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Observatório do CDCC - USP/SC Setor de Astronomia (OBSERVATÓRIO) (Centro de Divulgação da Astronomia - CDA) Centro de Divulgação Científica e Cultural.

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2 Observatório do CDCC - USP/SC Setor de Astronomia (OBSERVATÓRIO) (Centro de Divulgação da Astronomia - CDA) Centro de Divulgação Científica e Cultural - CDCC Universidade de São Paulo - USP Endereço: Av. Trabalhador São-Carlense, n.400 São Carlos-SP Tel: 0-xx (Observatório) Tel: 0-xx (CDCC) Localização: Latitude: 22° 00' 39,5"S Longitude: 47° 53' 47,5"W Imagem: O Inicio do Observatório

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4 Sessão Astronomia As Sessões Astronomia são palestras proferidas pela equipe do Setor de Astronomia todos os sábados às 21h00. Iniciadas em 1992, foram criadas com o objetivo de falar sobre Astronomia ao nosso público em uma linguagem simples e acessível a todas as faixas etárias. Estas palestras se tornaram uma opção de diversão e informação para a comunidade local e também para visitantes de nossa cidade. Os temas abordados são os mais variados possíveis. O material multimídia contido aqui consiste numa opção audiovisual complementar que o professor do Sistema de Ensino pode utilizar como auxílio às suas aulas. O conteúdo das Sessões Astronomia pode ser acessado no seguinte endereço: Crédito do logo: Sessão Astronomia, CDCC-USP/SC, criado por Andre Fonseca da Silva Observação: Padrão e resolução da apresentação: 800 x 600 pixel com imagens a 96 dpi ou 38 pixel por centímetro com dimensão de 8,35 polegadas x 6,26 polegadas ou 21,2 cm x 15,9 cm respectivamente. Editado normamente em Office 97, podendo haver incompatibilidade de execução no Office XP e vice-versa.

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6 Para podermos estudar o universo e entender sua origem e evolução, precisamos ter em mãos um modelo cosmológico conciso e coerente com as observações astronômicas. Esta palestra é dividida em duas: Cosmologia Antiga, que trata desde os primeiros pensadores e seus modelos de universo até o modelo cosmológico aceito atualmente; e Cosmologia Moderna, que mostra o modelo cosmológico atual proposto por Albert Einstein em 1917 e suas implicações na estrutura do universo e sua evolução, assim como as mais recentes descobertas e avanços tecnológicos. Será abordada, em ambas as apresentações, o desenvolvimento do pensamento científico de cada época, e o modo como ele é modificado a cada nova descoberta científica.

7 Cosmoslogia Mundo Estudo Cosmologia O que é ?

8 É o estudo do mundo. Mas levando em conta um conceito diferente para mundo. Aqui, ele significa O Todo, o mundo de uma forma geral, e não somente o Planeta Terra. Hoje é aplicado ao estudo do Universo, pois Universo hoje toma o significado de Tudo; Cosmologia significa o estudo do Universo em grande escala. É o ramo da astronomia que estuda a origem, estrutura e evolução do Universo a partir da aplicação de métodos científicos. A palavra Cosmologia é a união das palavras gregas: Cosmos = Mundo; Logia = Estudo;

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10 Na antiguidade a observação dos astros e a interpretação religiosa mantiveram uma ligação praticamente una. Os povos primitivos já utilizavam símbolos representando os corpos celestes nas manifestações de arte rupestre. No antigo Egito e outras civilizações acreditava-se que a Terra fosse plana, e os astros lâmpadas fixas numa abóbada móvel; Em muitas civilizações existiam crenças onde se acreditava que o Sol nascia a cada amanhecer para morrer ao anoitecer, e que acabaram por se tornar a base de muitas religiões antigas.

11 Aristóteles (384 a.C – 322 a.C) Aristóteles Platão Aristóteles 350 a.C Hoje

12 Os gregos, sobretudo os seguidores de Pitágoras, acreditavam que os corpos celestes tinham seus movimentos regidos rigorosamente pelas leis naturais, na esfericidade da Terra e na harmonia dos mundos; Já os seguidores de Aristóteles consideravam a teoria geocêntrica, onde a Terra era redonda e o centro do universo; Começarei a história da Cosmologia a partir de Aristóteles, que é considerado um dos maiores pensadores de todos os tempos e criador do pensamento lógico. Ele é o primeiro a tentar explicar os fenômenos naturais baseado em princípios fundamentais. Para ele, a Terra era esférica (navios que vão desaparecendo aos poucos no horizonte, diferentes constelações que vão aparecendo no céu conforme andamos sobre a Terra e a sombra da Terra projetada na Lua) e se encontrava no centro do universo. Todos os corpos celestes giravam ao redor dela.

