Geocentrismo X Heliocentrismo: evolução dos modelos para o cosmo Desde a antiguidade, o homem caminha sobre a Terra e olha para o céu. Todos os dias, ele vê o Sol se elevar e desaparecer no horizonte. As estrelas também não ficam paradas no céu à noite (e nem de dia!); elas parecem girar em torno de um ponto fixo no céu. Na tentativa de compreender e explicar esses fenômenos, o homem procurou elaborar modelos para o cosmo, isto é, modelos para o Universo, de modo que ele pudesse compreender os movimentos dos astros e muitos outros fenômenos. Desde muito jovens, na escola, aprendemos que o modelo mais adequado para explicar os movimentos celestes é o heliocêntrico, em que o Sol ocupa o centro do Universo. Mas esse não foi o único modelo proposto ao longo da história. Existiram outros igualmente aceitos pela sociedade, em épocas passadas. Nessa atividade, você aprenderá um pouco mais sobre a evolução dos modelos para o cosmo e também sobre a maneira como a Ciência é construída. Os gregos foram os primeiros a abandonar as explicações mágicas para a ocorrência de determinados fenômenos e a buscar uma forma racional de conceber e entender a natureza e suas manifestações. Deve-se a eles o chamado modelo geocêntrico do cosmo, que considera a Terra como o centro do Universo, ao redor do qual giram todos os outros astros. Aristóteles, um dos filósofos gregos que mais influenciou a cultura ocidental, defendia a imobilidade da Terra. Para ele, a Terra estava fixa e parada no centro do universo e todos os demais astros giravam em movimento circular ao redor dela. A palavra geocêntrico exprime exatamente essa ideia: a Terra (Geo) no centro. Figura 1 - Modelo geocêntrico para o cosmo De acordo com Aristóteles, o Universo era dividido em dois mundos: o sublunar e o supralunar. Tudo o que existia no mundo sublunar, isto é, abaixo da Lua, era composto pelos quatro elementos: terra, fogo, ar e água. Esse mundo era mutável e corruptível, sendo, portanto, imperfeito. Já o mundo supralunar era perfeito. Ele era constituído por um quinto elemento, denominado éter. Esse elemento era tão suave que possibilitava que o mundo supralunar estivesse sempre em movimento. É interessante notar que, de um ponto de vista prático, muitos fenômenos podem ser perfeitamente explicados, admitindo-se que a Terra é o centro do universo. Por exemplo, a existência dos dias e das noites. O Sol, ao girar em torno da Terra, surge em um lado do horizonte e desaparece no lado oposto.
Mas havia um problema com esse modelo: ele não explicava o movimento retrógrado dos planetas. Para os gregos, o movimento perfeito era circular e os cinco planetas conhecidos na época (Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e Saturno) pareciam não se mover em movimento circular. Se observados ao longo do tempo, esses planetas pareciam interromper sua trajetória e voltar atrás em seu movimento (veja a figura a seguir, que mostra a trajetória do planeta Marte, observada em relação ao fundo de estrelas, fixo, chamado de esfera celeste). Por isso, eles receberam o nome de planetas (que, em grego, significa errante), pois pareciam errar o caminho. Figura 2 - Movimento aparente de Marte, quando observado da Terra, tomando como referência a esfera celeste. Note como Marte parece retroceder em seu caminho, para depois retomar sua trajetória inicial. Fonte: http://www.astro.iag.usp.br/~gastao/retrogrado/retrogrado.html Para contornar essa situação, Claudius Ptolomeu, astrônomo que viveu em Alexandria, no século II d. C., propôs uma alteração no modelo de Aristóteles. Para ele, os planetas se moviam em órbitas circulares chamadas epiciclos, cujos centros giravam em torno da Terra (veja a figura a seguir). Com o auxílio dos epiciclos e com vários ajustes matemáticos complicados, pois cada planeta requeria um epiciclo diferente, com tamanho e período de rotação específico, o modelo de Ptolomeu passou a oferecer grande correspondência com as observações dos movimentos dos corpos celestes. Deste modo, o modelo geocêntrico continuou a ser aceito pelos cientistas e utilizado em estudos e previsões de fenômenos. Figura 3 - Modelo geocêntrico com as modificações propostas por Ptolomeu. No destaque, a trajetória descrita por um planeta, em sua movimentação em torno da Terra. Embora esse modelo oferecesse boa correspondência com as observações, treze séculos após sua criação, o astrônomo polonês, Nicolau Copérnico (1473-1543) propôs um novo modelo
