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2018 GeoGrafia física Prof. Alexandre Schweitzer Prof. Wanderlei Machado dos Santos Copyright © UNIASSELVI 2018 Elaboração: Prof. Alexandre Schweitzer Prof. Wanderlei Machado dos Santos Revisão, Diagramação e Produção: Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri UNIASSELVI – Indaial. 910.02 S413g Schweitzer, Alexandre Geografia física / Alexandre Schweitzer; Wanderlei Machado dos Santos. Indaial: UNIASSELVI, 2018. 227 p. : il. ISBN 978-85-515-0135-1 1.Geografia. I. Centro Universitário Leonardo Da Vinci. III apresentação O livro didático de Geografia Física do curso de licenciatura em Geografia da UNIASSELVI apresenta o resultado de uma intensa pesquisa bibliográfica, que pretende apresentar de forma clara e objetiva os principais tópicos de geologia que o professor de Geografia abordará em sua vivência profissional. Buscamos com este livro reunir o conhecimento replicando em uma linguagem direta e objetiva, buscando facilitar o contato do nosso acadêmico com os temas da disciplina de maneira que facilite o aprendizado, ao mesmo tempo que permita ao futuro professor, a partir do conhecimento adquirido com nosso material didático, elaborar atividades práticas e também permitir o início de estudos mais aprofundados nos tópicos de maior interesse do acadêmico. Os temas da Geografia estão sempre conectados a outras ciências, assim a geologia aparece como um conteúdo que é abordado pela geografia e que ainda assim continua ligado a muitas outras ciências, como a física, química, matemática, ecologia, economia e geopolítica, são algumas das muitas disciplinas que se relacionam com os tópicos apresentados nesse livro. Esperamos que a partir dos conhecimentos que serão apresentados nesse material didático, o futuro professor tenha um ponto de partida para novos e mais aprofundados estudos, bem como uma referência para guiar a abordagem profissional do ensino de Geografia na escola, quando os temas envolverem a geologia. O livro está organizado em três unidades. A primeira aborda a astronomia, preocupa-se em trazer uma visão científica sobre o surgimento desse universo que ainda é inexplicável, e o que temos são teorias que tentam explicar. Também estudaremos um pouco do que a humanidade sabe sobre o nosso sistema solar e o nosso planeta. Na segunda unidade seguimos com o nosso planeta, os acontecimentos ao longo do tempo geológico, os minerais e os diferentes tipos de rochas que se originam a partir do ciclo geológico, e finalizando a segunda unidade, vamos tratar dos recursos energéticos dos quais a humanidade atualmente depende. Na terceira unidade abordaremos o tectonismo e o vulcanismo, abalos sísmicos e formação da crosta terrestre. Nessa unidade objetivamos mostrar reflexões teóricas sobre conhecimentos fundamentais de Geografia Física (geologia) aos futuros professores, que o conhecimento aqui reunido possa fundamentar de forma colaborativa a formação dos novos professores, mas IV Você já me conhece das outras disciplinas? Não? É calouro? Enfim, tanto para você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano, há novidades em nosso material. Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os acadêmicos desde 2005, é o material base da disciplina. A partir de 2017, nossos livros estão de visual novo, com um formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura. O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova diagramação no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página, o que também contribui para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo. Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto de nossas ações sobre o ambiente, apresenta também este livro no formato digital. Assim, você, acadêmico, tem a possibilidade de estudá-lo com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador. Eu mesmo, UNI, ganhei um novo layout, você me verá frequentemente e surgirei para apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assunto em questão. Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa continuar seus estudos com um material de qualidade. Aproveito o momento para convidá-lo para um bate-papo sobre o Exame Nacional de Desempenho de Estudantes – ENADE. Bons estudos! que, principalmente, possa inspirá-lo a seguir seus estudos. Esse material não se trata da apresentação do conhecimento absoluto, mas de uma coletânea de conhecimentos já consolidados em geologia. Com isso, lembre-se sempre de que a verdade jamais será única, consulte vários autores, instigue reflexões, busque argumentos que fundamentem suas ideias, mas principalmente, esteja sempre pronto para mudar o rumo do seu pensamento quando se deparar com evidências que demonstrem alguma interpretação equivocada de sua parte. Confronte ideias, reflita, discuta, concorde e discorde, não fique apenas com sua opinião, tenha posicionamento. Bons estudos! Atenciosamente, Prof. Alexandre Schweitzer. Prof. Wanderlei Machado dos Santos. NOTA V VI VII sumário UNIDADE 1 – ASTRONOMIA: A JANELA PARA O UNIVERSO ............................................ 1 TÓPICO 1 – INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA ........................................................................... 3 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 3 2 UMA BREVE HISTÓRIA DA ASTRONOMIA ........................................................................... 4 3 SOBRE A ORIGEM DO UNIVERSO ............................................................................................. 12 3.1 AS GALÁXIAS ........................................................................................................................... 14 3.2 BURACO NEGRO .................................................................................................................... 17 3.3 A FORÇA DA GRAVIDADE ................................................................................................. 18 3.4 AS ESTRELAS ............................................................................................................................ 19 3.5 OS PLANETAS .......................................................................................................................... 22 3.6 OS PLANETAS-ANÕES .......................................................................................................... 23 3.7 OS COMETAS ............................................................................................................................ 23 3.8 OS METEOROIDES, METEOROS E METEORITOS ................................................... 24 RESUMO DO TÓPICO 1..................................................................................................................... 26 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 27 TÓPICO 2 – O SISTEMA SOLAR ..................................................................................................... 29 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 29 2 ORIGEM DO SISTEMA SOLAR ....................................................................................................29 2.1 O SOL ............................................................................................................................................ 31 3 OS PLANETAS DO SISTEMA SOLAR ......................................................................................... 35 3.1 MERCÚRIO ................................................................................................................................. 36 3.2 VÊNUS .......................................................................................................................................... 37 3.3 TERRA .......................................................................................................................................... 38 3.4 MARTE ......................................................................................................................................... 40 3.5 JÚPITER ....................................................................................................................................... 41 3.6 SATURNO ................................................................................................................................... 42 3.7 URANO ........................................................................................................................................ 43 3.8 NETUNO ..................................................................................................................................... 44 4 PLUTÃO: O PLANETA-ANÃO E A NOVA CATEGORIA ........................................................ 45 RESUMO DO TÓPICO 2..................................................................................................................... 48 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 49 TÓPICO 3 – PLANETA TERRA ......................................................................................................... 51 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 51 2 PLANETA TERRA: O NOSSO LUGAR NO UNIVERSO ......................................................... 51 3 ORIGEM DO PLANETA TERRA E DA LUA ............................................................................... 52 4 LUA: O SATÉLITE NATURAL DA TERRA ................................................................................. 53 4.1 FASES DA LUA ......................................................................................................................... 