a escala do universo

Instituto de Educação Infantil e Juvenil
_________, 2017. Londrina, ________________________________.
Nome: __________________________________________, ___ ano.
A ESCALA DO UNIVERSO
Escala de Espaço
Figura 1: Um Modelo Escalonado do sistema solar
Quando se fala em astronomia, talvez a primeira noção de tamanho que devemos
ter é a escala de tamanhos e distâncias no sistema solar (sol e os planetas).
Vamos adotar o seguinte fator de escala: F=8431254000. Logo, a distância em escala
será:
Ds=Dreal/F.
E
o
tamanho
em
escala
será:
Ts=Treal/F.
No nosso modelo vamos usar uma mini-bola de basquete amarela de aproximadamente
16.51 centímetros para representar o Sol. Já que o Sol tem diâmetro de 1 392 000
quilômetros e (139,200,000,000 / 16.51) = 8,431,254,000 , ao adotar esse mesmo fator de
escala pros diâmetros e distâncias no Sistema Solar, temos um modelo escalonado do
Sistema Solar, conforme a tabela abaixo:
Objeto
Sol
Real Diâmetro
(km)
1,392,000
Real Distância
(milhões de
km)
Tamanho
escalonado
(cm)
16.51
Distância (m)
Mercúrio
4880
57.910
0.058
(minúsculo!
grão de areia)
Vênus
12,104
108.16
0.14 (grão de
areia)
12.8 (13
passos)
Terra
12,742
149.6
0.15 (grão de
areia)
17.7 (18
passos)
Marte
6780
228.0
0.08 (quase 1
mm)
27.0 (27
passos)
Júpiter
139,822
778.4
1.7 (uma
moeda de um
centavo de real)
92.3 (92
passos)
Saturno
116,464
1,427.0
1.4 (um botão)
169.3 (169
passos)
Urano
50,724
2,869.6
0.6 (metade do
botão)
340.4 (340
passos)
Netuno
49,248
4,496.6
0.6 (metade
botão)
533.3 (533
passos)
Plutão
2274
5,913.5
0.03 (pedaço
pequeno de pó)
701.4 (701
passos)
Nuvem de Oort
11,200,000
Proxima
Centauri
40,493,000
6.9 ( 7 passos)
1,328,400
(1,328 km)
4.5 (bola de
handbol)
4,802,700
(4,803 km)
Júpiter, o maior planeta, teria só 1.7 centímetros (uma moeda de um centavo de
real) e estaria a aproximadamente 92.3 metros do Sol. Nossa pequena Terra (um grão de
areia) estaria a 17.7 metros (aproximadamente 18 passos grandes) do Sol.
A Nuvem de Oort é uma nuvem esférica enorme composta por trilhões de cometas
que cercam o Sol. Seu raio se extende de aproximadamente 7.5 a 15 trilhões de
quilômetros. No nossso modelo, a distância do Sol à metade Nuvem de Oort seria a
distância entre Los Angeles e Denver. Proxima Centauri é a estrela mais vizinha a nós
fora do sistema solar (lembre-se que o Sol também é uma estrela!). A distância a Proxima
Centauri seria igual à de Los Angeles para New Glasgow , na Nova Escócia para ser mais
preciso! Se uma nave conseguisse viajar à velocidade da luz (300000 km/s), levaríamos 4
anos pra alcançar (negligenciando a gravidade do Sol) Proxima Centauri!
Você deve ter notado que a escala de grandeza em astronomia é muito maior do
que aquela a que estamos acostumados a lidar no nosso dia-a-dia. Por isso os
astrônomos usam unidades de distância maiores, como a unidade astronômica, para
descrever distâncias entre os planetas, e um ano-luz, para descrever distâncias entre as
estrelas. Uma unidade astronômica = a distância entre a Terra e o Sol, aproximadamente
149.6 milhões de quilômetros. Por exemplo, Júpiter está a (778.4 milhões de km)/(149.6
milhões de km) = 5,203 unidades astronômicas do Sol. Um ano-luz é a distância
percorrida pela luz em um ano. . Você pode descobrir quantos quilômetros equivale a um
ano-luz multiplicando a velocidade de luz pelo intervalo de tempo de um ano: 1 ano luz =
(299,800 quilômetros/segundo) × (31,560,000 segundos/ano) = 9,461,000,000,000
quilômetros (9.461 trilhões quilômetros!).