para o cosmo: o modelo heliocêntrico, onde o Sol (Helios, em grego) estaria no centro do universo. Na verdade, não havia uma justificativa científica para a proposta de Copérnico. O que mais o incomodava era a falta de beleza matemática do modelo de Ptolomeu, que se tornara extremamente complicado devido ao grande número de alterações que teve que sofrer para se ajustar às observações. Na época, houve grande controvérsia na aceitação do modelo heliocêntrico, pois o modelo geocêntrico era amplamente aceito, até mesmo pela Igreja Católica. Ir contra a ideia de que a Terra era o centro do Universo era ir contra o próprio Deus. Há que se registrar, também, que colocar a Terra em movimento apresentava mais problemas, em um momento inicial, do que soluções. Nos parágrafos seguintes, trataremos de algumas questões desconcertantes para os defensores do heliocentrismo. Se a Terra está se movimentando, diriam os geocentristas, por que não sentimos o seu movimento? De fato, como conceber a ideia de movimento, se não o sentimos. Será que a Terra gira muito devagar, de modo que não seja possível perceber seu movimento? Da nossa experiência, se estamos em um veículo que se move muito lentamente, quase não sentimos o seu movimento. Bem, para verificar isso precisamos calcular a velocidade com que a Terra se move no espaço. Considerando que o raio médio do planeta Terra é de aproximadamente 6.400 km, então a circunferência da Terra, no equador, é aproximadamente de 40.000 km. Além disso, sabemos que a Terra gasta 24 horas para efetuar uma volta completa. Deste modo, se uma pessoa estiver sobre o equador, ela estará girando a V D 40.000km km m 1667 ou T 24h h 463 s Essa velocidade é maior do que a velocidade de muitos aviões! Bem, essa é a velocidade com que a pessoa gira, mas além de girar, a Terra está em movimento em torno do Sol e, portanto, ela tem outra velocidade: a da translação. A Terra gasta cerca de 1 ano para girar em torno do Sol, pois o comprimento de sua órbita é muito grande. A distância média da Terra ao Sol é aproximadamente igual a 150.000.000 km. Esta distância é mais que dez mil vezes maior do que o diâmetro da própria Terra. Para calcular a velocidade com que a Terra gira em torno do Sol, basta dividir o comprimento de sua órbita (cerca de 940.000.000 km) pelo tempo que ela gasta para fazer esse giro (1 ano). Para podermos perceber quão espantosa é essa velocidade, é conveniente transformar a unidade de tempo 1 ano para seu valor correspondente em horas ou segundos. Sabemos que: 1 ano = 365 dias, 1 dia = 24 horas e 1 hora = 3.600 segundos. Assim, 1 ano = 365 dias x 24 horas = 8.760 horas ou 1 ano = 365 dias x 24 horas x 3.600 segundos = 31.536.000 segundos V D 940.000.000 km 107. T 8760 305 h ou D 940.000.000 km V 30 T 31.536.000 s aproximadamente
Ou seja, enquanto você fala a frase um macaco (você gasta aproximadamente 1s para falar isso!), a Terra se deslocou cerca de 30 km no espaço. Portanto, a velocidade da Terra é muito alta, seja a de rotação, seja a de translação. É claro que, na época, os cientistas não dispunham de informações para calcular os valores das velocidades da Terra, como fizemos, mas o problema continua a existir: como convencer alguém de um movimento que não se sente? Outra questão difícil de ser respondida é o fato de não sermos arremessados, juntamente com carros, mobílias, animais e demais objetos que estão sobre a superfície da Terra, para fora do planeta. Se você já se divertiu em algum brinquedo radical