O UNIVERSO EM SUAS MÃOS

2010

2010

O UNIVERSO EM SUAS MÃOS Pesquisa e Texto Jacqueline Barbosa Ferreira Revisão Lucas Forni Miranda Natalia Oliveira da Silva Arte Givanilson L. Góes Projeto Academia de Ciência Escola Estadual Profª Nail Franco de Mello Boni 2010 www.academiadeciencia.org.br

ÍNDICE APRESENTAÇÃO 7 A ASTRONOMIA 8 A ASTRONOMIA NO NOSSO DIA-A-DIA 9 GRANDES GÊNIOS DA ASTRONOMIA 10 A ORIGEM DO UNIVERSO 12 AS GALÁXIAS 13 A VIA LÁCTEA 14 NEBULOSAS 15 CONSTELAÇÕES 16 AGLOMERADOS DE ESTRELAS 17 ESTRELAS 18 NASCIMENTO DAS ESTRELAS 19 SISTEMA SOLAR 20 O NOSSO SOL 21 MERCÚRIO 22 VÊNUS 23 TERRA 24 LUA 25 MARTE 26 JÚPITER 27 SATURNO 28 URANO 29 NETUNO 30

Agradecemos a todos que, de alguma forma nos ajudaram na elaboração deste projeto, em especial a Givanilson Lima Góes, como incentivador do estudo da Astronomia e à Escola Estadual Profª Nail Franco de Mello Boni.

APRESENTAÇÃO Os estudos no campo da Astronomia estão ficando cada vez mais sofisticados, levando a um grande número de descobertas, além de permitir o surgimento de novas respostas para explicar a origem do Universo e os fenômenos que nele ocorrem. Aqui você encontrará diversas informações que irá ampliar os seus conhecimentos. Iniciamos agora nossa viagem pelo mundo da Astronomia, embarque nessa aventura. Nossa missão será guiá-lo rumo a novas descobertas, para que desperte o cientista que há dentro de você. O UNIVERSO EM SUAS MÃOS - 7

A ASTRONOMIA DOMÍNIO PÚBLICO A Astronomia é a ciência exata mais antiga da humanidade, sendo considerada a mãe de todas as ciências, e teve início a partir do momento em que as primeiras civilizações começaram a observar os céus buscando entender cientificamente o que estava acontecendo no Universo. Ao longo dos séculos a Astronomia foi se desenvolvendo e os métodos de observação tornaram-se mais sofisticados. Novos instrumentos foram inventados e aperfeiçoados, como por exemplo, a luneta astronômica, aperfeiçoada por Galileu Galilei, em 1609. A Astronomia faz parte do cotidiano das pessoas. Muitas descobertas e fenômenos astronômicos influenciaram e continuam influenciando a vida das pessoas, tais como os dias, as semanas, as fases da Lua ou as marés. Escultura de Galileu Galilei instalada no lado de fora do Carnegie Museums of Pittsburgh. 8 - O UNIVERSO EM SUAS MÃOS

A ASTRONOMIA NO NOSSO DIA-A-DIA A Astronomia sempre esteve presente no nosso dia-a-dia, e teve um papel decisivo durante as grandes navegações, pois o Sol, a Lua, os planetas e as estrelas, era o único modo de saber a localização de um navio em alto mar. Hoje com as novas tecnologias é muito mais fácil se localizar, usando GPS e outros tantos instrumentos. Também podemos citar a previsão do tempo, que nos últimos anos vem se tornando mais precisa graças aos satélites artificiais que fornecem aos meteorologistas dados valiosos sobre o clima. A Astronomia também está em nossa casa. Está no forno de micro-ondas, nas panelas com antiaderente; material que foi usado no revestimento de naves espaciais. Temos também as lentes inquebráveis que não riscam, e são bastante utilizadas em óculos, câmeras filmadoras e até mesmo em câmeras fotográficas de sondas espaciais. O UNIVERSO EM SUAS MÃOS - 9

