Sistema Solar - George Ronan

UNIVERSIDADE FEDERAL VALE DO SÃO FRANCISCO
MESTRADO NACIONAL PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA – MNPEF
GEORGE RONAN PEREIRA PINHEIRO
SISTEMA SOLAR:
Principais Fatos Históricos Na Construção Do Modelo Do Sistema Solar
JUAZEIRO – BA
2014
GEORGE RONAN PEREIRA PINHEIRO
SISTEMA SOLAR:
Principais Fatos Históricos Na Construção Do Modelo Do Sistema Solar
Trabalho de conclusão de disciplina submetida
ao curso do Mestrado Nacional Profissional em
Ensino de Física – MNPEF da Universidade
Federal Vale do São Francisco, como requisito
para obtenção de nota na disciplina Física
Contemporânea – Astronomia.
Professor: MILITÃO VIEIRA FIGUEREDO
JUAZEIRO – BA
2014
GEORGE RONAN PEREIRA PINHEIRO
SISTEMA SOLAR:
Principais Fatos Históricos Na Construção Do Modelo Do Sistema Solar
Trabalho de conclusão de disciplina submetida
ao curso do Mestrado Nacional Profissional em
Ensino de Física – MNPEF da Universidade
Federal Vale do São Francisco, como requisito
para obtenção de nota na disciplina Física
Contemporânea – Astronomia.
Professor: MILITÃO VIEIRA FIGUEREDO
Aprovado em ______ de ___________________________ de ________.
BANCA EXAMINADORA
______________________________________
Prof. MILITÃO VIEIRA FIGUEREDO
RESUMO
Foram vários séculos de observações, estudos, cálculos e conclusões para o
homem chegar ao modelo atual do Sistema Solar. Filósofos da Grécia antiga
observando as estrelas, pesquisadores de várias épocas até os astrônomos
atuais com toda tecnologia e aparato observacional: o caminho foi longo para a
jornada da ciência Astronomia que, até hoje, evolui com o conhecimento
humano. O objetivo deste trabalho é apresentar, de maneira objetiva, porém,
rica em conhecimento, como o homem construiu e chegou aos diferentes
modelos do Sistema Solar ao longo de muitos anos de estudo até conseguir
desenvolver o aceito atualmente.
Palavras-chaves: Sistema Solar; História da Ciência; Modelos do Sistema
Solar; Astronomia.
LISTA DE FIGURAS
Imagem 1: Galileu Galilei....................................................................................7
Imagem 2: Telescópio Newtoniano.....................................................................8
Imagem 3: Telescópio Cassegrain......................................................................8
Imagem 4: Sistemas Geocêntrico........................................................................9
Imagem 5: Equante De Ptolomeu......................................................................10
Imagem 6: Equante De Kepler...........................................................................10
Imagem 7: Arno Penzias e Robert Wilson.........................................................13
Imagem 8: Galáxia Espiral.................................................................................14
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO.....................................................................................................7
PRINCIPAIS FATOS HISTÓRICOS NA CONSTRUÇÃO DO MODELO DO
SISTEMA SOLAR E ORIGEM DO UNIVERSO...................................................9
CONCLUSÃO....................................................................................................16
BIBLIOGRAFIA.................................................................................................17
INTRODUÇÃO
O ano era 1609 quando o ex-estudante de medicina, Galileu Galilei1, nascido
na cidade de Pisa, Itália, apontou a luneta para o céu a fim de observar os
astros que nos cercam no universo. Esse marco foi marcado pelo nascimento
da Ciência e da Astronomia modernas, baseadas na observação e
experimentação.
De acordo com Ivanissevich, Wuensche e Rocha (2010, p.10) “Galileu não era
um astrônomo convencional [...] Seus estudos centram-se em duas frentes: i)
refutar o sistema de mundo aristotélico, no qual predominavam a beleza e
imutabilidade; ii) defender o sistema copernicano (heliocentrismo).” Os autores
destacam a originalidade de como Galileu interpretava suas descobertas. O
pensamento aristotélico de “não experimentação” ainda guiava estudiosos da
época e ele veio fazer uma quebra de ideias, pensamentos e paradigmas. Por
isso a importância dele ser lembrado em qualquer que seja o estudo
astronômico.
(Imagem 1: Galileu Galilei, também contribui com a teoria do movimento dos corpos)
Foram muitos séculos em que a Astronomia era feita apenas com observações
visuais sem utilização de instrumentos ópticos. A era das observações inicia-se
e outros grandes pesquisadores e curiosos pelo universo aprimoram os
instrumentos, e até mesmo apresentam invenções. É o caso de Isaac Newton
que na literatura é apontado como inventor do primeiro Telescópio Refletor ou
Telescópio Newtoniano. Este instrumento possui como objetiva um espelho
côncavo, um espelho secundário plano e também uma lente, a ocular.