56 5 OS MOVIMENTOS DE TRANSLAÇÃO DO PLANETA TERRA ........................................... 58 5.1 A ROTAÇÃO E AS HORAS DO DIA ................................................................................. 59 5.2 SISTEMAS DO PLANETA TERRA .................................................................................... 60 5.3 NÚCLEO DA TERRA: A FONTE DO MAGNETISMO............................................... 62 VIII 5.4 O MANTO TERRESTRE ........................................................................................................ 63 5.5 LITOSFERA ................................................................................................................................ 64 LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................ 65 RESUMO DO TÓPICO 3..................................................................................................................... 69 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 70 UNIDADE 2 – TEMPO GEOLÓGICO: DA FORMAÇÃO DAS ROCHAS À EXPLORAÇÃO DAS JAZIDAS ........................................................................................................... 73 TÓPICO 1 – EVOLUÇÃO GEOLÓGICA DO PLANETA TERRA .............................................. 75 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 75 2 AS FORMAS DO PLANETA TERRA ........................................................................................... 75 3 A ESCALA DE TEMPO GEOLÓGICO: ÉON, ERA, PERÍODO, ÉPOCA ............................... 77 RESUMO DO TÓPICO 1..................................................................................................................... 91 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 93 TÓPICO 2 – OS MINERAIS E AS ROCHAS .................................................................................. 95 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 95 2 OS MINERAIS ................................................................................................................................... 95 3 AS ROCHAS ....................................................................................................................................... 99 3.1 ROCHAS ÍGNEAS .................................................................................................................... 100 3.2 ROCHAS SEDIMENTARES ................................................................................................. 103 3.3 ROCHAS METAMÓRFICAS ............................................................................................... 110 RESUMO DO TÓPICO 2..................................................................................................................... 113 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 115 TÓPICO 3 – CICLO GEOLÓGICO ................................................................................................... 117 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 117 2 CICLO HIDROLÓGICO .................................................................................................................. 118 3 CICLO TECTÔNICO ....................................................................................................................... 120 4 CICLO DAS ROCHAS ...................................................................................................................... 121 4.1 INTEMPERISMO FÍSICO, QUÍMICO E BIOLÓGICO: A DESAGREGAÇÃO DAS PARTÍCULAS .................................................................................................................. 122 4.2 EROSÃO E SEDIMENTAÇÃO: OS AGENTES DE SELEÇÃO E TRANSPORTE ........................................................................................................................... 125 RESUMO DO TÓPICO 3..................................................................................................................... 128 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 130 TÓPICO 4 – RECURSOS ENERGÉTICOS NATURAIS ............................................................... 131 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 131 2 ROCHAS CARBONOSAS .............................................................................................................. 132 2.1 CARVÃO ...................................................................................................................................... 132 2.2 PETRÓLEO E GÁS ....................................................................................................................133 2.2.1 Estoques mundiais de petróleo .......................................................................................... 138 2.2.2 Petróleo brasileiro ................................................................................................................ 139 3 XISTO BETUMINOSO – ÓLEO E GÁS DE FONTE NÃO CONVENCIONAL .................... 140 4 GEOLOGIA E MEIO AMBIENTE .................................................................................................. 142 5 A EXPLORAÇÃO DAS JAZIDAS, A MANUFATURA REVERSA E A CONSERVAÇÃO DE RECURSOS ................................................................................................................................. 144 LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................ 147 RESUMO DO TÓPICO 4..................................................................................................................... 150 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 152 IX UNIDADE 3 – FENÔMENOS GEOLÓGICOS ............................................................................... 153 TÓPICO 1 – TECTONISMO ............................................................................................................... 155 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 155 2 PROCESSOS DE FORMAÇÃO DA CROSTA TERRESTRE .................................................... 155 2.1 A FORMAÇÃO DA CROSTA TERRESTRE .................................................................... 156 2.2 ESCUDOS CONTINENTAIS ............................................................................................... 158 2.3 TECTÔNICA DE PLACAS .................................................................................................... 160 2.3.1 Limite das placas tectônicas .............................................................................................. 164 2.4 EXPANSÃO DO ASSOALHO OCEÂNICO .................................................................... 167 3 ZONAS DE SUBDUCÇÃO DA LITOSFERA ............................................................................... 170 3.1 EVOLUÇÃO DOS CONTINENTES ................................................................................... 172 3.1.1 O supercontinente (Pangeia) e as ideias iniciais da Deriva Continental .................... 172 RESUMO DO TÓPICO 1..................................................................................................................... 175 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 176 TÓPICO 2 – VULCANISMO .............................................................................................................. 179 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 179 2 AS FEIÇÕES VULCÂNICAS .......................................................................................................... 179 2.1 ATIVIDADES VULCÂNICAS ............................................................................................ 181 2.2 TIPOS DE ERUPÇÕES VULCÂNICAS ............................................................................ 183 3 DESASTRES VULCÂNICOS – MARCAS NA HISTÓRIA DA HUMANIDADE ............... 186 RESUMO DO TÓPICO 2..................................................................................................................... 189 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 190 TÓPICO 3 – SISMOS E TSUNAMIS ................................................................................................ 193 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 193 2 FALHAMENTOS E TIPOS DE FALHAS ...................................................................................... 193 2.1 SISMOS......................................................................................................................................... 195 2.2 MAGNITUDE E INTENSIDADE ....................................................................................... 196 2.3 ESCALA RICHTER E ESCALA DE MERCALLI .......................................................... 197 2.4 TSUNAMIS ................................................................................................................................. 200 RESUMO DO TÓPICO 3..................................................................................................................... 202 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 203 TÓPICO 4 – CROSTA TERRESTRE E AS INTERAÇÕES PARA A FORMAÇÃO DO SOLO .. 205 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 205 2 OROGÊNESE E EPIROGÊNESE .................................................................................................... 205 2.1 OROGÊNESE.............................................................................................................................. 205 2.2 EPIROGÊNESE .......................................................................................................................... 