Geocentrismo / Heliocentrismo Nem sempre tivemos o mesmo entendimento que, hoje, norteiam nossas pesquisas e projetos sobre o funcionamento do Universo. Antes da invenção do telescópio, quando o Homem ainda ficava limitado ao que seus olhos podiam ver, antes da era “moderna” da astronomia, os conceitos e teorias sobre o Universo eram bem mais simples e confortáveis, além de mais ligados aos mitos e a religiosidade. O Geocentrismo, modelo em que a Terra estava no centro de tudo, com o Sol e os planetas, presos a esferas de cristal, girando à sua volta, vigorou por muitos séculos. Dos vários modelos criados com base no Geocentrismo, o de Cláudio Ptolomeu foi o mais completo. Sua proposta era bastante convincente e era suficiente para atender às necessidades da época. Para ele, a Terra estava no centro, e a Lua, os planetas e as estrelas estavam colocados à sua volta em conformidade com o tempo que cada astro demorava a dar uma volta na esfera celeste. Assim, a primeira esfera era a da Lua. Depois, vinham as cinco esferas dos cinco planetas conhecidos (Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e Saturno). Na última esfera, vinham as estrelas “fixas”. Eventualmente, pequenas inconsistências apareciam, sorrateiras, com o propósito claro de complicar este sistema. Por vezes, os planetas diminuíam a velocidade do seu movimento e, pior, chegavam mesmo a mover-se para trás! Num esforço para justificar estes fatos, foram criados os “epiciclos”, que obrigavam o planeta teimoso a descrever pequenos círculos em torno da sua órbita principal, causando o seu atraso e as “laçadas” feitas nos seus retornos pelo céu. Quando mesmo isso não era suficiente, novos epiciclos eram adicionados, até que a reação do astro fosse a esperada. O que era uma simples e confortável teoria, foi se tornando um sistema mais e mais complexo. Apesar de inconcebível à teologia de então, havia quem afirmasse que era o Sol, e não a Terra, o centro do Universo. Nicolau Copérnico foi o primeiro a publicar, em 1543, a teoria do Heliocentrismo, um sistema em que o Sol estava no centro de tudo. Observações mostravam que não eram necessários os complicados epiciclos para justificar os movimentos dos planetas, se o Sol estivesse no centro do sistema. Essa idéia não foi aceita até 70 anos depois da publicação de Copérnico, quando Galileu passou a fazer observações do céu com uma luneta e fez descobertas que contradiziam as bases do Geocentrismo. Ao mesmo tempo, Johanes Kepler deu fundamentação matemática às conclusões de Galileu.
Movimentos do Céu, Movimentos da Terra - 2 Johanes Kepler (1571-1630) é um dos grandes nomes da astronomia. Padre luterano, direcionou o seu grande conhecimento matemático para a astronomia. Em 1600, vai trabalhar como assistente do famoso astrônomo Tycho Brahe, de quem acabou herdando anotações de dezenas de anos de observações atentas, que originaram os mais completos e confiáveis dados referentes aos movimentos de estrelas e planetas. Partidário da teoria herética do Heliocentrismo de Copérnico, Kepler utilizou as anotações de Tycho para definir o que ficou conhecido como “Leis de Kepler sobre o Movimento Planetário”. São três leis que mostram que os planetas movem-se em padrões previsíveis e baseados em princípios matemáticos. Combinando estes princípios como a teoria de Copérnico, chegou a fazer previsões com grande grau de precisão sobre a futura posição dos planetas. A publicação do seu trabalho, em meados de 1650, fez com que o Geocentrismo de Ptolomeu desse lugar ao Heliocentrismo de Copérnico.
Rotação e Translação O nosso planeta executa uma série de movimentos no espaço, sendo dois deles os mais estudados, uma vez que ambos são as causas da maior parte dos fenômenos celestes que podemos observar rotineiramente: a rotação e a translação. A Rotação é o movimento da Terra em torno da linha dos pólos (Eixo da Terra), ou seja, em torno dela mesma, uma volta por dia, de oeste para leste. A velocidade de rotação da Terra (no equador) é de 1.668,8 km/h. A Translação é o movimento que a Terra descreve numa órbita elíptica em torno do Sol no período de um ano. O Sol ocupa um dos focos da elipse (primeira lei de Kepler). A velocidade orbital média da Terra é de 107.244 km/h. A velocidade orbital é máxima no periélio (ponto da órbita mais próximo do Sol) e mínima no afélio (ponto mais afastado do Sol), conforme a segunda lei de Kepler.
