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Cosmologia: Da Antiguidade até o Presente – Como
foi mudando a “nossa visão” sobre o Universo?
Oswaldo D. Miranda Divisão de Astrofísica - INPE
Elementos de uma História da Cosmologia
Nenhum ramo da ciência possui área de interesse tão
grande quanto a Cosmologia
Cosmologia Estudo do Universo (por definição contém
todas as coisas) Tão antiga quanto a própria humanidade
A milhares de anos (e mesmo hoje em algumas regiões do
planeta) o Universo explicado pela ação de espíritos
impulsionados por emoções similares às dos seres
humanos Universo “antropomórfico”
Cosmologia Pré-Científica – Mitologia
Fundação das primeiras cidades estado (~ 10.000 a.C.):
Espíritos afastam-se e passam a ser remotos deuses e
deusas que personificam abstrações do pensamento e da
linguagem
Magia Substituída pela religião Sucessão de fenômenos
naturais regulados pelos desejos, paixões, caprichos de
deuses parecidos com o homem, mas muito superiores a ele
em poder
Mitologia Cosmologia Pré-Científica Entrelaçamento de
mitos em visões de mundos que ilustram as primeiras
tentativas de explicar o Universo pelo pensamento
sistemático
Os Mitos da Criação
Índia “No inicio todos os átomos dissolvem-se nas águas puras, primitivas, da eternidade, de onde tudo originalmente surgiu por ação de Brahma”
Universo primitivo era antropocêntrico No centro estavam os seres humanos Geometricamente Geocêntrico (Terra no centro)
Os Mitos da Criação
Egito “No inicio existia
apenas Nun, um espírito
ainda sem forma que trazia
consigo a soma de toda a
existência Rá (deus sol)
criou todos os deuses e
deusas e todos os lugares”
Os Mitos da Criação
Babilônia constelações do zoodíaco, catálogos de estrelas e planetas, aritmética, geometria, previam eclípses
Marduk cria o Universo após matar a deusa do mar Tiamat e cortá-la em dois pedaços como um “peixe seco”
Tiamat 1a Parte - céu com o sol e os planetas, além das estrelas
2a Parte - Terra
Antes de Marduk Universo era um “caos aquoso” dominado por Tiamat (mar) e Apsu (água doce subterrânea) Inércia e Repouso
Os Mitos da Criação
Grécia No começo existiam Nyx (noite) e Érebo coexistiam no seio caos desorganização Obscuridade da noite (no alto) e dos infernos (embaixo)
Érebo liberta Nyx se encurva formando uma “esfera” cujas metades se separam Abóboda Celeste e Terra
Céu e Terra (Urano / Gaia) possuem realidade material ligados por Éros (amor) natureza espiritual coesão do Universo e inicio das gerações divinas
Inicio da Cosmologia Científica – Grécia
Pitágoras (VI a.C.):
Chama os céus de
cosmos e a Terra de
esfera. Os corpos
celestes eram divinos e
esferas perfeitas que se
moviam em círculos
perfeitos ao redor de um
fogo central cósmico.
Os corpos celestes
emitiriam notas
harmônicas que
estariam além do
alcance dos ouvidos
humanos
O Universo segundo os Gregos
Aristóteles (IV a.C.): Qualidades físicas e espirituais às esferas Quatro elementos: Terra, Ar, Água, Fogo na esfera sublunar e um quinto elemento nas esferas superiores (Quintaessência). O Universo é finito “Se o céu fosse infinito não completaria uma volta em torno da Terra num tempo finito absurdo”
Através de eclipse lunar
Aristóteles verifica que a Terra é
esférica
Platão (IV a.C.): Terra esférica e fixa envolvida por outra esfera de estrelas planetas movem-se entre as duas esferas
O Universo segundo os Gregos
Sofistica o modelo de
Aristóteles
Almagesto
(O Grande Sistema) descreve o movimento dos planetas com combinações de epiciclos Esse modelo geocêntrico dominou até a renascença
Ptolomeu (II d.C.): Mesmo papel na astronomia que Euclides (na geometria)
O Universo segundo os Gregos
Demócrito Via Láctea
formada por estrelas
Heráclito Terra gira em
torno de seu eixo em um
dia
Aristarco e Arquimedes
Terra gira em torno do seu
eixo em um dia e em torno
do sol em um ano
Concepção Atomista de um Universo ilimitado colidia com visão Aristotélica
A Astronomia Medieval
Biblioteca de Serapis é queimada
livros que continham conhecimentos
e cultura grega são heréticos.