que gira a alta velocidade, sabe que é preciso estar fortemente preso ao brinquedo para não sair voando, quando ele estiver em funcionamento. Como explicar esse fato? Por fim, para finalizar nossa lista de questões desconcertantes, suponha que uma pessoa deixe cair uma pedra do alto de uma torre com 5 metros de altura. Esta pedra levaria cerca de 1 s para atingir o chão. Neste intervalo de tempo, a Terra (juntamente com a torre) teria se deslocado em uma grande distância e a pedra cairia mais afastada da base da torre (veja a figura a seguir). No entanto a experiência mostra que a pedra sempre cai próxima à base da torre. Figura 4 O problema da pedra lançada da torre. De fato, todas essas questões foram realmente utilizadas pelos defensores do modelo geocêntrico do cosmo para questionar a ideia do movimento da Terra proposta pelos heliocentristas. As controvérsias perduraram por vários séculos e novos desenvolvimentos da ciência foram necessários para que, pouco a pouco, o modelo heliocêntrico fosse se fortalecendo e ganhando adeptos. Esse é um aspecto comum no desenvolvimento da ciência. A ciência é uma construção humana e, portanto, ela é feita de contribuições de muitos indivíduos, ao longo dos séculos. Pode ocorrer, por exemplo, que algo tido como benéfico à saúde, hoje, seja considerado maléfico amanhã. Isso porque novos estudos e conhecimentos podem trazer luz sobre questões e relações, antes não investigadas. Em ciência, não se pode dizer que há uma verdade absoluta. Há um modelo ou teoria que é mais bem aceito pela comunidade científica em um determinado momento. À medida que novas pesquisas são realizadas e novos conhecimentos são
produzidos, pode ser necessário rever ou adaptar os modelos e teorias em uso. A evolução dos modelos para o cosmo ilustra isso, bem como outros tantos episódios na história das ciências 1. Três grandes cientistas tiveram papel crucial na defesa e na posterior aceitação do modelo heliocêntrico do cosmo proposto por Copérnico: Johannes Kepler (1571-1630), Galileu Galilei (1564-1642) e Isaac Newton (1642-1727). Uma das características do modelo heliocêntrico proposto por Copérnico, que levou os três cientistas acima a considerá-lo mais adequado que o modelo geocêntrico, foi o fato de que ele explicava as observações dos astros de forma muito mais simples. Por exemplo, os dias e as noites eram explicados pela rotação da Terra em torno de seu próprio eixo. O movimento aparentemente errático dos planetas, que precisava de inúmeros epiciclos no modelo de Ptolomeu, era explicado pelas diferenças nas órbitas e nos períodos de rotação de cada planeta (veja a figura esquemática ao lado). A evolução dos modelos criados para explicar outros fenômenos também foi importante para a aceitação do movimento da Terra. A noção de força gravitacional, que não existia, foi o modelo utilizado para explicar o fato de que os corpos não são lançados para fora do planeta, quando este gira. Essa força atrai todos os corpos que possuem massa em direção ao centro do planeta, mantendo-os presos ao chão. A ideia de inércia, proposta inicialmente por Galileu e sistematizada por Newton na forma de uma lei, permite explicar, por exemplo, porque a pedra cai ao pé da torre, mesmo com a Terra em movimento. A pedra, antes de ser lançada do alto da torre, possuía a mesma velocidade da Terra, ou seja, estava animada com o mesmo movimento da Terra. Mesmo após ser lançada, ela tende a permanecer nesse estado de movimento, a menos que uma força modifique esta tendência. Por isso, ela se desloca no mesmo tanto que a torre; afinal, tudo o que está sobre a Terra se move juntamente com ela. As observações astronômicas também tiveram importante papel na defesa do modelo heliocêntrico. Tycho Brahe (1546-1601) foi o astrônomo que chefiou o primeiro grande observatório da Dinamarca. Ele observou e mediu, com enorme precisão, a olho nu, as posições dos planetas, ao longo de 20 anos. Após a morte de Brahe, Kepler, que