Cosmologia: Da Antiguidade até o Presente – Como foi mudando a “nossa visão” sobre o Universo? Oswaldo D. Miranda Divisão de Astrofísica - INPE.

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1 Cosmologia: Da Antiguidade até o Presente – Como foi mudando a “nossa visão” sobre o Universo? Oswaldo D. Miranda Divisão de Astrofísica - INPE

2 Elementos de uma História da Cosmologia  Nenhum ramo da ciência possui área de interesse tão grande quanto a Cosmologia  Cosmologia  Estudo do Universo (por definição contém todas as coisas)  Tão antiga quanto a própria humanidade  A milhares de anos (e mesmo hoje em algumas regiões do planeta) o Universo explicado pela ação de espíritos impulsionados por emoções similares às dos seres humanos  Universo “antropomórfico”

3 Cosmologia Pré-Científica – Mitologia  Fundação das primeiras cidades estado (~ 10.000 a.C.): Espíritos afastam-se e passam a ser remotos deuses e deusas que personificam abstrações do pensamento e da linguagem  Magia  Substituída pela religião  Sucessão de fenômenos naturais regulados pelos desejos, paixões, caprichos de deuses parecidos com o homem, mas muito superiores a ele em poder  Mitologia  Cosmologia Pré-Científica  Entrelaçamento de mitos em visões de mundos que ilustram as primeiras tentativas de explicar o Universo pelo pensamento sistemático

4 Os Mitos da Criação  Índia  “No inicio todos os átomos dissolvem-se nas águas puras, primitivas, da eternidade, de onde tudo originalmente surgiu por ação de Brahma”  Universo primitivo era antropocêntrico  No centro estavam os seres humanos  Geometricamente  Geocêntrico (Terra no centro)

5 Os Mitos da Criação  Egito  “No inicio existia apenas Nun, um espírito ainda sem forma que trazia consigo a soma de toda a existência  Rá (deus sol) criou todos os deuses e deusas e todos os lugares”

6 Os Mitos da Criação  Babilônia  constelações do zoodíaco, catálogos de estrelas e planetas, aritmética, geometria, previam eclípses  Marduk  cria o Universo após matar a deusa do mar Tiamat e cortá-la em dois pedaços como um “peixe seco”  Tiamat  1 a Parte - céu com o sol e os planetas, além das estrelas 2 a Parte - Terra  Antes de Marduk  Universo era um “caos aquoso” dominado por Tiamat (mar) e Apsu (água doce subterrânea)  Inércia e Repouso

7 Os Mitos da Criação  Grécia  No começo existiam Nyx (noite) e Érebo  coexistiam no seio caos  desorganização  Obscuridade da noite (no alto) e dos infernos (embaixo)  Érebo liberta Nyx  se encurva formando uma “esfera” cujas metades se separam  Abóboda Celeste e Terra  Céu e Terra (Urano / Gaia) possuem realidade material ligados por Éros (amor)  natureza espiritual  coesão do Universo e inicio das gerações divinas

8 Inicio da Cosmologia Científica – Grécia  Pitágoras (VI a.C.): Chama os céus de cosmos e a Terra de esfera. Os corpos celestes eram divinos e esferas perfeitas que se moviam em círculos perfeitos ao redor de um fogo central cósmico. Os corpos celestes emitiriam notas harmônicas que estariam além do alcance dos ouvidos humanos

9 O Universo segundo os Gregos  Aristóteles (IV a.C.): Qualidades físicas e espirituais às esferas  Quatro elementos: Terra, Ar, Água, Fogo na esfera sublunar e um quinto elemento nas esferas superiores (Quintaessência). O Universo é finito  “Se o céu fosse infinito não completaria uma volta em torno da Terra num tempo finito  absurdo”  Através de eclipse lunar Aristóteles verifica que a Terra é esférica  Platão (IV a.C.): Terra esférica e fixa envolvida por outra esfera de estrelas  planetas movem-se entre as duas esferas

