Gears & Stars Uma breve história da astronomia

Astronomia · Comece aqui

Olhando para cima

Uma breve história da astronomia: como passamos de contar luas a pesar galáxias, e o que ainda não sabemos.

Role para começar

Mais cedo ou mais tarde, toda criança faz isso. Numa noite limpa, longe da luz dos postes, você inclina a cabeça para trás e o céu olha de volta: milhares de estrelas, uma faixa pálida de luz leitosa e, de vez em quando, um risco de fogo que some antes que você consiga apontar.

As pessoas olham para cima exatamente assim há dezenas de milhares de anos. O céu quase não mudou nesse tempo. O que mudou foram as perguntas que aprendemos a fazer sobre ele e as ferramentas que construímos para respondê-las. Esta página é a versão curta dessa história. As outras páginas de astronomia do Gears & Stars pegam cada uma uma ideia dela e deixam você brincar com ela.

Antes da escrita · c. 40.000–1000 a.C.

O céu como calendário

Os primeiros astrônomos foram caçadores, pastores e agricultores que precisavam saber quando: quando os rebanhos iriam se mover, quando o rio iria encher, quando plantar. O céu era o único relógio que nunca quebrava. Alguns ossos com entalhes da Era do Gelo podem ser contagens das fases da Lua.

Mais tarde, as pessoas construíram o calendário na própria paisagem. Stonehenge, na Inglaterra, está alinhado com o nascer do Sol no meio do verão e com o pôr do Sol no meio do inverno. O disco celeste de Nebra, enterrado na Alemanha por volta de 1600 a.C., mostra o Sol, uma Lua crescente e o aglomerado das Plêiades em bronze e ouro. É uma das imagens do céu mais antigas que se conhecem.

Plêiades: sete estrelas Lua crescente Arco do horizonte 82°: o vaivém anual do pôr do sol Sol ou Lua cheia Barco celeste
O disco celeste de Nebra, com cerca de 32 cm de diâmetro, em bronze com incrustações de ouro. Um dos dois arcos do horizonte se perdeu. Desenho simplificado.

Mesopotâmia · c. 1700–300 a.C.

Registrar por escrito

Na Babilônia, escribas observaram o céu todas as noites durante séculos e gravaram o que viam em tábuas de argila. Uma tábua lista as datas em que Vênus apareceu e desapareceu ao longo de 21 anos. Com registros tão longos, padrões começam a aparecer.

Um ciclo de Vênus: 584 dias Estrela da tarde cerca de 263 dias Estrela da manhã cerca de 263 dias oculta 8 dias oculta 50 dias 5 ciclos = 8 anos, quase no dia exato
Vênus é a estrela da tarde por cerca de 263 dias, desaparece e depois volta como estrela da manhã. Os babilônios registraram essas datas na argila. O desenho da tábua é decorativo.

Os babilônios descobriram que os eclipses se repetem num ciclo de cerca de 18 anos, hoje chamado Saros, e conseguiam prevê-los sem saber o que o Sol e a Lua realmente eram. A contagem deles de sessenta em sessenta continua conosco: é por isso que um círculo tem 360 graus e uma hora tem 60 minutos.

Grécia Antiga · c. 600 a.C. – 150 d.C.

A geometria encontra o céu

Os gregos fizeram perguntas novas: não só quando, mas por quê e de que tamanho. Por volta de 240 a.C., Eratóstenes soube que ao meio-dia do solstício de verão o Sol brilhava direto no fundo de um poço em Siene, no sul do Egito. Em Alexandria, mais ao norte, uma vara vertical projetava no mesmo momento uma sombra curta, com um ângulo de cerca de 7 graus.

Luz do Sol (raios paralelos) 7° Centro da Terra Alexandria sombra de 7° Siene sem sombra
A luz do Sol chega em linhas paralelas. A sombra de 7° em Alexandria é também o ângulo entre as duas cidades, visto do centro da Terra.

Sete graus são cerca de um cinquenta avos de um círculo completo, então a circunferência da Terra tinha de ser cerca de cinquenta vezes a distância entre as duas cidades. A resposta dele ficou perto do valor real de 40.000 km. Bastaram uma vara, uma sombra e um pouco de geometria.

Aristarco sugeriu que a Terra gira em torno do Sol, mas poucos se convenceram. Hiparco catalogou cerca de 850 estrelas e descobriu que o céu inteiro oscila lentamente, um movimento que leva cerca de 26.000 anos. O Almagesto de Ptolomeu, escrito por volta de 150 d.C., colocou a Terra no centro e moveu os planetas em círculos que giravam sobre outros círculos. Estava errado, mas previa os planetas tão bem que foi usado por 1.400 anos.