206 3 MOVIMENTOS DE MASSAS ........................................................................................................ 207 3.1 OS TIPOS DE MOVIMENTOS DE MASSA .................................................................... 208 4 SOLOS E DESERTIFICAÇÃO ........................................................................................................ 211 4.1 SOLOS ........................................................................................................................................... 211 4.2 DESERTIFICAÇÃO .................................................................................................................. 214 LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................ 216 RESUMO DO TÓPICO 4..................................................................................................................... 218 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 220 REFERÊNCIAS ...................................................................................................................................... 223 X 1 UNIDADE 1 ASTRONOMIA: A JANELA PARA O UNIVERSO OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM PLANO DE ESTUDOS A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de: • descrever fatos importantes da evolução do conhecimento em astronomia; • sintetizar e reproduzir a visão científica sobre a origem do universo e do sistema solar; • descrever e justificar a classificação de planetas ou planeta-anão dos cor- pos do sistema solar; • relacionar a força da gravidade com os buracos negros e outros eventos no universo; • compreender que os princípios de química e física são partes integrantes do estudo do planeta Terra e do cosmos; • descrever a estrutura do planeta Terra; • definir quais são e como ocorrem os movimentos do planeta Terra; • descrever a relação Terra-Lua. Esta unidade está dividida em três tópicos de conteúdos. No decorrer da unidade você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdoapresentado. TÓPICO 1 – INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA TÓPICO 2 – O SISTEMA SOLAR TÓPICO 3 – PLANETA TERRA 2 3 TÓPICO 1 UNIDADE 1 INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA 1 INTRODUÇÃO Na Unidade 1 acumularemos conhecimentos para compreender a visão científica sobre a origem do universo e do planeta Terra. Partimos agora para uma leitura que ajudará a entender como se deu o desenvolvimento dos conhecimentos em astronomia até chegar na compreensão atual sobre a origem e formação do universo, do sistema solar e do planeta Terra. O professor de Geografia, muitas vezes, é questionado sobre as questões divinas que envolvem a origem do universo. É muito importante o equilíbrio das ponderações do professor de Geografia para com seus alunos, na sala de aula deve haver espaço para todas as formas de pensamento, e cabe ao professor mediar esses conhecimentos. Não é papel do professor convencer o aluno de que este ou aquele conhecimento é mais verdadeiro do que outro, o aluno deve aprender a refletir, questionar, ponderar e concluir de forma autônoma e crítica, para assim poder construir seus próprios saberes. Para aceitar uma religião é preciso ter fé, para aceitar as explicações científicas também é necessário acreditar. Em ambos os casos, na maior parte das vezes, são relatos que chegam até nós através de histórias, como a sonda que pousou em Marte ou o profeta que conversou com Deus. Os acontecimentos nos são relatados, aceitar como verdade ou não cabe a cada um decidir. Sobre ciência e religião, segue o trecho de um escrito feito por dois grandes físicos, Stephen Hawking e Leonard Mlodinow, no livro “Uma nova história do tempo”: O objetivo final da ciência é oferecer uma única teoria que descreva o universo inteiro. Entretanto, o enfoque seguido pela maioria dos cientistas é, na verdade, separar o problema em duas partes. Em primeiro lugar, existem as leis que nos informam como o universo se altera com o decorrer do tempo. (Se soubermos qual a aparência do universo em qualquer dado momento, essas leis nos informarão que aparência ele terá em qualquer dado momento futuro.) Segundo, existe a questão do estado inicial do universo. Algumas pessoas acham que a ciência deveria se dedicar apenas à primeira parte; elas consideram a questão da situação inicial uma questão para a metafísica ou para a religião. Elas diriam que Deus, sendo onipotente, poderia ter dado início ao universo de qualquer maneira que Lhe aprouvesse. Pode ser que sim, mas nesse caso Ele também poderia ter feito com que o universo se desenvolvesse de uma maneira inteiramente arbitrária. Contudo, parece que Deus optou por fazê-lo evoluir de uma maneira bem regular, de acordo com certas leis. Logo, parece igualmente razoável supor que também existem leis que governam o estado inicial (HAWKING; MLODINOW, 2008, p. 23). UNIDADE 1 | ASTRONOMIA: A JANELA PARA O UNIVERSO 4 Com isso em mente, cabe ainda destacar que o momento da singularidade inicial ocorreu após um evento gatilho que disparou as demais reações. Assim, não pretendemos aqui explicar nada anterior ao instante inicial. Desse evento inicial em diante foram desencadeados inúmeros acontecimentos físicos e químicos que trouxeram o universo a esse ponto em que o conhecemos. 2 UMA BREVE HISTÓRIA DA ASTRONOMIA É muito fácil acreditar no fato de que desde sempre, nós, seres humanos, admiramos o céu. Vamos deixar de lado as divagações sobre fatos remotos sem comprovação científica e vamos aos estudos. Começamos nossa viagem pela história da astronomia com os monumentos megalíticos ou megálitos, que são grandes monumentos de rocha construídos no passado. São antigos registros que demonstram a relação de nossos ancestrais com o céu, os megálitos foram utilizados em rituais religiosos, funerários e astronômicos (AFONSO; NADAL, 2014). São evidências bastante antigas do início da relação dos seres humanos com os conhecimentos e marcações possíveis a partir dos astros. Sabemos que os seres humanos passaram a registrar os astros, pelo menos desde 3000 a.C. Na Inglaterra o monumento de Stonehenge, no Egito as pirâmides, são exemplos bastante conhecidos de megálitos e demonstram os registros astronômicos de povos do passado; outros megálitos são encontrados em diversas partes do planeta (AFONSO; NADAL, 2014). Considerando que se há 3000 a.C. já havia monumentos enormes construídos em consonância com eventos astronômicos, é bem fácil acreditar que desde o mais primata ancestral humano, o céu noturno já atraía a nossa atenção e curiosidade e que desde o início tentamos entender o céu. FIGURA 1 – MONUMENTO NEOLÍTICO DE STONEHENGE, NA INGLATERRA FONTE: Disponível em: <https://sunearthday.nasa.gov/2005/multimedia/ gal_034.htm>. Acesso em: 17 abr. 2017. TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA 5 A astronomia no Oriente foi desenvolvida praticamente sem contato com os ocidentais, sabemos hoje que foram os chineses que em 2317 a.C. descreveram detalhadamente a aparição de um cometa pela primeira vez (TRAVNIK, 1985). Os chineses também fizeram apontamentos astronômicos com anotações muito precisas dos astros e suas órbitas, esses escritos orientais foram datados aproximadamente em 700 a.C. Muito antes do que qualquer ocidental, os chineses mediram em 365 dias a duração de um ano (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2004). Também cerca de 700 a.C. é a idade em que foram datadas duas tábuas de argila cozida encontradas no Iraque com escritos babilônicos. Esses escritos resumem o movimento de planetas e constelações como a de Leão e a de Escorpião, de maneira tão detalhada que as descrevem praticamente como conhecemos hoje. Os babilônios também foram responsáveis por introduzir o conceito do dia com 24 horas e da hora com 60 minutos (RIDPATH, 2008). Os babilônios olhavam para o céu e buscavam realizar as previsões celestiais com base na posição das estrelas, o que hoje conhecemos como astrologia e não será foco de nossos estudos. Quando esse conhecimento sobre a posição das estrelas foi levado aos gregos, estes passaram a se interessar por explicações sobre o funcionamento do universo, partindo dos princípios físicos já conhecidos naquela época. Na Grécia Antiga, o período entre 600 a.C. e 400 a.C. foi de grande desenvolvimento da astronomia, contando com as contribuições de Tales de Mileto (624-546 a.C.), que era matemático, astrônomo e levou muitos conhecimentos babilônicos do Egito para a Grécia. Em um tempo em que ainda se pensava que a Terra era um disco cercado por água, Tales de Mileto apresentou aos gregos conhecimentos fundamentais de geometria, explicou que a Lua é iluminada pelo Sol e também previu um eclipse. Pitágoras (572-497 a.C.), apesar das polêmicas atuais que debatem sobre ele ser uma pessoa ou um grupo de estudos daquela época, o que todos concordam é sobre o fato de que ele (ou eles) já acreditava na esfericidade da Terra. Tempos depois, mas com base nas ideias pitagóricas, surge o pensamento de Aristóteles (384-322 a.C.), que explicou as fases da Lua, os eclipses e, com base no conceito de Terra esférica, afirmava que o universo é esférico e finito. Mais tarde, Aristarco (310-230 a.C.) propôs pela primeira vez que a Terra se move em torno do Sol. Isso foi quase há 2000 anos antes de Copérnico propor o geocentrismo. Aristarco também desenvolveu um método para calcular a distância e o tamanho relativo do Sol, da Lua e da Terra. Depois, Erastóstenes (276-194 a.C.), que