A mais próxima estrela está a aproximadamente 4.3 anos-luz de distância, ou seja,
a luz vinda de Proxima Centauri leva 4.3 anos pra chegar à Terra. E, portanto, se algo
acontecesse com essa estrela nesse exato momento, nós só observaríamos essa
mudança 4.3 anos depois. A velocidade de luz é a maior velocidade possível para
qualquer coisa viajar no universo, apesar do que você pode ver em filmes de ficção
científica ou livros.
O Sol (marcado com 'x' no desenho abaixo) é uma estrela entre mais de 200
bilhões que estão ligadas gravitacionalmente e juntas formam a nossa galáxia, a Via
Láctea. . O modelo da Via Láctea é de uma galáxia plana, como uma panqueca ou disco,
e com uma protuberância no centro. Estrelas e gás concentram-se em braços espirais no
disco da Galáxia. Também existem muitas estrelas entre os braços espirais. Nosso
sistema solar está em um dos braços espirais da Via Láctea e está a aproximadamente
26 000 anos-luz do seu centro. A Via Láctea inteira tem aproximadamente 100 000 anosluz de extensão. Em nosso modelo escalonado, com o Sol de16.51 centímetros de
diâmetro, a Via Láctea teria 112 milhões de quilômetros de extensão ou cerca de 38% do
tamanho da órbita da Terra ao redor do Sol. Lembrando que a órbita de Plutão tem só 1.4
quilômetros nessa escala, a Galáxia é MUITO maior do que nosso sistema solar! Abaixo
uma visão da Via Láctea de frente e de perfil, com a posição marcada do sol.
Vamos agora reduzir mais a nossa escala, de modo que a Via láctea tenha o
tamanho da mini-bola de basquetebol. Segundo esse modelo, as duas galáxias-satélite
mais famosas da Via Láctea, conhecidas como a Grande e a Pequena Nuvem de
Magalhães, estariam a distâncias de aproximadamente 30 e 35 centímetros,
respectivamente. A Grande Nuvem de Magalhães teria o tamanho de uma bola de tênis e
a Pequena Nuvem de Magalhães teria o tamanho de uma bola de ping pong. A Galáxia
de Andromeda, a galáxia grande mais próxima, seria uma bola de 19 centímetros de
diâmetro (uma bola de vôlei) a aproximadamente 4.8 metros de distância. A Via Láctea e
a Galáxia de Andromeda fazem parte de um agrupamento de galáxias gravitacionalmente
ligadas que formam o que chamamos de Grupo Local. O Grupo Local pode ser dividido
grosseiramente em duas aglomerações e cada aglomeração tem uma espiral grande: a
Via Láctea e a Andromeda (M31). Isso pode ser visto claramente nas ilustrações abaixo,
que mostram três visões do Grupo Local, cada visão rodada por 90 graus em relação às
outras. A Via Láctea é o ponto grande na interseção do x,y,z
e M31 é o outro ponto
grande.
Dentre os grandes agrupamentos de galáxias, os aglomerados de galáxias, o mais
próximo é chamado de aglomerado de Virgo (está na direção da constelação de Virgo, a
Virgem). O aglomerado de Virgo tem mais de 1000 galáxias e distaria mais de 50 metros
nesse modelo escalonado. Note que em relação ao tamanho, as galáxias estão
relativamente perto uma das outras. Estrelas dentro de uma galáxia estão relativamente
muito distantes comparadas aos seus tamanhos. Você verá que a proximidade relativa
das galáxias tem um efeito significativo em sua evolução.