Terra Planeta Epiciclo: um círculo pequeno… …girando sobre um grande Juntos traçam laços, como o recuo que os planetas realmente mostram
Os círculos sobre círculos de Ptolomeu. Os planetas reais às vezes parecem andar para trás por algumas semanas; o círculo pequeno explicava isso, com a Terra ainda no meio.

Engrenagens e estrelas

Em 1901, mergulhadores que buscavam esponjas encontraram um bloco de bronze corroído num naufrágio da época romana perto da ilha grega de Anticítera. Mais tarde, raios X revelaram pelo menos 30 rodas dentadas lá dentro. O mecanismo de Anticítera, construído no século II ou I a.C., é um computador do céu movido a manivela: mostrava as posições do Sol e da Lua, a fase da Lua e quando haveria eclipses. Nada tão complexo sobreviveu dos mil anos seguintes.

Roda principal, girada por uma manivela Pelo menos 30 engrenagens Uma roda tem 223 dentes: os 223 meses lunares do ciclo de eclipses Saros As engrenagens levam uma manivela às velocidades do Sol e da Lua
A roda principal e um trem de engrenagens do mecanismo de Anticítera. O número de dentes no desenho está simplificado.

De Bagdá a Pequim · c. 800–1500

Mantendo a lâmpada acesa

Enquanto boa parte desse conhecimento se perdia na Europa, astrônomos do mundo islâmico traduziram os livros gregos, compararam-nos com o céu e os corrigiram. Muitos nomes de estrelas que ainda usamos, como Aldebarã, Betelgeuse e Vega, vêm do árabe. Em 964, o astrônomo persa al-Sufi descreveu uma "pequena nuvem" perto das estrelas de Andrômeda. É o primeiro registro escrito de outra galáxia.

Em Samarcanda, o governante e astrônomo Ulugh Beg construiu por volta de 1420 um observatório com um instrumento escavado na encosta, com cerca de 40 metros de raio, para medir as estrelas com mais precisão do que nunca. Bem mais a leste, astrônomos chineses também mantinham registros cuidadosos. Em 1054 eles anotaram uma "estrela convidada" tão brilhante que podia ser vista de dia por mais de três semanas. Hoje apontamos telescópios para o mesmo ponto e vemos a Nebulosa do Caranguejo, os restos daquela estrela que explodiu.

Europa · 1543–1687

A Terra começa a se mover

Em 1543, Nicolau Copérnico publicou um livro que colocava o Sol no centro. Tycho Brahe, sem telescópio, mediu depois os planetas com mais precisão do que qualquer pessoa antes dele. Seu assistente, Johannes Kepler, lutou durante anos com os números de Tycho para Marte até desistir dos círculos perfeitos: os planetas se movem em elipses, mais rápido quando estão perto do Sol e mais devagar quando estão longe.

Sol Perto do Sol: rápido, curta e larga Longe do Sol: lento, longa e fina Cada fatia sombreada leva o mesmo tempo
As duas primeiras leis de Kepler: a órbita é uma elipse com o Sol num dos focos, e uma linha a partir do Sol varre áreas iguais em tempos iguais. A elipse aqui está bem esticada; as órbitas reais são quase redondas.

Em 1609, Galileu Galilei apontou um telescópio para o céu. Viu montanhas na Lua, quatro luas girando em torno de Júpiter e Vênus mostrando fases como a Lua, o que só é possível se Vênus girar em torno do Sol. Depois, em 1687, Isaac Newton mostrou que uma única força, a gravidade, explica tanto uma maçã caindo quanto a órbita da Lua. Pela primeira vez, os céus seguiam as mesmas regras que a Terra.

Leste Oeste 7 jan 8 jan 10 jan 13 jan
Júpiter e suas "estrelas" em quatro noites de janeiro de 1610, no estilo do caderno de Galileu. Elas trocavam de lugar toda noite: eram luas girando em torno de Júpiter. Posições simplificadas.

1700–1900

Medindo as distâncias

As leis de Newton davam a forma do sistema solar, mas não o seu tamanho. Edmond Halley encontrou um jeito: observar Vênus cruzar o disco do Sol a partir de lugares distantes na Terra, cronometrar a passagem, e a diferença revela a distância até o Sol. Expedições deram a volta ao mundo para os trânsitos de 1761 e 1769. A primeira viagem de James Cook foi ao Taiti exatamente por esse motivo.

