"... não existem verdades sagradas, todas as asserções devem ser cuidadosamente examinadas com espírito crítico, os argumentos de autoridade não têm valor ..."

Cosmos, Carl Sagan.

1. Será que a Lua roda em torno da Terra? Como é a orbita da Lua vista Sol?

É tentador imaginar que a trajectória da Lua roda em volta da Terra de tal modo que por vezes anda para trás. Mesmo quando vemos uma representação da sua trajectória como a que se mostra na animação seguinte, a nossa percepção cria-nos uma ilusão: A Lua parece andar para trás. E, na verdade, (mesmo nesta animação, em que a sua trajectória é representada como uma curva sinusoidal) ela avança sempre.

A principal razão para essa ideia errada é o facto de nas representações do sistema solar, em que as trajectórias dos planetas são desenhadas do ponto de vista do Sol, é comum representar-se a trajectória da Lua do ponto de vista da Terra, o que é enganador. O movimento aparente diário da Lua, devido à rotação da Terra em torno do seu eixo, ajuda ainda mais a fortalecer essa ideia errada.

Representação enganadora

De facto, como a força gravitacional do Sol sobre a Lua é 2,2 vezes mais forte do que a exercida pela Terra, a Lua descreve uma elipse quase idêntica à da Terra em volta do Sol. E a sua trajectória é sempre convexa: curva-se sempre na direcção do Sol. Não é esse o caso da maioria dos satélites artificiais, que fazem uma rotação em volta da Terra em menos de 2 horas. Mas a rotação da Lua em volta da Terra é 4 centenas de vezes mais lenta.

A Lua anda para trás? (animação)

A figura abaixo descreve melhor o que realmente acontece. É mais esclarecedor visualizar o movimento da Lua como se ela fosse uma mota que acompanha um automóvel (a Terra), ambos em movimento numa mesma estrada. A mota, uma vez por mês acelera e ultrapassa o automóvel pela direita e depois deixa-se ficar para trás pela esquerda. De facto, a Lua, quando fica para trás (quarto crescente) é acelerada pela atracção gravítica da Terra e quando se adianta (quarto minguante) é travada pela atracção gravítica da Terra [1].

A trajectória real da Lua

De facto, tanto a Terra como a Lua estão em queda livre em volta do centro de massa do sistema Terra-Lua (localizado dentro da Terra) que, por sua vez, está em queda livre em torno do centro de massa do sistema Sol-Terra-Lua (localizado dentro do Sol). Por isso, podia de facto ser mais esclarecedor e menos geocêntrico dizer que a Terra e a Lua rodam ligeiramente em torno do seu centro de massa comum, à medida que seguem a uma órbita comum em torno do Sol. Alguns astrónomos defendem aliás que o sistema Terra-Lua é um planeta duplo, já que a influência gravitacional do Sol é comparável com sua interacção mútua.

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2. Como se formam as marés? O que são as marés vivas?

Notícia: Meteorologia - Marés vivas chegam para a semana - A culpa é do alinhamento da lua e do sol. (em construção)

O termo maré designa o movimento periódico de subida (fluxo) e descida (refluxo) das águas do mar, produzido principalmente pelas influências da Lua e do Sol, em geral com duas marés-cheias e duas marés baixas por dia. De forma mais geral, o termo maré refere-se aos efeitos sentidos num corpo devido à perturbação do campo gravítico causado pela interferência de um ou mais corpos externos. Aqui, o vocábulo maré refere-se ao fenómeno da alteração da altura dos mares e oceanos, causado pela interferência da Lua e do Sol sobre o campo gravítico da Terra.

Num campo gravítico terrestre ideal (sem interferências), as águas à superfície da Terra sofreriam uma aceleração idêntica na direcção do centro de massa terrestre, encontrando-se assim numa situação equipotencial (situação A na imagem abaixo).

Mas devido à existência de corpos com campos gravíticos significativos a interferirem com o da Terra (Lua e Sol), estes provocam acelerações que actuam na massa terrestre com intensidades diferentes. Como os campos gravíticos actuam com uma intensidade inversamente proporcional à distância, as acelerações sentidas nos diversos pontos da Terra não são as mesmas. Assim (situação B e C na imagem) a aceleração provocada pela Lua têm intensidades significativamente diferentes entre os pontos mais próximos e mais afastados da Lua. Desta forma as massas oceânicas que estão mais próximas da Lua sofrem uma aceleração de intensidade significativamente superior às massas oceânicas mais afastadas da Lua. É este diferencial que provoca as alterações da altura das massas de água à superfície da Terra.