10 O Universo segundo os Gregos  Sofistica o modelo de Aristóteles  Almagesto (O Grande Sistema) descreve o movimento dos planetas com combinações de epiciclos  Esse modelo geocêntrico dominou até a renascença  Ptolomeu (II d.C.): Mesmo papel na astronomia que Euclides (na geometria)

11 O Universo segundo os Gregos  Demócrito  Via Láctea formada por estrelas  Heráclito  Terra gira em torno de seu eixo em um dia  Aristarco e Arquimedes  Terra gira em torno do seu eixo em um dia e em torno do sol em um ano  Concepção Atomista de um Universo ilimitado colidia com visão Aristotélica

12 A Astronomia Medieval  Biblioteca de Serapis é queimada  livros que continham conhecimentos e cultura grega são heréticos.  Igreja define: Terra é um tabernáculo retangular rodeado por abismo de água  Hunos avançam para oeste (III d.C.)  pressão dos Chineses e Mongóis  Roma é saqueada (455)  cai Império Romano  nasce o Império Bizantino  colapsa (1453) quando Constantinopla tomada pelos turcos  400 d.C. até 1453: Hostilidades entre pagãos e os cristãos.

13 Transição – Era Medieval / Idade Média  Tomas de Aquino (XIII): cristianismo pode acomodar o Universo Aristotélico com pequenas modificações  Dante Alighieri (“Divina Comédia”): Inferno no interior da Terra, o purgatório na esfera sublunar e as regiões etéreas superiores acima da esfera lunar  Universo Medieval consolidado (XIV): Antropocêntrico, santificado pela religião, racionalizado pela concepção geocêntrica  Até 1.000 d.C.  Europa em dormência  Árabes traduzem “Almagesto” entre outros trabalhos gregos  Ciência Árabe entra na Europa pela Espanha (X d.C.)

14 A Revolução Copernicana  1543: “Sobre a Revolução dos Corpos Celestes”  Contesta a idéia de Ptolomeu de que se a Terra girasse ela quebraria  Sua obra foi classificada como “proibida” pela Inquisição da Igreja Católica  Transição de um Universo geocêntrico para um Universo heliocêntrico  Nicolau Copérnico (1473-1543): Cristaliza tendências do pensamento astronômico grego  Universo heliocêntrico e finito (limitado pelas estrelas fixas)

15 O Modelo de Universo de Tycho Brahe  Tycho Brahe (1546-1601): Observações cuidadosas e refinadas dos planetas  Rei Frederico II  Ilha com Observatório  Rejeitou o sistema Copernicano  Sistema geocêntrico em que o sol gira em torno da Terra e os demais planetas giram em torno do sol

16 As Leis de Kepler  Johannes Kepler (1571-1630): Torna-se assistente de Tycho Brahe em 1600  Revendo os dados de Tycho Brahe obteve de forma empírica as suas três leis: I – Cada planeta se move em uma órbita elíptica tal que o sol ocupa um dos focos ( marte)  1609 II – A linha que liga o Sol a um planeta varre áreas iguais a intervalos de tempo iguais (marte)  1609 III – O período de um planeta é proporcional a potência 3/2 do comprimento do eixo maior da elipse descrita pelo respectivo planeta (satélites de júpiter)  1619

17 Do Século XVII ao XIX  Galileu Galilei (1564-1642): Com os telescópios observou os quatro maiores satélites de júpiter e percebeu que eles favoreciam a teoria Copernicana; sugeriu que a Via-Láctea era formada por estrelas

18 Do Século XVII ao XIX  Isaac Newton (1642-1727): Universo governado leis de natureza quantitativa  Deduz as leis de Kepler  Contração gravitacional: “Se a matéria estiver uniformemente distribuída através de um espaço infinito, uma parte da matéria pode, pela ação gravitacional, se reunir em uma massa maior, enquanto outra parte pode se reunir em outra massa maior, formando um número infinito de grandes massas espalhadas por grandes distâncias por todo o espaço infinito. E assim devem ter sido formados o sol e as estrelas fixas”

