TV Cultura - Alô Escola - Olhando para o Céu

Somos Pequenos no Universo?

Diante da imensidão do universo . . . NÓS!
Depois dessa afirmação simples, uma infinidade de perguntas. Pra não entrar em divagações filosóficas, vamos ficar com uma pergunta: onde estamos?
Nós e o nosso planeta, em que ponto do universo estamos agora?
Fazer perguntas é como alçar vôo sem destino.
Encontrar respostas é como engatinhar no tempo.

Galáxia do "Sombrero"

A intuição limpa de preconceitos nos faz sentir como parte de algo infinito e que essa infinitude está dentro de nós. Mas a razão é densa e lenta e precisa dar seus passos um de cada vez.

Por muito tempo pensamos que estivéssemos no centro do universo. Tudo girava à nossa volta como se fosse para não escapar ao nosso controle. As estrelas eram brilhantes encravados num globo preso à Terra por linhas invisíveis, e o Sol nosso escravo fornecedor de luz e calor. Foi muito difícil pra nós aceitarmos que a Terra é apenas mais um planeta girando em torno de uma estrela.

Ainda hoje não é fácil compreender que somos companheiros de Sol numa galáxia com mais de cem bilhões de estrelas, e, ainda, que a Via Láctea é apenas mais uma das dezenas de milhares de galáxias que já foram observadas e devidamente catalogadas.

Dizer, por exemplo, que a luz atravessa o maior diâmetro da nossa galáxia em cerca de 100.000 anos, pode representar algo muito difícil de entender, mas é nessa ordem de grandeza de tempo e distância que surgiu e se desenvolveu a espécie da qual fazemos parte: o Homo Sapiens. Nós começamos a encontrar respostas engatinhando, caminhando sobre o planeta, marcando no chão as primeiras unidades de medida.

Dos pés aos passos, das braças às jardas, das polegadas aos metros, as unidades de medidas foram se transformando, sempre se adequando às necessidades. Por exemplo, não estaria incorreto se, para medir a altura de uma trave de um gol, uma pessoa usasse quilômetros . . . ou, pra se referir ao comprimento de um campo de futebol, a pessoa pensasse em centímetros. Errado não está, mas pode não ser adequado. Imagine um gol medindo 0,00244 quilômetros de altura?! Não está errado, mas é muito mais compreensível 2 metros e 44 centímetros. Bom . . . mas o que o futebol tem a ver com a astronomia?

Em astronomia também temos de empregar unidades de medidas adequadas às dimensões a serem avaliadas. Por isso mesmo o quilômetro torna-se muito pequeno quando comparado com as distâncias que pretendemos representar. O metro, que é unidade padrão no sistema internacional de medidas, é insignificante se comparado com as dimensões "ASTRONÔMICAS" do universo. Pra gente entender as unidades da astronomia, a gente pode começar com as DIMENSÕES DO SISTEMA SOLAR.

Até para facilitar as relações dentro do sistema, o padrão adotado foi a distância média entre a Terra e o Sol. São aproximadamente 150.000.000 de quilômetros, que passaram a ser considerados como UNIDADE ASTRONÔMICA. Com esse novo "metro", o raio médio do sistema solar passa a ser de 40 UNIDADES ASTRONÔMICAS, aproximadamente .

Pra gente sentir como essa adequação de medidas facilita o entendimento das grandes dimensões em astronomia, vamos imaginar uma UNIDADE ASTRONÔMICA equivalendo a um metro. Assim, todo o sistema solar cabe num campo de futebol como o do estádio do MORUMBI em São Paulo, onde realizamos as gravações desta parte do programa.

Estádio do Morumbi (SP)

O Sol estaria no centro do campo, onde o jogo começa.
MERCÚRIO estaria bem pertinho do Sol: 39 cm.
VÊNUS já está a 107 milhões de quilômetros do Sol mas, na nossa escala, são 72 cm.
A Terra está na distância padrão, uma Unidade Astronômica, 150 milhões de quilômetros, aqui um metro.
MARTE vai ficar a meio metro da Terra, uma vizinhança de 78 milhões de quilômetros.

A dois metros e oitenta centímetros, no nosso sistema solar em escala, está o cinturão de asteróides.