A Esfera Celeste O movimento de rotação da Terra se dá de oeste para leste, fazendo com que os demais astros pareçam mover-se no sentido contrário, nascendo no setor leste, elevando-se através do céu até a passagem meridiana (ponto mais alto da trajetória do astro) e, depois de descrever arcos de circunferência, ocultem-se no horizonte oeste, continuando seu movimento aparente debaixo do horizonte. Este movimento é um movimento aparente, chamado de Movimento Diurno dos astros. A compreensão do mecanismo de movimento dos astros no firmamento é de importância fundamental para as observações astronômicas. Para facilitar este entendimento, é conveniente retornarmos à teoria
3 geocêntrica de Ptolomeu. Assim, utilizamos sempre a noção de movimento aparente, isto é, consideramos a Terra estacionária, fixa no espaço, e todos os astros dotados de um movimento aparente de leste para oeste. As distâncias da Terra aos corpos celestes são tão grandes que podemos supô-los projetados na superfície interna de uma imensa esfera oca, de raio infinito, cujo centro está no centro da Terra. Esta esfera imaginária onde se “localizam” os astros é chamada de Esfera Celeste. A Esfera Celeste é dotada de um movimento de rotação de leste para oeste, completando uma volta em 24 horas, com seu eixo de rotação coincidindo com o eixo da Terra. Linhas, Pontos e Planos da Esfera Celeste
Pólos Celestes: são os pontos em que o eixo de rotação da Esfera Celeste coincide como o eixo da Terra. Os pólos celestes são as projeções dos pólos terrestres na superfície da esfera celeste. Assim, prolongando-se a linha do pólo sul terrestre até que ele alcance a Esfera Celeste, acharemos o pólo sul celeste. Prolongando a linha do pólo norte terrestre, teremos o pólo norte celeste. O pólo celeste terá a mesma elevação, em relação ao plano do horizonte, que a latitude do observador (pólo elevado). Equador Celeste: é o círculo máximo da Esfera Celeste perpendicular ao eixo dos pólos celestes (eixo do mundo). É o equador terrestre projetado na Esfera Celeste. O equador celeste divide o céu em dois hemisférios: o hemisfério norte celeste e o hemisfério sul celeste.
Movimentos do Céu, Movimentos da Terra - 4 Zênite e Nadir: uma haste perpendicular ao solo, orientada pelo fio de prumo, marcará a vertical do local. O ponto acima da nossa cabeça em que a vertical do local encontrar a esfera celeste, é chamado zênite. O ponto oposto, abaixo dos nossos pés, chama-se nadir. Horizonte: Desconsiderando-se possíveis obstáculos, a nossa visão será limitada por um imenso plano circular cujo limite chamamos de horizonte. Meridiano Local: é um plano imaginário que vai do pólo sul celeste, passa pelo zênite e chega ao pólo norte celeste. Observando o movimento visível das estrelas (nascendo no leste e se pondo no oeste), nota-se que estas ocupam a sua posição mais elevada ao passar pelo meridiano do local. Diz-se que a estrela “culmina” quando passa pelo meridiano (passagem meridiana). Portanto, a culminação de um astro é a passagem deste pelo meridiano local.
Movimento Diurno dos Astros A Terra gira sobre seu eixo, de oeste para leste, completando uma volta em 24h (movimento de Rotação). Como ela gira sempre na mesma velocidade e nós giramos junto com ela, perdemos a noção do nosso movimento e ficamos com a impressão de que é o céu que está girando no sentido contrário (movimento aparente de Esfera Celeste, de leste para oeste). Olhando para as estrelas durante a noite, podemos perceber isso mais facilmente: com o passar das horas, as estrelas que estão próximas do horizonte do lado leste sobem para o alto do céu, enquanto que as que estão do lado oeste, vão desaparecendo abaixo do horizonte. Esse é o Movimento Diurno dos astros. Se atentarmos mais para este movimento diurno, veremos que ele se dá sobre um ponto no céu: o pólo celeste. Como um pião que roda sobre sua ponta, veremos que as estrelas giram em torno do pólo. Um observador que se desloca sobre a superfície do globo terrestre indo do hemisfério norte ao sul, comprova que o aspecto da esfera celeste varia de um ponto a outro da Terra, pois as estrelas visíveis de diferentes latitudes são diferentes.
