Curso de astronomia - proemi

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Proemi - Introdução à Astronomia

Plano de ensino

1.      IDENTIFICAÇÃO 
A)   Dados Gerais
Nome da Disciplina: Introdução à Astronomia
prof. Jeudi Medeiros
Pre-requesitos: Está matriculado no Estadual ou ser concluinte em 2012                     
Turma(s): todas     
Horas-Aula Semanais: 4 horas.
Horário: Matutino/vespertino
Ano/Semestre:2013-1   
                             
B) Ementa: A origem da astronomia, a evolução da ciência, as leis de Kepler, Newton e a gravitação universal, o sistema solar, noções básicas de sua estrutura.  As estrelas, estrutura interna e evolução.  Galáxias, estrutura e evolução.  Cosmologia, a lei de Hubble o modelo do Big Bang e o fututo do Universo, introdução a relatividade.
2) OBJETIVOS:  
Apresentar de maneira qualitativa o quadro da astronomia moderna.  O curso usará muito pouca matemática e dará muita ênfase ao encadeamento dos conceitos lógicos que nos levaram às conclusões que chegamos sobre o nosso Universo.  Espera-se que ao final do curso os estudantes possam: 1) explicar fenômenos relacionados ao Sistema Solar como visibilidade e movimento dos planetas e da Lua, assim como eclipses e marés; 2) compreender métodos de determinação de distâncias astronômicas; 3) compreender as evidências de que a nossa Galáxia é apenas uma entre as outras galáxias (o debate de Shapley-Curtis); 4) discutir as evidências para a expansão do Universo (diagrama de Hubble); 5) uma introdução à cosmologia moderna.
3) CONTEÚDO PROGRAMÁTICO

1. A Escala do Universo.  Determinação de distâncias.
2. A esfera celeste, os movimentos do céu
3. Estações fases da Lua e planetas, eclipses lunares e solares
4. De Copérnico a Newton
5. Propriedades da Luz, instrumentos astronômicos
6. O átomo de Rutherford e Bohr. Luz e matéria.  O efeito Doppler
7. Espectros de estrelas.  Determinação de temperatura e composição química
8. O Sol como uma estrela
9. O diagrama de Hertzprung Russel
10. Estrelas binárias relação massa-luminosidade
11. Estrutura das estrelas – Evolução das estrelas
12. A nossa galáxia, estrutura e origem
13. Tipos de galáxias
14. Distância às galáxias (o debate de Shapley-Curtis)
15. Galáxias ativas e peculiares
16. Paradoxo de Olbers.  Lei de Hubble
17. O modelo do Big Bang
18. O “fim” do Universo

BIBLIOGRAFIA
Astronomia e Astrofísica, Kepler, S. O., e Saraiva, M. F., Ed. Livraria da Física, 2004
Astronomy Today, Chaisson / McMillan, Simon & Schuster, 3^rd ed. 1999
Astronomia e Astrofísica, Maciel, EdUSP, 1997
Fundamentos de Astrofísica, Cid, R., Kanaan, A., EdUFSC, 2001
4) METODOLOGIA
Aulas expositivas com recursos computacionais.  No mínimo quatro aulas no observatório astronômico da UFSC para demonstração prática do material  sendo apresentado em aula.
5)   SISTEMA DE AVALIAÇÃO :
Duas provas.  Uma no meio do semestre cobrindo os tópicos de 1 a 11.  Outra no final com os tópicos de 12 a 18.  Uma prova de recuperação será oferecida no final do semestre.
Nota: ausência em avaliação poderá ser justificada mediante atestado médico após sua aprovação pela coordenadoria do curso.