1
Foi fundamental na revolução científica no século XVII. Estudou e fez contribuições
significativas em matemática, física e astronomia, nessa última melhorou tecnologicamente
lunetas e telescópios da época, descobrindo as crateras da Lua, as fases de Vênus e quatro
dos satélites de Júpiter. Foi decisivo na mudança de pensamento geocentrismo para
heliocentrismo, sol no centro dos planetas.
7
Uma variante desse sistema é o Telescópio Cassegrain, também utilizado por
muitos pesquisadores até hoje, constituído com um furo no centro do espelho e
um espelho secundário convexo que envia os raios de luz para a ocular.
(Imagem 2: Telescópio Newtoniano)
(Imagem 3: Telescópio Cassegrain)
Segundo Bretones (1993):
A partir da invenção dos telescópios, muito se descobriu no céu. Em
1781, o astrônomo amador inglês William Herschel descobriu o
planeta Urano. Em 1846, Netuno foi descoberto, a partir de cálculos
de Adams e Leverrier e observado por Galle na posição calculada.
Em 1930, Clyde Tombaugh descobriu Plutão.
O conhecimento astronômico evoluiu bastante com o desenvolvimento dos
instrumentos e avanços tecnológicos, como afirma Bretones (2013).
Telescópios cada vez maiores foram instalados, assim como instrumentos
auxiliares surgiram, permitindo aumentar ainda mais nossa capacidade de
observação do universo. Hoje o homem tem grande precisão acerca da
estrutura e dos corpos que compõem o Sistema Solar, tema deste trabalho. O
intuito é apresentar esse sistema de maneira sucinta, mas com devidos
detalhes e explanações, características, astros que nele existem, assim como a
maneira que o homem, ao longo de séculos, tem o visto e o associado a sua
vida.
Inicialmente são apresentados fatos históricos com os modelos do Sistema
Solar criados por astrônomos, físicos, filósofos e pensadores ao longo de
séculos, utilizando cálculos matemáticos, observações a olho nu, telescópios,
lunetas, e outros diversos equipamentos, até chegarem ao modelo presente.
Então, é mostrado o Sistema Solar atual, obtido com todos os recursos
tecnológicos que possui o homem, seus planetas e suas órbitas com a estrela
principal, o Sol.
8
PRINCIPAIS FATOS HISTÓRICOS NA CONSTRUÇÃO DO MODELO DO
SISTEMA SOLAR E ORIGEM DO UNIVERSO
Determinar o calendário, tais como estações do ano, períodos de chuva e seca,
era de grande importância para o homem, principalmente nos séculos em que
a agricultura predominava como meio de subsistência. Para isso era
imprescindível conhecer a posição dos corpos celestes com a maior precisão
possível. Próximo ao ano 150, Ptolomeu, baseado na teoria do movimento de
Aristóteles, apresentou uma descrição matemática e geométrica de como
entender o movimento dos corpos celestes, sendo capaz de prever, inclusive,
as datas de futuros eclipses, tanto solares quanto lunares, como afirma Rocha
(2002).
O
sistema
Geocêntrico2
(imagem
ao
lado)atribuía a Terra estática no centro do
universo com Sol, Lua, Planetas e Estrelas em
sua volta. Já havia sido proposto pelos gregos
antigos, sendo Aristóteles um dos principais
defensores da ideia. Porém, o modelo somente
foi formalizado por Ptolomeu que utilizou
poderosos artifícios geométricos, como os do
excêntrico, do epiciclo e do deferente com os
conhecidos cinco planetas da época. “Na
verdade, o que Ptolomeu conseguiu em
linguagem atual foi atribuir aos planetas órbitas
elípticas, tendo a Terra como foco, sem,
contudo, deixar de usar o círculo como figura
básica” (ROCHA, 2002).
(Imagem 4: Sistemas Geocêntrico)
Copérnico, matemático e astrônomo do final do Sec. XV, insatisfeito com o
modelo Geocêntrico e com a regra de que tudo deveria girar em torno do
centro do universo com velocidade invariável, imaginou que era possível
construir um sistema onde a Terra se move em torno do Sol, este sim, em
repouso. Paixão sugere que inicialmente, Copérnico tenta mostrar que suas
ideias são mais simples do que as de Ptolomeu ao utilizar o Sol no centro do
universo parado, eliminando as irregularidades do sistema antigo. “No seu
grande tratado Das revoluções dos Corpos Celestes, na mesma página onde
aparece a ideia heliocêntrica do universo, ele escreveu enfaticamente:
Imóvel, no entanto, no meio de tudo, está o Sol. Pois nesse mais lindo templo,
quem poria este candeeiro em outro lugar melhor do que este, do qual ele pode
iluminar tudo ao mesmo tempo? (...)” Retirado de Rocha (2002)
2
Não confunda Terra parada no centro do universo com a teoria da Terra plana (achatada).