Igreja define: Terra é um tabernáculo retangular rodeado por abismo de água
Hunos avançam para oeste (III d.C.) pressão dos Chineses e Mongóis
Roma é saqueada (455) cai Império Romano nasce o Império Bizantino colapsa (1453) quando Constantinopla tomada pelos turcos
400 d.C. até 1453: Hostilidades entre pagãos e os cristãos.
Transição – Era Medieval / Idade Média
Tomas de Aquino (XIII): cristianismo pode acomodar o Universo Aristotélico com pequenas modificações
Dante Alighieri (“Divina Comédia”): Inferno no interior da Terra, o purgatório na esfera sublunar e as regiões etéreas superiores acima da esfera lunar
Universo Medieval consolidado (XIV): Antropocêntrico, santificado pela religião, racionalizado pela concepção geocêntrica
Até 1.000 d.C. Europa em dormência
Árabes traduzem “Almagesto” entre outros trabalhos gregos
Ciência Árabe entra na Europa pela Espanha (X d.C.)
A Revolução Copernicana
1543: “Sobre a Revolução
dos Corpos Celestes”
Contesta a idéia de
Ptolomeu de que se a
Terra girasse ela
quebraria
Sua obra foi classificada
como “proibida” pela
Inquisição da Igreja
Católica
Transição de um Universo geocêntrico para um Universo heliocêntrico
Nicolau Copérnico (1473-1543): Cristaliza tendências do pensamento astronômico grego Universo heliocêntrico e finito (limitado pelas estrelas fixas)
O Modelo de Universo de Tycho Brahe
Tycho Brahe (1546-1601): Observações cuidadosas e refinadas dos planetas
Rei Frederico II Ilha com Observatório
Rejeitou o sistema Copernicano
Sistema geocêntrico em que o sol gira em torno da Terra e os demais planetas giram em torno do sol
As Leis de Kepler
Johannes Kepler (1571-1630): Torna-se
assistente de Tycho Brahe em 1600 Revendo
os dados de Tycho Brahe obteve de forma
empírica as suas três leis:
I – Cada planeta se move em uma órbita elíptica tal que o sol ocupa um dos focos ( marte) 1609
II – A linha que liga o Sol a um planeta varre áreas iguais a intervalos de tempo iguais (marte) 1609
III – O período de um planeta é proporcional a potência 3/2 do comprimento do eixo maior da elipse descrita pelo respectivo planeta (satélites de júpiter) 1619
Do Século XVII ao XIX
Galileu Galilei (1564-1642): Com
os telescópios observou os
quatro maiores satélites de
júpiter e percebeu que eles
favoreciam a teoria
Copernicana; sugeriu que a
Via-Láctea era formada por
estrelas
Do Século XVII ao XIX
Isaac Newton (1642-1727): Universo
governado leis de natureza quantitativa
Deduz as leis de Kepler
Contração gravitacional: “Se a matéria
estiver uniformemente distribuída através
de um espaço infinito, uma parte da
matéria pode, pela ação gravitacional, se
reunir em uma massa maior, enquanto
outra parte pode se reunir em outra
massa maior, formando um número
infinito de grandes massas espalhadas
por grandes distâncias por todo o espaço
infinito. E assim devem ter sido formados
o sol e as estrelas fixas”
Do Século XVII ao XIX
Immanuel Kant (1724-1804): Baseado nas observações de Thomas Wright propõe que as estrelas da Via Láctea formam um disco que gira ao redor do seu centro
Nebulosas: são sistemas semelhantes à Via Láctea “As nebulosas agrupam-se em torno de um centro comum e formam um vasto sistema que, por sua vez se agrupa com outros sistemas semelhantes em uma estrutura maior e assim por diante. O nível mais alto, de ordem infinita, domina a estrutura do Universo”
“O Grande Debate: Universos Ilhas Via Láctea”
Do Século XVII ao XIX
1838: primeiras medidas
da distância de estrelas
próximas usando o método
“Paralaxe Estelar”
