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Dimensões do Universo
Qual é o tamanho do Universo?
Literalmente, existe uma única resposta possível: o Universo é infinito e, portanto, não pode ser medido. Entretanto, dentro das fronteiras do conhecimento atual sobre o Universo, podemos apresentar alguns números representativos. Para uma percepção mais ampla destes números, precisaremos de alguns conceitos não usuais em nosso dia a dia. Tentaremos abordar estes conceitos de um modo natural e intuitivo.

Quando se fala em distâncias, pensamos logo nas unidades familiares de comprimento, isto é, o metro e o quilometro. No caso do Universo, veremos que estas unidades não são convenientes. Os números são muito grandes e, mesmo em notação científica, a percepção da real dimensão das coisas fica desconfortável. A solução é definirmos uma nova escala para distâncias. Vamos começar nosso passeio pelo Espaço usando as unidades convencionais de medida. Iremos, naturalmente, perceber a necessidade para essa nova escala.

Explorando o Sistema Solar

Inicialmente, vamos visitar nosso satélite natural, a Lua. Faremos a viagem em um moderno ônibus espacial capaz de atingir a marca de, por exemplo, 5000 km/h.

Lua Face próxima da Lua. Foto tirada pelo rastreador de estrelas Clementine em 15 de Março de 1994. A cratera brilhante na parte inferior da imagem é Tycho.
Cortesia: NASA

A distância Terra-Lua é de aproximadamente 384 000 km. Deste modo, nossa viagem hipotética levaria quase 77 horas, isto é, 3 dias e 5 horas. Chegando na Lua é natural que você faça uma ligação para casa avisando que fez boa viagem. Você notará algo estranho na ligação: há um pequeno atraso de 2,5 segundos entre a sua voz e a voz da pessoa no outro lado da linha. Não se preocupe. Não é defeito do aparelho. A explicação é simples. O sinal de microondas emitido por seu telefone é um sinal eletromagnético como a luz. A radiação eletromagnética viaja pelo espaço a uma velocidade máxima de aproximadamente 300.000 km/s. Quando você fala ao telefone na Lua, sua voz leva um pouco mais que 1 segundo para chegar a Terra e a resposta leva o mesmo tempo para chegar até você.

Vamos imaginar agora que após passar alguns dias na Lua, você decida ir para Plutão, o planeta mais afastado do sistema Solar. Na melhor situação, a distância Lua-Plutão é de cerca de 5.760.000.000 km. Deste modo, nosso ônibus espacial levaria mais de 130 anos para chegar lá. Obviamente,  você morreria antes de completar a viagem. Além disso, por mais eficiente que seja a nave, ela não comportaria a carga de combustível necessário.

Como a viagem é impossível, suponha que você decida telefonar para um amigo Plutoniano que conheceu na Internet. Você precisaria esperar cerca de 5h20 para que seu sinal de voz chegue a Plutão e mais 5h20 para receber a resposta. Como você pode ver as coisas estão complicadas. A medida dessas distâncias em quilômetros além de serem complicadas, não querem dizer quase nada. Nós só conseguimos perceber o real significado da distância quando calculamos o tempo de uma viagem hipotética ou o tempo de uma chamada telefônica.

Para superar esta dificuldade, foi definida uma unidade de medida chamada UA - Unidade Astronômica. Esta unidade corresponde à distância Terra-Sol média, quer dizer, 149.600.000 km. Deste modo, a distância Plutão-Sol corresponde a 39,5 AU, quer dizer, Plutão está aproximadamente 39,5 vezes mais afastado do Sol do que a Terra. Vemos que além do conforto, conseguimos perceber melhor as distâncias relativas no sistema solar. A ilustração seguinte mostra o tamanho relativo dos planetas comparados com o Sol. As distâncias relativas estão fora de escala.

