1.6: Um passeio pelo universo
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Agora podemos fazer um breve passeio introdutório pelo universo, como os astrônomos o entendem hoje, para nos familiarizarmos com os tipos de objetos e as distâncias que você encontrará ao longo do texto. Começamos em casa com a Terra, um planeta quase esférico com cerca de 13.000 quilômetros de diâmetro (Figura\(\PageIndex{1}\)). Um viajante espacial entrando em nosso sistema planetário facilmente distinguiria a Terra dos outros planetas do nosso sistema solar pela grande quantidade de água líquida que cobre cerca de dois terços de sua crosta. Se a viajante tivesse equipamento para receber sinais de rádio ou televisão, ou chegasse perto o suficiente para ver as luzes de nossas cidades à noite, ela logo encontraria sinais de que esse planeta aquático tem vida consciente.
Nosso vizinho astronômico mais próximo é o satélite da Terra, comumente chamado de Lua. A figura\(\PageIndex{2}\) mostra a Terra e a Lua desenhadas em escala no mesmo diagrama. Observe como precisamos tornar esses corpos pequenos para caber na página com a escala certa. A distância da Lua da Terra é de cerca de 30 vezes o diâmetro da Terra, ou aproximadamente 384.000 quilômetros, e leva cerca de um mês para a Lua girar em torno da Terra. O diâmetro da Lua é de 3476 quilômetros, cerca de um quarto do tamanho da Terra.
A luz (ou ondas de rádio) leva 1,3 segundos para viajar entre a Terra e a Lua. Se você já viu vídeos dos voos da Apollo para a Lua, deve se lembrar que houve um atraso de cerca de 3 segundos entre o momento em que o Controle da Missão fez uma pergunta e o momento em que os astronautas responderam. Isso não foi porque os astrônomos estavam pensando lentamente, mas porque as ondas de rádio levaram quase 3 segundos para fazer a viagem de ida e volta.
A Terra gira em torno de nossa estrela, o Sol, que está a cerca de 150 milhões de quilômetros de distância — aproximadamente 400 vezes mais longe de nós do que a Lua. Chamamos a distância média Terra-Sol de unidade astronômica (UA) porque, nos primeiros dias da astronomia, era o padrão de medição mais importante. A luz leva um pouco mais de 8 minutos para percorrer 1 unidade astronômica, o que significa que as últimas notícias que recebemos do Sol têm sempre 8 minutos. O diâmetro do Sol é de cerca de 1,5 milhão de quilômetros; a Terra poderia caber confortavelmente dentro de uma das pequenas erupções que ocorrem na superfície de nossa estrela. Se o Sol fosse reduzido ao tamanho de uma bola de basquete, a Terra seria uma pequena semente de maçã a cerca de 30 metros da bola.
A Terra leva 1 ano (\(3 × 10^7\, seconds\)) para contornar o Sol à nossa distância; para dar a volta, precisamos viajar a aproximadamente 110.000 quilômetros por hora. (Se você, como muitos estudantes, ainda prefere milhas a quilômetros, talvez ache útil o seguinte truque. Para converter quilômetros em milhas, basta multiplicar quilômetros por 0,6. Assim, 110.000 quilômetros por hora se tornam 66.000 milhas por hora.) Como a gravidade nos mantém firmes na Terra e não há resistência ao movimento da Terra no vácuo do espaço, participamos dessa viagem extremamente rápida sem nos darmos conta dela no dia a dia.
A Terra é apenas um dos oito planetas que giram em torno do Sol. Esses planetas, junto com suas luas e enxames de corpos menores, como planetas anões, compõem o sistema solar (Figura\(\PageIndex{3}\)). Um planeta é definido como um corpo de tamanho significativo que orbita uma estrela e não produz sua própria luz. (Se um corpo grande produz consistentemente sua própria luz, ele é chamado de estrela.) Posteriormente no livro, essa definição será modificada um pouco, mas está perfeitamente correta por enquanto, quando você começa sua viagem.
O Sol é nossa estrela local, e todas as outras estrelas também são enormes bolas de gás brilhante que geram grandes quantidades de energia por meio de reações nucleares nas profundezas. Discutiremos os processos que fazem com que as estrelas brilhem com mais detalhes posteriormente no livro. As outras estrelas parecem fracas apenas porque estão muito distantes. Se continuarmos nossa analogia com o basquete, Proxima Centauri, a estrela mais próxima além do Sol, que fica a 4,3 anos-luz de distância, estaria a quase 7.000 quilômetros do basquete.