 Módulo - 1

Notas de Aula da disciplina Introdução à Astronomia I
Prof. Lauro Luiz Samojeden
Notas 1 – Dia 12/03/2012.
Breve História da Astronomia
• A Astronomia é a mais antiga das ciências.
• O homem primitivo se interessou em observar os fenômenos que ocorriam à
sua volta, bem como, tentar compreendê-los.
• Não só o deslocamento do Sol em relação ao horizonte, e sua relação com
claridade e escuridão, e as fases da Lua, foram fenômenos notados pelos homens
pré-históricos.
• Povos pré-históricos - Descobertas arqueológicas fornecem evidências de
observações astronômicas.
• Para muitos povos antigos, os astros eram deuses ou símbolos das divindades.
Atribuíram-lhes então influências sobre a vida na Terra, dando origem a seitas
religiosas e ainda à Astrologia.
• Desde a antiguidade, o homem percebeu que podia se utilizar das estrelas para
orientar-se em suas viagens, e com a regularidade de ocorrências de vários
fenômenos celestes lhe permitia marcar a passagem do tempo.
• Os registros astronômicos mais antigos datam de aproximadamente 3000 a.C.
e se devem aos chineses, babilônios, assírios e egípcios.
• Os astros eram estudados com objetivos práticos, como medir a passagem do
tempo (fazer calendários) para prever a melhor época para o plantio e a
colheita, ou com objetivos mais relacionados à astrologia, como fazer
previsões do futuro, já que acreditavam que os deuses do céu tinham o poder da
colheita, da chuva e mesmo da vida.
Em resumo podemos relacionar a origem da Astronomia com algumas necessidades do
cotidiano dos antigos povos, a saber:
CAUSA NECESSIDADE CONHECIMENTO
ASTRONÔMICO
AGRICULTURA EPOCA CERTA DE
PLANTAR E COLHER
ESTAÇÕES
TRANSPORTE DE
MERCADORIAS
NAVEGAÇÃO ORIENTAÇÃO
ATIVIDADES SOCIAIS MEDIR E DIVIDIR O
TEMPO
DIVISÃO DO DIA EM
PARTES
CRENÇAS RELIGIÕES
ASTROLOGIA
POSIÇÃO DOS
ASTROS
• Os conhecimentos disponíveis sobre a Astronomia pré-histórica são
relativamente escassos. As mais antigas fontes datam de aproximadamente
50.000 anos atrás.
• Existem gravações feitas em pedras, que representam agrupamentos estelares
como as Plêiades e as constelações da Ursa maior e Ursa Menor, entre outras.
• Em várias regiões da Europa são encontrados megalitos, menires (pedras longas
cravadas verticalmente no solo) e vários outros conjuntos de rochas. Estudando
os sítios megalíticos, tais como os de Callanish, na Escócia, o círculo de
Stonehenge, na Inglaterra, que data de 2500 a 1700 a.C., e os alinhamentos de
Carnac, na Bretanha, os astrônomos e arqueólogos, chegaram à conclusão de
que os alinhamentos e círculos serviam como marcos indicadores de referências
e importantes pontos do horizonte, como por exemplo as posições extremas do
nascer e ocaso do Sol e da Lua, no decorrer do ano.
• Esses monumentos megalíticos são autênticos observatórios da idade da pedra
cujos objetivos ainda são motivos de estudo.
Em Stonehenge, cada pedra pesa em média 26 toneladas e a avenida principal que parte
do centro do monumento aponta para o local em que o Sol nasce no dia mais longo do
verão.
Nessa estrutura, algumas pedras estão alinhadas com o nascer e o pôr do Sol no
início do verão e do inverno.
Sítio megalítico de Callanish – Escócia
Alinhamentos de Carnac - Bretanha
Astronomia Egípcia
• A astronomia egípcia era bastante rudimentar, pois a economia egípcia era
essencialmente agrícola e regida pelas enchentes do rio Nilo. Por esse motivo o ritmo
de sua vida estava relacionado com o movimento do Sol, da Lua e de algumas
estrelas.
• Tinham calendário com três estações:
• A Inundação do Nilo, cheias (akket) que coincidia com o aparecimento da estrela
Sírius, do grego Sothis na alvorada no solstício do verão e estendia-se de julho a
outubro .
• A emersão dos Campos (semeio - peret), durava de novembro a fevereiro (primeira
gravura).
• A colheita (shemu), cujo período ia de março a junho (gravura acima)
• O ano era dividido em 12 meses e o dia dividido em 24 horas (em torno de 2150 a.
C- primeiro povo a fazer essa divisão).
• O céu servia para a determinação do tempo. As constelações eram usadas para
determinar o movimento do Sol ao longo do ano.
• As descrições do céu eram quase nulas e o zodíaco que conheciam era uma
importação do criado pelos babilônicos.
• As pirâmides egípcias apresentam suas faces voltadas, com grande precisão, para os
quatro pontos cardeais, o que atesta se conhecimentos astronômicos.
Astronomia Egípcia - A deusa do céu Nut é representada como uma mulher nua que se
estica através do céu. O seu corpo é salpicado de estrelas e está suspenso pelo deus do ar
Shu. O deus da terra Geb reclina-se a seus pés. Os barcos representam os movimentos
diários do Sol e da Lua. (Papiro funerário da princesa Nesitanebtashu, Tebas, 970 a.C.)
Astronomia Mesopotâmica
• Mesopotâmia (região situada entre os rios Tigre e Eufrates, no Oriente Médio, onde
hoje se localiza o Iraque).
• Aí surgiram e desenvolveram vários povos a partir de mais ou menos 3.500 a.C,
como os sumérios, os acádios, os amoritas ou antigos babilônios, os assírios, os
elamitas e os caldeus.
• Os sumérios foram os primeiros habitantes da região e os primeiros a cultivar a
astronomia. Parece justo reconhecê-los como fundadores da astronomia, apesar de
terem sido também os criadores da astrologia.
• Observavam os astros por motivos místicos, porém com o tempo, deixaram as suas