Sistema Solar

Sistema Solar mostrando os 9 planetas conhecidos. Cortesia: NASA
Principais características do Sistema Solar
Objeto Diâmetro (km) Distância média do Sol (km) - [UA] Nº de Satélites
Sol 1.391.900 0 - [0] -
Mercurio 4.878 57.910.000 - [0,39] 0
Venus 12.104 108.200.000 - [0,72] 0
Terra

12.756

149.600.000 - [1,0] 1
Lua 3.476 - -
Marte  6.794 227.940.000 - [1,52] 2
Jupiter 142.984 778.330.000 - [5,20] 16
Saturno 120.536 1.429.400.000 - [9,55] 18
Urano 51.118 2.870.990.000 - [19,2] 21
Netuno 49.528 4.504.300.000 - [30,1]

8

Plutão 2.300

5.913.520.000 - [39,5]

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É fácil perceber que em termos de unidades Astrômicas (UA), temos uma idéia muito melhor das distâncias relativas dos planetas.

Além do Sistema Solar

Explorar o espaço não é um desejo recente. O céu sempre foi uma atração especial para o homem. Desde os primórdios da raça humana, o Sol, a Lua e os demais astros visíveis exerceram enorme fascínio sobre nós. Eram Deuses. Causavam medo e ao mesmo tempo admiração. Entretanto, a regularidade dos dias, das fases Lunares e a posição das demais estrelas no céu foram, ao longo do tempo, gradualmente sendo assimiladas e registradas. Isto faz da Astronomia a mais antiga das ciências.

Acredita-se que as primeiras observações sistemáticas foram feitas pelos Egípcios, Chineses e Babilônios que todavia não chegaram a interpretá-las. Foi Tales de Mileto (640 – 560 A.C.), o primeiro dos grandes filósofos gregos, quem deu início às observações astronômicas científicas. Atribui-se a ele a previsão de um eclipse solar em 585 A.C, evento que certamente causava preocupações e medo à maioria das pessoas da época. Hoje, este espetáculo astronômico já não causa tanto impacto e muitas vezes passa até despercebido pelo grande público. Isto é natural, o fenômeno já não apresenta mistérios e portanto não há o que temer, pelo menos durante os próximos 5 bilhões de anos.

Nosso Sol, fonte primária da vida na Terra, como qualquer outra estrela, possui um ciclo de vida. O Sistema Solar nasceu à cerca de quatro bilhões de anos atrás. Uma estrela nada mais é que uma enorme concentração de hidrogênio e helio que se juntou devido à atração gravitacional entre estes elementos dispersos no espaço. Uma vez formada, a estrela passa sua vida lutando contra o próprio gigantismo. A enorme quantidade de matéria tende a implodí-la devido à gravidade. No seu interior a pressão é tamanha que eleva a temperatura a milhões de graus Celsius.

Nestas condições ocorre a fusão termonuclear do hidrogênio em helio, liberando energia de acordo com o previsto por Einstein (E=mc2). É esta energia liberada que consegue equilibrar a enorme atração gravitacional. O processo continua até que todo o hidrogênio seja transformado em hélio, quando então a estrela entra em estado de agonia. De acordo com os cálculos atuais, o Sol ainda tem combustível (hidrogênio) para mais 5 bilhões de anos, ou seja, é uma estrela já de meia idade.

Imagem de Raio-X do Sol tomada em 24 de Janeiro de 1992 com o Telescópio da Missão Yohkoh (Japão/EUA/Inglaterra). A imagem revela a geometria tri-dimensional e quente da corona por todo o disco solar. As áreas brilhantes são regiões onde o campo magnético Solar é tão forte que pode conter os gases quentes, mesmo à temperaturas de 1 milhão de graus Kelvin. As áreas escuras são buracos na corona, que são a origem de feixes de partículas chamados de vento solar de alta velocidade, que fluem para além da Terra e através de todo o sistema Solar a cerca de 700 km/s.
Cortesia:- NASA

