Astrofísica

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Astrofísica é o ramo da física e da astronomia responsável por estudar o universo através da aplicação de leis e conceitos da física, tais como luminosidade, densidade, temperatura e composição química, a objetos astronômicos como estrelas, galáxias e o meio interestelar.[1][2][3] Na prática, pesquisas astronômicas modernas envolvem uma quantia substancial da física teórica e experimentos práticos.

A astrofísica não deve ser confundida com a cosmologia, esta se ocupa da estrutura geral do universo e das leis que o regem em um sentido mais amplo, embora sob muitos aspectos ambas seguem um caminho paralelo, algumas vezes considerado redundante.

História[editar | editar código-fonte]

Origens observacionais, filosóficas e matemáticas[editar | editar código-fonte]

Acredita-se que os primeiros filósofos da antiguidade clássica foram os precursores da astrofísica desenvolvendo novos conceitos e estabelecendo as primeiras regras para nortear a pesquisa racional do Universo.

Grécia antiga[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Astronomia na Grécia Antiga
A esfera celeste idealizada pelos gregos.

Na Grécia antiga, destacam-se os trabalhos da escola Jônica.[4] Fundador da escola[4][5], Tales de Mileto propôs que o céu era uma abóbada e que esta estaria dividida em cinco círculos, o ártico, trópico de verão, o equador, o trópico de inverno e o antártico.[carece de fontes?] Além disso, Tales sugeriu que o Sol e as estrelas não eram deuses, mas sim bolas de fogo[4] e, usando ferramentas matemáticas, previu o eclipse total do Sol[5] em 28 de maio de 585 a.C..[4] Também propôs que a Lua seria iluminada pelo Sol.[carece de fontes?] Seu discípulo[6], Anaximandro de Mileto, utilizou as proporções matemáticas e geométricas para tentar mapear a abóbada celeste[6], elaborando tratados sobre astronomia e cosmologia em que propôs, almejando explicar a origem das coisas, o conceito de ápeiron, substância primordial da qual tudo provém.[6] Ademais, postulou a existência de um número infinito de mundos, todos acomodados em camadas esféricas[4]; e que a Terra era um cilindro suspenso no centro do universo, sem qualquer suporte.[4][6]

Aristarco de Samos foi o primeiro a propôr, em 270 a.C., que a Terra gira em torno do Sol. Nicolau Copérnico resgataria o modelo heliocêntrico do sistema Solar quase 2000 anos depois da proposição de Aristarco.

Usando geometria e trigonometria, Eratóstenes chegou no século III a.C. a uma estimativa de 40000 km para o perímetro da circunferência terrestre, assumindo-a constante.[7][8]

Astrometria[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Astrometria

A astrometria, ramo relacionado à medida precisa da posição e do movimento dos astros, surge com os primeiros catálogos de estrelas.[9] A partir dos dados coletados em seu observatório na ilha de Rodes, o astrônomo Hiparco de Niceia catalogou a posição de 850 estrelas, classificando-as quanto ao seu brilho em seis grupos distintos de 1 a 6, em que 1 é a estrela visível mais brilhante e 6 a menos brilhante.[9] Denominada como sistema de magnitude, essa classificação é usada ainda hoje.

As leis de Kepler[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Leis de Kepler

Embora não seja possível datar o início preciso da astronomia, a astrofísica moderna surge no trabalho do astrônomo Johannes Kepler, que formulou as três leis do movimento planetário baseando-se em dados empíricos, coletados pelo astrônomo Tycho Brahe, sobre os planetas do Sistema Solar.[1][10] As três leis enunciam propriedades das órbitas planetárias: a primeira afirma que tais órbitas são elípticas e contidas em um plano, com o Sol em um dos focos da elipse; a segunda propõe que áreas descritas na elipse pela trajetórias dos planetas, se iguais, serão percorridas em tempos iguais; e a terceira impõe o vínculo de que o quadrado do período de translação de um planeta ao redor do Sol é proporcional ao cubo da distância média do planeta ao Sol.[10][11] Isto é:

.

Lei da gravitação universal[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Lei da gravitação universal

Formulada pelo físico inglês Isaac Newton e publicada em Philosophiae naturalis principia mathematica em 1687,[12] a lei da gravitação universal explica teoricamente as três leis empiricamente constatadas por Kepler no escopo da mecânica clássica e do cálculo diferencial,[13][14] também formulados por Newton.

Newton percebeu que sua segunda lei do movimento era suficiente para explicar as três leis de Kepler, contanto que a força gravitacional de atração entre dois corpos fosse proporcional ao produto de suas massas, e , e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles, resultando na seguinte expressão:

.

A natureza físico-química da matéria[editar | editar código-fonte]

A Astrofísica além de determinar as constantes universais, é o ramo da física que demonstra a natureza dos corpos celestes através de instrumentação científica.

A razão da determinação de parâmetros tem fundamental importância sobre a busca do conhecimento a todos os eventos universais. Não se pode dissociar o espaço-tempo em tempo e espaço, da matéria e da energia, e estes sim são mensuráveis.

Técnicas analíticas[editar | editar código-fonte]

Objetos em movimento de afastamento relativo à Terra têm seu espectro desviado para o vermelho (redshift), enquanto objetos que se aproximem são desviados para o azul (blueshift).