pretensões místicas para se limitarem a observar pela simples observação.
• Evoluíram de astrólogos a astrônomos.
• Tal mudança na análise dos fenômenos celestes ocorreu no primeiro milênio antes de
Cristo.
• Surgem, assim, as primeiras aplicações de métodos matemáticos para exprimir as
variações observadas nos movimentos da Lua e dos planetas.
• A introdução da matemática na astronomia foi o avanço fundamental na história da
ciência na Mesopotâmia.
• Realizaram observações sistemáticas dos movimentos dos planetas e principalmente
do Sol e da Lua.
• Determinaram o período da lunação (mês sinódico), o período do movimento do Sol
(ano trópico), a inclinação da trajetória anual do Sol pela eclíptica.
• Conheciam o fato de que a velocidade da Lua em seu movimento ao redor da Terra
era variável.
• Podiam prever eclipses, e também verificaram que os planetas são encontrados
sempre numa mesma região do céu.
• Criaram várias constelações, sendo que a maioria delas representava figuras de
animais. Daí surgiu o Zodíaco, que significa círculo de animais.
Astronomia Chinesa
• A astronomia na China, como na Mesopotâmia, foi essencialmente religiosa e
astrológica. Há dificuldade de reconstituir todo o conhecimento astronômico chinês,
pois no ano 213 a.C. todos os livros foram queimados por decreto imperial. O que
existe de mais antigo em matéria de astronomia remonta ao século IX a.C.
• Os chineses previam os eclipses, pois conheciam sua periodicidade. Usavam um
calendário de 365 dias. Deixaram registros de anotações precisas de cometas,
meteoros e meteoritos desde 700 a.C. Mais tarde, também observaram as estrelas
Astronomia Maia
• Os Maias tinham uma contagem do tempo circular, baseada em Ciclos ou Eras. Eles
contavam o tempo usando diversos calendários diferentes.
• Um desses calendários, o Haab’, é baseado nos movimentos solares. O Haab’ possui
365 dias divididos em 18 meses de 20 dias e mais 5 dias sem nome.
• Outro calendário, o Tzolkin, era formado por 260 dias e marcava as festas religiosas.
• Esses dois calendários juntos formavam um ciclo de 52 anos, que é o tempo que leva
para que ocorra uma coincidência entre os dias desses dois calendário. Esse ciclo de
52 anos era muito usado, pois, como tinha o tempo aproximado da duração de vida
das pessoas daquela época, raramente alguém passaria duas vezes pela mesma data.
• Um terceiro calendário, chamado de calendário longo, também era usado pelos
Maias para marcar eventos astronômicos importantes. O calendário longo inicia a
contagem do tempo em 3114 a.C e é formado por diversos ciclos, ou b’ak’tun, de 395
anos.
• No ano de 2012 o 13º b’ak’tun se encerrará! Esse fato tem sido interpretado por
muitas pessoas como o fim do mundo. No entanto, para os Maias, essa data
representa apenas uma mudança de Ciclo ou Era, semelhante ao que para nós é uma
passagem de milênio (como aconteceu em 2000).
Astronomia Grega
• O ápice da ciência antiga se deu na Grécia, de 600 a.C. a 400 d.C., a níveis só
ultrapassados no século XVI.
• Do esforço dos gregos em conhecer a natureza do cosmos, e com o conhecimento
herdado dos povos mais antigos, surgiram os primeiros conceitos de Esfera Celeste,
uma esfera de material cristalino, incrustada de estrelas, tendo a Terra no centro.
• Desconhecedores da rotação da Terra, os gregos imaginaram que a esfera celeste
girava em torno de um eixo passando pela Terra.
• Observaram que todas as estrelas giram em torno de um ponto fixo no céu e
consideraram esse ponto como uma das extremidades do eixo de rotação da esfera
celeste.
Astrônomos da Grécia Antiga
• Tales de Mileto (~624-546 a.C.) introduziu na Grécia os fundamentos da geometria e
da astronomia, trazidos do Egito.
• Já convencido da curvatura da Terra, sabia que a Lua era iluminada pelo Sol e previu
o eclipse solar do ano 584 a.C.
• Muitos teoremas matemáticos lhe são atribuídos, mas pouco se conhece a seu
respeito.
• Teve vários discípulos, dentre os quais merecem destaque Anaximandro, Anaximenes
e Anaxágoras.
• Pitágoras de Samos (~572-497 a.C.) acreditava na esfericidade da Terra, da Lua e de
outros corpos celestes.
• Achava que os planetas, o Sol, e a Lua eram transportados por esferas separadas da
que carregava as estrelas.
• Foi o primeiro a chamar o céu de cosmos.
• De seus vários discípulos, vale destacar Filolau.
• Aristóteles de Estagira (384-322 a.C.) explicou que as fases da Lua dependem de
quanto da parte da face da Lua iluminada pelo Sol está voltada para a Terra.
• Explicou, também, os eclipses;
• Argumentou a favor da esfericidade da Terra, já que a sombra da Terra na Lua
durante um eclipse lunar é sempre arredondada.
• Afirmava que o Universo é esférico e finito.
• Aperfeiçoou a teoria das esferas concêntricas de Eudoxus de Cnidus (408-355 a.C.),
propondo em seu livro De Caelo, que "o Universo é finito e esférico, ou não terá
centro e não pode se mover".
• Foi discípulo do filósofo Platão.
• Aristarcos de Samos (310-230 a.C.) foi o primeiro a propor a Terra se movia em
volta do Sol, antecipando Copérnico em quase 2.000 anos.
• Entre outras coisas, desenvolveu um método para determinar as distâncias relativas
do Sol e da Lua à Terra e mediu os tamanhos relativos da Terra, do Sol e da Lua.
• Na obra de Plutarco encontra-se menção sobre Aristarcos, o qual havia proposto o