GRANDES GÊNIOS DA ASTRONOMIA Ao longo da história muitos astrônomos contribuíram com suas descobertas, experimentos e observações que permitiram responder a um grande número de perguntas sobre a origem do nosso Universo. A seguir estão alguns dos grades gênios da Astronomia e as suas principais descobertas, que revolucionaram esta a ciência e o nosso mundo. Telescópio refletor inventado por Isaac Newton. GALILEU GALILEI (1564-1642) Nasceu em Pisa, na Itália. Foi astrônomo, matemático e inventor. Quando aperfeiçoou a luneta em 1609 e a mirou para o céu, descobriu as grandes luas de Júpiter, que Vênus possui fases, que o Sol tem manchas (conhecidas nos dias de hoje como manchas solares) e que a nossa Lua possui montanhas, crateras e vales. ISAAC NEWTON (1642-1727) Nasceu na cidade de Woolsthorpe, na Inglaterra. Escreveu o magnífico livro Principia Philosophie Mathematica. Durante sua vida, Newton fez grandes contribuições para a ciência ao desenvolver as Leis da Mecânica, Leis do Movimento, Leis da Gravitação e ao inventar o telescópio refletor, o mais usando atualmente e que hoje também é conhecido como telescópio newtoniano. WILLIAM HERSCHEL (1738-1822) Construiu grandes telescópios newtonianos, além de descobrir o planeta Urano em 13 de março de 1781 quando examinava os campos estelares entre as constelações de Touro e Gêmeos. 10 - O UNIVERSO EM SUAS MÃOS

CLAUDIO PTOLOMEU (90 d.c. - 170 d.c.) Grande astrônomo, geógrafo e matemático grego, nascido em Pelusa. Propôs uma teoria geométrica para explicar matematicamente os movimentos e posições aparentes dos planetas, do Sol e da Lua. Seu livro, o Almagesto, constitui o mais valioso e completo resumo do conhecimento astronômico daquela época. JOHANNES KEPLER (1571-1630) Astrônomo de origem alemã e grande conhecedor da matemática, desenvolveu suas pesquisas em parceria com Tycho Brahe. Utilizando os dados de Brahe, Johannes Kepler formulou suas três leis que explicam o movimento dos planetas: 1. As órbitas dos planetas são elipses onde o Sol ocupa um dos focos; 2. Os planetas percorrem áreas iguais da sua órbita em intervalos de tempos iguais; 3. O quadrado do período orbital é proporcional ao cubo das distâncias planetárias medidas a partir do Sol. ERATÓSTENES DE CIRÊNIA (276 a.c. - 194 a.c.) Era bibliotecário e diretor da grande biblioteca de Alexandria, foi o primeiro a medir o raio e volume do nosso planeta. A Terra possui 40 072 km de diâmetro ao longo da linha do equador. O valor encontrado por Erastótenes foi de 40 000 km, um erro muito pequeno! TYCHO BRAHE (1546-1601) Astrônomo de origem dinamarquesa, possuía um grande observatório estruturado que possibilitava o desenvolvimento e investigação de suas teorias. Sua primeira e mais importante observação foi a de uma estrela nova em novembro de 1572, na constelação de Cassiopéia. Tycho Brahe estabeleu um sistema do mundo, um misto entre o sistema geocêntrico de Ptolomeu e o heliocêntrico de Copérnico. Pelo sistema de Brahe a Terra está imóvel no centro do Universo, com o Sol e a Lua girando a sua volta. Ao redor do Sol orbitaria Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e Saturno. NICOLAU COPÉRNICO (1473-1543) Foi um astrônomo e médico polonês, estudou na Universidade de Cracóvia. É famoso por ter desenvolvido o modelo Heliocêntrico, onde o Sol ocupa o centro do Sistema Solar. Apesar de criar esse modelo, Copérnico supunha ainda que os planetas giravam em torno do Sol em órbitas circulares erro que seria futuramente corrigido por Kepler. O UNIVERSO EM SUAS MÃOS - 11

A ORIGEM DO UNIVERSO Os astrônomos acreditam que, no início todo o Universo era um ponto incrivelmente minúsculo, quente e muito pesado. De repente, numa fração de segundos, uma grande explosão conhecida como Big Bang deu origem a tudo que conhecemos, desde as menores partículas até as grandes nebulosas e aglomerados de galáxias. Os cientistas acreditam que o Universo tenha cerca de 13,7 bilhões de anos, com uma margem de erro de 0,2 bilhão para mais ou para menos. Hoje o Universo está em expansão, mas os cientistas não sabem dizer se essa expansão será contínua ou se um dia o Universo irá começar a se contrair até chegar novamente ao seu estado inicial. 12 - O UNIVERSO EM SUAS MÃOS

AS GALÁXIAS Galáxia é uma enorme massa de estrelas, nebulosas e poeira. No Universo existe um número incontável de galáxias. Existem três tipos principais de galáxias: espirais, elípticas e irregulares; classificadas de acordo com a sua forma. As galáxias menores podem ter cerca de 100 mil estrelas, enquanto as maiores mais de 3 trilhões delas. Algumas das galáxias mais distantes estão situadas a aproximadamente 10 bilhões de anos-luz da Terra. Andrômeda, a galáxia mais próxima tem cerca de 2,5 milhões de anos-luz de distância (um ano-luz equivale a aproximadamente 9,5 trilhões de quilômetros). IMAGEM DE ANDRÔMEDA (GALÁXIA ESPIRAL) IMAGEM DA GRANDE NUVEM DE MAGALHÃES (GALÁXIA IRREGULAR) IMAGEM DE NGC 4486 (GALÁXIA ELÍPTICA) O UNIVERSO EM SUAS MÃOS - 13