Aqui as distâncias começam a aumentar. Afinal, já estamos chegando a JÚPITER, o planeta gigante do sistema. Ele está a cinco metros e vinte do Sol, na nossa escala. Pra chegar até SATURNO, são mais quatro metros e meio. O planeta dos anéis coloridos está a um bilhão e quatrocentos e trinta milhões de quilômetros do Sol, ou seja, mais ou menos 10 unidades astronômicas.

A distância de Saturno a Urano é aproximadamente a mesma de Saturno ao Sol, algo em torno de 10 unidades astronômicas. E daqui para a frente essas distâncias vão se reproduzindo de maneira igual, ou muito similar: Urano para Netuno, 10 unidades astronômicas; e de de Netuno a Plutão mais 10 unidades astronômicas. Com isso, Plutão, o último planeta do sistema solar, está aproximadamente cinco bilhões de quilômetros, ou seja, cerca de 40 unidades astronômicas, distante do Sol. Usando as unidades de medidas adequadas e uma escala viável, dá pra começar a entender as medidas "ASTRONÔMICAS". Mas é claro, você não precisa estar no MORUMBI ou no MARACANÃ pra um exercício como esse.

Atividades como essas podem ser feitas em qualquer lugar, desde que você tenha espaço. Assim, a localização dos planetas, as proporções ficam bem evidentes. Trabalhando esse exercício com grupos de estudantes é possível entender as referências usadas em nosso posicionamento no sistema solar e utilizar a pratica com mudanças de escalas para comparar as dimensões dos planetas e do Sol.

Se mantivéssemos a proporção de uma unidade astronômica para um metro, o Sol teria 9 milímetros e a Terra seria um grão de areia.

Se imaginarmos o Sol como uma bola de basquete, a Terra seria do tamanho de uma cabeça de alfinete de mapa, e Júpiter - o maior planeta do sistema - fica com o tamanho de uma bola de pingue-pongue. Voltando ao Sol - BOLA DE BASQUETE.

Essa não é uma esfera qualquer. São UM MILHÃO E QUATROCENTOS MIL quilômetros de diâmetro representando UM MILHÃO E TREZENTAS MIL VEZES o volume da Terra.

Mas, em função da distância, o diâmetro aparente do Sol é semelhante ao da Lua - 0,5 -, apesar de a Lua ser 49 vezes menor do que a Terra.

Se é assim para o Sol, que está a apenas uma unidade astronômica de nós, imagine só as estrelas gigantes, super gigantes, que estão muito distanciadas daqui. É por isso que elas são pontinhos brilhantes.

Para as estrelas não basta uma escala como a que utilizamos para o nosso sistema solar. Elas estão muito distantes de nós. Mesmo a estrela mais próxima o sistema, ALFA CENTAURO, está a 270.000 unidades astronômicas, ou seja mais de 40 trilhões de quilômetros. Na nossa escala de 1 metro para uma unidade astronômica, ALFA CENTAURO estaria a 270 quilômetros de nós. É assim que surge um outro padrão de distância muito usado em astronomia: O ANO-LUZ.

Como a luz, ou qualquer outra radiação eletromagnética, se desloca com velocidade constante de 300.000 quilômetros por segundo, no vácuo, podemos dizer ao certo a distância que ela percorre em intervalos determinados.

Em um ano a luz percorre o equivalente a 9,5 TRILHÕES DE QUILÔMETROS, e é isso que chamamos de ANO-LUZ.

O ANO-LUZ é uma unidade de distância tão importante para o astrônomo quanto o metro é para um vendedor de tecidos. Do mesmo modo que usamos os centímetros e os milímetros para as subdivisões do metro, usamos os meses-luz, dias-luz e as frações de hora para as subdivisões do ANO-LUZ.

A Lua, por exemplo, está a pouco mais de um segundo-luz da Terra. A luz que vem do Sol reflete na Lua e leva cerca de um segundo para percorrer os 384.400 quilômetros que nos separam do nosso satélite.

Já o Sol está a oito minutos e quarenta e cinco segundos-luz da Terra, aproximadamente. Ou seja, a luz leva oito minutos e quarenta e cinco segundos para percorrer a distância correspondente a uma UNIDADE ASTRONÔMICA. Por aí dá pra começar a entender o que significa dizer que ALFA CENTAURO está a quatro anos e quatro meses-luz de nós. E olha que ela é a estrela mais próxima, descontando o Sol, é claro! As estrelas estão separadas dezenas, centenas e milhares de anos-luz umas das outras.