Mas nosso Sol não é constituído somente de hidrogênio e hélio. Análises da radiação solar indicam a presença de elementos mais pesados que o ferro. O Universo, na sua totalidade, é consitituído basicamente de hidrogênio e hélio. A existência de elementos mais pesados no Sol deve-se ao fato de que o mesmo é uma estrela de segunda geração, ou seja, a nuvem gasosa que se condensou dando origem ao Astro-Rei e seus planetas advém de uma estrela anterior que, no fim de seu ciclo, explodiu (Supernova). Nessa explosão uma pequena fração de matéria conseguiu se estabilizar em elementos mais pesados que o ferro, como chumbo e urânio, dentre outros elementos. A tabela a seguir ilustra algumas características importantes do nosso Sol. Veja mais detalhes aqui.

Propriedade do Sol Valor numérico
Idade 4.500.000.000 de anos
Distância média da Terra 150.000.000 km (1 UA - unidade astronômica)
Período de rotação 26,8 dias
Diâmetro 1.391.900 km (109 vezes o da Terra)
Massa ( = 99,86% de todo o Sistema Solar) 1,99 x 1030 kg (333.400 vezes a da Terra)
Composição Hidrogênio = 71% ,Helio = 26,5%  e outros = 2,5% 
Temperatura superficial 5.770K (5.497oC)
Como se pode ver, a massa de todos os planetas somadas é menos que 2% da massa do Sol. Esta enorme quantidade de matéria é responsável pela enorme força gravitacional do Sol. Em seu interior, a pressão é tão grande que eleva a temperatura a 16 milhões de graus, acarretando a fusão termonuclear do hidrogênio e liberando energia suficiente para impedir o colapso da estrela. A cada segundo, a energia gerada pelo Sol é  de 383 bilhões de trilhões de kW, equivalente a 100 bilhões de toneladas de TNT.

Apesar destes números impressionantes, nosso Sol é apenas uma estrela de quinta grandeza. Depois do Sol, a estrela mais próxima da Terra é Alfa Centauro, distante cerca de 40.700.000.000.000 km (40 trilhões e 700 bilhões de km). Em notação científica, ou seja, potências de 10, esta distância fica 4,07x1013 km. Fica bem mais fácil para escrever mas não ajuda muito percebermos seu real significado. Em termos de unidades Astronômicas, equivale a mais de 272.000 UA.

Suponhamos, apenas a título de ilustração, que desejássemos viajar até Alfa Centauro. Vamos imaginar que nosso ônibus espacial pudesse fazer essa viagem. Ele levaria quase um milhão de anos para percorrer essa distância (lembre-se que a velocidade do nosso ônibus é de 5.000 km/h). Se por acaso fizéssemos uma chamada telefônica para algum habitante hipotético de algum planeta próximo de Alfa Centauro, precisaríamos esperar 8 anos e 7 meses para ouvir o alô desse habitante, pois a radiação eletromagnética levaria 4 anos e 3 meses e meio para chegar lá e mais 4 anos e 3 meses e meio para voltar.

Para essas distâncias interestelares, os astrônomos resolveram definir uma outra unidade mais conveniente que a UA. Esta nova unidade chama-se ANO-LUZ e corresponde à distância que a luz (radiação eletromagnética) percorre em um ano. Essa distância equivale a cerca de 9,46x1012 km. Nestes termos, a distância Terra - Alfa Centauro é 4,3 anos-luz. Isto nos dá uma idéia bem melhor das distância interestelares.

Uma consequência interessante da enorme distância que nos separa de outros sistemas estelares, é a informação que temos sobre os mesmos. No caso de Alfa Centauro, o que vemos através dos telescópios, diz respeito ao que era a estrela a 4 anos e 3 meses atrás. Se por ventura Alfa Centauro explodir hoje, só ficaremos sabendo daqui a 4 anos e 3 meses (tempo que o clarão da explosão vai levar para chegar aqui). Por outro lado, comparado com a idade das estrelas, esses 4 anos e 3 meses são menos do que uma minúscula fração de segundo.