13 A Terra é Redonda! Aristóteles 350 a.C Hoje

14 Aristóteles 350 a.C Hoje

15 Mas havia conseqüências ainda mais absurdas: em qualquer lugar da Terra, devem poder existir pessoas, e portanto poderiam existir pessoas que estão de cabeça para baixo, em relação a nós, e que não caem da Terra. Com a nova visão do mundo terrestre redondo, tudo ficava diferente: era possível navegar sempre, pelo oceano, sem nunca chegar ao fim do mundo. Se uma pessoa pudesse caminhar sempre na mesma direção (para Leste, por exemplo), acabaria voltando ao ponto de partida. Tudo isso era muito diferente e estranho. Além disso, a própria Terra não está apoiada nem presa a nada, e apesar disso não cai. Idéias como essas devem ter sido consideradas como muito difíceis ou mesmo como impossíveis.

16 A sombra da Terra na Lua: Eclipses! Aristóteles 350 a.C Hoje

17 Aristóteles 350 a.C Hoje Eratóstenes 250 a.C Eratóstenes (276 a.C – 194 a.C) Raio da Terra Sol h d S R R a a

18 Eratóstenes suspeitou que a terra era esférica e, com auxílio da trigonometria, mediu com engenhosidade e relativa precisão o perímetro de sua circunferência máxima. Eratóstenes obteve um valor real para o raio da Terra e ajudou na comprovação das idéias de Aristóteles. Num dos rolos de papiro da Biblioteca de Alexandria, encontrou a informação de que na cidade de Syene (hoje Assuã), ao meio-dia do solstício de verão (o dia mais longo do ano, 21 de junho, no Hemisfério Norte), o Sol se situava a prumo, pois iluminava as águas profundas de um poço, e ocasionando uma sombra. Entretanto, o geômetra observou que, no mesmo horário e dia, as colunas verticais da cidade de Alexandria projetavam uma sombra diferente. Conforme concluiu, este fato só poderia ser possível se a Terra fosse esférica.

19 Modelo Cosmológico Aristóteles 350 a.C Hoje Eratóstenes 250 a.C

20 O modelo cosmológico aceito na época está ilustrado na figura. Ele explicava a gravidade como sendo a tendência natural das coisas de se localizarem no centro do universo (centro da Terra) na seguinte ordem: éter (não constituído de matéria normal) acima de tudo, depois o ar, o fogo, a água e por último a terra;

21 Aristóteles 350 a.C Hoje Eratóstenes 250 a.C 120 d.C. Ptolomeu (83 d.C – 161 d.C) Problema: Movimento retrógrado dos Planetas;

22 Aristóteles 350 a.C Hoje Eratóstenes 250 a.C 120 d.C. Ptolomeu Epiciclos

23 Aristóteles 350 a.C Hoje Eratóstenes 250 a.C 120 d.C. Ptolomeu Modelo Cosmológico: Modelo Geocêntrico

24 Claudio Ptolomeu (Claudius Ptolomeus, segundo século a.C., astrônomo e geógrafo egípcio) modificou o modelo de Aristóteles, introduzindo os epiciclos, isto é, um modelo no qual os planetas descrevem movimentos de pequenos círculos que se movem sobre círculos maiores, esses centrados na Terra. Foi uma forma de adequar seu modelo teórico com o que era observado: o movimento retrógrado de alguns astros (Marte, por exemplo);

25 Aristóteles 350 a.C Hoje Eratóstenes 250 a.C 120 d.C. Ptolomeu 1543 Copérnico Nicolau Copérnico (1473 – 1543) 1543 – Da revolução de esferas celestes - Lança as seguintes teorias: - O Sol é próximo ao centro do Universo; - O movimento retrógrado dos planetas é explicado pelo movimento da Terra; - A distância da Terra ao Sol é pequena se comparada à distância às estrelas; - Perto do Sol, em ordem, estão Mercúrio, Vênus, Terra, Lua, Marte, Júpiter, Saturno, e as estrelas fixas;

