Aula 2 origem do universo

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Profa. Dra. Aline Carneiro Silverol
Leituras recomendadas
Cap. 1 = Decifrando a Terra
Cap. 1 = Para entender a Terra
Qual a origem do sistema planetário?
O que significa uma pedrinha 
qualquer?
E quem estuda sobre o espaço, a 
origem do Universo...
Cosmologia
É o ramo da astronomia que estuda a origem, 
estrutura e evolução do Universo
•Está entre os mais antigos ramos da ciência 
(gregos a. C).
•A preocupação dos humanos em desvendar os 
mistérios do universo existe desde os tempos de 
Aristóteles
Cosmologia nas culturas antigas
 Cosmologia Maia
 Criação do universo em 13 de 
agosto de 3114 a.C.
 Ciclos solares = 52, 
sincronizados com outros 
dois calendários
 Fim do último ciclo solar = 
dezembro de 2012 
Cosmos: modelos científicos
Três modelos principais
 Ptolomeu (85 – 160 d. C.) : universo centrado na 
Terra (geocêntrico e órbitas circulares)
 Copérnico (1473 – 1543): universo centrado no 
sol (heliocentrismo);
Hubble (1889 – 1953): Big Bang; expansão e 
evolução do Universo; 
Ptolomeu
O universo é esférico e se 
move “esfericamente”
 A Terra é esférica
 A Terra está no centro do 
universo
 A Terra é do tamanho de 
um ponto se comparada
ao universo
 A Terra não se move de 
um lugar para outro
Copérnico
 A pergunta que não queria calar:
SE TODOS OS PLANETAS SE MOVIAM, SEGUNDO 
PTOLOMEU, O QUE IMPEDIRIA A TERRA DE SE 
MOVER?
 É essencialmente igual ao modelo de Ptolomeu, mas prevê 
que o sol estava no centro
 Modelo teve grande importância para teoria do sistema 
solar
Copérnico: modelo heliocêntrico
Hubble (1929): universo em expansão 
 Através da teoria da Relatividade Geral (Einstein): 
constatou-se que o universo estava em expansão.
MAS ANTES DE COMENTARMOS SOBRE A TEORIA...
Estrutura do Universo
• O Universo é organizado de maneira hierárquica até uma 
escala de tamanho de 300 milhões de anos luz:
– estrelas formam galáxias
– galáxias formam aglomerados de galáxias 
– aglomerados formam superaglomerados
Definições úteis
Galáxia: sistema maciço mantido junto por 
força gravitacional, constituído por estrelas e 
remanescentes estelares, dentre os quais há gás 
e poeira.
Classificadas quanto à forma (elíptica, espiral, 
irregular)
Variam entre 10 milhões e 100 trilhões de 
estrelas, e há mais de 170 bilhões de galáxias no 
universo
Galáxias – 14 bilhões de anos
Elíptica
Espiral
Irregular
Whirlpool Galaxy, 
13-01-2011, obtida pelo 
Hubble
Imagens obtidas pelo 
Hubble, através de sondas 
com raios X
Unidade de medida do Universo
 Unidade de distância: ano-luz: distância percorrida à 
velocidade da luz (300.000 km/s) em um ano 
 1 ano-luz: aprox. 10 trilhões de quilômetros
 perímetro da Terra: 0,1 segundo-luz
 distância Terra-Sol: 8 minutos-luz
 estrela mais próxima (Alfa Centauro): 4,2 anos-luz
 galáxia mais próxima (Andrômedra): 2 milhões de 
anos-luz
Via láctea – 50000 anos luz de distância
Como nasceu o Universo? 
Como nasceu o Universo? 
Hubble e a comprovação da física de 
Einstein
 Descobriu galáxias e observou seu movimento 
(aglomerado de galáxias)
 Relação entre a velocidade de recessão de uma galáxia e 
a sua distância
Universo em expansão 
Universo em expansão
 Como provar? Nem Einstein acreditava na teoria...apesar de
seus cálculos indicarem a possibilidade de expansão e
contração do universo
Efeito Doppler
Efeito Doppler
 É uma característica observada nas ondas quando 
emitidas ou refletidas por um objeto que está em 
movimento com relação ao observador
 No caso de aproximação, a freqüência aparente da 
onda recebida pelo observador fica maior que a 
freqüência emitida.
 No caso de afastamento, a freqüência aparente 
diminui.
 Um exemplo típico é o caso de uma ambulância com 
sirene ligada que passe por um observador. Ao se 
aproximar, o som é mais agudo e ao se afastar, o som é 
mais grave.
Universo em expansão
 Quanto mais longe do observador, mais rápido uma galáxia 
se afasta
Qual a possível causa do Big Bang? 
 Antes da expansão = O Universo estava comprimido 
em um espaço diminuto
 A expansão do universo é resultado do aumento da 
desordem de um sistema originalmente ordenado, 
porém muito energético.