Experimente você mesmo

Escolha duas estações de observação, cronometre o trânsito e calcule a distância até o Sol como os astrônomos do século XVIII fizeram. O trânsito de Vênus

Halley também previu que um cometa voltaria em 1758. Ele voltou, depois da morte de Halley, e hoje leva o seu nome. William Herschel descobriu Urano em 1781, o primeiro planeta descoberto desde a Antiguidade. Em 1846, Netuno foi encontrado quase exatamente onde a matemática dizia que ele deveria estar, calculado a partir da sua atração sobre Urano.

Em 1838, Friedrich Bessel finalmente mediu a distância até uma estrela: 61 Cygni está a cerca de 11 anos-luz, mais de 700.000 vezes mais longe que o Sol. Na mesma época, espectroscópios decompuseram a luz das estrelas em arco-íris e mostraram linhas escuras que revelavam do que as estrelas são feitas: dos mesmos elementos que a Terra.

A Terra em janeiro A Terra em julho Sol Estrela próxima Onde ela parece estar em relação às estrelas distantes Para 61 Cygni o desvio é de só 0,3 segundo de arco: uma moeda vista a 15 km
Paralaxe: vista de lados opostos da órbita da Terra, uma estrela próxima parece se mover em relação às estrelas distantes. O ângulo no desenho está enormemente exagerado.

1900–1970

O universo fica maior

Em 1912, Henrietta Swan Leavitt descobriu que algumas estrelas pulsantes, as cefeidas, revelam seu brilho real pela rapidez com que pulsam. Isso as transformou em réguas de medir. Em 1923, Edwin Hubble encontrou uma na "nebulosa" de Andrômeda e mostrou que ela fica muito além da Via Láctea. Andrômeda era uma galáxia própria, e havia incontáveis outras.

Em 1929, Hubble e outros mostraram que as galáxias estão se afastando de nós, e quanto mais longe estão, mais rápido se afastam: o universo está se expandindo. Rode o filme de trás para frente e tudo começa num início quente e denso, o Big Bang. Em 1965, Arno Penzias e Robert Wilson encontraram por acaso o brilho residual desse início, um chiado fraco na antena de rádio deles que vinha de todas as direções.

Antes Depois nós Tudo se afasta; quanto mais longe, mais rápido
Como passas numa massa de pão crescendo: o próprio espaço se estica, então cada galáxia vê as outras se afastando. Não existe centro.

De arma a observatório

Depois da guerra, foguetes V-2 capturados foram lançados na vertical a partir de White Sands, no Novo México, levando instrumentos em vez de explosivos. Em 1946 eles registraram a luz ultravioleta do Sol, que nunca chega ao solo, e tiraram as primeiras fotografias da Terra vista do espaço, a cerca de 105 km de altura. A mesma tecnologia levou aos foguetes que puseram o Sputnik em órbita em 1957 e pessoas na Lua em 1969. Como o V-2 funcionava

Hoje

O que sabemos agora

Hoje os astrônomos trabalham com telescópios em órbita, no alto de montanhas e até enterrados no gelo da Antártida. Temos fotos de perto de todos os planetas, e a Voyager 1, lançada em 1977, já saiu completamente da bolha de vento solar do Sol. Desde 1995 encontramos mais de 6.000 planetas em torno de outras estrelas. Em 2015 detectamos, pela primeira vez, ondulações no próprio espaço causadas pela colisão de dois buracos negros, e em 2019 vimos a sombra de um deles. O telescópio espacial James Webb vê hoje galáxias cuja luz partiu delas há mais de 13 bilhões de anos.

13,8 bilhõesde anos desde o Big Bang
100–400 bilhõesde estrelas na nossa Via Láctea
6.000+planetas encontrados em torno de outras estrelas
8 min 20 spara a luz do Sol chegar à Terra
2,5 milhõesde anos para a luz de Andrômeda chegar até nós
5%do universo é a matéria comum que conseguimos ver

Esse último número é o que nos põe no nosso lugar. O resto é matéria escura e energia escura, e ninguém sabe o que elas são. Algumas das grandes perguntas em aberto:

  • O que são a matéria escura e a energia escura?
  • Existe vida em algum outro lugar, nem que seja um micróbio?
  • O que aconteceu no primeiro instante, e houve um "antes"?
  • Como as primeiras estrelas e galáxias se formaram tão rápido depois do Big Bang?

Cada geração desta história achou que estava perto do quadro completo. O céu continua provando o contrário, e esse é o melhor motivo para continuar olhando para cima.

Comece com uma das grandes expedições do século XVIII: medir o sistema solar com um ponto preto sobre o Sol.

O trânsito de Vênus