Via Láctea

O Sol e mais de 100 bilhões de estrelas integram a VIA LÁCTEA.

Daqui da Terra nós vemos uma parte da galáxia, que é aquela faixa de aspecto leitoso visível nas noites limpas. A extensão maior da galáxia tem cerca de 100.000 anos-luz; nós estamos a quase meio caminho do centro - nosso sistema solar pode ser representado como um pontinho num dos braços da espiral, a cerca de 30.000 anos-luz do centro da galáxia.

A extensão menor da nossa galáxia é de aproximadamente 10.000 anos-luz e é no plano médio da galáxia que se concentra a maior parte de sua massa, onde também nós estamos. Além das estrelas e planetas, uma boa parte da massa da galáxia está concentrada na forma de gás interstelar.

Existem milhares de galáxias espirais como a nossa; outras tantas são elípticas e outras, irregulares. É uma classificação de formas, feita há muito tempo pelo astrônomo EDWIN HUBBLE.

Itapeva

A maioria delas só é registrada pelos telescópios, mas algumas podem ser vistas até a olho nu, como a galáxia de ANDRÔMEDA. Ela está a aproximadamente 2.300.000 anos-luz de nós, e é uma das mais próximas.

As distâncias são imensas, a gente perde um pouco a referência. Dá uma sensação estranha, um duplo sentimento de intimidação e deslumbramento por sermos ao mesmo tempo ínfimos e infinitos. No mesmo instante a parte e o todo.

Se já diante dos fenômenos da natureza próxima de nós, como os oceanos e as montanhas, a gente perde o fôlego, é bom aproveitar essa energia para reciclar a cabeça e se preparar para a rapidez dos tempos.

Nos canions, nas cavernas, o tempo deixou suas marcas escavando a superfície do planeta. Foram séculos para ultrapassar cada uma das camadas, para a evolução de cada uma das espécies que habitaram e habitam a Terra. Séculos para que o homem descobrisse uma maneira de marcar o tempo. E aí começou uma relação natural dos registros do tempo e a ASTRONOMIA.

Uma das primeiras referências foi o Sol. As primeiras notícias falam de relógios de Sol entre os egípcios e mesopotâmicos no ano 3.000 antes de Cristo, aproximadamente; esses relo&cute;gios permaneceram em uso por muitos séculos. Os primeiros relógios mecânicos só surgiram no século XIV e, mesmo assim, eles eram "acertados" a partir dos relógios solares. Talvez tenha sido observando o lago formado por uma cachoeira, ou o degelo de uma montanha, que um inventor da antigüidade teve a idéia de usar a água para marcar o tempo. Foi assim que surgiram as CLEPSIDRAS, ou relógios de água.

As clepsidras são instrumentos simples que relacionam a passagem do tempo com o fluxo da água. Mas elas servem apenas para medir intervalos curtos de tempo; para o correr de um dia precisaríamos de clepsidras imensas, ou de alguém que se dispusesse a preencher o recipiente a cada intervalo. Talvez tenha sido por isso que as clepsidras não se difundiram tanto.
Com o mesmo princípio foram construídas as AMPULHETAS, e quase pelas mesmas razões elas não se popularizaram tanto quanto o relógio de Sol. Há muitos tipos de relógio do Sol.

Geralmente são identificados de acordo com as posições de seus mostradores e assim são chamados: Relógios HORIZONTAIS, como o que improvisamos no fundo do CANION de ITAPEVA, no estado de SÃO PAULO, onde gravamos esta parte do programa; EQUATORIAIS, como o que pode ser visto numa visita ao IAG em São Paulo.

O plano do Equador é representado por uma linha numa chapa metálica de formato circular, onde estão marcadas as linhas das horas e o ponteiro; não é nada mais que uma representaçã do EIXO DO MUNDO, que aponta para o pólo celeste sul e, é claro, para o pólo celeste norte.

O relógio do Sol opera com o tempo solar verdadeiro, marcado a partir do intervalo entre duas passagens consecutivas do Sol pelo meridiano local.