 Fred Hoyle foi quem batizou de Big Bang o evento de 
grande expansão. 
Então como ocorreu a expansão?
E como entender isso nos dias de 
hoje?
Uma das possibilidades...
Grande Colisor de Hádrons (LHC): o acelerador gigante do 
CERN (Centro Europeu de Pesquisas Nucleares). 
Consiste no maior acelerador de partículas do mundo, 
construído em um túnel circular de 27 km, situado sob a 
fronteira entre França e Suíça, a 100m da superfície.
6 bilhões de dólares
Origem e evolução do Universo:
Teoria do Big Bang
 Até 5 segundos após o Big Bang a temperatura seria muito alta, 
impossibilitando a combinação de prótons, nêutrons e elétrons 
Evolução estelar e formação dos 
elementos
 Acumulação de matéria = protoestrela
 Concentração de massa no centro da protoestrela = 
aumento da temperatura = fusão nuclear = energia 
 Pressão interna equilibra com a pressão externa = estrela
Estrela = É um corpo gasoso no interior do qual 
ocorrem reações de fusão nuclear formando 
elementos mais pesados
Concentração de matéria
 As estrelas evoluem a 
partir da produção de 
hélio pela fusão do 
hidrogênio .
 A cada segundo, o 
Sol transforma 600 
milhões de toneladas 
de He e converte 4 
milhões de toneladas 
em energia.
• Elementos primordiais (H e He) = formados na 
nucleogênese, após o Big Bang.
• Outros elementos = sintetizados a partir dos 
elementos primordiais, no interior das estrelas 
por reações termonucleares = nucleossíntese.
Assim, os elementos químicos no Universo teriam 
sido formados de duas maneiras:
Formação do Sistema Solar
 Todos os objetos que compõem o sistema solar foram 
formados da mesma matéria e na mesma época
organização harmônica 
Sistema Solar
 Sol
 estrela de grandeza média
 seqüência principal (fusão H para formar He)
 formou-se a 4,6 bilhões de anos e deve durar 
mais 5 bilhões
 corresponde a 99,8% da massa do sistema 
solar
 Outros corpos: planetas, planetas anões, 
satélites, asteróides, cometas, além de poeira 
e gás.
Evolução do Sol
Sistema Solar
Sistema Solar - Planetas
 Planetas:
 Planetas internos (ou Terrestres): Mercúrio, Venus, Terra 
e Marte
 Planetas externos (ou Jovianos): Júpiter, Saturno, Urano, 
Netuno
 Planetas anões (ou Plutóides): Plutão, Ceres, Eris, 
Makemake e Haumea, (IAU, 2008).
 Cinturão de asteróides 
 Cinturão de Kuiper e Cometas
Sistema Solar
Planetas terrestres: Mercúrio, Venus, Terra e Marte
Massa pequena e densidade média à da Terra
Sistema Solar
Planetas jovianos: Júpiter, Saturno, Urano e Netuno
Massa grande e densidade similar à do Sol
E como se formaram os planetas?
Como se formaram os planetas
Geração do proto-Sol a partir de uma
nebulosa que continha todos os 92
elementos químicos naturais produzidos
por reações de fusão em estrelas mais
antigas ou durante explosões de estrelas
-Nucleossíntese
Em torno do proto-Sol, o sistema solar se
desenvolveu a partir de um disco residual
de gás e poeira cósmicas.
Formação do Sistema Solar
“Nascimento”dos planetas
 Planetas terrestres = estágio de fusão (parcial ou total) = 
dependente dos isótopos radioativos existentes.
 Interior no estado pastoso = diferenciação química (de 
acordo com suas densidades e afinidades químicas) = 
núcleo metálico denso (Fe e Ni)envolto por espesso manto 
silicático
Origem da Terra
- condensação de matéria cósmica – Sistema Solar 
- aglutinação de planitesimais
- temperatura relativamente baixa, retenção de H2O, 
CO2, (sólidos) massas relativamente pequenas, perda 
dos voláteis iniciais...
- E quando a Terra se formou?
235U → 207Pb fornece um limite máximo de 5,5 Ga
rochas mais antigas (4,4 Ga), limite mínimo
idade mais provável 4,6 Ga (meteoritos)
Após a formação....a Diferenciação 
zircões mais antigos da Terra
4,404 Ga
E a lua?
Formação da Lua
Meteoritos
 Fragmentos de matéria sólida provenientes do espaço 
(cinturão entre as órbitas de Marte e Júpiter) que 
sobrevivem à passagem pela atmosfera terrestre.
Arizona, EUA (50.000 anos)
Arizona, EUA (50.000 anos)
Impacto de meteorito na Austrália = 1,7 bilhões de anos.