A altura das marés alta e baixa (relativa ao nível do mar médio) também varia. Nas luas nova e cheia, as forças gravitacionais do Sol estão na mesma direcção das da Lua, produzindo marés mais altas, chamadas marés de sizígia. Nas luas minguante e crescente as forças gravitacionais do Sol estão em direcções diferentes das da Lua, anulando parte delas, produzindo marés mais baixas chamadas marés de quadratura.

Mas como é que a influência da Lua e do Sol provoca as marés?

Imagina que dás a mão a um(a) amigo(a) e, com os braços esticados, se põem a correr em círculo, sendo a união das vossas mãos o centro e eixo desse rodopio! Se o fizerem com certa velocidade, irão sentir dois tipos de força a actuarem em cada um de vocês: a força centrípeta e a força centrífuga. A primeira é sentida através do braço, a puxar-te em direcção ao eixo (à mão). A segunda puxa-te para trás, tentando arrancar-te desse rodopio. Agora imagina que o outro companheiro que te segura é bastante mais forte e com maior massa. Há alterações neste movimento? De facto, há; ele roda muito mais devagar do que tu, sentindo mais fracas as tais forças. Isto acontece, porque o eixo de rotação está muito mais perto dele - praticamente no corpo dele - e não na união das mãos, como anteriormente.

É exactamente nesta situação em que estão, continuamente, a Terra e a Lua - mais "leve", i. e., com menor massa. É devido a este binário em rotação, que se formam as marés. As duas forças criadas puxam, cada uma para seu lado, as grandes e facilmente deformáveis quantidades de água oceânica. Duas "corcundas" de água são, então, formadas sobre o planeta, ambas no alinhamento da Lua: as marés altas. Nos dois pontos onde se verificam depressões da água, por esta ter sido puxada para as "corcundas", são as marés vazas. Poderás verificá-lo nas figuras desta página!

Vejamos agora como essas forças produzem as marés e, para isso nós vamos considerar um planeta hipotético composto de um núcleo sólido e coberto por uma camada líquida, ou seja, uma Terra sem continentes. Na Figura abaixo representam-se as forças actuantes sobre o oceano devido a Lua. Para tanto consideremos quatro pontos particulares sobre esse oceano. Como o ponto (1) é mais próximo da Lua, este sofrerá maior atracão (F₁ é a mais intensa das forças), mas precisa vencer o peso da própria água.

Na Figura seguinte mostra-se o resultado das forças actuantes sobre o oceano devido a Lua. A água que se encontra nos pontos (2) e (3) sofre uma atracção menor, mas por ser quase tangencial à superfície do oceano não precisa vencer o seu peso nestes locais. Portanto, essa água deslizará em direcção ao ponto (1). Isso já explica por que existe maré alta do lado (1) e que está voltado para a Lua.

Na região do ponto (4) temos duas coisas a levar em consideração: primeiro a atracção que a Lua exerce é menor, pois fica mais distante; segundo é preciso lembrar que não é simplesmente a Lua que gira em torno da Terra, mas ambos giram em torno de um centro de massa comum (CM). Portanto, para quem está na Terra existe uma força centrífuga (devido a inércia) agindo no ponto (4). Nesse local também forma-se uma preia-mar e o resultado final de todas essas forças é a formação das marés alta e baixa, como indicado na figura abaixo, que mostra as marés alta e baixa devido a dinâmica do movimento entre a Terra e a Lua.

Até aqui nós consideramos apenas os efeitos entre a Terra e a Lua. O Sol também influencia os movimentos das águas do oceano no planeta, mas com metade da intensidade da Lua. Quando nós temos Lua Cheia ou Lua Nova, o Sol, a Terra, e a Lua estão ''alinhados'' e portanto o efeito do Astro-Rei soma-se ao do nosso satélite natural.