Quando você olha para um céu cheio de estrelas em uma noite clara, todas as estrelas visíveis a olho nu fazem parte de uma única coleção de estrelas que chamamos de Galáxia Via Láctea, ou simplesmente a Galáxia. (Quando nos referimos à Via Láctea, nós capitalizamos Galáxia; quando falamos sobre outras galáxias de estrelas, usamos galáxia minúscula.) O Sol é uma das centenas de bilhões de estrelas que compõem a Galáxia; sua extensão, como veremos, impressiona a imaginação humana. Dentro de uma esfera de 10 anos-luz de raio centrada no Sol, encontramos aproximadamente dez estrelas. Dentro de uma esfera de 100 anos-luz de raio, existem aproximadamente 10.000 (104) estrelas — muitas para contar ou citar — mas ainda atravessamos apenas uma pequena parte da Via Láctea. Dentro de uma esfera de 1000 anos-luz, encontramos cerca de dez milhões (107) estrelas; dentro de uma esfera de 100.000 anos-luz, finalmente abrangemos toda a Via Láctea.
Nossa galáxia parece um disco gigante com uma pequena bola no meio. Se pudéssemos sair de nossa galáxia e olhar de cima para baixo o disco da Via Láctea, ela provavelmente se pareceria com a galáxia na Figura\(\PageIndex{5}\), com sua estrutura espiral delineada pela luz azul de estrelas adolescentes quentes.
O Sol está a pouco menos de 30.000 anos-luz do centro da galáxia, em um local sem muito que o distinga. De nossa posição dentro da Via Láctea, não podemos ver até sua borda mais distante (pelo menos não com luz comum) porque o espaço entre as estrelas não está completamente vazio. Ele contém uma distribuição esparsa de gás (principalmente o elemento mais simples, hidrogênio) misturada com pequenas partículas sólidas que chamamos de poeira interestelar. Esse gás e poeira se acumulam em enormes nuvens em muitos lugares da galáxia, tornando-se a matéria-prima para futuras gerações de estrelas. \(\PageIndex{5}\)A figura mostra uma imagem do disco da galáxia vista do nosso ponto de vista.
Normalmente, o material interestelar é tão esparso que o espaço entre as estrelas é um vácuo muito melhor do que qualquer coisa que possamos produzir em laboratórios terrestres. No entanto, a poeira no espaço, acumulada ao longo de milhares de anos-luz, pode bloquear a luz de estrelas mais distantes. Como os edifícios distantes que desaparecem de nossa vista em um dia de fumaça em Los Angeles, as regiões mais distantes da Via Láctea não podem ser vistas por trás das camadas de poluição interestelar. Felizmente, os astrônomos descobriram que as estrelas e a matéria-prima brilham com várias formas de luz, algumas das quais penetram na poluição, e assim conseguimos desenvolver um mapa muito bom da galáxia.
Observações recentes, no entanto, também revelaram um fato bastante surpreendente e perturbador. Parece haver mais — muito mais — na galáxia do que aparenta (ou o telescópio). A partir de várias investigações, temos evidências de que grande parte da nossa galáxia é feita de material que atualmente não podemos observar diretamente com nossos instrumentos. Portanto, chamamos esse componente da galáxia de matéria escura. Sabemos que a matéria escura existe pela atração que sua gravidade exerce sobre as estrelas e a matéria-prima que podemos observar, mas do que essa matéria escura é feita e quanto dela existe permanece um mistério. Além disso, essa matéria escura não está confinada à nossa galáxia; ela também parece ser uma parte importante de outros agrupamentos de estrelas.
A propósito, nem todas as estrelas vivem sozinhas, como o Sol. Muitos nascem em sistemas duplos ou triplos com duas, três ou mais estrelas girando uma em torno da outra. Como as estrelas se influenciam mutuamente em sistemas tão próximos, várias estrelas nos permitem medir características que não podemos discernir da observação de estrelas únicas. Em vários lugares, estrelas suficientes se formaram juntas que as reconhecemos como aglomerados de estrelas (Figura\(\PageIndex{6}\)). Alguns dos maiores aglomerados estelares que os astrônomos catalogaram contêm centenas de milhares de estrelas e ocupam volumes de espaço com centenas de anos-luz de diâmetro.
Você pode ouvir as estrelas serem chamadas de “eternas”, mas na verdade nenhuma estrela pode durar para sempre. Como o “negócio” das estrelas é produzir energia, e a produção de energia requer que algum tipo de combustível seja usado, eventualmente todas as estrelas ficam sem combustível. Essa notícia não deve causar pânico, pois nosso Sol ainda tem pelo menos 5 ou 6 bilhões de anos pela frente. Em última análise, o Sol e todas as estrelas morrerão, e é na agonia da morte que alguns dos processos mais intrigantes e importantes do universo são revelados. Por exemplo, agora sabemos que muitos dos átomos em nossos corpos já estiveram dentro das estrelas. Essas estrelas explodiram no final de suas vidas, reciclando seu material de volta para o reservatório da Galáxia. Nesse sentido, todos nós somos literalmente feitos de “poeira estelar” reciclada.