Domo de 
Araguainha, 
GO/MT
245 milhões de 
anos
Domo de Vargeão, SC
Domo de Vargeão, SC
Cratera de Colônia, SP, (20 milhões de anos)
Cratera de Colônia, SP, (20 milhões de anos)
Principais tipos:
•Rochosos (95%)
•Condritos (86%) – não diferenciados, ou seja, 
primitivos. Composição elementos metálicos (Fe+Ni) 
e olivina+piroxênio
•Acondritos (9%) – diferenciados. Composição 
química semelhante a dos basaltos terrestres.
•Sideritos (4%)
•Composição química essencialmente Fe+Ni
•Ferro-rochosos (1%)
•Composição química Fe+Ni e minerais silicatados
Meteoritos
Meteoritos
meteorito Allende: 
condrito carbonáceo
que caiu no México 
em 1969
Meteoritos
IGc – USP: Siderito
E qual a importância dos 
meteoritos?
Meteoritos
 O estudo dos meteoritos nos dão informações da 
evolução primitiva do sistema solar:
•os meteoritos 
condríticos sobre o 
processo de acreção
planetária
•os meteoritos 
diferenciados 
(acondritos) sobre a 
estrutura interna 
dos planetas 
terrestres
transição manto-núcleo (?)
Siderito
meteoritos metálicos (Fe-Ni)
Bom, mas depois do surgimento dos 
planetas....
E da formação da Terra...
Como surgiram a atmosfera e a 
hidrosfera?
Origem da hidrosfera e da 
atmosfera
Hidrosfera (hipóteses)
 1ª etapa: Origem extraterrestre = agregação de cometas e 
asteróides ricos em água
2ª etapa:
• atividade vulcânica: água presente no manto 
= oceanos e ciclo hidrológico;
•Presença de CO2 = aumento do efeito estufa = 
mais água evaporava = ciclo hidrológico mais 
vigoroso
Atmosfera
 3 possibilidades: primitiva, extraterrestre e 
secundária.
 Atmosfera primitiva perdida (vento solar ou na 
formação da Lua). 
 Nossa atmosfera tem mais 40Ar e menos gases nobres 
pesados que o condrito.
 Composição da atmosfera primitiva: teorias de 
Oparin (1953) (NH3, H2 e He) e Abelson (1966) (CO2, 
CO, H2O e N2).
 É provável que tenha tido também CH4.
A atmosfera é secundária
 Formada por degaseificação do manto (vulcanismo) logo 
após a acresção.
 No início teria:
a) H2, CO e CH4 (CO2, H2S, H2O e N2), se o núcleo ainda 
não estivesse totalmente separado.
b) CO2, H2O, N2 (H2, HCl, SO2), se o núcleo já estivesse 
separado.
Atmosfera
 Atmosfera primitiva = rica em CO2, CH4 e NH3
vulcão Pinatubo, Filipinas, 1991
Atmosfera secundária
 Degaseificação e formação do núcleo ocorreram nos 
primeiros 50 m.a.
 Logo em seguida, H2 escapou e a H2O esfriou e 
precipitou .
 A atmosfera ficou rica em CO2, CO, N2 e CH4
 Efeito estufa brutal (85oC).
A evolução da atmosfera
 CO2 precipitou como carbonato, foi usado na fotossíntese 
e no intemperismo.
 O2 começou a se concentrar.
 Indicadores geológicos de O2 no passado: BIFs, redbeds e 
sulfatos, e pirita.
 Indicadores biológicos: cianobactérias há 2 b.a.
precisavam de O2. 
SAÍDA DO CO2 DA ATMOSFERA
Intemperismo dos silicatos e carbonatos
CO2 + H2O + CaCO3  Ca
++ + 2HCO3
-
2CO2 + H2O + CaSiO3  Ca
++ + 2HCO3
- + 
SiO2
Precipitação e soterramento dos carbonatos
Ca++ + 2HCO3
-  CO2 + H2O + CaCO3
Soterramento da matéria orgânica
CO2 + H2O  CH2O + O2
Intemperismo dos carbonatos e precipitação dos 
carbonatos
CO2 + H2O + CaCO3  Ca
++ + 2HCO3
- (A)
Ca++ + 2HCO3
-  CO2 + H2O + CaCO3 (B)
Soma (A) + (B) = 0
Intemperismo dos silicatos e precipitação dos carbonatos
2CO2 + H2O + CaSiO3  Ca
++ + 2HCO3
- + SiO2 (C)
Ca++ + 2HCO3
-  CO2 + H2O + CaCO3 (D)
Soma (C) + (D) = CO2 + CaSiO3  CaCO3 + SiO2
Groenlândia
BIF’s = banded iron formation
Austrália
Estromatólitos:
Fósseis de cianobactérias
Estromatólitos atuais, 
Shark Bay, Austrália
Atmosfera atual = 
nitrogênio, oxigênio, argônio, água, CO2 e 
quantidades muito pequenas de outros gases.
Então.....