A Terra e o Sol formam, ao mesmo tempo, um sistema similar ao da Terra-Lua. (Poderás imaginá-lo como sendo um daqueles "brutamontes", também em rotação semelhante, ligado a ti por uma corda muito comprida.) Deste modo a Lua e o Sol (o seu efeito é só 50% do da Lua) são os dois elementos fundamentais que regulam as marés. Devido às suas constantes rotações, as amplitudes atingidas pelas águas variam consideravelmente. Um exemplo é o das marés mistas, que ocorrem quando estes astros tomam posições bem definidas. Quando o Sol, a Lua e a Terra estão na mesma linha (Lua Nova ou Lua Cheia), os efeitos reforçam-se, criando as marés altas mais elevadas, e as marés vazas mais baixas; designam-se por marés vivas (spring tide). Quando o Sol e a Lua formam um ângulo perpendicular em relação à Terra (Quarto Crescente ou Quarto Minguante), as forças compensam-se parcialmente, gerando amplitudes mais fracas. Logo, será a maré alta mais baixa, e a maré vaza mais alta; são as marés mortas (neap tide). Devido à inerência de outros factores, estas marés ocorrem somente nalguns pontos do globo.

Nas duas figuras seguintes mostram-se os efeitos do Sol sobre as marés quando do "alinhamento" Sol - Terra - Lua, e quando a Lua se encontra em Quadratura com relação ao Astro-Rei.

Nesse hipotético planeta oceânico, as duas ''montanhas de água'' ficam exactamente alinhadas com a Lua. No caso da nossa Terra os continentes influem na evolução das marés. Devido a rotação da Terra, a água choca-se com os continentes e isso faz com que a maré alta chegue atrasada com relação à Lua ao tomarmos por base o planeta oceânico. Devido a forma irregular dos continentes, às vezes a maré alta acumula-se em certas bacias, atingindo nesses pontos amplitudes bastantes altas. Por exemplo: na Bacia de Fundy (Canadá) a maré alta alcança até 21 metros nos casos extremos.

Como sabemos a Terra realiza uma volta em torno de si mesma a cada 24 horas. Mas a Lua também se move e isso faz com que o ciclo de marés se complete a cada 24 horas, 50 minutos e 28 segundos em média. Como são duas marés, a água sobe e desce a cada 12 horas, 25 minutos e 14 segundos. Quando a maré está em seu ápice chama-se maré-alta, maré-cheia ou preia-mar; quando está no seu menor nível chama-se maré baixa ou baixa-mar. Em média, as marés oscilam em um período de 12 horas e 24 minutos. Doze horas devido à rotação da terra e 24 minutos devido à órbita lunar.

O fenómeno das marés também é observado na parte sólida do planeta, mas com menor intensidade. O solo terrestre pode elevar-se até 45 centímetros nas fases de Lua Cheia ou Nova. Mas nós não percebemos, pois tudo a nossa volta levanta junto e não temos assim uma referência.

Existe ainda um fato curioso: devido ao choque das marés com os continentes a rotação da Terra diminui lentamente. Mas a quantidade de momento angular perdida pela diminuição da velocidade de rotação não pode desaparecer (conservação do momento angular) e portanto deverá ser transferida. Essa transferência dá-se para o nosso satélite natural, e por isso a Lua não descreve uma órbita elíptica mas, sim em espiral devido o aumento do momento angular da mesma em relação ao nosso planeta. Com isso, o afastamento anual produzido por esse retardamento da rotação da Terra é cerca de 3 centímetros por ano. Desse modo, o dia terrestre aumenta de 1 milésimo de segundo a cada 50 anos e o resultado final fará com que a Terra mostre sempre a mesma face para a Lua. Nessa ocasião o dia terrestre deverá durar cerca de 36 horas.

Ainda há outros pontos a tomar em consideração: a Terra roda sobre si mesma. É deste modo que as marés avançam pelo mundo fora, havendo, normalmente, duas marés cheias e duas vazas por dia. Além disso, um dia lunar (tidal day) dura 24h50min; logo, em cada dia que passa, as marés avançam cerca de uma hora!

O interior da Terra e da Lua é aquecido por estas marés, pois elas também deformam o corpo terrestre, ainda que em quantidades ínfimas. Podes comprovar isto, dobrando constantemente um clip. Um exemplo claro deste efeito é o binário de Júpiter e Io, sua lua. As forças exercidas sobre Io são tão grandes, que o solo está constantemente a ser erguido e rebaixado várias centenas de metros!! Por essa razão, Io é o corpo celeste vulcanicamente mais activo do Sistema Solar. (http://csep10.phys.utk.edu/astr161/lect/moon/tidal.html).