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Movimento Anual dos Astros Analisando o movimento diário das estrelas, podemos notar que a cada dia, as estrelas próximas do horizonte leste surgem um pouco mais cedo (4 min a cada dia, 2h a cada mês, 24 horas a cada ano) e as estrelas próximas ao horizonte oeste desaparecem mais cedo também. Após um
Movimentos do Céu, Movimentos da Terra - 6 ano, veremos que aquelas estrelas próximas ao horizonte leste, ou mesmo as próximas ao horizonte oeste que tinham sido tomadas como referência, voltam a reaparecer na mesma posição de um ano atrás, no mesmo horário. Este movimento aparente ocorre devido à translação da Terra ao redor do Sol e é chamado movimento anual das estrelas.
Movimento Especial do Sol – a Eclítica Os dois movimentos verdadeiros principais da Terra, a rotação e a translação, fazem com que o movimento aparente do Sol tenha, além do seu componente diurno, um componente anual. Assim, o Sol, ao mesmo tempo em que descreve seu círculo diurno (como conseqüência do movimento de rotação da Terra), nascendo no leste e se pondo no oeste, também percorre uma órbita aparente anual ao redor do nosso planeta, como efeito do movimento de translação da Terra. Enquanto todas as outras estrelas descrevem sempre aproximadamente o mesmo círculo diurno, o caso do Sol é diferente. Como o plano da órbita da Terra no seu movimento de translação em torno do Sol, é inclinado com relação ao seu plano equatorial, no período de um ano a órbita aparente do Sol em torno da Terra também será inclinada. Esta órbita aparente é chamada Eclítica. A eclítica é, portanto, o círculo máximo da Esfera Celeste descrito pelo centro do Sol, em seu movimento aparente em torno da Terra (1 revolução = 1ano). Ela é inclinada em relação ao equador celeste em 23º27’ (ou aproximadamente 23,5º).
A inclinação da eclítica em relação ao equador celeste, faz com que o Sol tenha diferentes horários e pontos de nascimento e ocaso, bem como diferentes tempos de permanência acima e abaixo do horizonte (diferença
7 na duração dos dias e das noites), além de diferentes alturas máximas que pode atingir no seu trajeto de 24 horas pelo firmamento. São as passagens do Sol em seu caminho pela eclítica, hora viajando pelo hemisfério sul, hora pelo hemisfério norte, quando os raios solares chegam mais perpendiculares (no hemisfério em que se encontra) ou mais inclinados (no hemisfério oposto ao que ele se encontra), incidindo assim mais ou menos energia, que marcam a ocorrência das estações do ano.
Atividade: Nascer ou pôr-do-sol no horizonte Procure um local elevado e observe o nascer ou o pôr-do-sol uma vez por semana, assinalando num desenho, previamente feito do horizonte, o local onde ele nasceu ou se pôs. Identifique os pontos cardeais leste ou oeste. Em que épocas o Sol atinge seu máximo afastamento do leste ou do oeste? Em que ocasiões ele nasce ou se põe exatamente nos pontos cardeais leste ou oeste?
Atividade: Determinação dos Pontos Cardeais - Gnomom A regra normalmente conhecida para orientação pelo Sol diz que: estendendo-se o braço direito para onde o Sol nasce, tem-se o Leste; à esquerda, encontra-se o Oeste; à frente, o Norte e às costas, o Sul. Mas, como varia muito a direção em que o Sol nasce ao longo do ano, esta regra não é precisa. Então, necessitaremos, para uma determinação mais correta, de um local onde incida a luz solar diretamente na parte da manhã e à tarde.
Movimentos do Céu, Movimentos da Terra - 8 Fixe no chão uma haste exatamente na vertical. Faça agora uma circunferência tendo a haste como centro e o raio igual à metade da altura desta. Assinale com um "X" os pontos em que a sombra da ponta da haste toca na circunferência (isso ocorrerá aproximadamente às 9h e às 15h). Uma linha que passe pelos "Xs" indicará a direção leste-oeste. Uma linha perpendicular a esta indicará a direção norte-sul. O ponto cardeal oeste é indicado pelo primeiro "X", e o leste, pelo segundo.