26 Copérnico (Nicolaus Copernicus, , astrônomo polonês) descreveu o seu modelo heliocêntrico, em 1510, na obra Commentariolus, que circulou anonimamente; Copérnico parece ter previsto o impacto que sua teoria provocaria, tanto assim que só permitiu que a obra fosse publicada após a sua morte. A teoria foi publicada abertamente em 1543 no livro De Revolutionibus Orbium Coelesti e dedicada ao papa Paulo III. O modelo heliocêntrico provocou uma revolução não somente na astronomia, mas também um impacto cultural com reflexos filosóficos e religiosos. O modelo aristotélico havia sido incorporado de tal forma no pensamento, que tirar o homem do centro do universo acabou se revelando uma experiência traumática. Por fim, o modelo heliocêntrico de Copérnico afirmou-se como o correto. Mas por que o modelo de Aristarco de Samos não sobreviveu, cerca de anos antes, se afinal também estava certo? Basicamente porque, para fins práticos, não fazia muita diferença quando comparado com o modelo geocêntrico. As medidas não eram muito precisas e tanto uma teoria quanto a outra davam respostas satisfatórias. Nesse caso, o modelo geocêntrico parecia mais de acordo com a prática do dia-a-dia; além disso, era um modelo homocêntrico, o que estava em acordo com o demandado por escolas filosóficas e teológicas.

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28 Modelo Cosmológico: Modelo Heliocêntrico Aristóteles 350 a.C Hoje Eratóstenes 250 a.C 120 d.C. Ptolomeu 1543 Copérnico

29 Aristóteles 350 a.C Hoje Eratóstenes 250 a.C 120 d.C. Ptolomeu 1543 Copérnico Avanços Tecnológicos Tycho Brahe (1546 – 1601)

30 Após a publicação da teoria de Copérnico, no entanto, alguns avanços técnicos e científicos fizeram que ela se tornasse claramente superior ao sistema de Ptolomeu. Tycho Brahe ( , astrônomo dinamarquês) teve um papel importante ao avançar as técnicas de fazer medidas precisas com instrumentos a olho nu, pois lunetas e telescópios ainda não haviam sido inventados. Essas medidas eram cerca de dez vezes mais precisas do que as medidas anteriores. Sempre obcecado pela precisão em suas observações, nessa altura da vida Tycho já estava construindo muitos de seus próprios instrumentos, entre eles um sextante com braços de quase dois metros cada, muito mais preciso do que qualquer outro já construído. A própria Dinamarca pagaria pela construção de um observatório para Tycho, e as cerca de 40 famílias, habitantes da ilha, se tornariam seus súditos. Ali Tycho construiu o seu Castelo dos Céu, com um aparato de observação simplesmente incomparável e seu tempo.

31 Johannes Kepler (1571 – 1630) Avanços Tecnológicos As três Leis de Kepler (1609) Problema: Mas porquê um planeta se move?

32 Em 1597 Tycho se mudou para Praga, onde contratou, em 1600, Johannes Kepler ( , matemático e astrônomo alemão) como seu assistente. Mais tarde, Kepler usou as medidas de Tycho para estabelecer suas leis de movimento dos planetas. Essas leis mostravam que as órbitas que os planetas descrevem são elipses, tendo o Sol em um dos focos. Com isso, cálculos teóricos e medidas passaram a ter uma concordância muito maior do que no sistema antigo. Se não por outro motivo, essa precisão e a economia que ela propiciava seriam tão importantes para as grandes navegações que ela se imporia por razões práticas.

33 350 a.C Eratóstenes 250 a.C 120 d.C Copérnico Hoje 1608 Aristóteles Ptolomeu Galileu Galileu Galilei (1564 – 1642)

34 Galileu Galilei propõe que se dessemos velocidade suficiente para uma bala de canhão ela entraria em órbita da Terra. E para tanto ele realiza experimentos do alto da torre de Pisa (segundo a lenda). Ele descobre uma relação entre o tempo de queda dos objetos e o espaço que eles percorrem durante uma queda livre. Mas o que Galileu não imaginava era que a Lua se comportava como uma bola de canhão em órbita da Terra. Quem fez essa ligação de idéias foi Isaac Newton. Físico e matemático inglês, Newton desenvolveu uma teoria matemática nova para poder desenvolver suas idéis de gravitação universal. Sendo assim, ele conseguiu explicar os fenômenos de queda livre dos corpos na superfície da Terra e os ovimentos dos corpos celestes baseado em apenas uma lei: Lei da Gravitação Universal.