Preia-mar: Nível máximo de uma maré-cheia.

Baixa-mar: Nível mínimo de uma maré vazante.

Estofo: Também conhecido como reponto de maré, ocorre entre marés, curto período em que não ocorre qualquer alteração na altura de nível.

Amplitude de Marés: Variação do nível das águas, entre uma preia-mar e uma baixa-mar imediatamente anterior ou posterior.

Quadratura: O sol e a lua formam ângulo de 90º graus em relação à Terra.

Maré de quadratura: Maré de pequena amplitude, maré que se segue ao dia de quarto crescente ou minguante.

Maré de sizígia (oposição ou conjunção da Lua (ou outro planeta) com o Sol. Do gr. syzygía, «conjunção», pelo lat. syzygîa-, «id.»): Nas luas nova e cheia, as marés lunares e solares reforçam uma a outra, produzindo as maiores marés-altas e as menores marés baixas.

Para aprofundares os conhecimentos, aconselho ver a página http://www.cdcc.sc.usp.br/cda/aprendendo-basico/forcas-de-mares/forcas-de-mares.htm.

Parte do texto desta secção é uma adaptação do texto da Wikipédia e está sob a GNU Free Documentation License. Os direitos de autor de todas as contribuições para a Wikipédia pertencem aos respectivos autores (mais informações em sobre direitos de autor). ver também: http://en.wikipedia.org/wiki/Tide. Outras partes são adaptações do conteúdo da páginas http://www.ajc.pt/cienciaj/n08/cnet.php3 e http://www.cdcc.sc.usp.br/cda/aprendendo-basico/forcas-de-mares/forcas-de-mares.htm.

3. "Sidereus Nuncius" (A Mensagem das Estrelas / O Mensageiro das Estrelas), Galileu Galilei, Veneza 12 de Março de 1610.
(em construção)

O Mensageiro das Estrelas

“O Mensageiro das Estrelas” (“Sidereus Nuncius”), Galileu Galilei, 1610, extensão do artigo "A Mensagem das Estrelas".^[1]<>Texto publicado por mim a 3 de Janeiro de 2010, na Wikipédia, a enciclopédia livre, baseado na crónica "A mensagem das Estrelas", publicada no Jornal on-line Observatório do Algarve.

No dia 7 de Janeiro de 2010 celebra-se o quarto centenário da descoberta, por Galileu Galilei (1564-1642), de três estrelas errantes “que giram com admirável rapidez em torno de Júpiter”.^[2] Galileu conta a inaudita novidade na obra “Sidereus Nuncius”, um breve tratado de 24 páginas, publicado a 12 de Março de 1610, em Veneza. O objectivo da obra, que nas interpretações mais líricas é traduzido como “Mensageiro das Estrelas”, referindo-se ao papel de Galileu, embora ele considerasse o tratado como um “Aviso Sidereo”, era “dar a conhecer quatro planetas”,^[3] nunca antes vistos, ao maior número de sábios:

“Eis que no sétimo dia de Janeiro do presente ano de 1610, na primeira hora da noite, enquanto contemplava com o óculo os astros celestes, apareceu Júpiter. Dispondo, então, de um instrumento excelente, percebi (coisa que antes não me havia acontecido em absoluto pela debilidade de outro aparelho) que o acompanhavam três estrelinhas, pequeninas, ainda que claríssimas, as quais por mais que considerasse que eram do número das fixas, me produziram certa admiração, pois pareciam dispostas exactamente em linha recta paralela à eclíptica e também mais brilhantes que as outras de magnitude parecida.”^[4]

Na obra “Sidereus Nuncius”, Galileu relata o espanto e o deslumbramento crescentes que sentiu à medida que fazia descobertas astronómicas com um óculo, por ele produzido e aperfeiçoado em 1609, capaz de fazer “as coisas vistas com dele parecerem quase mil vezes maiores e mais de trinta vezes mais próximas”, naquela que é o primeira relato da utilização do telescópio em astronomia de que há registo.