duplo movimento da Terra: rotação em torno de seu eixo polar e translação ao redor
do Sol.
• Todas as obras de Aristarcos se perderam, com exceção de uma, "Sobre os
Tamanhos e Distâncias do Sol e da Lua".
• Ainda segundo alguma fontes, Aristarcos teria elaborado uma classificação das
estrelas quanto ao brilho, estabelecendo três "grandezas", e admitiu que as estrelas se
encontram a diferentes distâncias da Terra.
• Erastóstenes de Cirere (276-194 a.C.), bibliotecário e diretor da Biblioteca
Alexandrina de 240 a.C. a 194 a.C.
• Escreveu o tratado "Sobre a posição das estrelas".
• A mais importante de suas realizações foi medir as dimensões da Terra, sendo o
primeiro a determinar seu diâmetro.
• Ele notou que, na cidade egípcia de Siena (atualmente chamada de Aswân), no
primeiro dia do verão, ao meio-dia, a luz solar atingia o fundo de um grande poço, ou
seja, o Sol estava incidindo perpendicularmente à Terra em Siena. Já em Alexandria,
situada ao norte de Siena, isso não ocorria; medindo o tamanho da sombra de um
bastão na vertical, Erastóstenes observou que em Alexandria, no mesmo dia e hora, o
Sol estava aproximadamente sete graus mais ao sul. A distância entre Alexandria e
Siena era conhecida como de 5.000 estádios, aprox. 800 km.
• A circunferência da Terra deveria ser 50×5.000 estádios.
• Se ele utilizou um estádio equivalente a 1/6 km, o valor está a 1% do valor correto de
40.000 km.
• Hiparco de Nicéia (160-125 a.C.), considerado o maior astrônomo da era pré-cristã.
• Construiu um observatório na ilha de Rodes, onde fez observações durante o período
de 160 a 127 a.C.
• Como resultado, ele compilou um catálogo com a posição no céu e a magnitude de
850 estrelas.
• A magnitude, que especificava o brilho da estrela, era dividida em seis categorias, de
1 a 6, sendo 1 a mais brilhante, e 6 a mais fraca visível a olho nu.
• Hiparco deduziu corretamente a direção dos pólos celestes, e até mesmo a precessão,
que é a variação da direção do eixo de rotação da Terra devido à influência
gravitacional da Lua e do Sol, que leva 26.000 anos para completar um ciclo.
• Para deduzir a precessão, ele comparou as posições de várias estrelas com aquelas
catalogadas por Timocharis e Aristyllus 150 anos antes (cerca de 300 a.C.). Estes
eram membros da Escola Alexandrina do século III a.C. e foram os primeiros a medir
as distâncias das estrelas de pontos fixos no céu (coordenadas eclípticas). Foram,
também, dos primeiros a trabalhar na Biblioteca de Alexandria, que se chamava
Museu, fundada pelo rei do Egito, Ptolémée Sôter Ier, em 305 a.C.
• Hiparco também deduziu o valor correto de 8/3 para a razão entre o tamanho da
sombra da Terra e o tamanho da Lua e também que a Lua estava a 59 vezes o raio da
Terra de distância; o valor correto é 60.
• Ele determinou a duração do ano com uma margem de erro de 6 minutos.
• Ptolomeu (87-150 d.C.) Claudius Ptolemaeus foi o último astrônomo importante da
antiguidade.
• Ele compilou uma série de treze volumes sobre astronomia, conhecida como o
Almagesto, que é a maior fonte de conhecimento sobre a astronomia na Grécia.
• A contribuição mais importante de Ptolomeu foi uma representação geométrica do
sistema solar, geocêntrica, com círculos e epiciclos, que permitia predizer o
movimento dos planetas com considerável precisão e que foi usado até o
Renascimento, no século XVI.
A Astronomia na Idade Média
• Em 1252, Afonso X, o Sábio, Rei de Castela (Espanha), que em 1256 foi proclamado
rei e no ano seguinte imperador do Sacro Império Romano, convocou 50 astrônomos
para revisar as tabelas astronômicas calculadas por Ptolomeu, que incluíam as
posições dos planetas no sistema geocêntrico, publicado por Ptolomeu em 150 d.C.,
no Almagesto. Os resultados foram publicados como as Tabelas Alfonsinas. Os dados
e comentários que se foram anexando ao Almagesto formaram as fontes essenciais
para o primeiro livro-texto de astronomia do Ocidente, o Tratado da esfera de
Johannes de Sacrobosco.
• John Holywood (1200 - 1256) Sua obra foi várias vezes reeditada, ampliada e
comentada. Foi o principal texto de instrução acadêmica até o tempo de Galileu.
• Nicolau Cusano (1401 - 1464), matemático e astrônomo. É interessante ressaltar que
suas ideias sobre o universo infinito e sobre a investigação quantitativa da natureza
brotaram de reflexões teológicas e religiosas.
• Nicolau Copérnico (1473 - 1543) apresenta o sistema heliocêntrico. A base deste
novo pensamento veio, em parte, das escolas bizantinas. Manteve durante toda a vida
a ideia da perfeição do movimento circular, sem supor a existência de outra forma de
movimento.
• Tycho Brahe (1546 - 1601) descobriu erros nas Tabelas Alfonsinas.
• Em 11 de novembro de 1572, Tycho notou uma nova estrela na constelação de
Cassiopéia. A estrela era tão brilhante que podia ser vista à luz do dia, e durou 18
meses. Era o que hoje chamamos de supernova.
• Publicou suas observações no De Nova et Nullius Aevi Memoria Prius Visa Stella, em
Copenhague em 1573.
• Com seus assistentes, Tycho conseguiu reduzir a imprecisão das medidas, de 10
minutos de arco deste o tempo de Ptolomeu, para um minuto de arco.
• Foi o primeiro astrônomo a calibrar e checar a precisão de seus instrumentos
periodicamente, e corrigir as observações por refração atmosférica.
• Também foi o primeiro a instituir observações diárias, e não somente quando os