9
Entretanto, Copérnico precisava provar sua teoria, tanto física como
matematicamente. Isso seria uma árdua tarefa que recairia no ombro de outros
astrônomos.
Foram necessários seis anos (1600-1606) para Johannes Kepler, utilizando
ajuda, instrumentos e dados de Tycho Brahe, terminar sua principal obra
Astronomia Nova. É nessa obra que lemos, de fato, que a “Terra se desloca
seguindo um movimento que não é uniforme nem circular, em torno de um Sol
que gira sobre seu eixo e que é a causa física do movimento dos planetas. [...]
Também é nessas páginas que veremos enunciadas as duas primeiras ‘leis de
Kepler’” (SESSIUS, 2005).
Kepler tinha certeza que a Terra não estava parada, girava e seu movimento
não era circular. Ficou famoso com suas “três leis”, nelas afirma que os
planetas, na realidade, executam trajetórias elípticas, tendo o Sol como um do
focos e que os períodos das órbitas dos planetas é proporcional ao raio médio,
distância média planeta-Sol.
(Imagem 5)
(Imagem 6)
EQUANTE DE PTOLOMEU
O planeta se descola com velocidade
constante em um epiciclo cujo o centro se
desloca sobre o círculo de centro C. o
ângulo α aumenta uniformemente no
tempo. O equante E está na linha dos
apsídeos que ligam o afélio ao periélio.
Ptolomeu
obteve
assim
trajetórias
compatíveis com as observações.
EQUANTE DE KEPLER
Para Kepler, podemos transpor o equante
de Ptolomeu para o Sistema Solar de
Copérnico introduzindo uma variante: E
não é simétrico a S em relação a C; é
preciso
determinar
um
parâmetro
suplementar, d’. Kepler calculou esse valor
para a órbita de Marte, determinando-a
com a precisão de minutos.
Fica então formalizado o sistema Heliocêntrico: o Sol imóvel no centro do
universo e os planetas orbitando à sua volta em órbitas elípticas. Foram anos
10
para a população e igreja aceitar que, na realidade, a Terra estava em
movimento, mas esse não era sentido pelos corpos que nela habitam.
Em 1667, o filósofo natural (como eram denominados os físicos da época)
Isaac Newton apresenta a Teoria da Gravidade, publicada em definitivo na sua
obra mais famosa, Princípios Matemáticos De Filosofia Natural. A grande
conclusão de Newton foi perceber que “órbitas elípticas implicavam,
necessariamente, numa força inversamente proporcional ao quadrado das
distâncias em direção em direção a um dos focos da elipse” (ROCHA, 2002). E
a recíproca também é verdadeira: uma lei inversamente proporcional ao
quadrado implicaria em órbitas circulares, elípticas, parabólicas ou hiperbólicas,
dependendo das velocidades iniciais dos corpos.
Para Newton, a lei que regia a queda de uma maçã da árvore era a mesma que
regia o movimento da Lua e de outros astros fora do planeta. Esta afirmação foi
um marco na história da ciência: Ação à distância. Newton não sabia o porquê,
mas essas forças misteriosas regiam as leis de movimento do Universo.
O próprio Newton afirma:
É perfeitamente sabido que os grandes corpos exercem uma ação
mútua uns sobre os outros através dessas forças, e não vejo com
clareza porque os pequenos não devam atuar uns sobre os outros
mediante forças similares. [...] Mas até aqui não fui capaz de
descobrir a causa destas propriedades da gravidade a partir dos
fenômenos, e não construo nenhuma hipótese; pois tudo que não é
deduzido de fenômenos, deve ser chamado de hipótese; e as
hipóteses, quer físicas, quer metafísicas, quer de qualidades ocultas
ou mecânicas, não têm lugar na filosofia experimental. [...] É para nós
suficiente que a gravidade realmente exista. (Retirado de ROCHA,
2002).
Isaac Newton não conseguiu explicar de onde vem a gravidade, porém, de
maneira precisa, mostrou e demonstrou como a gravidade atua e sua forma
matemática.