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36 350 a.C Eratóstenes 250 a.C 120 d.C Copérnico Hoje 1608 Aristóteles Ptolomeu Galileu Isaac Newton (1642 – 1727) 1685 Newton 1685 – Lei da Gravitação Universal

37 350 a.C Eratóstenes 250 a.C 120 d.C Copérnico Hoje 1608 Aristóteles Ptolomeu Galileu 1685 Newton 1608 – Invensão do Telescópio Fim das observações a olho nu!

38 Ainda no ano de 1608, a principal inveñção astronômica estava contruída: o telescópio. A partir de então, a astronomia e cosmologia nunca mais foram as mesmas. A partir de 1608, quando Galileu foi apresntado à nova invenção, o céu se tornou mais atingível. Galileu descobre 4 luas no planeta Júpiter, descobre as manchas solares, observa anéis em Saturno, observa fases em Vênus, e quando olha para a Via Láctea descobre uma miríade de estrelas.

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42 M4

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44 M6 - Borboleta

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46 M7 - Ptolomeu

47 Essas fotos retratam bem o céu do leste nos meses de Abril até Novembro de Primeiro vemos um ponto bastante brilhante no céu: o planeta Júpiter e uas 4 rincipais Luas; depois um aglomerado globular: M4; vemos também dois aglomerados aberto: M6 (borboleta) e M7 (Ptolomeu); Não deixamos de notar também uma região bastante manchada: a Via-Láctea, fomada por milhões de estrelas;

48 - Mapeou a Via Láctea; 350 a.C Eratóstenes 250 a.C 120 d.C Copérnico Hoje 1608 Aristóteles Ptolomeu Galileu 1685 Newton 1800 William Herschel (1738 – 1822) Herschel - Descobriu Urano e duas luas; - Observou diversos cometas; - Duas Luas em Saturno; - Observou vários sistemas binários; - Criou um catálogo extenso de Nebulosas; - Descobriu o movimento do Sistema Solar; Construiu grandes telescópios

49 A Via Láctea é um Disco!

50 Os avanços observacionais mais importantes que levaram à compreensão detalhada da distribuição das estrelas no céu foram feitos por Wilheilm Herschel ( , astrônomo e músico inglês, nascido na Alemanha), primeiro construtor de grandes telescópios com os quais podia detalhar os objetos fracos com maior precisão. Estrelas se distribuem no espaço tanto de forma dispersa quanto, também, em grupos, chamados de aglomerados de estrelas. No estudo de tais aglomerados, percebeu-se que eles não se distribuem ao acaso no espaço, mas definem uma configuração à qual chamamos de galáxia, visível a olho nu, como a Via-Láctea.

51 Nebulosa de Andrômeda

52 Núvens de Magalhães

53 Todos os objetos que se encontram no céu visto a olho nu estão contidos na via-lactea. Os únicos objetos que não pertencem à via-láctea e são visíveis à olho nu são a galáxia de Andrômeda e as núvens de Magalhães; Até o Ano de 1908 estavam catalogadas nebulosas. Não consegua-se diferenciar nebulosas espirais (futuras galáxias) das nebulosas gasosas.

54 Constelação de Orion

55 Nebulosa de Orion – M42

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57 Nebulosa da Lagoa Nebulosa da Trífida

58 Nebulosa de Andrômeda

59 M31 – Galáxia de Andrômeda

60 M104 – Galáxia do Sombreiro

61 A partir da relação conhecida entre período e luminosidade das Cefeidas da nossa Galáxia e do modulo de distancia e do brilho aparente das Cefeídas de Andrômeda, Hubble pode calcular a distância entre esta e a Via Láctea, obtendo um valor de 2,2 milhões de anos-luz. Isso situava Andrômeda bem além dos limites da nossa Galáxia, que tem 100 mil anos-luz de diâmetro. Ficou assim provado que Andrômeda era um sistema estelar independente.

62 350 a.C Eratóstenes 250 a.C 120 d.C Copérnico Hoje 1608 Aristóteles Ptolomeu Galileu 1685 Newton 1800 Herschel Até 1908 – nebulosas haviam sido catalogadas e descritas; Algumas haviam sido corretamente catalogadas como Aglomerados Estelares; Outras como Nebulosas Gasosas; A maioria, porém, permanecia com natureza inexplicada; Problema: A que distância essese objetos estão de nós?