astros estavam em configurações especiais, descobrindo assim anomalias nas órbitas
até então desconhecidas.
• Johannes Kepler (1571 - 1630) descobriu as três leis que regem o movimento
planetário.
• As duas primeiras foram resultados de árdua computação trigonométrica, na qual
usou as observações de Marte, realizadas por Tycho Brahe.
• Em 1619 Kepler publicou Harmonices Mundi, em que as distâncias heliocêntricas dos
planetas e seus períodos estão relacionados pela Terceira Lei, que diz que o quadrado
do período é proporcional ao cubo da distância média do planeta ao Sol. Esta lei foi
descoberta por Kepler em 15 de maio de 1618.
• Em 17 de outubro de 1604 Kepler observou a nova estrela (supernova) na constelação
de Ophiucus, junto a Saturno, Júpiter e Marte, que estavam próximos, em conjunção.
• Kepler também estudou as leis que governam a passagem da luz por lentes e sistemas
de lentes, inclusive a magnificação e a redução da imagem, e como duas lentes
convexas podem tornar objetos maiores e distintos, embora invertidos, que é o
princípio do telescópio astronômico.
• Em relação a Kepler, devem ser mencionados também seu telescópio astronômico e
suas Tábuas Rodolfinas.
• Galileo Galilei (1564 - 1642) Em maio de 1609 ouviu falar de um instrumento de
olhar à distância que o holandês Hans Lipperhey havia construído, e mesmo sem
nunca ter visto o aparelho, construiu sua primeira luneta em junho, com um aumento
de 3 vezes.
• Galileu se deu conta da necessidade de fixar a luneta, ou telescópio como se chamaria
mais tarde, para permitir que sua posição fosse registrada com exatidão.
• Até dezembro ele construiu vários outros, o mais potente com 30X, e faz uma série de
observações da Lua, descobrindo que esta tem montanhas.
• De 7 a 15 de janeiro de 1610 descobre os quatro satélites maiores de Júpiter e sua
revolução livre em torno do planeta.
• Descobriu também as principais estrelas dos aglomerados das Plêiades e das Híades e
a primeira indicação dos anéis de Saturno e as manchas solares.
• Por suas afirmações, Galileu foi julgado e condenado por heresia em 1633.
• Sentenciado ao cárcere, Galileu, aos setenta anos, renega suas conclusões de que a
Terra não é o centro do Universo e imóvel.
• Apenas em 1822 foram retiradas do Índice de livros proibidos as obras de Copérnico,
Kepler e Galileu, e em 1980, o Papa João Paulo II ordenou um reexame do processo
contra Galileu, o que eliminou os últimos vestígios de resistência, por parte da igreja
Católica, à revolução Copernicana.
• Sir Isaac Newton (1643 - 1727) Sua obra monumental fixa as bases da mecânica
teórica.
• Da combinação de suas teorias com sua lei de gravitação, surge a confirmação das
leis de Kepler e, num só golpe, o estabelecimento, em bases científicas, da mecânica
terrestre e celeste.
• No domínio da óptica, Newton inventou o telescópio refletor, discutiu o fenômeno da
interferência, desenvolvendo as ideias básicas dos principais ramos da física teórica,
nos dois primeiros volumes do Principia, com suas leis gerais, mas também com
aplicações a colisões, o pêndulo, projéteis, fricção do ar, hidrostática e propagação de
ondas.
• Somente depois, no terceiro volume, Newton aplicou suas leis ao movimento dos
corpos celestes.
• O Principia é reconhecido como o livro científico mais importante escrito.
• Os trabalhos astronômicos de Newton são apenas comparáveis aos de Gauss, que
contribuiu para a astronomia com a teoria da determinação de órbitas, com trabalhos
importantes de mecânica celeste, de geodésica avançada e a criação do método dos
mínimos quadrados.
• Nunca outro matemático abriu novos campos de investigação com tanta perícia, na
resolução de certos problemas fundamentais, como Gauss.
Referências bibliográficas e páginas da Web pesquisadas:
1.Descobrindo o Universo,Neil F. Comins e William J. Kaufmann III, 8º Edição, Bookmann.
2.Atlas Celeste, Ronaldo Rogério de Freitas Mourão, 10º Edição, Editora Vozes.
3.Astronomia e Astrofísica, Kepler de Souza Oliveira Filho e Maria de Fátima Oliveira
Saraiva,Editora Livraria da Física.
4.Página do Prof. Kepler de Souza Oliveira Filho: http://astro.if.ufrgs.br/index.htm
5.Página do Observatório Nacional: http://www.on.br/
6.Portal de Astronomia: http://pt.wikipedia.org/wiki/Portal:Astronomia
7.História da Astronomia, Nigel Henbest and Heather Couper, Larousse Brasil.
8.Simuladores do Céu: Starry Night Enthusiast e Stellarium.
9.Página da NASA Astronomy Picture of the Day
Archive:http://apod.nasa.gov/apod/archivepix.html
10.Clube de Astronomia do Colégio Estadual do Paraná:http://www.cacep.com.br/
11.Grupo Nevoeiro: http://nevoeiro.org/
12`Página do Observatório do Valongo:http://www.ov.ufrj.br/index_1024x768.htm
13.Página Astromador: http://www.astromador.xpg.com.br/index.htm
14.Página do IAG_USP:http://www.astro.iag.usp.br/
15:Página do INPE:http://www.inpe.br/
16.Cartas Celestes para a sua localidade - Astronomia no Zenite:www.zenite.nu/
17.Planisferios para o Brasil - como montar -
www.if.ufrgs.br/~fatima/planisferio/celeste/planisferio.html
18.Grupo de eventos Astronômicos - http://gaea-astronomia.blogspot.com/
19.Centro de divulgação de Astronomia - USP -
http://www.cdcc.usp.br/cda/eventos/index.html
20.Astronews - notícias de astronomia - http://www.astronews.com.br/WebSite