Efeito Doppler relativístico[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Efeito Doppler relativístico

Analogamente ao efeito Doppler clássico, o efeito Doppler relativístico refere-se à mudança da frequência percebida por um observador em movimento relativo à fonte de emissão da onda. No entanto, a versão relativística ocorre em uma onda eletromagnética, desviando a luz para frequências mais baixas (em direção ao vermelho) se a fonte afasta-se relativamente ao observador; e desviando a luz para frequências mais altas (em direção ao azul) caso a fonte esteja se aproximando. Esse fenômeno é resultado da relatividade restrita, embasada matematicamente pelas transformações de Lorentz.[15][16]

No início do século XX, em torno de 1910-1912, começou o estudo espectral das galáxias.[carece de fontes?] Em torno de 1917 o astrônomo holandês Willem de Sitter demonstrou teoricamente através da relatividade geral que o Universo se expandia, faltando apenas a comprovação "prática".[carece de fontes?]

Na mesma época foi constatado que em sua imensa maioria, as galáxias têm um desvio para o vermelho que aumenta progressiva e proporcionalmente à distância.

Espectrometria[editar | editar código-fonte]

Espectrofotogrametria
Ver artigo principal: Espectrometria

Fazendo-se uma análise espectrográfica através do espectrofotômetro de absorção atômica temos como verificar se um astro está se movendo, em que direção e velocidade. Podemos saber se existe um desvio da luz causado pela gravidade de algum corpo próximo, a composição das estrelas e dos gases que estão dispersos, entre estas e o instrumento que faz a medição.

Sempre quando verificamos o espectro de uma estrela, observamos que suas linhas espectrais desviam para o vermelho. Isto se dá, porque ela está se afastando, ao contrário, se estiver se aproximando, o desvio será para o azul. As falhas devido à absorção atômica indicam sua composição. A distância entre linhas espectrais indica vários parâmetros, inclusive a presença de gases e poeira entre a estrela e a Terra.

Outros exemplos de instrumentos usados em astrofísica são os aceleradores de partículas, entre outros equipamentos, estes podem determinar a composição inicial de nosso universo e o comportamento das partículas elementares ao nível de microcosmo.

O telescópio óptico, o radiotelescópio, entre outros, também são exemplos do uso de instrumentação física experimental para a análise e dedução de parâmetros de corpos estelares.

Lei de Hubble-Homason[editar | editar código-fonte]

Ilustração sobre a expansão do Universo.
Ver artigo principal: Lei de Hubble-Homason

Edwin Powell Hubble e seu colega Milton L. Homason que deduziram uma relação entre a abertura angular “característica universal associada a perspectiva afastamentos de objetos distantes” e o exame espectroscópio com sua aceleração, encontrando a equação conhecida como Lei de Hubble-Homason onde: "Vm=16r", "Vm" é a velocidade de afastamento da galáxia, dada em quilômetros por segundo, e "r" expressa a distância entre a Terra e a galáxia em estudo, dada em unidades de milhões de anos luz, esta descoberta é considerada o início da moderna astrofísica.

Ver também[editar | editar código-fonte]

Ligações externas[editar | editar código-fonte]

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Referências

  1. a b Silva Júnior, Joab Silas da. «Astrofísica». Mundo Educação 
  2. Silva Júnior, Joab Silas da. «Astrofísica». Brasil Escola 
  3. Souza, Yara Laiz. «Astrofísica». InfoEscola. Consultado em 3 de junho de 2018. 
  4. a b c d e f Silva, Gil Alves. «De Tales a Ptolomeu: um breve panorama histórico dos principais sistemas cosmológicos gregos» (PDF). HCTE-UFRJ. Consultado em 1 de junho de 2018. 
  5. a b «Tales de Mileto». Toda Matéria. 4 de julho de 2016. Consultado em 1 de junho de 2018. 
  6. a b c d «Anaximandro de Mileto». Toda Matéria. 18 de maio de 2017. Consultado em 1 de junho de 2018. 
  7. «Eratóstenes». Só Matemática. Consultado em 21 de maio de 2018. 
  8. «Eratóstenes e o tamanho da Terra». Faculdade de Ciências da Universidade do Porto. 24 de junho de 2013. Consultado em 21 de maio de 2018. 
  9. a b Oliveira Filho, Kepler de Souza. «Astrometria». IF - UFRGS. 26 de março de 2018. Consultado em 24 de maio de 2018. 
  10. a b Silva Júnior, Joab Silas da. «Leis de Kepler». Mundo Educação 
  11. «Leis de Kepler». IF UFRGS 
  12. Silva, Lucas Henrique dos Santos. «Lei da Gravitação Universal». InfoEscola 
  13. Martins, Jorge Sá. «Momento angular: aplicação ao movimento de um planeta». Youtube 
  14. Martins, Jorge Sá. «Conservação do momento angular e a 2a lei de Kepler». Youtube 
  15. Martins, Jorge Sá. «Efeito Doppler relativístico». Youtube. 28 de maio de 2011 
  16. Batista, Ronaldo Carlotto. «Efeito Doppler para a luz». IF USP. 31 de março de 2006