foi bibliotecário e diretor da Biblioteca de Alexandria, conseguiu desenvolver um método para medir a circunferência da Terra a partir do estudo das sombras em duas cidades diferentes, Alexandria e Siena, na mesma data e hora. Conhecendo as medidas envolvidas, UNIDADE 1 | ASTRONOMIA: A JANELA PARA O UNIVERSO 6 Erastóstenes descobriu as diferenças entre elas e calculou o raio daTerra. Hoje reconhecemos que, tomados os devidos cuidados, podemos chegar a um valor muito próximo da medida verdadeira (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2004). Como a unidade de medida utilizada por Erastóstenes foi o estádio, uma unidade antiga e que não conhecemos exatamente qual o valor métrico, existem controvérsias sobre a medida encontrada por Erastóstenes, pois não se sabe o quão próximo da medida real ele teria chegado (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2004). Mais tarde, Hiparco (160-125 a.C.), já com bastante conhecimento grego acumulado, compilou um catálogo com informações de posição e magnitude (brilho) de 850 estrelas. Hiparco também deduziu o tamanho da sombra da Terra, o tamanho e a distância da Lua, e ainda confirmou a duração do ano. Alguns anos depois, Ptolomeu (85 d.C. – 165 d.C.), o último nome importante da astronomia na Grécia Antiga, fez uma excelente representação geométrica do sistema solar. O modelo geocêntrico de Ptolomeu apresentou um complexo movimento dos planetas. Nesse modelo a Terra era colocada em um sistema geocêntrico (geo= Terra + cêntrico= no centro), explicando o complexo movimento dos planetas (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2004). Na visão antropocêntrica dominante naquela época, os seres humanos e o planeta Terra eram o centro de tudo o que havia, o universo girava em torno dos homens. Assim, na concepção antropocêntrica, o homem era o centro da “criação”. O modelo geocêntrico de Ptolomeu colocou a Terra no centro do sistema, explicando de forma bastante complexa o movimento dos planetas no céu. Nessa época os planetas eram chamados de errantes, devido ao vai e vem que fazem no céu (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2004). A Terra no centro do sistema, rodeada pelos planetas que se moveriam fazendo dois movimentos, um grande círculo, denominado Deferente (Figura 2), onde cada planeta em uma órbita segue em movimentos circulares menores, chamados Epiciclos (RIDPATH, 2008). Naquele momento, pela primeira vez era possível prever o movimento dos planetas com boa precisão, e isso foi um grande avanço na Astronomia da época. A ideia básica do modelo geocêntrico de Ptolomeu foi equivocada, mas produziu bons resultados na aplicação do modelo. O modelo geocêntrico descreve tão bem o que é visto no céu que foi utilizado até o século XVI (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2004). Além do modelo geocêntrico, Ptolomeu deixou outra grande contribuição, ao compilar todo o conhecimento em astronomia da época em uma coleção que ficou conhecida como Almagesto (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2004). Logo depois dessa época, com a civilização grega indo às ruínas, a astronomia adormeceu. TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA 7 FIGURA 2 – REPRESENTAÇÃO DO MODELO GEOCÊNTRICO DE PTOLOMEU (À ESQUERDA). DETALHE DO DEFERENTE E DO EPICICLO (À DIREITA) FONTE: Disponível em: <http://www.scienceu.com/observatory/articles/retro/retro.html >. Acesso em: 20 abr. 2017. Com o declínio da civilização greco-romana e avanço das populações mulçumanas para a Europa, as investigações mais importantes em astronomia passaram a ser realizadas em Bagdá. A obra de Ptolomeu foi revisada, traduzida e adaptada para o árabe por Al-Sufi, por volta do ano 1000 d.C., era um popular livro árabe de astronomia intitulado “Almagesto”, que significa “O Maior” (RIDPATH, 2008). Os astrônomos árabes se preocuparam muito na descrição física da posição dos astros e desenvolveram instrumentos para realizar medidas de ângulos, para, através de cálculos matemáticos, obter posições e medidas com certa precisão. Esses avanços contribuíram bastante com a modernização do astrolábio e do sextante, o que permitiu medidas ainda mais precisas. Muito do que se produziu na Europa durante os anos de dominação mulçumana foi destruído quando ocorreu a conquista do TERRITÓRIO pelos cristãos. Grande parte do conhecimento adquirido ao longo da história na Europa foi perdido, assim a astronomia perdeu alguns séculos de avanços no conhecimento. Com a Europa dominada, a astronomia adormeceu em suas descobertas. TERRITÓRIO – é um dos conceitos-chave da geografia, merece atenção especial do professor de Geografia. ATENCAO UNIDADE 1 | ASTRONOMIA: A JANELA PARA O UNIVERSO 8 Entre os séculos XII e XVI a astronomia na Europa passou por uma grande perseguição devido à intolerância religiosa. Mesmo assim, Copérnico (1473- 1543), de forma anônima por medo da intolerância religiosa, lançou escritos que resgatavam a teoria heliocêntrica (Sol no centro) de Aristarco, estimulando novas investigações (RIDPATH, 2008). Com a circulação dos escritos de Copérnico, a astronomia passou por um despertar, e apesar de ainda perseguida no século XVI, buscou os saberes resgatados na obra de Ptolomeu. Um fato interessante na história da astronomia é que o Almagesto se perdeu com muito conhecimento da antiguidade, mas para a sorte dos astrônomos, em 765 d.C. foi encontrada na Pérsia uma versão em árabe do Almagesto, e no século XII a obra foi traduzida para o latim e o conhecimento foi levado de volta à Europa, mais precisamente para Toled, na Espanha (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2004). NOTA Conhecendo o modelo heliocêntrico de Copérnico, que explica de forma razoável o movimento dos planetas, mas apresenta discrepâncias e não consegue explicar os movimentos planetários com precisão, e ainda utilizando os trabalhos das observações de seu mestre, o dinamarquês Tycho Brahe (1546-1601), sobre a órbita de Marte, foi que o matemático alemão Johannes Kepler (1571-1630) desenvolveu as três leis do movimento planetário (HAWKING; MLODINOW, 2008; FARIA, 1987). As três leis do movimento planetário de Kepler descrevem as características do movimento dos planetas ao redor do Sol. O movimento de um planeta em volta do Sol é chamado de translação. Uma volta em torno do Sol equivale a um ano. A primeira lei de Kepler demonstrou que a órbita dos planetas ao redor do Sol é elíptica. A segunda lei de Kepler diz que quanto mais próximo um planeta estiver do Sol, maior será sua velocidade, e quanto mais distante do Sol, menor será sua velocidade, ou seja, a velocidade de um planeta em sua translação ao redor do Sol não é constante. A terceira lei de Kepler aponta uma relação constante, que considera a distância média do planeta até o Sol com o tempo da translação desse planeta (FARIA, 1987). Com o desenvolvimento das leis de Kepler foi confirmado que os planetas não estavam em órbitas circulares, mas em órbitas elípticas ao redor do Sol (HAWKING; MLODINOW, 2008). Assim, o ponto da órbita mais próximo do Sol e onde a velocidade é máxima foi denominado de periélio, e o ponto da órbita mais distante do Sol, logo com a menor velocidade, foi denominado de afélio (FARIA, 1987). TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA 9 Com isso, o modelo do sistema solar foi ajustado e o movimento dos planetas pôde ser descrito com maior clareza. Até essa época, toda observação do céu era feita sem nenhum equipamento ótico. O sistema solar era composto apenas pelos planetas visíveis a olho nu, ou seja, Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e Saturno. Um grande avanço na astronomia surgiu logo depois das leis de Kepler serem estabelecidas, foi quando Galileu Galilei (1564-1642) ouviu falar do desenvolvimento de lentes para observar objetos distantes e logo desenvolveu o telescópio. Com o telescópio foi possível olhar mais longe, o que possibilitou uma nova visão do céu e muitos avanços foram alcançados, ajudando a fundar a física moderna (HAWKING; MLODINOW, 2008; RIDPATH, 2008). A partir de 1610 a astronomia passou a utilizar o telescópio para observar o céu. Com suas observações, Galileu descobriu montanhas e crateras na Lua, quatro satélites em Júpiter, manchas solares, estrelas distantes invisíveis a olho nu (FARIA,1987). O equipamento de Galileu Galilei permitiu olhar mais longe do que qualqueroutra pessoa já tinha olhado antes. Com o telescópio foi possível observar os planetas como discos, porém as estrelas ainda se apresentavam apenas como pontos luminosos, o que dava força às ideias de um universo vasto, imenso. As observações celestes de Galileu Galilei abriram uma nova janela para o conhecimento humano, ele também descobriu que a velocidade de um objeto dobra a cada 9,8 metros de queda, esse é o valor da constante de aceleração da força da gravidade, que mais tarde foi utilizada por Isaac Newton para descrever a Lei da Gravidade (RIDPATH, 2008). As revelações de Galileu destoavam do pensamento imposto na época, mas, por conta da aceitação do heliocentrismo, o astrônomo teve sérios problemas com os tribunais que o perseguiram, prenderam e o confinaram no final de sua vida. Para conhecer mais sobre a obra e a vida de Galileu, a dica é que existem alguns filmes disponíveis gratuitamente na internet, procure por Galileu Galilei no seu buscador preferido, encontre um dos filmes disponíveis e aproveite para adquirir mais conhecimento. DICAS UNIDADE 1 | ASTRONOMIA: A JANELA PARA O UNIVERSO 10 O