O Grupo Local e o aglomerado de Virgo são parte de um grupo maior, chamado de
Superaglomerado Local ou Superaglomerado de Virgo (o aglomerado de Virgo está
próximo ao seu centro). O Grupo Local está perto de uma extremidade do
Superaglomerado Local. Em nosso modelo, com a Via láctea do tamanho de uma minibola de basquetebol , o Superaglomerado Local tem o comprimento de aproximadamente
190 metros e o universo observável inteiro tem um diâmetro de aproximadamente 49.5
quilômetros.
Escala de Tempo
Agora, para aprimorar a nossa percepção sobre escalas de tempo no Universo,
vamos, ao invés de reduzir distâncias, encolher o tempo. No nosso modelo escalonado do
tempo, chamado calendário cósmico, todos os segundos correspondem a 475 anos reais
(assim 24 dias do calendário cósmico = 1 bilhão de anos reais). Assumindo que o
universo tem 15 bilhões anos de idade, você pode apertar a história inteira do universo
em um ano civil cósmico. O universo começa em 1 de janeiro à zero hora no calendário
cósmico e nosso tempo presente está em 31 de dezembro às 11:59:59.99999 PM. Aqui
vão algumas datas importantes neste calendário cósmico super-comprimido, todas
pertinentes para nós os humanos: (também veja a figura abaixo)
Origem do Universo--Jan. 1
Origem de nossa galáxia--Jan 24
Origem de sistema solar--setembro. 9
Terra Solidifica--setembro 14
Vida na Terra-- setembro. 30
Advento de reprodução sexual--Nov. 25
Atmosfera de oxigênio--Dez. 1
Explosão cambriana (600 mil anos atrás quando
a
maioria
dos
organismos
complexos
apareceram, peixes)--Dez. 17
Plantas de terra & insetos--Dez. 19, 20, Primeiros anfíbios--Dez. 22
Primeiros répteis & árvores--Dez. 23
Primeiros dinossauros--Dez. 25
KT imprensam, idade de mamífero,
Primeiros primatas--Dez. 30
pássaros--10:00 SÃO Dez. 30
Australopitecos (Lucy, etc.)--10:00 PM
Homo habilis--11:25 PM Dez. 31
Dez. 31
Homo erectus--11:40 PM Dez. 31
Homem
Dez. 31
neandertalense--11:57
Mais antigo Homo sapiens--11:25 PM Dez. 31
PM
Cro-Magnon tripulam--11:58:38 PM
Homo sapiens sapiens--11:58:57 PM
História humana--11:59:39 PM
Dez. 31
Gregos antigos até agora-- últimos tempo de vida de um ser humano (71 anos)--0.15
cinco segundos
segundos
É surpreendente que possamos ter descoberto tantas coisas a respeito da
evolução do Universo em aproximadamente 100 anos, que é uma fração muito pequena
da idade do Universo. Há 100 anos a fotografia começou a ser usada em astronomia e as
primeiras observações sistemáticas (Surveys) se tornaram possíveis. Como os
astrônomos podem dizer com confiabilidade que daqui a 5 bilhões de anos o Sol entrará
na fase de gigante vermelha? E que a Terra se formou a 4.6 bilhões de anos atrás?
A dificuldade dessa tarefa pode ser concebida com a seguinte analogia: um ET
vem à Terra e tem a missão de fotografá-la por 15 segundos ( 15 segundos está para o
tempo de vida de um humano assim como 100 anos está para a idade do Universo). O ET
retorna à sua origem, e seus colegas tentam entender a vida de um ser humano através
das fotos tiradas durante os 15 segundos de observação.
PROPOSTAS
Proposta Individual
1) Faça a leitura atenta do texto acima.
2) À lápis, grife as palavras que não compreendeu deste texto.
Proposta Coletiva
3) Junto ao professor, façam uma nova leitura da parte “Escala de Tempo” do texto e
realize anotações e grifos que facilitem sua compreensão futura do texto.