19 Do Século XVII ao XIX  Immanuel Kant (1724-1804): Baseado nas observações de Thomas Wright propõe que as estrelas da Via Láctea formam um disco que gira ao redor do seu centro  Nebulosas: são sistemas semelhantes à Via Láctea  “As nebulosas agrupam-se em torno de um centro comum e formam um vasto sistema que, por sua vez se agrupa com outros sistemas semelhantes em uma estrutura maior e assim por diante. O nível mais alto, de ordem infinita, domina a estrutura do Universo” “O Grande Debate: Universos Ilhas  Via Láctea”

20 Do Século XVII ao XIX  1838: primeiras medidas da distância de estrelas próximas usando o método “Paralaxe Estelar”  Unidade Astronômica  1 A.U. = 150 milhões de km.  Parsec  1 pc = 3,086  10 13 km = 3,26 anos luz.  Ano luz  1a.l. = 300.000  365  24  60  60 = 9,46  10 12 km.

21 Século XX  Até 1910: Contagem de estrelas em várias direções do céu mostram que elas tinham distribuição esferoidal achatada

22  Henrietta Leavitt (1912): Relação para estrelas variáveis cefeidas  período × luminosidade  F  fluxo luminoso recebido na Terra  L  Luminosidade intrínseca (característica do objeto)  D  Distância que esse objeto se encontra

23  Edwin Hubble (1924): Cefeidas em Andrômeda  Andrômeda é uma galáxia

24  Einstein completa a Teoria Geral da Relatividade em 1916  Curvatura do espaço-tempo  responsável pela “força gravitacional”  1917: Einstein apresenta seu modelo cosmológico  Universo é homogêneo, isotrópico e estático  Constante Cosmológica ●  Toda a evolução do Universo pode ser obtida a partir da solução dessas equações

25  Hubble (1929): Além de 2 Mpc (1  10 20 km) a velocidade de uma galáxia é proporcional à sua distância  Universo está em expansão  h 0 (ou H 0 ).

26  Fritz Zwicky (1933): Aglomerado de galáxias de Virgo possui massa 1000 vezes maior que a soma das massas das galáxias individuais  matéria escura  O universo passa a ter matéria bariônica (como nós, os planetas, as estrelas)   B  E matéria escura  tipo diferente de matéria que só interage com a bariônica via a força gravitacional   D

27  George Gamow (1946): Matéria no início do Universo era suficientemente quente e densa para sofrer reações termonucleares  Universo dominado pela radiação  Modelo do Big Bang BIG BANG

28  Radiação Cósmica de Fundo: Descoberta em 1965 Arno Penzias e Robert Wilson dos Laboratórios Bell

29  Entre 1989 – 1992 COBE – COsmic Background Explorer – mapeia o céu em microondas COBE-DMR, 1992  Desde 2003: WMAP – Wilkinson Microwave Anisotropy Probe

30  Entre 1996 – 2000 – Projeto supernova – Identificação de Supernovas do tipo Ia a várias distâncias cosmológicas.  Resultado  O Universo “ganha” mais uma componente – Energia Escura     “retorno da constante cosmológica de Einstein”

31  Satélite WMAP – 2003  idade do Universo 13,7 ± 0,2Gyr  constante de Hubble: h = 0,71 ± 0,04  matéria bariônica: Ω B h 2 = 0,0224 ± 0,0009  matéria total no Universo: Ω m h 2 = 0,135 ± 0,009  densidade total de matéria e energia do Universo: Ω T = 1,02 ± 0,02  O FUTURO DO UNIVERSO DEPENDE DE Ω T  B h 2 = 0.018, 0.023, 0.028

32 Século XXI – Observações Futuras  Satélite Planck  Será lançado em fevereiro de 2007  Fará um mapeamento da radiação cósmica de fundo com maior precisão do que o WMAP

33 O que a Cosmologia tem Discutido Hoje?

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