Para comemorar o quarto centenário destas observações astronómicas, o ano 2009 foi designado Ano Internacional da Astronomia. Estudos recentes parecem indicar que Thomas Harriot (1560-1621), astrónomo inglês, usou o telescópio para observações da Lua cerca de 4 meses antes de Galileu.

Independente da paternidade do uso do telescópio em astronomia, a obra de Galileu permanece um marco na história da ciência e da astronomia em particular. Este texto pretende dar a conhecer as principais descobertas e conclusões de Galileu relatadas no “Sidereus Nuncius”.

Para além de narrar a descoberta das quatro estrelas errantes, que considerou ser a descoberta mais surpreendente, a obra de Galileu descreve as observações da Lua e das estrelas fixas.

Das observações do corpo lunar, conclui que a superfície lunar apresenta montanhas idênticas às da Terra, e que há grande semelhança entre a Terra e a Lua. Esta descoberta pôs em causa um dos dogmas do pensamento dominante, a cosmologia aristotélica e o geocentrismo, que considerava a Terra o centro do Mundo, e advogava que a Lua e todos os astros para além dela eram esferas perfeitas.

A acuidade do seu juízo permitiu-lhe perceber também que a luminosidade da face da Lua não iluminada directamente pelo Sol, conhecida como luz cinzenta, se deve à luz solar reflectida pela superfície terrestre. A cosmologia aristotélica considerava que essa luminosidade tinha como fonte Vénus. Contudo, na explicação da luminosidade lunar Galileu atribuiu, erradamente, atmosfera à Lua.

O relato de Galileu prossegue, descrevendo as suas observações com o óculo das estrelas fixas. Verifica que existe “uma numerosa grei de estrelas fixas que escapam à visão natural”. Ficando surpreendido com a “incrível abundância”. Ao mesmo tempo constata que os planetas apresentam globos precisamente delimitados como se fossem pequenas luas inundadas de luz, enquanto as estrelas nunca se vêem limitadas por contornos circulares, tal com acontece quando vistas a olho nu.

Continuando a observação das estrelas fixas, desvenda a natureza e o carácter da Via Láctea, verificando que esta é um aglomerado de inúmeras estrelas reunidas em nuvens, algumas parecendo bastante grandes. Conclui que a brancura da Estrada de Santiago se deve a esses muitos aglomerados de estrelas. O espanto de Galileu aumentou quando verifica que as nebulosas são agregados de estrelas dispersas, cujas distâncias não permitem a sua individualização à vista desarmada.

A narração continua com a exposição da parte mais admirável do trabalho, nas próprias palavras de Galileu: a descoberta e a descrição minuciosa das posições e movimentos de quatro planetas nunca antes observados. Estes planetas são actualmente conhecidos como as luas de Galileu: Io, Europa, Ganímedes e Calisto, sendo Io a mais próxima e Calisto a mais afastado de Júpiter.

O que mais impressiona na parte do texto dedicada às circunstâncias da descoberta e do estudo dos quatro satélites de Júpiter é a forma apaixonada como descreve as observações e o cuidado dos registos das posições, dos deslocamentos, e das mudanças relativas dos satélites e destes em relação a Júpiter e às estrelas fixas.

Noite após noite, durante quase dois meses, de 7 de Janeiro até ao dia 2 de Março de 2010, sempre que a limpidez do céu o permite, Galileu observa a região do céu em torno de Júpiter. Regista as posições e os movimentos dos novos planetas em conjunto com Júpiter. Verifica que tanto em longitude quanto em latitude os movimentos concordam exactamente com as tabelas astronómicas.

Os registos minuciosos das posições e dos movimentos das quatro estrelas errantes permitem-lhe concluir que estas orbitam Júpiter, “a mais nobre de todas”, e que em conjunto com todas realizam uma revolução “em torno de centro do Mundo, isto é, o Sol”, em cada em cada 12 anos.

Para Galileu as revoluções dos novos planetas em torno de Júpiter são um argumento notável para eliminar as dúvidas daqueles que, aceitando genericamente o sistema heliocêntrico, mantêm algumas reservas por não compreenderem o carácter singular do movimento da Lua em torno da Terra, enquanto ambas descrevem o movimento em torno do Sol.

