação de 11 anos nos números de mancha solares. Manchas solares são regiões de temperatura abaixo da média que estão associadas a uma intensa atividade magnética.
O Sol tem aumentado constantemente de luminosidade no seu curso de vida, aumentando em 40% desde que se tornou uma estrela da sequência principal. O Sol também passa por mudanças periódicas de luminosidade que podem ter um impacto significativo na Terra. Por exemplo, se acredita que o mínimo de Maunder tenha causado a Pequena Idade do Gelo.
A superfície externa visível do Sol é chamada fotosfera. Acima dessa camada há uma fina região conhecida como cromosfera. Essa é envolvida por uma região de transição de temperaturas cada vez mais elevadas, e então pela super-quente corona.
No centro do Sol está a região do núcleo, um volume com temperatura e pressão suficientes para uma fusão nuclear ocorrer. Acima do núcleo está a zona de radiação, onde o plasma se converte o fluxo de energia através da radiação. As camadas externas formam uma zona de convecção onde o gás material transporta a energia através do deslocamento físico do gás. Se acredita que essa zona de convecção cria a atividade magnética que gera as manchas solares.
Um vento solar de partículas de plasma corre constantemente para fora do Sol até que atinge a heliosfera. Esse vento solar interage com a magnetosfera da Terra para criar os cinturões de Van Allen, assim como a aurora onde as linhas dos campos magnéticos da Terra descendem até a atmosfera da Terra.
Ciência planetária
- Ciência planetária: Estuda os planetas.
- Planetologia: Estudo dos planetas do Sistema Solar e exoplanetas.
Astronomia estelar
- Astronomia estelar: Estudo das estrelas, em geral.
- Formação de estrelas: Estudo das condições e dos processos que conduziram à formação das estrelas no interior de nuvens do gás, e o próprio processo da formação.
- Evolução estelar: Estudo da evolução das estrelas, de sua formação a seu fim como um remanescente estelar.
- Formação estelar: Estudo das condições e processos que levam à formação de estrelas no interior de nuvens de gás.
Astronomia galáctica
- Astronomia galáctica: Estudo da estrutura e componentes de nossa galáxia, seja através de dados relativos a objetos de nossa galáxia, seja através do estudo de galáxias próximas, que podem ser observadas em detalhe e que podem ser usadas para comparação com a nossa.
- Formação e evolução de galáxias: Estudo da formação das galáxias e sua evolução ao estado atual observado.
Astronomia extragaláctica
- Astronomia extragaláctica: Estudo de objetos (principalmente galáxias) fora de nossa galáxia.
- Uranografia: Estudos das constelações e asterismos. Nome atual de Uranometria.
Cosmologia
- Cosmologia: Estuda a origem e a evolução do universo.
Astronomia teórica
Tópicos estudados pelos astrônomos teóricos são: dinâmica e evolução estelar; formação e evolução de galáxias; estrutura em grande escala da matéria no Universo; origem dos raios cósmicos; relatividade geral e cosmologia física, incluindo Cosmologia das cordas e física de astropartículas.
Campos interdisciplinares
A astronomia e astrofísica desenvolveram links significantes de interdisciplinaridade com outros grandes campos científicos.Arqueoastronomia é o estudo das antigas e tradicionais astronomias em seus contextos culturais, utilizando evidências arqueológicas e antropológicas. Astrobiologia é o estudo do advento e evolução os sistemas biológicos no universo, com ênfase particular na possibilidade de vida fora do planeta Terra.
O estudo da química encontrada no espaço, incluindo sua formação, interação e destruição, é chamada de Astroquímica. Essas substâncias são normalmente encontradas em nuvens moleculares, apesar de também terem aparecido em estrelas de baixa temperatura, anões marrons, e planetas. Cosmoquímica é o estudo de compostos químicos encontrados dentro do Sistema Solar, incluindo a origem dos elementos e as variações na proporção de isótopos. Esses dois campos representam a união de disciplinas de astronomia e química.
Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre
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