telescópio de Galileu foi construído com um tubo e duas lentes, uma côncava e outra convexa, que ampliava cerca de 30 vezes e tinha um pequeno campo de visão. Foi o suficiente para revolucionar a astronomia, e pouco tempo depois o telescópio foi incrivelmente aperfeiçoado por Christian Huygens (1629- 1695). Além de telescópios, ele também propôs a teoria ondulatória da luz e descobriu os anéis de Saturno (RIDPATH, 2008). Os estudos de Isaac Newton (1642-1727) contribuíram muito para o desenvolvimento da astronomia. O avanço no entendimento sobre a decomposição da luz através de um prisma foi revolucionário, mas a maior contribuição de Newton para a astronomia foi o entendimento da força da gravidade, ao perceber que a força que nos mantém com os pés no chão é a mesma força que atua e mantém a Lua na órbita da Terra, assim como os planetas na órbita do Sol (RIDPATH, 2008). Enquanto Isaac Newton desenvolvia a Lei da Gravitação Universal, ele percebeu que a constante da 3ª Lei de Kepler depende da massa do Sol e do planeta, e ainda, que as leis de Kepler são válidas também para os asteroides, cometas, meteoros, satélites (FARIA, 1987). O conhecimento de Newton está organizado em sua obra mais importante, o Principia Mathematica, que foi publicado originalmente em 1687, apresentando pela primeira vez a Lei da Gravidade, explicando a órbita dos planetas ao redor do Sol e a influência da Lua sobre as marés (HAWKING; MLODINOW, 2008). O conhecimento desenvolvido por Newton colaborou muito como um grande referencial para as pesquisas posteriores. Atualmente podemos ver a aplicação dos ensinamentos de Newton em muitas áreas, como nas tecnologias que mantêm os satélites artificiais na órbita da Terra (RIDPATH, 2008). Newton foi uma personalidade muito importante no desenvolvimento dos conhecimentos, suas contribuições são utilizadas cotidianamente por todos nós. Os satélites artificiais são mantidos na órbita da Terra e são importantes na manutenção de redes de comunicação, como internet e telefonia, e também em usos de posicionamento como o GPS. Através de exemplos da atualidade, o professor de Geografia pode contextualizar os estudos que estão sendo realizados, levando ao aluno um maior entendimento da importância que tem a informação que está sendo oferecida. ATENCAO TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA 11 Mais tarde, com base na teoria da gravidade, Edmond Halley (1656-1742) calculou a órbita dos cometas em torno do Sol e percebeu que “os cometas” vistos em 1531, 1607 e 1682 eram o mesmo, prevendo corretamente a reaparição do cometa em 1758, o que ocorreu 16 anos após sua morte. E quando o cometa surgiu no céu conforme previsto, foi batizado de Cometa Halley (RIDPATH, 2008). O Cometa Halley é conhecido na humanidade, da última vez que nos visitou, ainda no século XX, causou muita expectativa, euforia e temor em muitos de nós. Procure saber mais sobre acontecimentos históricos em relação à passagem de cometas. O professor deve sempre incentivar a leitura e a curiosidade em seus alunos. Falando nisso, você já está preparado para a próxima passagem do Cometa Halley? UNI Em 1750, o astrônomo amador Thomas Wrigth (1711-1786) presumiu em seus escritos a existência de outras galáxias, o que inspirou o alemão Immanuel Kant (1724-1804) a propor em 1755 que as nebulosas que se vê no céu noturno são sistemas de estrelares bastante compatíveis com o que temos na Via Láctea (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2014). Em 1781, Wilhelm Herschel (1738-1822) descobriu Urano e observou a existência da galáxia (FARIA, 1987). Após o século XVIII, a física e a astronomia alcançaram novos grandes avanços, e surge então a astrofísica, com intrigantes debates sobre a origem do universo, que resultaram em um desenvolvimento tecnológico incrível. A decomposição da luz com um prisma, inicialmente estudada por Newton, instigou vários cientistas que passaram a se interessar pelo tema. Já no início do século XIX, o asteroide CERES é descoberto em 1801 (FARIA, 1987). No ano seguinte foram descobertas as riscas negras no espectro do Sol. Com base na decomposição da luz descrita por Newton, o alemão William Hyde Wollanston (1766-1826) desenvolveu um processo e inventou o espectroscópio, que é um aparelho utilizado para analisar os comprimentos de onda da luz (RIDPATH, 2008). Utilizando o espectroscópio é possível, por exemplo, decompor a luz de estrelas distantes, e foi o que fizeram Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff. Quando estudaram a atmosfera do Sol utilizando o espectroscópio, eles perceberam a presença de substâncias químicas em altas temperaturas (RIDPATH, 2008). Ainda no século XIX surge a fotografia, e logo que inventada já foi utilizada para registrar o céu noturno; ainda em 1838, Friedrich Bessel fez uma mensuração inédita, até então ele mediu a distância da Terra até uma estrela aplicando o UNIDADE 1 | ASTRONOMIA: A JANELA PARA O UNIVERSO 12 conhecimento em medidas de distância utilizando os princípios matemáticos de Paralaxe (RIDPATH, 2008). A fotometria permitiu a análise quantitativa da luz dos astros e a fotografia astronômica possibilitou registrar a luz emitida pelos astros (FARIA, 1987). No início do século XX, Albert Einstein (1879-1955) publicou a Teoria da Relatividade, revolucionando a física, e possibilitou muitas descobertas sobre as leis do universo no campo da cosmologia. Com o avanço das tecnologias, telescópios cada vez mais potentes foram construídos, galáxias distantes foram avistadas, teorias foram comprovadas. Com o desenvolvimento das tecnologias, os astrônomos passaram a olhar mais e melhor para o céu, registrando e descobrindo novas estrelas, planetas, exoplanetas em galáxias distantes. Aprendemos a sair do planeta, chegar à Lua e voltar para a Terra em relativa segurança, enviamos sondas de exploração aos planetas do sistema solar, telescópios espaciais foram lançados ao espaço para nos enviar imagens de partes muito distantes do universo. A astronomia é um tema que necessita de atualização constante por parte dos professores. Os avanços tecnológicos cada vez mais estão nos fornecendo novas ferramentas de investigação, e também as sondas espaciais, que estão cada vez mais longe da Terra e seguem nos enviando novos conhecimentos sobre o universo. Assim, espera-se que o professor mantenha seus conhecimentos em astronomia sempre atualizados, que realize leituras constantes sobre astronomia e considere que grandes avanços podem ocorrer. Atualmente, novas descobertas astronômicas têm sido realizadas, em parte por conta dos avanços tecnológicos, mas um aspecto importante é de que, com a popularização das lunetas, até mesmo astrônomos amadores já fizeramgrandes descobertas. Uma leitura sobre a participação dos astrônomos amadores nas descobertas pode ser encontrada no link <http://www.oei.es/historico/divulgacioncientifica/reportajes_098.htm>. DICAS 3 SOBRE A ORIGEM DO UNIVERSO Considerando as diferentes linhas de pensamento sobre a origem do universo, após leituras que abordam o tema e buscando um texto que apresente o conhecimento científico, respeitando as diferentes visões religiosas, é importante destacar, mais uma vez, que o presente texto busca apresentar o atual entendimento científico sobre os fatos que se sucederam após a singularidade do instante inicial. Não se tem intenção de questionar ou tentar explicar qualquer fato ou ação anterior à singularidade. TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA 13 A teoria científica que atualmente melhor explica a singularidade do momento inicial diz que toda a matéria que existe no universo estava comprimida em um único ponto, onde a temperatura, a densidade e a curva espaçotempo foram infinitas, o que resultou na singularidade inicial que chamamos de Big Bang (HAWKING; MLODINOW, 2008). Estudar sobre a origem do universo é conhecer a origem do planeta Terra e dos elementos que compõem esse e outros planetas. O Big Bang foi o momento da singularidade inicial, marca o início do tempo e do espaço, aconteceu entre 13 e 20 bilhões de anos atrás (RIDPATH, 2008; POMEROL et al., 2013). Essa medida de tempo pode variar conforme o método utilizado pelos cientistas. Devemos considerar a teoria do Big Bang, pois é o modelo mais aceito sobre a origem do universo, trata do início de tudo, diz que a partir de uma grande explosão criou-se o tempo e o espaço e espalhou toda a matéria cósmica existente (HAWKING; MLODINOW, 2008). O planeta Terra, e tudo o que existe aqui, é constituído por elementos químicos comuns a outras partes do cosmos. Todo material que conhecemos possui uma origem em comum com qualquer outro material existente. A origem em comum é a singularidade, a grande explosão primordial, o Big Bang que expandiu o universo, espalhou a matéria e deu origem ao espaço e ao tempo. Um fato inusitado é que a teoria do Big Bang foi batizada por um de seus maiores opositores, que ao rejeitar a ideia, proferiu algumas palavras contrariando a teoria e exclamando ao fim que o início do tempo não poderia ser apenas uma grande explosão, e assim o termo big bang (grande explosão) passou a ser utilizado, quase como um apelido de escola, para nominar e referenciar a teoria que atualmente é a mais aceita sobre a origem do tempo e do espaço. UNI A teoria da relatividade geral, desenvolvida por Albert Einstein (1879- 1955), diz que o espaçotempo começou com o Big Bang e chegará ao fim em outra singularidade, o Big Crunsh, a teoria também defende que enquanto o universo se