63 350 a.C Eratóstenes 250 a.C 120 d.C Copérnico Hoje 1608 Aristóteles Ptolomeu Galileu 1685 Newton 1800 Herschel 1923 Edwin Hubble (1889 – 1953) Hubble 1923 – Mede a distância que a nebulosa de Andrômeda está de nós observando o brilho de Cefeidas; Brilho intrínseco da estrela – Magnitude visual Absoluta; Magnitude visual Aparente; Distância que a estrela se encontra do observador;

64 Distância de Andrômeda: 2,2 Milhões de Anos-Luz Conclusão: Nebulosa de Andrômeda é um sistema estelar independente da Via Láctea!

65 Hubble descobriu diversas galáxias e mostrou que várias delas são semelhantes à Via Láctea. A mancha luminosa no céu era na verdade um sistema estrelar tão grandioso quanto aquele em que o sol e a nossa Terra estão situados. Elas passaram a ser chamadas de Galáxias, por analogia com a denominação de nossa Via Láctea. A partir daí, as Galáxias haviam sido descobertas. Em 1923 Edwin Powell Hubble ( ) proporcionou a evidência definitiva para considerar as "nebulosas espirais" como galáxias independentes, ao identificar uma variável Cefeída na "nebulosa" de Andrômeda (M31). A partir da relação conhecida entre período e luminosidade das Cefeidas da nossa Galáxia e do modulo de distancia e do brilho aparente das Cefeídas de Andrômeda, Hubble pode calcular a distância entre esta e a Via Láctea, obtendo um valor de 2,2 milhões de anos-luz. Isso situava Andrômeda bem além dos limites da nossa Galáxia, que tem 100 mil anos-luz de diâmetro. Ficou assim provado que Andrômeda era um sistema estelar independente.

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67 Aglomerado de Virgem

68 Aglomerado de Perseu

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72 Com o avanço da tecnologia aero-espacial e na construção de telescópios, nossa visão do Univero foi drasticamente alterada. Descobrimos que o Sol é apenas uma das bilhões de estrelas contidas na nossa galáxia, a Via-Láctea. Essa galáxia que fazemos parte é um amontoado de estrelas, nebulosas, aglomerados estelares, buracos negros, supernovas, cometas, asteróides e planetas. Esta nossa galáxia é apenas uma galáxia num conjunto de galáxias conhecido como super aglomerado de Virgem. E este super aglomerado faz parte de uma super estrutura no universo composto por centenas de milhares de galáxias. E quanto mais distante olhamos no Universo, mais e mais aglomerados observamos. A astronomia moderna vai tratar cada galáxia como sendo um grão de areia e vai estudar o comportamento desses super agomerados de galáxias dentro do universo. A cosmologia moderna quer entender a evolução do cósmos, partindo de sua origem e bolando teorias sobre seu futuro. As recentes descobertas do cosmos e o modelocosmológico padrao adotado hoje em dia será discutido na próxima apresentação.

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74 Com o avanço da tecnologia aero-espacial e na construção de telescópios, nossa visão do Univero foi drasticamente alterada. Descobrimos que o Sol é apenas uma das bilhões de estrelas contidas na nossa galáxia, a Via-Láctea. Essa galáxia que fazemos parte é um amontoado de estrelas, nebulosas, aglomerados estelares, buracos negros, supernovas, cometas, asteróides e planetas. Esta nossa galáxia é apenas uma galáxia num conjunto de galáxias conhecido como super aglomerado de Virgem. E este super aglomerado faz parte de uma super estrutura no universo composto por centenas de milhares de galáxias. E quanto mais distante olhamos no Universo, mais e mais aglomerados observamos. A astronomia moderna vai tratar cada galáxia como sendo um grão de areia e vai estudar o comportamento desses super agomerados de galáxias dentro do universo. A cosmologia moderna quer entender a evolução do cósmos, partindo de sua origem e bolando teorias sobre seu futuro. As recentes descobertas do cosmos e o modelocosmológico padrao adotado hoje em dia será discutido na próxima apresentação.

75 Bibliografia &script=sci_arttext

76 Slides Complementares

77 Johannes Kepler (1571 – 1630) Avanços Tecnológicos As três Leis de Kepler (1609) 1) Os Planetas orbitam o Sol em órbitas elípticas com o sol em um dos focos; 2) O raio vetor que liga um planeta ao Sol descreve áreas iguais em tempos iguais; 3) Os quadrados dos períodos de revolucão (T) são proporcionais aos cubos das distâncias médias (a) do Sol aos planetas;

78 Coloração da Lua durante um Eclipse


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