Unidade Astronômica
1 A.U. = 150 milhões de km.
Parsec 1 pc = 3,086
1013 km = 3,26 anos luz.
Ano luz 1a.l. = 300.000
365 24 60 60 = 9,46
1012 km.
Século XX
Até 1910: Contagem de estrelas em várias direções do céu mostram que elas tinham distribuição esferoidal achatada
Henrietta Leavitt (1912): Relação para estrelas variáveis cefeidas
período × luminosidade
24 D
LF
F fluxo luminoso recebido na
Terra
L Luminosidade intrínseca
(característica do objeto)
D Distância que esse objeto se
encontra
Edwin Hubble (1924): Cefeidas em Andrômeda Andrômeda é uma galáxia
Einstein completa a Teoria Geral da Relatividade em 1916
Curvatura do espaço-tempo responsável pela “força gravitacional”
1917: Einstein apresenta seu modelo cosmológico Universo é
homogêneo, isotrópico e estático Constante Cosmológica
●
4
1 8
2
GR g R g T
c
Toda a evolução do
Universo pode ser obtida
a partir da solução
dessas equações
Hubble (1929): Além de 2 Mpc (1 10 20 km)
a velocidade de uma galáxia é proporcional
à sua distância Universo está em
expansão h0 (ou H0).
Fritz Zwicky (1933): Aglomerado de galáxias de Virgo
possui massa 1000 vezes maior que a soma das
massas das galáxias individuais matéria escura
O universo passa a ter matéria bariônica (como nós, os
planetas, as estrelas) B
E matéria escura tipo diferente de matéria que só
interage com a bariônica via a força gravitacional D
George Gamow (1946): Matéria no início
do Universo era suficientemente quente
e densa para sofrer reações
termonucleares Universo dominado
pela radiação Modelo do Big Bang
BIG BANG
Radiação Cósmica de Fundo: Descoberta em 1965 Arno Penzias e Robert Wilson dos Laboratórios Bell
Entre 1989 – 1992 COBE – COsmic Background Explorer – mapeia o céu em microondas
COBE-DMR, 1992
K002,0726,20 T Desde 2003: WMAP – Wilkinson
Microwave Anisotropy Probe
Entre 1996 – 2000 – Projeto supernova – Identificação de Supernovas do tipo Ia a
várias distâncias cosmológicas.
Resultado O Universo “ganha”
mais uma componente – Energia
Escura “retorno da
constante cosmológica de Einstein”
Satélite WMAP – 2003
idade do Universo 13,7 ± 0,2Gyr
constante de Hubble: h = 0,71 ±
0,04
matéria bariônica: ΩBh2 = 0,0224
± 0,0009
matéria total no Universo: Ωmh2
= 0,135 ± 0,009
densidade total de matéria e
energia do Universo: ΩT = 1,02 ±
0,02
O FUTURO DO UNIVERSO
DEPENDE DE ΩT
B h2 = 0.018, 0.023, 0.028
Século XXI – Observações Futuras
Satélite Planck
Será lançado em fevereiro
de 2007
Fará um mapeamento da
radiação cósmica de fundo
com maior precisão do que o
WMAP
O que a Cosmologia tem Discutido Hoje?
O que a Cosmologia tem Discutido Hoje?