Em relação à Origem do Universo, Newton atribuía a um “Senhor Deus
Pantókrator” (ROCHA, 2002), Ser que governa as coisas, não como a alma do
mundo, mas como Senhor de tudo. Já o matemático e filósofo René Descartes
criou a “teoria dos vórtices” afirmando que o Universo é a união de fluidos que
até hoje possuem movimento circular, um Universo giratório. Essa teoria foi
derrubada pelo próprio Newton com uma das leis de Kepler em que o quadrado
do período do planeta é proporcional ao cubo do raio (T² = kr³), o que contradiz
o movimento circular defendido por Descartes em que o período é proporcional
ao quadrado do raio (T = kr²).
11
Utilizando a matemática e as teorias já construídas até então, Immanuel Kant,
filósofo e matemático alemão, conseguiu desenvolver umas das primeiras
concepções consistentes – e surpreendentemente correta – sobre a origem do
Universo. Ele defendeu a ideia de que o Sistema Solar teria se originado a
partir da condensação de um disco de gás. Como afirma Steiner (2006):
“Concebeu, também, a ideia de que o sistema solar faz parte de uma estrutura
achatada, maior, à qual hoje chamamos de galáxia, e de que muitas das
nebulosas então observadas como manchas difusas são sistemas
semelhantes, às quais ele denominou universos-ilhas”. Ao contrário de
Descartes, o modelo de Kant tinha sólida base matemática, apoiado nas leis de
Newton.
Ao contrário de Kant, Pierre Simon de Laplace, matemático francês, formulou
uma teoria que a origem dos astros e corpos independia de Deus. Era a
primeira vez na história que o nome de Deus não havia sido invocado numa
obra científica (ROCHA, 2002). Laplace afirmou que o início do Universo era
composto de uma nuvem gasosa que estava num leve movimento rotacional e
que a gravidade com o passar dos muitos anos formou o Sol, primeiramente,
este, com sua gravidade manteve os recém-formados planetas (Mercúrio,
Vênus, Terra, Marte, Júpiter e Saturno, eram os conhecidos na época)
orbitando em sua volta.
Sua teoria chamou a atenção do todo poderoso Napoleão Bonaparte que o
convidou ao palácio imperial.
Napoleão o indagou:
- Monsieur Le Professeur, como foi capaz de descrever com tamanha
precisão o movimento dos corpos celestes, sem contudo mencionar,
uma vez sequer, o criador?
- Vossa Majestade, não precisei dessa
Respondeu-lhe Laplace, enfaticamente.
(Retirado de ROCHA, 2002).
hipótese
particular.
A teoria de Laplace não foi a predominante, principalmente depois dos avanços
tecnológicos da astronomia ao longo dos anos. Podemos destacar Wilheilm
Herschel, astrônomo e músico inglês, sendo o primeiro construtor de grandes
telescópios no sec. XVIII com os quais podia detalhar os objetos fracos com
maior precisão.
Foi somente na década de 1920 que surgiu a teoria aceita até os dias atuais. O
astrônomo norte americano Edwin Hubble estabeleceu uma relação entre a
distância de uma galáxia e a velocidade com que ela se aproxima e se afasta
de nós. Ficou conhecida com a Lei de Hubble: ele descobriu uma correlação
entre a distância e a velocidade das galáxias que ele estava estudando.
12
Quanto maior a distância, com mais velocidade ela se afasta de nós
(STEINER, 2006). Ou seja, as galáxias estão se afastando.
Portanto, essa lei mostra que o universo está em expansão, isto é, no futuro ele
será maior e no passado ele foi menor do que é hoje. E quanto mais no
passado, menor. E o no início, tão pequeno que se reduziria a um ponto. “A
esse ponto inicial, a ideia de que o universo surgiu de uma explosão no
passado, chamamos de Big Bang.” (STEINER, 2006). O autor ainda afirma
que “desde então, ele está se expandindo, até hoje, e a lei de Hubble é a
confirmação disso. Há quanto tempo teria acontecido isso? As indicações mais
recentes são de que o Big Bang ocorreu há 13,7 (± 0,2) bilhões de anos”.
Em 1965, os engenheiros Arno Penzias e Robert Wilson, procuravam a origem
de um ruído eletromagnético que estava atrapalhando as radiopropagações
para um sistema de telecomunicações. Descobriram que a radiação vinha de
todas as direções para as quais apontassem sua antena. Mediram a
temperatura dessa radiação; eles encontraram um valor para a temperatura
não muito diferente do previsto, de 2,7 graus Kelvin (próximo ao zero absoluto).
Era a confirmação da teoria do Big Bang! Penzias e Wilson receberam o
Prêmio Nobel de Física em 1978.