A VIA LÁCTEA A Via Láctea é uma galáxia do tipo espiral e é onde o Sistema Solar está localizado. O nome Via Láctea foi dado pelos antigos durante suas observações, pois achavam que ela se parecia com um "caminho leitoso", pois durante a noite era possível observar uma faixa esbranquiçada no céu. R. HURT (SSC)/JPL-CALTECH/NASA Núcleo da Via Láctea O Sistema Solar está localizado no Braço de Órion A Via Láctea é enorme, tem cerca de 100 mil anos-luz Concepção artística da Via Láctea 14 - O UNIVERSO EM SUAS MÃOS

NEBULOSAS As nebulosas são nuvens de poeira e gás no interior de uma galáxia, e também o local onde as estrelas são formadas. Geralmente a maioria das nebulosas é formada por hidrogênio e hélio, mas podem apresentar outros tipos de gases, porém em pequenas quantidades. As nebulosas podem ser de emissão, reflexão ou escuras. NEBULOSA DE EMISSÃO: brilha porque seu gás emite luz quando é estimulado pela radiação das estrelas quentes e jovens. NEBULOSA DE REFLEXÃO: brilha porque sua poeira e gás refletem a luz das estrelas situadas no seu interior ou ao seu redor. NEBULOSA ESCURA: bloqueia a luz de outras nebulosas ou das estrelas situadas atrás dela. Nebulosa da Águia, uma das mais belas estruturas já fotografadas pelo Telescópio Espacial Hubble O UNIVERSO EM SUAS MÃOS - 15

CONSTELAÇÕES Constelações são grupos de estrelas que formam inúmeras figuras, que podem ser vistas no céu noturno. No Hemisfério Norte a constelação mais conhecida é a Ursa Maior. Enquanto no Hemisfério Sul a constelação mais famosa é a Cruzeiro do Sul. 16 - O UNIVERSO EM SUAS MÃOS

AGLOMERADOS DE ESTRELAS Os aglomerados são grupos formados por inúmeras estrelas. Existem dois tipos de aglomerados: os globulares e os abertos. AGLOMERADOS GLOBULARES: são grupos de centenas de estrelas velhas, na maioria avermelhadas e que estão ligadas pela força da gravidade. AGLOMERADOS ABERTOS: são grupos de estrelas jovens e azuis e não possui uma forma definida. Estrela jovem em um aglomerado aberto contendo de 300 a 500 estrelas Nebulosa de reflexão Plêiades (Aglomerado Estelar Aberto) O UNIVERSO EM SUAS MÃOS - 17

ESTRELAS As estrelas são corpos celestes quentes e que emitem calor, luz e radiação e são formadas nas nebulosas. O tamanho e massa de um estrela varia muito, podemos encontrar algumas com cerca de 450 vezes menor até cerca de 1 000 vezes maior que o nosso Sol. A temperatura em sua superfície também pode variar de cerca de 3 000 C a mais de 50 000 C. As estrelas mais quentes são as azuis e as mais frias são vermelhas, o nosso Sol está entre esses extremos apresentando cor amarela e temperatura superficial de 5 500 C. Gigante vermelha (diâmetro entre 15 milhões e 150 milhões de km) A energia emitida por uma estrela é produzida a partir de um processo chamado de fusão nuclear que ocorre no núcleo da estrela. As estrelas podem ser da sequência principal (que transformam o hidrogênio em hélio), gigantes, supergigantes e anãs brancas. Anã branca (diâmetro entre 3 000 e 50 000km) O Sol (estrela da sequência principal com diâmetro de cerca de 1,4 milhões de quilômetros) 18 - O UNIVERSO EM SUAS MÃOS