expande, qualquer matéria ou radiação nele se resfria (HAWKING, 1988). Acreditamos que com apenas um segundo de idade o universo já havia diminuído sua temperatura para algo em torno de dez bilhões de graus Celsius e cerca de cem segundos depois a temperatura já havia caído para algo em torno de um bilhão de graus, assim o espaço seguiu expandindo e resfriando (HAWKING; MLODINOW, 2008). UNIDADE 1 | ASTRONOMIA: A JANELA PARA O UNIVERSO 14 Supondo que o universo se expanda em todas as direções, talvez até o infinito, o que se tem certeza é de que vai até mais além do que podemos observar ou entender atualmente. A matéria espalhada depois do Big Bang nos dá pistas de como ocorre a expansão do universo, pois essa matéria forma as estrelas, planetas, cometas, meteoros e tudo mais que possa existir, mas o entendimento da origem do universo ainda não foi alcançado e novas teorias ainda despontam, como a das supercordas, que sugere um universo com 10 dimensões (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2004). Para pensar: se uma estrela estiver a uma distância maior do que 20 bilhões de anos-luz da Terra, ainda não poderemos enxergar essa estrela, uma vez que sua luz ainda não chegou por aqui, ao mesmo tempo que a luz de uma estrela que está sendo vista da Terra hoje foi emitida há tempos atrás e pode ser que a luz que enxergamos hoje seja na verdade de uma estrela que já não brilha mais. UNI 3.1 AS GALÁXIAS No século XVIII os astrônomos já haviam percebido que havia algo entre as estrelas. Parecia um objeto muito grande, porém não é muito nítido. Então a desconhecida, difusa e extensa massa foi chamada de nebulosa (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2014). Mais tarde descobriu-se que essa nebulosa é formada por diversos objetos diferentes, a maior que vemos faz parte da nossa galáxia, são nuvens de gás iluminadas por uma estrela em seu interior, gases de alguma estrela que chegou ao fim da sua evolução ou mesmo um aglomerado de estrelas, mas algumas daquelas nebulosas são outras galáxias, que estão muito distantes (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2014). Considerando a teoria do Big Bang, sabemos que todas as galáxias começaram a se formar na mesma época, mas a maneira como se organizam e os materiais que cada galáxia tinha em sua composição inicial foi o que as diferenciou (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2004). A classificação das galáxias ocorre pela forma como as enxergamos no céu, seguindo o esquema de classificação de galáxias (Figura 3), proposto por Edwin Powell Hubble (1899-1953) (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2004). Apesar de cada galáxia ter características próprias, elas podem ser classificadas em dois tipos principais: as Elípticas e as Irregulares (Figura 4). TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA 15 As galáxias irregulares, como o próprio nome sugere, são as galáxias que não apresentam uma forma definida, uma em cada 40 galáxias é irregular. Por outro lado, as galáxias elípticas apresentam rotação simétrica em torno de um ponto central dominante e ainda podem ser subdivididas em espirais normais e espirais barradas (HUBBLE, 1958). As galáxias elípticas do tipo espiral normal possuem dois braços opostos, que surgem da periferia do núcleo para fora, marcando a trajetória espiral. Já a espiral barrada apresenta, além do anel aparente no centro, uma concentração de massa em uma barra nebulosa que atravessa o centro da galáxia (HUBBLE, 1958). FIGURA 3 – DIAGRAMA DO ESQUEMA DE CLASSIFICAÇÃO DAS GALÁXIAS FONTE: Adaptado de Hubble (1958) FIIGURA 4 – TIPOS DE GALÁXIAS FONTE: Disponível em: <https://spaceplace.nasa.gov/galaxy/en/>. Acesso em: 15 abr. 2017. UNIDADE 1 | ASTRONOMIA: A JANELA PARA O UNIVERSO 16 A Via Láctea é considerada uma Galáxia Espiral (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2004), todavia, há indícios de que a Via Láctea seja uma Galáxia Espiral com uma característica barrada, essa barra estaria alinhada exatamente com o nosso ponto de vista (RIDPATH, 2008), por isso seria difícil de perceber essas barras. Nosso lugar na Via Láctea está longe do centro, fica no chamado Braço de Orion, que é um dos braços espirais da Via Láctea (CHRISTOPHERSON, 2012). FIGURA 5 – REPRESENTAÇÃO DOS BRAÇOS DA VIA LÁCTEA E DA LOCALI- ZAÇÃO DO NOSSO SOL FONTE: Disponível em: <https://starchild.gsfc.nasa.gov/docs/StarChild/ questions/question18.html>. Acesso em: 17 abr. 2017. O nome Via Láctea significa o caminho do leite e recebe essa denominação por conta do esbranquiçado que forma no céu noturno (CHERMAN; MENDONÇA, 2010). O brilho claro no céu noturno fica mais acentuado nas noites de lua nova, quando a escuridão do céu destaca o brilho das estrelas. A maior parte de tudo que vemos brilhando no céu noturno está em nossa galáxia, a Via Láctea, que possui mais de 200 milhões de estrelas (RIDPATH, 2008). Alguns cientistas dizem haver cerca de 400 bilhões de estrelas (CHRISTOPHERSON, 2012). TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA 17 Experimente dedicar algum tempo para observar o céu noturno, uma noite sem nuvens, com a Lua na fase nova, em umlocal afastado da luminosidade dos centros urbanos. Olhe para o céu, busque as estrelas que você conhece, pesquise antes, se for o caso. Você perceberá uma grande região do céu com aspecto nebuloso, é a nossa galáxia, a Via Láctea. Ao Sul da linha do Equador é possível observar o Cruzeiro do Sul, é uma constelação importante para a navegação astronômica, pois indica a direção do Sul. Um outro grupo de estrelas conhecido são as Três Marias, que formam o cinturão da constelação de Orion. Permita-se olhar para o céu à noite. DICAS A Via Láctea não é a única galáxia do universo, na verdade existem muitas outras, nossa vizinha mais próxima é Andrômeda, que tem dimensões duas vezes maior que a Via Láctea e seu centro está distante cerca de 2,2 milhões de anos-luz da Terra (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2004; RIDPATH, 2008). 3.2 BURACO NEGRO A principal força conhecida que atua em um buraco negro é a força da gravidade. Um buraco negro é formado quando uma estrela entra em colapso e seu núcleo rompe, formando os quarks, o que gera uma força gravitacional tão intensa que nem mesmo a luz consegue escapar. Os buracos negros são os mais estranhos objetos conhecidos pela ciência (RIDPATH, 2008). No centro da Via Láctea existe em buraco negro supermaciço, com massa de 2 milhões de vezes maior que a massa do Sol, nós o chamamos de estrela Sagitário A (CHRISTOPHERSON, 2012). Esse buraco negro não é negro, o terráqueo que daqui o observa vê o brilho do buraco negro que se parece com o de uma estrela. O brilho do buraco negro aparece no céu noturno, e desde os primórdios da astronomia foi considerado uma estrela e faz parte da constelação de Sagitário, a qual também podemos observar no céu noturno. Para supostamente conseguir escapar de um buraco negro, que é uma estrela com a gravidade tão forte que impede qualquer coisa de escapar, pois a velocidade de escape é igual à velocidade da luz, seria necessário ir mais rápido do que a luz, mas tamanha velocidade é impossível de ser alcançada (OLIVEIRA FILHO; SARAIVA, 2004). Podemos entender o buraco negro como o centro de um colapso espacial com força gravitacional tão intensa que é capaz de distorcer o espaço e o tempo ao seu redor e de onde nem mesmo a luz consegue escapar. UNIDADE 1 | ASTRONOMIA: A JANELA PARA O UNIVERSO 18 3.3 A FORÇA DA GRAVIDADE Perceber o peso das coisas, talvez o próprio peso, é uma interação cotidiana que temos com a força da gravidade, muito provavelmente essa foi a primeira forma que a humanidade percebeu essa força. É a gravidade que faz as coisas caírem. Podemos dizer que é uma força que existe desde o início do universo e atua atraindo corpos menores para cima de corpos maiores. Foi Isaac Newton, o famoso físico e autor das três leis de Newton, o primeiro estudioso que se interessou seriamente em estudar a força da gravidade. Após muito estudo, reflexões e experimentos, ele conseguiu chegar a conclusões que o levaram a formular a Lei da Gravitação Universal, explicando que a “gravidade é uma força de atração entre corpos”. A gravidade é a força que supostamente criou a clássica cena da maçã caindo na cabeça de Newton que repousava embaixo da árvore, e a partir daí o levou a estudar essa força e resultou na formulação da lei da gravidade. Com a lei formulada, Newton conseguiu demonstrar que é a gravidade que faz a Lua ficar na órbita da Terra, assim como os planetas ficam na órbita do Sol (HAWKING, 1988). Isaac Newton, usando da lei da gravidade, explicou que no universo todo corpo é atraído por outro corpo devido a uma força, que quanto maior for a massa do corpo e quanto mais próximo um corpo estiver do outro, maior será a força de atração entre esses corpos. A imensa intensidade de atuação da força da gravidade foi verificada quando astrônomos demonstraram que até mesmo uma galáxia pode ser atraída pela gravidade de outra. Os astrônomos já confirmaram que a força gravitacional entre a Via Láctea e a Espiral de Andrômeda faz com que elas se atraiam mutuamente, e daqui a cerca de 4 bilhões de anos haverá uma colisão que fundirá estas duas galáxias (RIDPATH, 2008). A força da gravidade é uma das quatro forças fundamentais do universo, e, assim como a força eletromagnética, são forças de longo alcance. As outras duas forças têm alcance muito menor, atuam somente no núcleo dos átomos e são denominadas força fraca e