O Zodíaco O zodíaco é a faixa de 16º de largura compreendida entre dois círculos menores de latitude +8º e –8º, paralelos à eclítica. Esta zona está dividida em 12 partes iguais por círculos máximos ou meridianos celestes que passam pelos pólos de eclítica, de modo que cada parte abrange 30º de longitude. Cada uma destas zonas leva o nome do signo do zodíaco e conserva as denominações das constelações que nos tempos de Hiparco coincidiam com elas. O Sol as atravessa anualmente na seguinte ordem: Áries, Touro, Gêmeos, Câncer, Leão, Virgem, Libra, Escorpião, Sagitário, Capricórnio, Aquário e Peixes, e gasta aproximadamente um mês para percorrer cada uma.
Os Planetas Os planetas giram em torno do Sol, descrevendo órbitas sempre muito próximas da eclítica. Serão sempre encontrados em uma das treze constelações eclípticas. Os povos antigos já conheciam os planetas antes mesmo de saber que a Terra era, ela própria, um planeta. Mesmo antes de aceitar a teoria do heliocentrismo, observadores atentos podiam perceber que, além da Lua, outros cinco astros tinham um comportamento diferente das demais estrelas. Estes cinco astros pareciam vagar entre as estrelas, sendo
9 observados, provavelmente por estarem mais próximos de nós, em posições diferentes com relação às estrelas de fundo, às vezes, em períodos de poucos dias - Os gregos chamaram estes astros “errantes” de PLANETAS e os nomearam em homenagem aos deuses da sua mitologia - Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e Saturno. Com a queda do sistema geocêntrico, o conceito de planeta se modificou. Uma vez descoberto que era o Sol, e não a Terra o centro do Universo, o termo “planeta” foi mantido, mas agora para designar os astros que giravam em torno do Sol, sendo incluída a Terra entre os outros cinco já conhecidos. Com as observações astronômicas instrumentais, outros astros que giravam em torno do Sol foram detectados. Um grande número deles, por serem muito pequenos, não tinham forma esférica. O título “planeta” foi então ajustado: para ser um planeta, o astro deveria, além de girar em torno do Sol e ter tamanho e massa mínima para que a gravidade lhe conferisse uma forma arredondada. Outros três foram adicionados aos seis já conhecidos: Urano, Netuno e Plutão, considerado o tamanho mínimo para que o astro fosse considerado um planeta. Astros menores do que Plutão, não seriam planetas, mas planetóides ou asteróides. A definição científica de “planeta” ficou novamente comprometida quando, em janeiro de 2005, foi descoberto o 2003 UB 313, mais conhecido como Xena e agora oficialmente batizado de Eris. Eris é 5% maior do que Plutão e deveria, conforme as definições de então, ser considerado um planeta. Em agosto de 2006, uma assembléia da IAU – União Astronômica Internacional, após meses de calorosas discussões e debates a respeito, reformulou o conceito de planeta: Para ser um planeta, o astro precisa girar em torno de uma estrela, ter quantidade de matéria suficiente para que a gravidade lhe dê uma forma arredondada e ser claramente o maior objeto da população local. A nova definição incluía também uma nova classe de planetas, os Planetas Anões, onde estariam os planetas que ainda limparam a zona da sua órbita. Dentre eles, Plutão. O nosso Sistema Solar ficou agora assim configurado: • •
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1 estrela – o Sol; 8 planetas – Mercúrio, Vênus, Terra, Marte (estes conhecidos como Planetas Telúricos ou Terrestres, por terem uma superfície rochosa, assim como a da Terra), Júpiter, Saturno, Urano e Netuno (conhecidos como os Gigantes Gasosos); 3 Planetas-Anões – Ceres (antes um asteróide), Plutão (antes um planeta) e Eris ( 2003 UB313);
Movimentos do Céu, Movimentos da Terra - 10 •
Uma enorme gama de objetos menores, incluindo os satélites naturais dos planetas (luas), os cometas e os asteróides, que são oficialmente conhecidos como “pequenos corpos do sistema solar”.
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Geocentrismo / Heliocentrismo.......................................................................1 Rotação e Translação.......................................................................................2 A Esfera Celeste...............................................................................................2 Movimento Diurno dos Astros.........................................................................4 Movimento Anual dos Astros..........................................................................5 Movimento Especial do Sol – a Eclítica..........................................................6 Atividade: Nascer ou pôr-do-sol no horizonte.................................................7 Atividade: Determinação dos Pontos Cardeais - Gnomom.............................7 O Zodíaco ........................................................................................................8 Os Planetas.......................................................................................................8