NASCIMENTO DAS ESTRELAS As estrelas são formadas nas nebulosas quando uma região de maior densidade começa a se condensar, formando um enorme glóbulo de poeira e gás. A ação da gravidade faz com que o glóbulo se contraia, gerando brilho e calor - neste estágio se forma o que os cientistas chamam de proto-estrela. Caso a proto-estrela tenha aglutinado matéria suficiente, sua temperatura central pode alcançar cerca de 15 milhões de graus Celsius, neste estágio se iniciam as primeiras reações nucleares, na qual o hidrogênio se funde para formar hélio. A estrela agora está na sequência principal. Estrelas semelhantes ao nosso Sol permanecem na sequência principal por cerca de 10 bilhões de anos, até que o hidrogênio em seu núcleo se esgote, dando lugar a um núcleo de hélio. As reações nucleares continuam, e desta vez o hélio é convertido em carbono, enquanto as camadas exteriores da estrela se expandem, se esfriam e brilham com menos intensidade. Uma estrela em expansão é chamada de gigante vermelha. Quando o hélio se esgota, as camadas exteriores da estrela se expandem, dando origem a uma nebulosa planetária, em cujo centro está o núcleo remanescente, chamado de anã branca. Algumas estrelas gigantes e de grande massa podem se transformar numa supernova ou até mesmo dar origem a um buraco negro. O Sol é uma estrela da sequência principal, e tem duração de cerca de 10 bilhões de anos. O UNIVERSO EM SUAS MÃOS - 19

SISTEMA SOLAR JPL/NASA O Sistema Solar possui uma estrela central, o Sol e os oito planetas que giram ao seu redor, além de 60 luas conhecidas, asteróides, cometas e outros corpos celestes. Acredita-se que o Sistema Solar se formou há 4,5 bilhões de anos. Todos os planetas giram em torno do Sol na mesma direção (movimento contrário aos dos ponteiros do relógio quanto visto de cima). As luas também giram em volta dos planetas e o Sistema Solar gira em torno de nossa galáxia, a Via Láctea. Os planetas estão divididos em dois grupos, os rochosos ou telúricos (Mercúrio, Vênus, Terra e Marte) e os gasosos (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno). Entre os planetas rochosos e os gasosos existe uma faixa de asteróides, que contém milhares de pedaços de rochas girando ao redor do Sol, alguns com centenas de quilômetros de diâmetro. 20 - O UNIVERSO EM SUAS MÃOS

O NOSSO SOL O Sol é uma estrela amarela com cerca de 1,4 milhão de quilômetros de diâmetro, tem cerca de cinco bilhões de anos. É composto de hidrogênio e hélio que forma uma enorme bola de fogo e plasma. Fotosfera (superfície visível) No caroço central do Sol, o hidrogênio é transformado em hélio, a partir de um processo chamado de fusão nuclear, liberando uma grande quantidade de energia sob a forma de luz, calor e radiação. O Sol possui várias atividades, as principais são as manchas solares e as erupções, que são causadas por descargas de alta energia. Jatos de gás nas bordas do disco solar com centenas de milhares de quilômetros O UNIVERSO EM SUAS MÃOS - 21

MERCÚRIO JPL/NASA O planeta que gira mais próximo do Sol é Mercúrio, ele é rochoso e veloz, sua temperatura varia de um lado para o outro. No lado escuro a temperatura pode chegar a -170 C e no lado que o Sol ilumina sua temperatura chega a 430 C. Mercúrio leva 88 dias para dar uma volta completa em torno do Sol, porém leva aproximadamente 59 dias terrestres para dar uma volta ao redor de seu próprio eixo. Concepção artística da sonda espacial Messenger se aproximando do planeta Mercúrio Mercúrio possui uma finíssima atmosfera, por isso é constantemente bombardeado por meteoritos 22 - O UNIVERSO EM SUAS MÃOS

VÊNUS Este é o segundo planeta próximo ao Sol, a temperatura de Vênus pode chegar a 480 C, é o mais quente do Sistema Solar e acredita-se que no passado Vênus possuía água como a Terra, mas essa água pode ter desaparecido devido o planeta estar mais próximo do Sol. Quando Vênus aparece no céu de noite, pode ser visto em alguns lugares como um ponto brilhante e é conhecido popularmente como Estrela D'alva. A atmosfera de Vênus é muito espessa, provocando o maior efeito estufa do Sistema Solar, a temperatura superficial neste planeta pode chegar a 480 C O UNIVERSO EM SUAS MÃOS - 23

TERRA A Terra é o terceiro planeta próximo ao Sol, com uma distância de aproximadamente 150 milhões de quilômetros. O movimento de translação ocorre quando a Terra gira em torno do Sol, cada volta dura em torno de 365 dias (um ano). O planeta Terra possui um satélite natural, a Lua - que leva 27,3 dias, para girar em volta de seu eixo e também para orbitar em volta do nosso planeta. A atmosfera terrestre serve como manto protetor, bloqueando a radiação solar nociva e impedindo os meteoritos de atingirem a superfície do planeta O interior da Terra é rochoso e metálico. Sua crosta é muito peculiar, sendo constituída de inúmeras placas. As atividades vulcânicas e terremotos ocorrem quando essas placas de chocam. Cerca de 70% da superfície terrestre são cobertos por água 24 - O UNIVERSO EM SUAS MÃOS