força forte. A mecânica quântica já descreveu as forças fracas e fortes, bem como a força eletromagnética, porém a força da gravidade ainda não foi descrita, talvez isso seja uma boa indicação de que a força da gravidade não é explicada pela física quântica, ou, por outro lado, pode apenas demonstrar que simplesmente ainda não sabemos fazer tal descrição (CHERMAN; MENDONÇA, 2010). TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA 19 3.4 AS ESTRELAS Em uma descrição primitiva, as estrelas são pontinhos brilhantes que surgem no céu ao anoitecer. Alguns desses pontinhos luminosos que vemos no céu estão tão distantes da Terra que a estrela que emitiu a luz pode até já não existir mais. Isso se dá pois algumas dessas estrelas estão muito distantes, e assim o que vemos hoje é apenas a luz emitida antes do fim da estrela. Quando olhamos à noite para o céu estrelado, podemos perceber aglomerados de estrelas e também áreas mais vazias, os pontinhos brilhosos que podemos ver são apenas alguns dos milhares, dentre os bilhões de estrelas que estão em volta de nós (CHRISTOPHERSON, 2012). A análise da luz emitida por uma estrela pode responder aos astrônomos algumas questões, como a temperatura da superfície da estrela, quantidade de energia irradiada, composição química. Com as respostas dessas questões, os astrônomos utilizam o diagrama de Hertzsprung-Russell (POMEROL et al., 2013). FIGURA 6 – DIAGRAMA DE HERTZSPRUNG-RUSSELL FONTE: Disponível em: <http://www.socionauki.ru/journal/files/seh/2005_1/seh_4_1_c_fig_1. JPG>. Acesso em: 16 abr. 2016. UNIDADE 1 | ASTRONOMIA: A JANELA PARA O UNIVERSO 20 As estrelas possuem um ciclo de vida. O nosso Sol, por exemplo, está próximo do meio de sua vida, sendo que as previsões indicam que daqui a aproximadamente 5 bilhões de anos o Sol entrará em colapso e se transformará em uma estrela gigante vermelha. Devido às imensas distâncias entre as estrelas e nós, o pontinho brilhoso que vemos no céu hoje pode ter sido emitido por uma estrela que não existe mais. É que devido a distância ser muito grande e o fato da luz emitida viajar pelo espaço sem interferência dos eventos posteriores à emissão da luz no ponto de origem, o que vemos hoje é um fato do passado da estrela. O que acontece é que a estrela está tão distante de nós que já pode ter se transformado em uma gigante vermelha, e como a luz emitida ainda está viajando pelo universo, o que vemos atualmente aqui da Terra é a luz emitida pela estrela há tempos atrás. O universo possui uma dimensão desconhecida, não sabemos o tamanho, não sabemos onde ele começa, tampouco onde ele termina. Na verdade, ainda desconhecemos muitas distâncias e muitos dos fenômenos. A astronomia é uma ciência em constante atualização. O profissional licenciado em Geografia deve sempre se manter atualizado com as novas descobertas, uma vez que é possível que no período entre a publicação desse livro e a leitura deste pelo acadêmico de Geografia, alguma nova descoberta astronômica venha a modificar o entendimento de algum fenômeno, ou mesmo alguma nova resolução da União Internacional de Astronomia modificar a definição de planeta, ou dar novos nomes a objetos já conhecidos e ainda não nominados. ATENCAO As estrelas se formam devido à força da gravidade. Conforme a hipótese da nebulosa, a força da gravidade agrega partículas de poeira e gás que desenvolvem um centro devido aos movimentos inicialmente aleatórios da nebulosa e que seguempara uma forma gravitacional mais ordenada, em giros, que levam o material cósmico a ficar mais compactado, passando então para uma forma achatada, como a de um disco. Existem diferentes tipos de estrelas que podemos classificar conforme a fase do ciclo de vida estrelar que se encontram, elas variam no brilho e na cor. Assim a nebulosa com a massa em forma de disco segue e ganha volume, logo a força da gravidade também fica mais intensa, e agrega mais material do entorno, o que resulta na intensificação ainda maior da força gravidade que segue aumentando conforme a massa vai crescendo, o que resulta também na progressiva elevação da temperatura no centro do disco devido ao aumento da pressão e do atrito sobre das partículas no interior, e assim passa a gerar o brilho inicial da protoestrela (RIDPATH, 2008). TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA 21 Conforme a protoestrela ganha massa, a gravidade aumenta e ainda mais matéria do entorno é atraída, elevando cada vez mais a pressão sobre as partículas no centro da massa. É quando se tem uma bifurcação pontual na evolução da protoestrela, isso se dá quando a temperatura atinge ou não o ponto de fusão, definindo se a protoestrela se tornará uma anã marrom ou seguirá evoluindo no ciclo de vida estrelar, aquelas que alcançam massa em torno de 10% da massa do Sol chegarão a sequência principal da evolução das estrelas (RIDPATH, 2008). As protoestrelas que não atingem massa suficiente para gerar fusão nuclear acabam entrando em colapso e são contraídas pela própria gravidade e assim formam as estrelas anãs marrons que são estrelas com muito pouco brilho. Todavia, quando a massa da protoestrela segue crescendo com o aquecimento em elevação intensificando o brilho e atingindo o ponto do início da fusão nuclear, a protoestrela evolui para o estágio de estrela adolescente (RIDPATH, 2008). De certa maneira, toda estrela surge como uma protoestrela que agrega matéria, podendo se contrair em uma anã marrom ou seguir o ciclo de vida estrelar e evoluir para uma estrela adolescente. Quando passa a ser uma estrela adolescente ainda existe uma espiral de gás e poeira em seu entorno, parte dos constituintes dessa espiral são incorporados pela própria estrela adolescente e parte é lançado ao espaço. Várias dessas jovens estrelas possuem um campo magnético que atrai mais material cósmico incorporando uma parte e lançando o restante para longe com fortes ventos estrelares que ejetam o material através dos polos para o espaço sideral (RIDPATH, 2008). Ainda nesse contexto de atração e ejeção de matéria pela estrela, a radiação cria forte pressão que dispersa elementos pesados como o hidrogênio, além de desintegrar a si mesma passando por ciclo de pulsos e instabilidades que a conduzem para a sequência principal da vida de uma estrela e nessa forma atinge um brilho constante por conta das reações nucleares que ocorrem na estrela (RIDPATH, 2008). As estrelas também morrem, isso ocorre quando o elemento principal que mantém as fusões nucleares chega ao fim, ou seja, quando todo o hidrogênio do núcleo é consumido nas fusões dentro do núcleo da estrela, que passa então a consumir o estoque de hélio no núcleo, bem como o hidrogênio que ainda existe na superfície da estrela também é queimado aumentando muito o brilho, diminuindo a massa e assim diminuindo a força da gravidade que atua sobre os elementos da estrela, permitindo que a estrela se expanda enormemente, é quando se diz que a estrela evoluiu para uma estrela gigante (RIDPATH, 2008). O material resultante da fusão do hidrogênio que ao longo da vida de estrela ainda jovem foi sendo acumulado é o hélio, porém a energia resultante da fusão é bem menor do que a resultante da fusão do hidrogênio que ocorria anteriormente. Essa diferença torna a estrela instável, pois como consumiu praticamente todo o hidrogênio a massa da estrela diminui, logo a força da gravidade também diminui, o que permite que a matéria da estrela se expanda atingindo tamanhos gigantescos (RIDPATH, 2008). UNIDADE 1 | ASTRONOMIA: A JANELA PARA O UNIVERSO 22 Ao se expandir a estrela já está brilhando muito mais, pois está queimando o hidrogênio restante na superfície enquanto no núcleo a fusão agora ocorre com o hélio e assim se torna mais brilhosa do que quando era uma estrela adolescente. Quando o tamanho da estrela é semelhante ao tamanho do Sol, o astro evoluirá para uma estrela gigante vermelha que entrará em colapso quando o hélio acabar, formando então uma nova nebulosa, porém quando o tamanho for pelo menos oito vezes maior que o Sol, essa estrela passará pelo colapso do final do estoque de hidrogênio e expandirá até atingir proporções de uma estrela supergigante (RIDPATH, 2008). Quando o estoque de hélio da estrela supergigante for consumido haverá um novo colapso, e da explosão resultante se formará uma estrela supernova, que seguirá consumindo os elementos disponíveis ainda existentes em seu núcleo, serão elementos cada vez mais pesados que liberam cada vez menos energia, até que sobre apenas o ferro. No caso do ferro a energia consumida na fusão é maior do que a energia liberada, e assim o núcleo da estrela supernova se desmontará sobre a própria gravidade, despedaçando a estela pela própria gravidade, e assim pode gerar ou uma estrela de nêutrons ou criar um denso buraco negro (RIDPATH, 2008). 