módulo - 2


A observação do céu é uma prática que certamente já estava presente no homem primitivo. Na verdade, como a Lua dominava o céu noturno, os primeiros calendários baseavam-se nas lunações, que são os períodos de tempo entre duas luas novas consecutivas. A partir da observação das fases da Lua e do tempo gasto para que se repetissem, mais tarde seriam criados os conceitos de semana - sete dias que refletem a duração aproximada de uma fase lunar - e de mês (uma lunação completa).

Egípcios e chineses se utilizavam de calendários celestes para controlar suas épocas de plantio. Para os antigos egípcios, a prática da agricultura era diretamente dependente dos períodos de enchentes no Vale do Nilo. Baseando-se na posição da estrela Sirius no céu e relacionando-a com os períodos das cheias do rio Nilo, elaboraram um calendário de três estações (enchente, semeadura e colheita) e 365 dias, o chamado Calendário Egípcio. Mais tarde, na Europa, a arte de navegar através dos mares mais distantes só se faria confiável e segura com o conhecimento dos céus, orientando-se pelas estrelas.

No Ocidente, a civilização grega lançou as bases da astronomia como ciência prática e matemática. Foi na Grécia, com Cláudio Ptolomeu (século 2 d.C.), que se construiu a síntese do primeiro grande modelo celeste, em que se julgava ser a Terra, além de esférica e imóvel, o centro de um universo que girava ao seu redor, provocando o aparente movimento de planetas que vemos no céu, e com as estrelas inseridas em uma esfera externa, servindo como um pano de fundo para o cenário. Era o geocentrismo. Até aquele momento só eram conhecidos os planetas Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e Saturno, além da Terra.

O sistema geocêntrico perdurou até o século 17 porque, afinal, para um observador que, estando na Terra, olha para o céu, a impressão é de que o Sol é que se move em torno da Terra. Curioso é observar que a ideia básica do heliocentrismo, com o Sol no centro do sistema orbital, já havia aparecido no trabalho do grego Aristarco de Samos, do século 3 a.C., mas não tinha alcançado popularidade naquele momento.
Copérnico
Em 1543, Nicolau Copérnico (1473-1543) publicou a sua teoria revolucionária, que resgatava a ideia do Sol na posição central do sistema, com a Terra e os demais planetas movendo-se ao seu redor. "De revolutionibus orbium celestium" foi a obra, publicada no ano da morte de Copérnico, que deu início às mudanças na maneira de o homem olhar para o céu.

Ainda enfrentando muitas resistências, a consolidação do sistema heliocêntrico acabaria ocorrendo apenas com as observações e cálculos de dois nomes importantes na história da ciência: Galileu Galilei (1564-1642) e Johannes Kepler (1571-1630).
A era científica da astronomia
Galileu aproveitou-se de um novo instrumento de observação recém-inventado: a luneta. Com ela, entre 1609 e 1610, inaugurou-se a era verdadeiramente científica da astronomia. Ao descobrir quatro luas em Júpiter, notou que estas mudavam de posição em relação ao planeta, demonstrando que deveriam girar em torno dele.

Tal descoberta evidenciou pela primeira vez que nem tudo deveria orbitar a Terra. Na mesma época, observaria a existência das fases de Vênus, que confirmariam o fato desse planeta possuir uma órbita interior à da Terra, tal como Copérnico havia previsto.

