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
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
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO...7
PRINCIPAIS FATOS HISTÓRICOS NA CONSTRUÇÃO DO MODELO DO SISTEMA SOLAR E ORIGEM DO UNIVERSO...9
CONCLUSÃO...16
7 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.
8 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.
9 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
10 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)
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.
(Imagem 6)
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
11 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).
12 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 hipótese particular. Respondeu-lhe Laplace, enfaticamente.
(Retirado de ROCHA, 2002).
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.
13 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).
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(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
15 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).
16 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.
17 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.