Relógio de Sol

Os mesopotâmicos dividiram o dia em 24 horas solares verdadeiras. Infelizmente, esse dia solar não tem duração constante ao longo do ano em relações a outros padrões, por conta da incompatibilidade dos movimentos de rotação e translação da Terra.

A física clássica evoluía nas equações dos movimentos e necessitava de definições precisas dos intervalos de tempo. Necessitava de uma abstração organizada em escalas fixas e não podia depender das variações dos fenômenos naturais.

Mas, a sociedade vive integrada com a natureza, ou pelo menos deveria. O tempo da colheita, do plantio, o tempo das viagens ou negócios, tudo isso foi convencionado a partir da astronomia.

No entanto, a duração do período de translação da Terra em torno do Sol não tem duração segundo a regularidade exigida pela vida civil, pelo contrário. Os mesopotâmicos associaram os dias da semana aos planetas observados a olho nu e também ao Sol e à Lua, que até então eram considerados planetas. Já os meses foram ligados a eventos culturais e religiosos, dedicados aos poderosos, imperadores ou conquistadores. O tempo das horas, minutos e segundos flui sereno e constante, ordenando a cronologia dos eventos da história humana e organizando os movimentos da matéria nos limites da física clássica. Mas não passa de pura abstração teórica.

O movimento cíclico das estrelas também funciona como referência de tempo. O movimento diurno da esfera celeste aparente em torno da Terra define o TEMPO SIDERAL. O DIA SIDERAL consiste no intervalo entre duas passagens de uma estrela pelo meridiano local. A sua duração é convencionada como 24 horas siderais que equivalem a 23 horas, 56 minutos e 4 segundos solares. Mais uma vez, infelizmente, a natureza cria irregularidades em relação a nossos padrões. Os astrônomos construíram lunetas específicas para fazer observação das estrelas nas suas passagens pelo meridiano celeste local. Um instrumento como este serviu por muito tempo para a referência da hora oficial do Brasil, no OBSERVATÓRIO NACIONAL no Rio de Janeiro, onde gravamos esta seqüência do programa. Hoje é bem diferente. Desde a década de 70 que o OBSERVATÓRIO NACIONAL implantou uma nova tecnologia para a medida da hora legal brasileira. Aliás, foi a partir da década de 50 que os relógios astronômicos passaram a ser substituídos por equipamentos mais precisos, segundo os conceitos da física clássica. São os RELÓGIOS ATÔMICOS, que definem o SEGUNDO INTERNACIONAL.

Galáxia de "Andrômeda"

A pulsação do tempo depende de um movimento intrincado dos elétrons em torno dos átomos. Eles pulam de um nível para outro e isso acaba criando um padrão, como por exemplo o PADRÃO ATÔMICO DO CÉSIO, que está no núcleo do sistema que define hoje o padrão oficial da hora no Brasil. Hoje é a ASTRONOMIA que utiliza o padrão internacional do TEMPO ATÔMICO para balizar suas observações.

O tempo e a distância são dimensões indissolúveis pra quem investiga as macroestruturas do universo, e para os que mergulham na intimidade micro das partículas. Galáxias e partículas subatômicas. O infinito do universo e o instante da concepção.

SOMOS PEQUENOS NO universo? Continuamos voando em perguntas e caminhando atrás das respostas. OLHAR PARA O CÉU pode ser um bom caminho.

ENSINAR E APRENDER

1 - Bem... este programa foi bolado exatamente a partir de uma atividade com alunos: a montagem de um SISTEMA SOLAR EM ESCALA. As discussões que aparecem durante as praticas vão desde exploração espacial até vida no universo. Há muita informação disponível nas enciclopédias, na própria Internet e, é claro, nos nossos outros programas. Só o exercício de mudança de escalas e de unidades de medidas já faz a cabeça do pessoal "decolar".

2 - Uma visita a uma caverna ou a um costão rochoso à beira-mar pode abrir uma conversa riquíssima sobre o tempo e suas marcas sobre a Terra e sobre o homem. Daí para a construção de um relógio de Sol, vai ser uma seqüência natural. (As dicas para as escalas e o posicionamento podem ser obtidas nas associações astronômicas. Existem agências especializadas em viagens de "estudo do meio").