3.5 OS PLANETAS Os avanços do conhecimento levaram os astrônomos da União Astronômica Internacional (IAU) a criar uma nova definição, assim, os planetas e outros corpos, exceto os satélites do nosso sistema solar, foram divididos em três categorias: planetas, planetas-anões e pequenos corpos do sistema solar. Conforme a nova definição da International Astronomical Union (IAU), os planetas são corpos celestiais que devem: • estar na órbita solar; • possuir massa suficientemente grande para que a força de sua própria gravidade tenha superado a força de rigidez, levando o planeta a atingir a forma em equilíbrio hidrostático, ou seja, que a força da gravidade tenha sido capaz de arredondar a forma do planeta; • que esse planeta tenha feito uma limpa na vizinhança de sua órbita (INTERNATIONAL ASTRONOMICAL UNION, 2006a, tradução nossa). Com as novas definições foi proposta uma resolução para que 12 planetas fossem reconhecidos como integrantes do sistema solar. Sem modificar a classificação de Plutão, que deixou de ser planeta, além dos oito já bastante conhecidos (Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno), também podem passar a ser considerados como planeta: Ceres, Pluto, Charon e 2003 UB313, entre outros que somam 12 candidatos a virar planeta (INTERNATIONAL ASTRONOMICAL UNION, 2006b, tradução nossa). Essa moderna classificação ainda é tema de debates entre os astrônomos, porém neste livro vamos nos concentrar nos oito planetas mais conhecidos do sistema solar. TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA 23 Planetas estão por definição dentro do sistema solar, todavia já foram encontrados mais de 100 corpos celestes com características de planeta fora do sistema solar, estes são denominados planeta extrassolar, exosolar ou exoplaneta. São corpos difíceis de serem observados e foram descobertos em sua maioria por variações no campo gravitacional da estrela que orbitam (RIDPATH, 2008, p. 78). UNI 3.6 OS PLANETAS-ANÕES Planeta-anão é definido pela International Astronomical Union (IAU) como um corpo celeste que está na órbita do Sol, atingiu equilíbrio hidrostático, não é satélite de nenhum outro planeta e ainda não foi capaz de eliminar (agregar ou lançar) seus vizinhos de órbita deixando-a limpa (INTERNATIONAL ASTRONOMICAL UNION, 2006a, tradução nossa). 3.7 OS COMETAS Os cometas sempre despertaram medo e curiosidade na humanidade, e o primeiro registro da aparição de um cometa foifeito pelos chineses em 2317 a.C.; os astrônomos se intrigavam com o movimento dos cometas, pois podem surgir de diferentes lados, e por muito tempo quase nada se sabia sobre esses corpos celestes (TRAVNIK, 1985). Os cometas possuem forma irregular e são compostos por gelo e poeira cósmica restante da formação do sistema solar. Ao se deslocar, despendem poeira que pode resultar em meteoros no céu da Terra, e quando se aproximam do calor do Sol o gelo se desprende, e junto com a poeira que se solta forma uma coma, que é uma grande nuvem que expele gás e poeira, formando a cauda do cometa, que pode atingir 100 milhões de quilômetros de comprimento (RIDPATH, 2008). Os astrônomos conhecem cerca de dois mil cometas, mas a olho nu podemos observar três ou quatro cometas por século. Alguns são bem conhecidos, como o Cometa Halley, que leva o nome do homem que calculou a órbita do cometa em torno do Sol e previu sua volta a cada 76 anos. O Halley foi o primeiro cometa a receber uma sonda que nos mostrou a imagem do núcleo de um cometa (RIDPATH, 2008). UNIDADE 1 | ASTRONOMIA: A JANELA PARA O UNIVERSO 24 3.8 OS METEOROIDES, METEOROS E METEORITOS Você já viu uma estrela cadente? Talvez muitos de nós já tenhamos avistado uma ao vivo, mas provavelmente você já ouviu falar de meteoros, meteoritos e meteoroides, ou não? Talvez você esteja se perguntando: O que são? Qual é a diferença entre eles? É muito simples distingui-los, pois na realidade são um só. Ambos são pedaços de material sólido que foram lançados no espaço devido à atividade cósmica de corpos maiores, como asteroides, cometas, luas, planetas, ou mesmo por radiação solar (POMEROL et al., 2013). Enquanto os fragmentos sólidos permanecem vagando pelo universo sem interação com a Terra, eles são chamados de meteoroides, porém quando estes meteoroides são capturados pela força da gravidade da Terra, começam a cair em nossa direção com velocidades entre 12 e 70 km/s. Conforme o meteoroide penetra nas camadas mais externas da atmosfera terrestre e a gravidade acelera ainda mais a velocidade de queda, o atrito com o ar gera muito calor, elevando a temperatura até a combustão do material. Desse processo, o que vemos daqui da Terra é um rastro luminoso que deixa uma trilha cintilante no céu, é quando então os meteoroides passam a ser chamados de meteoro ou popularmente de estrela cadente (CHERMAN; MENDONÇA, 2010). Para saber mais sobre meteoritos e afins, acesse o site Meteoritos Brasil <http://meteoritosbrasil.weebly.com/> e na seção de vídeos assista ao vídeo Introdução aos meteoritos <https://www.youtube.com/watch?v=4UoGgf5rjeI>, procure também pela coleção nacional na seção meteoritos brasileiros: <http://meteoritosbrasil.weebly.com/ meteoritos-brasileiros.html>. DICAS Em sua maioria os meteoros são totalmente carbonizados na entrada da atmosfera, ainda na termosfera, ou seja, acima dos 85 km de altitude, mas por vezes alguns ultrapassam a barreira da termosfera, e ao viajar pela mesosfera o rastro cintilante do meteoro passa a tomar forma de uma bola incandescente, o bólido. Em queda livre e com a força da gravidade atuando na aceleração, o bólido, ao sair da estratosfera, passa a interagir com os gases da troposfera, o que causa a explosão do bólido e gera um forte estrondo e um rastro de fumaça no céu. TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO À ASTRONOMIA 25 Ao atingir a superfície do planeta, o bólido passa a ser denominado meteorito. O choque do meteorito contra a superfície da Terra cria uma cratera de impacto. Um meteorito pode cair a qualquer momento e em qualquer lugar da superfície do planeta. A composição dos meteoritos pode ser de material pétreo, metálico ou metálico pétreo, aerólitos (rochosos), sideritos (metálico, Fe-Ni), e siderólitos (metal e rocha) (ZUCOLOTTO; FONSECA; ANTONELLO, 2013). O livro “Tem um ET no seu quintal?” oferece um bom material didático para trabalhar o tema dos meteoros e meteoritos nos ensinos Fundamental e Médio. Como o objetivo do livro é a divulgação do conhecimento, está disponível gratuitamente em formato digital no site <http://temumetnoseuquintal.weebly.com/>. Obtenha sua cópia e boa leitura. DICAS FIGURA 7 – CRATERA DE IMPACTO DE METEORITO, SERRA DA CANGALHA, TOCAN- TINS - BRASIL FONTE: Google earth pro Assista a este curto documentário que foi lançado em 2016 em comemoração ao Ano da Ciência Planetária: <https://www.youtube.com/watch?v=Lpn7aiEVkvQ>. DICAS 26 Neste tópico, você aprendeu que: • Para estudar o cosmos e a geologia, precisamos reconstruir a noção de tempo e de espaço que construímos em nossa mente devido às grandes distâncias e longos períodos de tempo. • Os seres humanos passaram a registrar os astros desde 3000 a.C. O monumento de Stonehenge ou as pirâmides são exemplos, assim como as antigas anotações chinesas sobre o posicionamento dos astros, cometas, além da medição de um ano em 365 dias, as tábuas de argila babilônicas, resumos do movimento dos planetas e algumas constelações. • Os avanços matemáticos e filosóficos da Grécia Antiga nos apresentaram a geometria, esfera terrestre, sistema solar, cálculo da circunferência da Terra, e foram compilados por Ptolomeu em uma coleção, o Almagesto. • No período entre os séculos XII e XVI a Astronomia sofreu com o preconceito e a intolerância religiosa muito fortes na Europa. • Isaac Newton contribuiu para o avanço da astronomia. Entre muitos conhecimentos deixados, a decomposição da luz nos levou aos grandes avanços técnico-científicos que ampliaram muito as possibilidades de exploração astronômica. • A curiosidade humana nos levou a explorar e estudar o universo, concluindo até o momento que a Teoria do Big Bang é cientificamente aceitável para explicar a evolução do universo depois da singularidade inicial. • O entendimento do ciclo de vida de uma estrela nos leva a interpretar a história das galáxias, do sistema solar e do planeta Terra. • Os buracos negros possuem uma gravidade muito intensa, nem mesmo a luz consegue escapar. • Estrelas, planetas, planetas-anão, cometas, meteoros e meteoritos são corpos celestes que possuem características individuais, conforme os elementos químicos predominantes, características de resfriamento, tamanho, entre outras. RESUMO DO TÓPICO 1 27 1 Considerando a teoria do Big Bang, elabore uma breve dissertação descritiva que apresente em ordem cronológica os principais acontecimentos após a singularidade inicial. 2 Considerando verdadeira a afirmação: “O universo se expande em todas as direções, talvez até o infinito, o que se tem certeza é de que vai até mais além do que podemos observar ou entender atualmente”. Apresente argumentos que justificam essa afirmativa. 3 As galáxias possuem uma origem comum, mas atualmente se apresentam com diferentes formas. Apresente o argumento que justifica as diferenças entre as galáxias e relate quais são as formas de galáxias conhecidas. 4 Existe a previsão de que a Galáxia de Andrômeda se choque com a Via Láctea daqui a 4 bilhões de anos. Disserte sobre os argumentos apresentados no texto que justificam a afirmação anterior. 5 Plutão deixou de ser planeta em 2006 devido a uma nova definição para planeta, que em 2008 surgiu com a definição de planeta-anão. Assim, atualmente existem candidatos a se tornarem planetas e também candidatos a se tornarem planetas-anão. Com base no texto de estudos do livro, organize uma breve dissertação esclarecendo os motivos pelo qual Plutão deixou de ser planeta, e por que foi necessário criar a classificação de planeta-anão. 6 Vimos que existe a categoria de exoplaneta para classificar corpos com características de planeta, mas que deixam de atender a um requisito básico para serem assim classificados. Apresente o requisito que diferencia exoplaneta de
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