Galáxias (Veja definições astronômicas aqui)

Nossa estrela mãe, o Sol, e sua vizinha mais próxima, Alfa Centauro, não são estrelas isoladas no espaço. Elas fazem parte de um conjunto de cerca de 1 bilhão de outras estrelas que formam a nossa Galáxia, a Via-Láctea.   


Foto no infravermelho da Via-Láctea. Cortesia:- COBE project, NASA

Em uma noite de céu limpo e em um local afastado das luzes da cidade, podemos ver uma faixa de aspecto leitoso no céu. Esta faixa leitosa de luz difusa pode ser vista de qualquer local da Terra e em qualquer época do ano. Até a invenção do telescópio ninguém sabia o que significava essa faixa leitosa ou Via-Láctea ("Milky Way" em inglês). Foi só há cerca de 300 anos que os primeiros telescópico revelaram que essa faixa era composta de estrelas. Há 70 anos, telescópios mais poderosos fizeram uma revelação mais surpreendente ainda. A Via-Láctea é apenas uma dentre milhões e milhões de outras galáxias.

A foto acima mostra a nossa galáxia vista de lado, pois, da posição de nosso Sistema Solar não podemos vê-la de outro modo. Mas, na realidade, a Via-Láctea é uma galáxia espiral muito parecida com a galáxia vizinha, Andrômeda, mostrada na figura abaixo. O nosso Sistema Solar acha-se afastado cerca de 40.000 anos-luz do centro da Via-Láctea que mede cerca de 100.000 anos-luz de diâmetro. Em outros termos, nós nos encontramos na periferia da Via-Láctea.


Galáxia de Andrômeda (M31). Cortesia:- NASA

A galáxia de Andrômeda é a mais próxima da Via-Láctea. Acredita-se que a Via-Láctea seja muito parecida com Andrômeda. Juntas, estas duas galáxias fazem parte de um grupo com várias outras galáxias, chamado Grupo Local de Galáxias. A luz difusa de Andrômeda é causada por centenas de bilhões de estrelas que fazem parte da mesma. Na foto, as diversas estrelas isoladas que aparecem ao redor de Andrômeda, são na realidade estrelas de nossa galáxia que estão em frente à Andrômeda que se acha bem mais atrás. Andrômeda é também chamada de M31, pois é o trigésimo primeiro objeto de uma lista (Lista de Messier) de objetos celestes de luz difusa.

Andrômeda está tão longe que sua luz leva mais de 2 milhões de anos para chegar até nós, ou seja, a foto que vemos acima, corresponde ao que era Andrômeda a 2 milhões de anos atrás. Entretanto, mesmo 2 milhões de anos não é grande coisa comparado com a idade do Universo. É muito provável que a Andrômeda de hoje seja praticamente o que mostra a foto. Muita coisa ainda precisa ser esclarecida com relação a nossa galáxia vizinha. Um fato que permanece sem explicação é o núcleo duplo de Andrômeda.

A consciência do nada

Do que vimos acima, fica clara nossa posição insignificante. Desde 1543 quando Nicolau Copérnico mostrou que não éramos o centro do sistema Solar, nossa posição no Universo vem se revelando cada vez menos importante. Um pouco mais tarde, Isaac Newton foi um dos primeiros a afirmar que as estrelas são Sois como o nosso. Atualmente, sabe-se que o Sol não passa de uma estrela de quinta grandeza, a meio caminho entre o centro e a extremidade da Via Láctea, que também não passa de uma modesta Galáxia em meio à bilhões de outras. Algumas teorias mais recentes e ainda precárias, chegam a supor que nosso Universo é apenas um dentre muitos outros possíveis. De qualquer modo, na escala astronômica, somos menos que micróbios amontoados num minúsculo grão de "poeira cósmica".