trabalhou como seu assistente no laboratório, deu continuidade aos seus trabalhos e mostrou que as trajetórias dos planetas não eram círculos perfeitos, como defendiam os geocentristas, mas elipses (um círculo um pouco achatado). Além disso, Kepler mostrou que a velocidade dos planetas não deveria ter o mesmo valor em toda a sua trajetória, mas que deveria ser um pouco maior, quando estivessem mais próximos ao Sol. Galileu também, utilizando um telescópio para observar os astros, deu contribuições importantes para enfraquecer o modelo geocêntrico. Para os defensores do geocentrismo, o mundo era dividido em sublunar e supralunar, um imperfeito e o outro, perfeito. Dizer que a Terra era apenas mais um planeta girando ao redor do Sol desfazia a distinção entre os dois mundos. Quando Galileu, utilizando o telescópio, pode ver que as manchas na Lua eram crateras e montanhas, interpretou esses sinais como evidências de imperfeição. Galileu também observou fases em Vênus, o que o levou a admitir que Vênus não possuía luz própria e que girava em torno do Sol, e não da Terra. Outro ponto de observação de Galileu foram as luas de Júpiter. Galileu observou quatro satélites orbitando o planeta Júpiter, o que contrariava a ideia de que tudo no universo girava em torno da Terra. As ideias de Galileu em defesa do modelo heliocêntrico foram publicadas em 1632, em um livro intitulado Diálogos sobre os Dois Grandes Sistemas do Mundo. O grande tumulto produzido por essa obra levou a Igreja a condená-la e Galileu foi taxado como herético. Para não morrer queimado na fogueira, Galileu foi obrigado pela Inquisição a renegar publicamente suas ideias, sendo forçado a viver confinado em sua casa, até o fim de sua vida. Mas todo esse conjunto de ideias, evidências e proposições acabou por levar os cientistas a adotarem o modelo heliocêntrico do cosmo como o mais adequado. As novas contribuições e conhecimentos produzidos acerca do cosmo e do movimento dos corpos celestes nos levaram a compreender que o Sol também não é o centro do Universo, mas apenas o centro de mais um 1 Sobre a ciência como uma construção humana, sugerimos a leitura dos livros A vida de Laboratório: a construção dos fatos científicos, de Bruno Latour e Steve Woolgar e O golem: o que você deveria saber sobre ciência, de Harry Collins e Trevor Pinch. Veja a referência completa ao final do texto.
sistema planetário dentro da galáxia, que, ao lado de outros tantos milhões de galáxias, ocupa um pequeno espaço no Universo. Exercícios 1 Descreva as principais características do modelo geocêntrico de Aristóteles. 2 Descreva as principais características do modelo geocêntrico de Ptolomeu. 3 Descreva a principal característica do modelo heliocêntrico do cosmo. 4 As afirmações a seguir se referem aos modelos geocêntrico e heliocêntrico. ASSINALE a alternativa correta. a) A explicação para a existência dos dias e das noites é a mesma, tanto no modelo de Aristóteles quanto no modelo de Copérnico. b) Copérnico se baseou apenas em observações astronômicas precisas para propor o modelo heliocêntrico. c) O modelo de Copérnico passou a ser aceito porque possuía boa concordância com as observações astronômicas e era mais simples que o modelo antecessor. d) No modelo de Aristóteles, os mundos sublunar e supralunar eram constituídos pelos mesmos tipos de materiais. 5 Ao longo do texto, procuramos expor a evolução dos modelos criados por cientistas e filósofos para explicar o movimento dos astros. Na ciência, é muito comum que ocorra o aprimoramento dos modelos e teorias produzidos, em função das novas pesquisas e dos novos conhecimentos produzidos por cientistas envolvidos com a investigação dos fenômenos da natureza. Outro exemplo muito famoso foi o da evolução dos modelos atômicos. Em 1808, John Dalton propôs um modelo para o átomo: uma esfera maciça e indivisível. Posteriormente, Joseph John Thomson, Ernest Rutherford, Niels Bohr e James Chadwick forneceram importantes contribuições, através de seus estudos, que modificaram significativamente o átomo proposto por Dalton. Atualmente o átomo que conhecemos é também diferente daquele da época de Chadwick, pois a ciência não para de evoluir. A partir dessa constatação, seria mais apropriado dizer que os primeiros modelos, tanto para o cosmo quanto para o átomo, estavam errados ou que tais modelos eram limitados? Explique sua resposta. 