Na opinião de Galileu, expressa no “Sidereus Nuncius”, a existência de quatro planetas orbitando Júpiter, que por sua vez descrevem em conjunto revoluções em redor do Sol, retira o carácter particular do movimento da Lua em torno da Terra, abrindo caminho para a aceitação plena do heliocentrismo.

É a primeira manifestação pública de Galileu em favor do heliocentrismo, teoria proposta inicialmente por Aristarco de Samos (320 – 250 a.C.), o último astrónomo pitagórico, e o primeiro a usar o racionalismo científico, para afirmar que era o Sol, e não a Terra, o centro do Mundo.

Aristarco estava entre os que acreditavam que as estrelas fixas estavam em repouso e que era a Terra que girava em redor do seu próprio eixo. Determinou que o ano terrestre tinha 365, 25 dias. Estes factos explicavam o movimento aparente das estrelas fixas, que nunca se distanciavam umas em relação às outras.

Aristarco estimou, usando cálculos trigonométricos, que o Sol era, pelo menos, 7 vezes maior que a Terra. Como para ele não fazia sentido que um corpo grande girasse em torno de um mais pequeno, concluiu que todos planetas, inclusive o sistema Terra - Lua, giram em torno do Sol.

O heliocentrismo foi retomado no século XVI por Nicolau Copérnico (1473-1543), o último dos aristotélicos entre os grandes nomes da ciência, e o primeiro grande reformador da astronomia, após Cláudio Ptolomeu (90-168). Na obra "De Revolutionibus Orbium Coelestium" retoma a tradição da astronomia matemática dos gregos para solucionar o problema do movimento irregular dos planetas. Contudo, seria Johannes Kepler (1571-1630) quem descobriria as leis fundamentais da Mecânica Celeste, verificando que os planetas descrevem elipses em torno do Sol, ocupando este um dos focos das elipses.

Usando o seu óculo, Galileu viu o que nenhum homem observara antes dele. Através da acuidade do seu olhar e pensamento, chegou a um conjunto surpreendente de conclusões. As descobertas relatadas no “Sidereus Nuncius” provocaram, em simultâneo, enorme euforia e muita controvérsia, pois abalaram a visão do Mundo, apresentando um novo Universo ao homem.

Galileu que rompe com a concepção aristotélica do Universo, dando um impulso significativo ao movimento que retirará o Terra do centro do Mundo. A astronomia ganha argumentos físicos correctos, iniciando-se o processo de unificação entre a física celeste e a física terrestre. Fica na história como um divisor de águas no pensamento científico, lançando as bases de uma nova atitude científica que encontrou em Isaac Newton (1643-1727) um seguidor fervoroso.

Referências

↑ http://w3.ualg.pt/%7Ejlongras/divulga.htm
↑ Até ao século XVII, os astros eram designados como sendo estrelas. As estrelas actuais eram as fixas, os planetas as errantes e os cometas as estrelas de cabeleira. A palavra planeta tem a sua origem no vocábulo grego planétes, e significa errante, vagabundo.
↑ O quarto foi observado pela primeira vez no dia 13 de Janeiro de 1610.
↑ “O Mensageiro das Estrelas”, reedição da Duetto Editorial da edição “A Mensagem das Estrelas”, do Museu de Astronomia e Ciências Afins, Brasil, para a Scientific American Brasil. Está prevista a publicação de uma nova versão em português pela Fundação Calouste Gulbenkian, com tradução do Professor Henrique Leitão (2010).

4. Prémio Nobel da Física 2006: John C. Mather and George F. Smoot, pela suas descobertas da forma do espectro de corpo negro e da detecção da anisotropia da radiação cósmica de fundo em microondas ("for their discovery of the blackbody form and anisotropy of the cosmic microwave background radiation").
(em construção)
Nobel da Física para dois americanos que estudam formação do universo
03.10.2006 - 12h09 Publico/AFP

