Breve Resumo
Esta aula explora as distâncias e dimensões no universo, começando com constelações familiares e expandindo para escalas cósmicas. Aborda desde a localização da Terra no universo até as dimensões de estrelas e galáxias, utilizando unidades de medida astronômicas como anos-luz e parsecs.
- Exploração das distâncias e dimensões no Universo.
- Uso de paralaxe para medir distâncias no sistema solar e além.
- Comparação das dimensões de planetas, estrelas e galáxias.
Introdução: Distâncias e Dimensões no Universo
A aula inicial aborda as distâncias e dimensões no universo, começando com a constelação de Orion como um ponto de referência familiar. As estrelas são os componentes luminosos básicos do universo observável, que contém mais estrelas do que grãos de areia nas praias da Terra. O universo observável é a fração do universo total que podemos ver da Terra, limitado pela velocidade da luz e pelas dimensões do universo.
Constelação de Orion e Nebulosas
A constelação de Orion é usada para ilustrar várias informações interessantes sobre o universo. As estrelas no cinturão de Orion são mais quentes e jovens que o Sol. A nebulosa de Orion é uma região de formação estelar visível com binóculos amadores. Uma estrela nessa região pode se tornar uma supernova em um futuro próximo, dentro de uma janela de incerteza de 10 mil anos.
Nosso Lugar no Espaço
A Terra não ocupa um lugar privilegiado no universo, sendo apenas um dos oito planetas comuns orbitando o Sol. O Sol é uma das estrelas da Via Láctea, que é uma das aproximadamente 32 trilhões de galáxias no universo observável. O Sol tem aproximadamente 110 vezes o diâmetro da Terra e é composto principalmente de hidrogênio e hélio.
Galáxias e Aglomerados de Galáxias
Uma galáxia típica tem dimensões da ordem de 100 mil anos-luz de diâmetro e contém centenas de bilhões de estrelas. Galáxias se aglomeram em conjuntos chamados aglomerados de galáxias, que podem conter milhares delas. Arcos gravitacionais em aglomerados de galáxias revelam grandes quantidades de matéria que distorcem o espaço-tempo, conforme previsto pela teoria da relatividade geral.
Escalas de Distância em Astronomia
As escalas de distância em astronomia são vastas, muito além do senso comum. As distâncias variam desde as dimensões do nosso corpo (metros) até as escalas de galáxias e do universo observável. A estrutura em larga escala do universo refere-se a escalas suficientemente grandes para que o universo seja visto de forma homogênea.
Anos-Luz e Parsecs
Um ano-luz é a distância que a luz percorre em um ano no vácuo, equivalente a aproximadamente 9,5 trilhões de quilômetros. Um parsec é uma unidade técnica usada em astronomia, equivalente a 3,26 anos-luz. Kiloparsecs, megaparsecs e gigaparsecs são usados cotidianamente para medir distâncias maiores.
Paralaxe: Medindo Distâncias Estelares
O conceito de paralaxe é usado para medir distâncias a estrelas próximas. A paralaxe é o deslocamento aparente de um objeto quando visto de diferentes pontos de vista. Medindo o arco de paralaxe, é possível calcular a distância do objeto. O tamanho do arco de paralaxe é proporcional à distância do objeto.
Paralaxe no Sistema Solar
Dentro do sistema solar, a paralaxe é calculada usando o diâmetro da Terra como linha de base. Tirando duas fotos do mesmo objeto contra fundos diferentes, é possível medir o arco de paralaxe e calcular a distância do objeto. Essa técnica permite calcular distâncias da ordem de uma hora-luz, correspondendo a bilhões de quilômetros.
Paralaxe Estelar
Para paralaxe estelar, usa-se o diâmetro da órbita da Terra em torno do Sol como linha de base, que é definida como uma unidade astronômica (UA). Medindo o deslocamento aparente de uma estrela em relação ao fundo em dois momentos diferentes (separados por seis meses), é possível calcular a distância da estrela. A dificuldade aumenta com a distância, tornando a medição de paralaxe mais difícil para objetos muito distantes.
Definição de Parsec e Aplicações
Um parsec é definido como a distância do Sol até uma estrela cuja paralaxe é de um segundo de arco. A distância em parsecs é o inverso da paralaxe em segundos de arco. A estrela mais próxima, Proxima Centauri, tem um arco de paralaxe de 0,78 segundos de arco. Medir paralaxes da superfície da Terra é difícil, mas satélites em órbita conseguem medir arcos de paralaxe menores.
Cálculo de Distâncias no Sistema Solar: Aristarco e Erro
Aristarco de Samos tentou calcular a distância Terra-Sol usando a fase crescente da Lua, mas errou devido a medições imprecisas. Ele assumiu que no instante da Lua crescente, o sistema Terra-Lua-Sol forma um triângulo retângulo e tentou calcular o ângulo alfa para determinar a distância. Hiparco de Niceia conseguiu calcular a distância da Terra à Lua com um erro de cerca de 10%.
Distâncias no Sistema Solar: Métodos Modernos e Erro de Aristarco
Modernamente, a distância de Vênus é obtida com radar, e a partir daí, todas as outras distâncias no sistema solar são calculadas com precisão. O erro de Aristarco foi devido a uma medição incorreta do ângulo, levando a uma estimativa errada da distância Terra-Sol.
Escala das Distâncias no Sistema Solar
As distâncias dos planetas ao Sol variam significativamente, com os planetas gigantes gasosos (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno) estando muito mais longe do que os planetas rochosos. Não há um espaçamento regular entre as órbitas dos planetas.
Medindo o Diâmetro da Terra: Eratóstenes
Eratóstenes de Cirene foi a primeira pessoa a obter corretamente o diâmetro da Terra. Ele sabia que em um dia do ano, o Sol estava vertical em Siena, enquanto em Alexandria, o Sol fazia um arco de 7,2 graus com a vertical. Usando uma regra de três simples, ele calculou o diâmetro da Terra com grande precisão.
Escala Logarítmica do Sistema Solar
As distâncias no sistema solar são apresentadas em uma escala logarítmica, mostrando a localização da Terra, a Voyager 1 e a Nuvem de Oort. Um ano-luz equivale a 63.241 unidades astronômicas. Os raios dos planetas são comparados, destacando as diferenças entre os planetas rochosos, gasosos e anões.
Dimensões das Estrelas
As estrelas variam em tamanho, desde anãs como o Sol até supergigantes como Betelgeuse. Betelgeuse tem um raio maior do que a órbita de Marte. Hipergigantes são as maiores estrelas conhecidas, com raios de até cinco mil vezes o raio solar.
Comparação de Tamanhos: Planetas, Luas e Estrelas
Os tamanhos dos planetas, luas e estrelas são comparados em várias escalas. Os planetas rochosos são muito menores do que os planetas gasosos, e o Sol é muito maior do que todos os planetas. As estrelas variam em tamanho, com algumas supergigantes sendo muito maiores do que o Sol.