Os trabalhos de Galileu contribuíram também para o desenvolvimento da mecânica, pois ele foi pioneiro ao privilegiar o uso de métodos experimentais em seus estudos. Escreveu as relações básicas de movimento da cinemática e, em 1632, publicou uma obra descrevendo os movimentos de rotação e translação da Terra: "Diálogo Entre Dois Sistemas de Mundo".
Kepler
Praticamente ao mesmo tempo, ao estudar as anotações astronômicas deixadas pelo dinamarquês Tycho Brahe, Kepler formula a noção final de que os planetas, além de se moverem em torno do Sol, faziam-no em órbitas elípticas e não circulares, como se pensava até então. Foi ele também o pioneiro na utilização da matemática e da geometria para obter a comprovação ou não de sistemas (modelos) físicos, que desembocaram em suas três leis.
Religião e ciência
A Igreja combateu essas ideias, formuladas em um tempo de perseguição aberta aos infiéis e às noções contrárias à ideia de que a Terra fosse o centro do Universo conhecido. Durante muitos séculos, a cultura ocidental foi dominada pela ideia de que certas áreas do conhecimento eram proibidas ao conhecimento do homem, sendo, portanto, divinas. Assim, investigar o universo era assunto da Igreja e estas coisas não deviam ser compreendidas com o uso da razão, mas, sim, da fé.

Em 1600, a Inquisição condenaria o italiano Giordano Bruno a morrer na fogueira: Bruno era divulgador do modelo copernicano, e foi quem primeiro apresentou uma concepção de que o Universo seria aberto e infinito. Se era infinito, a Terra então não seria o seu centro, o que contrariava a doutrina da Igreja.

A Inquisição também perseguiu Galileu, que, ao defender o sistema heliocêntrico e escrever que os religiosos deveriam preocupar-se apenas com o céu moral e deixar o céu real para os físicos, comprou uma briga que desempenhou papel histórico fundamental. Esses episódios marcariam o início da separação definitiva entre os domínios da religião e da ciência.

Como a verdade é algo que não pode ser acobertada, pelo menos não por muito tempo, as novas teorias foram se consolidando aos poucos, enquanto eram aperfeiçoadas pelas novas descobertas e fundamentações da ciência moderna. O aperfeiçoamento dos equipamentos de observação celeste, como os telescópios de grande poder de aumento e do tipo refletor, possibilitou que a astronomia avançasse com passos largos. Muito ainda estava para ser descoberto.

Mais tarde, iríamos entender que o Sol também não passava de mais uma entre infinitas estrelas do cosmo e que nenhum astro ocupa um centro fixo no sistema: o próprio Sol gira em torno de um centro comum às demais estrelas de sua galáxia, a cada 230 milhões de anos, levando consigo o seu sistema de planetas.


Material de aula
Distâncias estelares

Para a obtenção das distâncias das estrelas, os astronômos necessitam, antes, determinar as suas paralaxes estelares. Tal procedimento, na prática, é extremamente trabalhoso e requer cuidadosas observações durante um longo tempo. Basicamente, o procedimento utilizado pelos astrônomos, chamado de triangulação, é o mesmo empregado pelos agrimensores quando desejam obter a distância de um ponto inacessível. Escolhe-se uma linha de base de comprimento adequado, que irá se constituir em um dos lados de um triângulo, e dois ângulos são medidos. Para ilustrar o processo considere, como na figura abaixo, o procedimento para determinar a distância até um ponto muito distante:

Conhecida a distância d ( o observador escolhe o seu valor ) e medindo-se os ângulos em A (alfa) e em B (beta) é possível determinar os demais elementos do triângulo e, em particular, a sua altura h que representa a distância procurada. As fórmulas da trigonometria nos permitem estabelecer que, em função dos valores conhecidos, a distância h é dada por:

A idéia básica que se utiliza na determinação das distâncias estelares é a mesma: escolhe-se uma distância conhecida, que sirva de base e constrói-se um triângulo, com um dos vértices na estrela cuja distância se deseja determinar. A linha de base escolhida pelos astrônomos foi o diâmetro da órbita da Terra ao redor do Sol cujo valor é cerca de 300.000.000 km. Em princípio, observando a estrela escolhida, em duas épocas separadas pelo intervalo de tempo de 6 meses, estaríamos observando a estrela nas extremidades da linha de base "fechando o triângulo".

Tal procedimento, no entanto, não pode ser aplicado na prática, pelo simples fato de não podermos observar o Sol e a estrela simultaneamente. Desta forma, não é possível determinar diretamente os ângulos da base do triângulo. Na realidade deve-se observar (ou fotografar) a estrela ao longo do ano (exceto no período que a presença do Sol nos impeça de vê-la) e determinar os pontos da elipse aparente que a estrela descreve no céu, em relação às estrelas de fundo, como reflexo do movimento de translação da Terra. A partir daí deduz-se o valor de sua paralaxe estelar e, conseqüentemente, a sua distância ao Sol.

As primeiras distâncias estelares foram determinadas dessa maneira, isto é, efetuando-se medidas das posições da estrela em relação às estrelas de fundo ( pararalaxes relativas ) ou de suas posições em relação a elementos fixos da esfera celeste ( paralaxes absolutas ).

AS PRIMEIRAS DISTÂNCIAS ESTELARES DETERMINADAS

N	ESTRELA	DATA	AUTOR	PARALAXE	DISTÂNCIA
1	61 Cygni	1838	F.W. Bessel	0,286"	11,4 a.l.
2	Alpha Centauri	1839	T. Henderson	0,772"	4,27 a.l.
3	Alpha Lyrae	1840	F.G.W. Struve	0,124"	26,3 a.l.

A estrela Alpha Lyrae foi, provavelmente a primeira a ter a sua paralaxe determinada, em 1837, por Struve. Entretanto ele somente anunciou os seus resultados em 1840.