O Prémio Nobel da Física 2006 foi hoje atribuído aos norte-americanos John C. Mather e George F. Smoot pelos seus trabalhos na área das radiações cósmicas, que permitem uma melhor compreensão sobre o Big Bang, o fenómeno que terá originado o universo. Os dois investigadores foram galardoados "pelos seus trabalhos que incidem sobre a origem do universo e que pretendem compreender melhor as galáxias e as estrelas", explicou a academia sueca responsável pela atribuição dos prémios Nobel. Mather, 60 anos, é astrofísico no centro espacial Goddard da NASA, em Maryland, e Smoot, 61 anos, é professor de Física na Universidade de Berkeley, na California. As pesquisas de Mather e Smoot foram baseadas em dados recolhidos pelo satélite Cobe (COsmic Background Explorer), lançado pela agência espacial norte-americana em 1989. "Os resultados do Cobe reforçaram o cenário do Big Bang na explicação da origem do universo", indica a academia sueca. Mather era o responsável pelo projecto Cobe, no qual participaram mais de mil investigadores e engenheiros, e Smoot era responsável pela análise das variações ínfimas de temperatura das radiações cósmicas. "A observação muito detalhada efectuada pelos laureados, graças ao satélite Cobe, teve um papel maior no desenvolvimento da cosmologia moderna para uma ciência exacta", nota ainda o comité Nobel.

Corpo negro: radiador integral, substância que absorve completamente qualquer radiação que nele incida (o negro-de-fumo aproxima-se bastante do corpo negro ideal). Uma cavidade fechada, a uma dada temperatura (“corpo negro”), com uma pequena abertura, emite um espectro de radiação contínuo.

Em 1948, George Gamow conjecturou, baseado no modelo do “big bang”, que o estado do universo nos estádios iniciais da sua evolução seria caracterizado por uma densidade de radiação e de temperatura extraordinariamente elevadas. Previu que seria possível observar os resquícios dessa radiação como uma radiação de fundo isotrópica, com o espectro de corpo negro, cujo pico estaria actualmente na região de microondas, devido ao desvio pelo efeito de Doppler , em resultado da imensa velocidade de expansão do universo.

A radiação cósmica de fundo é considerada o “vestígio” da radiação emitida quando o Universo em expansão se tornou transparente à radiação electromagnética, cerca de 400 000 anos após o “big bang”, em resultado da formação do hidrogénio e do hélio. A estimativa de Gamow para a temperatura da radiação cósmica de fundo, ~50 K, foi corrigida, por Ralph Alpher e Robert Herman, para ~5 K.

Em 1965, Amo Penzias e Robert Wilson usando uma antena de comunicações por satélite, observaram um ruído de fundo, isotrópico, de energia correspondente à temperatura de 2,725 K, cuja origem não conseguiam explicar. Acabaram por verificar que era exactamente a radiação prevista por Gamow, e esta descoberta levou à atribuição do Nobel da Física a Penzias e a Wilson. Corrigindo-se o valor de 5 K, com o valor do parâmetro cosmológico de Hubble conhecido em 1965, obtém-se 2,725 K, em extraordinário acordo com o valor observado.

A figura mostra várias “imagens” da radiação de fundo obtida desde 1965: observam-se variações em torno dos 2,725 K apenas na quinta casa decimal.

As medidas da radiação cósmica permitem estimar que havia cerca de 10⁹ fotões para cada barião, podendo-se concluir que os átomo só formaram quando a temperatura era da ordem de 3 000 K, tornando o Universo transparente. As flutuações na radiação cósmica permitem explicar a formação das galáxias.

Curva da densidade de potência em função do comprimento de onda para corpos a várias temperaturas. The cosmic microwave background spectrum measured by the FIRAS instrument on the COBE satellite is the most precisely measured black body spectrum in nature. The data points and error bars on this graph are obscured by the theoretical curve.

The "famous" map of the CMB anisotropy formed from data taken by the COBE spacecraft.

The "famous" map of the CMB anisotropy formed from data taken by the COBE spacecraft. The power spectrum of the cosmic microwave background radiation anisotropy in terms of the angular scale (or multipole moment). The data shown come from the WMAP (2006), Acbar (2004) Boomerang (2005), CBI (2004) and VSA (2004) instruments. E polarization measurements as of March 2006 in terms of angular scale (or multipole moment). The polarization is much more poorly measured than the temperature anisotropy.

Ver também: Apanhado sobre a Introdução à Relatividade e Acetatos sobre a Relatividade.

Nobel Prize Announcement: The Nobel Prize in Physics goes to John C. Mather and George F. Smoot "for their discovery of the blackbody form and anisotropy of the cosmic microwave background radiation".

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URL: http://w3.ualg.pt/~jlongras/ensino.htm, José Figueiredo, 2006