LUA A Lua é o corpo celeste mais próximo da Terra. É muito grande chegando a aproximadamente 3 470 quilômetros de diâmetro. É formada principalmente de rocha sólida, sua superfície é coberta de poeira e possui muitas crateras causadas pelo impacto de meteoritos. A Lua não emite luz própria como o Sol, só conseguimos vê-la porque reflete a luz da nossa estrela. Conforme o ângulo pelo qual é vista a face iluminada pelo Sol, a Lua pode apresentar diversas fases, são elas: nova, crescente, quarto crescente, cheia, quarto minguante e minguante. A força gravitacional da Lua exerce influência sobre a Terra, principalmente nos oceanos, causando as chamadas marés. A Lua leva 27,3 dias para girar em volta de seu eixo e também para orbitar em volta da Terra. É por isso que sempre enxergamos o mesmo lado. O UNIVERSO EM SUAS MÃOS - 25

MARTE Marte é o quarto planeta em distância do Sol, e é conhecido como o planeta vermelho. Na década 1970 muitas sondas e pequenos robôs espaciais pousaram em sua superfície, pois acreditavam que este planeta possuia sinais de vida. Marte pode atingir a temperatura de -40 C. A NASA (agência espacial norte-americana) lançou em 4 de agosto de 2007 a sonda espacial Phoenix, que confirmou a existência de água no planeta em 31 de julho de 2008. A fina atmosfera marciana não impede que a superfície do planeta seja atingida por meteoritos A sonda espacial Phoenix descobriu água congelada em um dos pólos do planeta Marte Concepção artística da sonda espacial Phoenix 26 - O UNIVERSO EM SUAS MÃOS

JÚPITER Júpiter é o quinto planeta em distância do Sol, e o maior de todos, tem um diâmetro cerca de onze vezes maior do que o da Terra. Júpiter é muito mais pesado que todos os outros sete planetas de nosso Sistema Solar juntos. Se ele fosse vazio por dentro caberia mais de mil planetas Terra em seu interior. Júpiter possui um pequeno núcleo rochoso de cerca de 28 000 km de diâmetro. O que chama a atenção em Júpiter são as manchas em sua atmosfera causadas por diversos sistemas de tempestades. A mais notável estrutura de nuvens é a Grande Mancha Vermelha. Júpiter possui cerca de 63 satélites naturais conhecidos. Os principais são: Io, Calisto, Ganimedes e Europa, também conhecidos como luas galileanas. Grande Mancha Vermelha de Júpiter O UNIVERSO EM SUAS MÃOS - 27

SATURNO Saturno é o sexto planeta em distância do Sol. Muitas pessoas o consideram o planeta mais bonito devido a seus anéis. Esses anéis são formados por pedaços de gelo, rocha e poeira. Acredita-se que os anéis tenham se formado por fragmentos de lua que não chegaram a se formar. Os anéis de Saturno são formados por pedaços de rocha, gelo e poeira Equador arrastado por ventos de mais de 1 800 km/h 28 - O UNIVERSO EM SUAS MÃOS

URANO O sétimo planeta do Sistema Solar é Urano, ele tem 51 000 km de diâmetro, sua cor é azul-esverdeado, formado por diversos gases e possui um núcleo sólido rochoso. Urano é rodeado por onze anéis formados por pedaços de rocha e poeira. A temperatura no topo das nuvens é de cerca de -210 C. Urano gira de lado ao longo de sua trajetória ao redor do Sol e possui 15 luas conhecidas. Coloração azul-esverdeada devido à presença de metano na atmosfera Temperatura do topo das nuvens de cerca de -210 C Nuvens de metano congelado agitadas por ventos de mais de 300km/h O UNIVERSO EM SUAS MÃOS - 29

NETUNO Netuno é o oitavo planeta em distância do Sol, cerca de 4,5 bilhões de quilômetros. Netuno é um gigante gasoso, mas acredita-se que ele possua um pequeno núcleo rochoso. Netuno possui oito satélites conhecidos e ainda um sistema de quatro tênues anéis. Temperatura do topo das nuvens de cerca de -220 C Grande Mancha Escura (tempestade de vento anticiclônica) 30 - O UNIVERSO EM SUAS MÃOS

www.academiadeciencia.org.br