6 Na época em que Copérnico propôs o modelo heliocêntrico para explicar o movimento dos astros houve grande controvérsia por parte dos defensores do geocentrismo. Para os defensores do modelo geocêntrico, era impossível imaginar a Terra em movimento, tanto que levantaram várias objeções, com argumentos contrários ao modelo heliocêntrico de Copérnico. Cientistas importantes forneceram contribuições para refutar tais argumentos. a) CITE um dos argumentos apresentados pelos defensores do geocentrismo para afirmar que a Terra não podia estar em movimento. b) EXPLIQUE como os heliocentristas refutaram o argumento citado por você no item (a). 7 O modelo de Aristóteles para o cosmo não conseguia explicar, satisfatoriamente, o movimento dos planetas, que pareciam errar o caminho, ao se deslocarem em suas trajetórias no
espaço. Para resolver esta inconsistência, Claudius Ptolomeu propôs uma alteração no modelo geocêntrico. Acesse o site http://www.astro.iag.usp.br/~gastao/retrogrado/retrogrado.html e observe as animações que mostram como o modelo geocêntrico de Ptolomeu permitia explicar o movimento retrógrado dos planetas, quando vistos da Terra. Note, no mesmo site, que também há uma animação mostrando o movimento retrógrado, com base no modelo heliocêntrico. Perceba que ambos explicam o mesmo fenômeno, mas o heliocêntrico é muito mais simples que o geocêntrico. Referências bibliográficas COLLINS, H. e PINCH, T. O Golem: o que você deveria saber sobre ciência. São Paulo: UNESP, 2003. HEWITT, P. G. Física conceitual. Tradução: Trieste Freire Ricci e Maria Helena Gravina. 9ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2002. LATOUR, B. e WOOLGAR, S. A vida de Laboratório: a produção dos fatos científicos. Rio de Janeiro: Relume Dumará, 1997. MÁXIMO, A. e ALVARENGA, B. Curso de física, volume 1. 5ª ed. São Paulo: Scipione, 2000. MARTINS, C. M., PAULA, H. F., SANTOS, M. B., LIMA, M. E., SILVA, N. S., AGUIAR Jr., O., CASTRO, R. S., BRAGA, S. A. Construindo consciências: ciências, 8ª série 2ª ed. São Paulo: Scipione, 2006. http://www.astro.iag.usp.br/~gastao/retrogrado/retrogrado.html - Acesso em: 13 de outubro de 2013. http://astro.if.ufrgs.br/p1/p1.htm - Acesso em: 13 de outubro de 2013. Sugestões de respostas para os exercícios 1 A Terra ocupa o centro do universo; todos os demais astros giram em órbitas circulares em torno da Terra; o Universo é dividido em dois mundos: o supralunar, perfeito, e o sublunar, imperfeito. 2 As mesmas proposições do modelo de Aristóteles, com a diferença de que os planetas se movimentavam em órbitas circulares denominadas epiciclos, cujos centros se deslocavam em órbitas circulares em torno da Terra. 3 Nesse modelo, o Sol passa a ocupar o centro do Universo e todos os demais planetas passam a orbitar o Sol e não a Terra. 4 C. 5 É mais correto dizer que eram limitados e não incorretos. Não existe verdade absoluta na ciência. Deste modo, não há modelo ou teoria correta ou incorreta. Há modelos ou teorias limitadas, em função da falta de conhecimento acerca de dado fenômeno. À medida que novos conhecimentos são produzidos, os modelos se tornam mais completos, oferecendo melhores condições de descrever os fenômenos observados.
6 (a) Podem ser citados vários exemplos: não se pode sentir o movimento da Terra; os corpos seriam lançados para fora do planeta; um objeto lançado do alto de uma torre cairia afastada da base da torre. (b) Estamos animados, desde nosso nascimento, com o mesmo movimento da Terra; por isso, não o sentimos; a força gravitacional nos mantém presos ao chão.