O satélite HIPPARCOS (sigla para HIgh-Precision PARallax COllecting Satellite = Satélite Coletor de Paralaxes de Alta Precisão) lançado em junho de 1989 pela ESA (European Space Agency) mediu ao redor de 100.000 paralaxes estelares com precisão de cerca de 0,001", o que permitiu determinar distâncias precisas até cerca de 1.000 pc. O satélite esteve em funcionamento até junho de 1993 quando houve uma falha em seu painel solar e as operações cessaram. Durante o seu período de vida ele coletou 1.000 gigabytes de dados observacionais. Para distâncias superiores são empregados métodos especiais, como a paralaxe espectroscópica, a paralaxe dinâmica ( para sistemas binários ), relação período-luminosidade ( para estrelas variáveis do tipo Cefeida ) etc. Tais métodos serão abordados à medida que os temas forem sendo desenvolvidos.

Fig. 4 - Distribuição das estrelas com distâncias de até 12,5 anos-luz do Sistema Solar ( R. Powell ).

Para a avaliação das distâncias em Astronomia, os astrônomos empregam usualmente três unidades: a Unidade Astronômica, o Ano-luz e o Parsec.

1. Unidade Astronômica ( A, UA ): corresponde ao semi-eixo maior da órbita terrestre ou, de maneira mais simples, a distância média Terra-Sol. Seu valor corresponde a:

1 A = 1 UA = 149.597.870 km 150.000.000 km = 1,5 x 10⁸ km

A Unidade Astronômica é muito empregada para as distâncias no âmbito do Sistema Solar, entre as estrelas componentes de sistemas binários e entre estrelas e seus planetas. As distâncias ao Sol dos planetas do Sistema Solar e do asteróide 1.Ceres, em Unidades Astronômicas, são:

PLANETA	DISTÂNCIA	PLANETA	DISTÂNCIA
Mercúrio	0,3871	1.Ceres	2,7661
Vênus	0,7233	Saturno	9,5388
Terra	1,0000	Urano	19,1820
Marte	1,5237	Netuno	30,0578
Júpiter	5,2028	Plutão	39,5332

2. Ano-luz ( a.l. ): distância percorrida pela luz, no espaço vazio (vácuo) em um ano. Sendo a velocidade da luz c = 299.792,458 km/s e a duração de um ano Juliano em segundos igual a:

1 Ano Juliano = 365,25 x 24 x 60 x 60 s = 31.557.600 s

1 ano-luz = 1 a.l. = 299.792,458 km/s x 31.557.600 s = 9,4607 x 10¹² km, ou seja, 1 ano-luz equivale a, aproximadamente, 9 trilhões e 461 bilhões de quilômetros. O sistema Alpha Centauri, é o conjunto estelar mais próximo do Sistema Solar. Dele faz parte a estrela Alpha Centauri C, que é a estrela mais próxima de nosso sistema. A sua distância é 4,3 anos-luz. A distância desse sistema, em quilômetros é:

Distância de Alpha Centauri = 4,3 x 9,461 x 10¹² km 40,7 x 10¹² km, isto é, aproximadamente, 40 trilhões e 700 bilhões de quilômetros.

3. Parsec ( pc ): distância de um ponto cuja paralaxe é de 1". Em outras palavras, é a distância em que um observador estaria vendo a Unidade Astronômica, perpendicularmente à linha de visada, dentro de um ângulo de 1". O ângulo sob o qual um hipotético observador situado em uma estrela veria o raio da órbita da Terra, perpendicularmente à linha de visada, denomina-se paralaxe trigonométrica ou simplesmente paralaxe estelar.

Fig. 1 - Paralaxe estelar e distância em parsecs.

A distância de 1 parsec, em quilômetros, equivale a:

1 parsec = 1 pc = 3,0857 x 10¹³ km = 30,857 x 10¹² km

ou seja, a distância de 1 pc equivale a, aproximadamente, 30 trilhões e 900 bilhões de quilômetros. Não há astros situados à distância de 1 parsec do Sistema Solar. A estrela mais próxima - a Alpha Centauri - está a 1,32 pc do Sol. Quando se conhece o valor da paralaxe de uma estrela, em segundos de arco ("), sua distância, em parsecs, pode ser obtida por:

d_pc = 1 / p"

As relações entre as três unidades definidas encontram-se no quadro abaixo:

	1 ano-luz	=	63.240 A
	1 ano-luz	=	0,3066 pc
	1 parsec	=	206.265 A
	1 parsec	=	3,262 a.l.
	1 Unidade Astronômica	=	499,004 782 segundos-luz
	1 Unidade Astronômica	=	4,848 x 10-6 pc

Utilizam-se, com freqüência, para as grandes distâncias astronômicas, os seguintes múltiplos do parsec:

1 Quiloparsec	-	1 kpc	=	1.000 pc	=	103 pc	=	3,0857 x 1016 km
1 Megaparsec	-	1 Mpc	=	1.000.000 pc	=	106 pc	=	3,0857 x 1019 km
1 Gigaparsec	-	1 Gpc	=	1.000.000.000 pc	=	109 pc	=	3,0857 x 1022 km