(Imagem 7: Arno Penzias e Robert Wilson)
Muito pertinente a conclusão de Steiner:
Na ciência, quando se faz uma previsão específica baseada em uma
teoria, e essa previsão é confirmada, a teoria em questão sai
fortalecida. Foi o que aconteceu com o episódio da radiação cósmica
de fundo. Ponto para a teoria do Big Bang, que passou a ter
supremacia absoluta sobre sua teoria rival, a teoria do Estado
estacionário, segundo a qual o universo é o que sempre foi.
(STEINER, 2006, p. 242).
13
(Imagem 8: uma galáxia espiral que lembra bastante a galáxia na qual vivemos)
Todo esse desenvolvimento histórico e teórico foi importante para o homem
conseguir chegar a mais evidências e detalhes sobre o Universo e o Sistema
Solar.
Atualmente, sabemos da existência de oito planetas: Mercúrio, Vênus, Terra,
Marte, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Em 1930 fora descoberto o “nono
planeta” Plutão. Ele fora encontrado na busca do “Planeta X”, que deveria ser
responsável por disparidades na órbita e posição de Urano, como afirmam
Ivanissevich, Wuensche e Rocha (2010). Eles comentam que “Plutão tinha
tamanho e massa muito inferiores aos previstos e necessários para perturbar a
órbita de Urano” (p. 42).
Após estudos e históricas discussões e reuniões de astrônomos de várias
partes do mundo, em 2006, Plutão passa a ser considerado “Planeta Anão”,
nova classe de astros do universo. De acordo com Ivanissevich, Wuensche e
Rocha (2010), é nesse ano que União Astronômica Internacional (UAI) decide
classificar os objetos do Sistema Solar em três categorias: planetas, planetas
anões e pequenos corpos.
Na classe dos pequenos corpos, podemos destacar os cometas, com seu
brilho não pontual e belas caudas. Foram os primeiros a serem identificados
14
como objetos diferentes dos planetas. Geralmente são formados por gelos de
água, metano, amônia e outras substâncias.
O astrônomo americano-holandês Gerard Kuiper porpôs, em meados da
década de 1950, a existência de um disco de poeira e gás que se estende para
além de plutão contendo pequenos corpos considerados “restos” da formação
do sistema solar. Ali não fora possível a formação de um planeta devido à
pouca quantidade de matéria. Em 1992, o cinturão de Kuiper foi comprovado
com a descoberta do pequeno corpo 1991 QB1. (Ivanissevich, Wuensche e
Rocha 2010).
15
CONCLUSÃO
A busca do ser humano e da astronomia contemporânea continua. Os
telescópios estão a todo tempo apontados para cima, “varrendo” o imenso e
incrível Universo. Não foi caminho simples chegar hoje a tantos detalhes da
nossa galáxia e do nosso Sistema Solar. Mas é confortante saber que temos
importante conhecimento dos astros fora do nosso planeta nos cercam e que,
de maneira direta ou indiretamente, são importantes para nós.
A Astronomia evoluiu imensamente com os desenvolvimentos tecnológicos
recentes: telescópios, observatórios e aparelhagem cada vez mais precisos. O
homem tem muito a ganhar no estudo de Astronomia, na busca dos astros, de
mais características e de mais detalhes do Universo a fim de conseguir, quem
sabe um dia, explicar a origem e destino da história.
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BIBLIOGRAFIA
BRETONES, P. S. Projeto Ciências: Os Segredos Do Sistema Solar. 13 ed.
São Paulo: Atual, 1993.
FARIA, R. P. Visão para o Universo: Uma Iniciação à Astronomia. 11 ed. São
Paulo: Ática, 2004.
IVANISSEVICH, A., WUENSCHE, C. A., ROCHA, J. F. V. da (orgs.).
Astronomia Hoje. 1 ed. Rio de Janeiro: Instituto Ciência Hoje, 2010.
PAIXÃO, F. J. da. Disponível em
<http://imre.ifi.unicamp.br/textos/professores/11-a-cosmologia-de-ptolomeu>
Acessado em 06 de Janeiro de 2014 às 10:14.
ROCHA, José Fernando. Origens e Evolução das Ideias da Física. 1 ed.
Salvador: EDUFBA, 2002.
SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL: Gênios Da Ciência – Galileu. São Paulo:
Duetto, 2005.
SESSIUS, J. SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL: Gênios Da Ciência – Kepler. p
30-37. São Paulo: Duetto, 2005.
STEINER, J. E. A ORIGEM DO UNIVERSO. Disponível em
<http://www.scielo.br/pdf/ea/v20n58/20.pdf> Acessado em 09 de Janeiro de
2014 às 14:50.
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