A esta altura, o leitor, talvez um pouco chocado, poderia protestar argumentando que, mesmo sendo verídica, como de fato é, essa afirmação de insignificância traduz um certo preconceito. Indica um certo descaso injustificado pelo enorme progresso e pelas obras de gerações de grandes homens. De certo modo o leitor tem alguma razão. Mas, meu descaso não é pelos avanços científicos e tecnológicos e, muito menos, pelos grandes homens, ao contrário, meu protesto é justamente contra as lideranças políticas e sociais que desprezam as lições dos grandes homens. Do contrário, como explicar milhões e milhões de pessoas abandonadas na miséria e ignorância?

Segundo as fontes históricas, Copérnico concluiu seus estudos sobre o sistema heliocêntrico em 1514 mas, devido à problemas com a Igreja, só pode divulgá-los em 1543, coincidentemente, ano de sua morte. Hoje, exceto pelas fogueiras da Inquisição, a situação não mudou muito. O Antropocentrismo Teológico foi meramente substituído pelo Egocentrismo Capitalista que continua sacrificando vidas e destruindo o planeta. São verdadeiros micróbios hipócritas, orgulhosos da própria ignorância de sua nulidade. Os grandes homens que escreveram a história do planeta, acima de tudo, revelaram a grandeza da humildade, único atributo capaz de nos fazer gigantes deste Universo infinito. Somente essa percepção de fragilidade física e a consciência de coletividade poderá assegurar nosso futuro. O planeta Terra, independente de nossa vontade, seguirá seu curso cósmico, mas a inteligência que aqui existe, é algo muito raro e especial para ser desperdiçada com flivolidades ou intrigas menores de alguns hipócritas.


Terra, nosso grão de "poeira cósmica", provavelmente, o mais belo grão de poeira no Universo próximo. [NASA]

Missão Apolo 17
Algumas horas após a decolagem do Centro Espacial Kennedy na Florida, os tripulantes da Apolo 17 achavam-se alinhados com a Terra e o Sol, permitindo-os fazer esta foto com a vista total do disco Terrestre. Os astronautas estavam a meio caminho em direção à Lua, aproximadamente a 40.000 km da Terra, quando fizeram a foto. Como a missão ocorreu no início do verão no Hemisfério Sul, este encontrava-se perfeitamente iluminado pelo Sol. Na fotografia, todo o continente Africano, a maior parte do continente gelado da Antártida, e pequenas partes da Europa e Ásia são visíveis. A massa de terra de cor marrom-amarelado sobre a África são os desertos do Saara, Líbia e Arábia. A faixa escura através da África corresponde as Savanas com vegetação rasteira e as áreas, cobertas principalmente por nuvens esparsas, são as florestas tropicais. Ao leste da África acha-se a ilha de Madagascar.

Esta foi a última missão Apolo para a Lua. A Apolo 17 decolou às 12:33h do dia 7 de Dezembro de 1972. A bordo estavam os astronautas Eugene A. Cernam (comandante), Ronald E. Evans (piloto) e Harrinson H. Schimitt (piloto do módulo lunar). Três dias mais tarde, as naves gêmeas, América (módulo de comando e serviço) e Challenger (módulo de alunissagem), entraram na órbita da Lua. Vinte e três horas mais tarde, a Challenger com Cernam e Schimitt a bordo, tocaram a superfície lunar. Durante 3 dias seguidos Cernam e Shimitt exploraram a superfície lunar, realizando experimentos e coletando 115 kg de rochas e solo lunar para análise e estudo na Terra. Após uma viagem de retorno de 3 dias, a tripulação trouxe a América de volta para a atmosfera terrestre e desceram no Oceano Pacífico.

Existem ainda muitas perguntas e poucos respostas. Será que lograremos um dia vencer as enormes distância que nos separam de outros sistemas estelares? Estaremos sós nessa Imensidão do Universo? Qual a idade do Universo e por quantos anos ainda ele existirá? Ou será que o Universo é eterno, sem começo e sem fim?

A odisséia humana deve prosseguir sem trégua. Entre dúvidas, erros e acertos o homem vai abrindo seu caminho em direção ao infinito.

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