Observações Noturnas: Novembro 2010
HISTÓRIA DA ASTRONOMIA - a descoberta da Radiação Cósmica de Fundo - 1
Ok, com atraso relativamente ao que prometi, mas aqui fica o primeiro post sobre a descoberta da Radiação Cósmica de Fundo. Também acho que é das histórias mais engraçadas da Física, porque envolve várias pequenas histórias, no mínimo, curiosas.
Como em tudo na vida, o factor sorte decide o nosso destino. Mas também é verdade que a sorte se procura. Foi isso que fez Karl Jansky primeiro, e Arno Penzias e Robert Wilson mais tarde. Mas vamos por partes...
Antes de mais, convém dar um cheirinho do contexto em que estas descobertas se inseriram.
Em 1928, a empresa de comunicações AT&T iniciava-se no mundo das comunicações transatlânticas, e queria garantir o monopólio do mercado, pelo que contratou os Laboratórios Bell para fazerem o estudo das fontes naturais de ondas rádio que provocavam interferências nas comunicações de longa distância, e com isso originavam um ruído crepitante e permanente. Esta tarefa foi parar ao colo de Jansky, um jovem de 22 anos.
É, também, importante saber o que é uma onda rádio. De forma muito resumida, pode classificar-se a faixa das ondas rádio como uma de várias do espectro electromagnético, como se vê na figura.
O espectro varia de forma inversa em frequência e comprimento de onda. Como as ondas rádio têm relativamente baixa frequência, vão ter grandes comprimentos de onda, que variam de milímetros para as microondas até muitos metros no caso de sinais AM.
Ora, Jansky construiu uma antena capaz de captar comprimentos de onda de 14,6m, e passou os meses seguintes agarrado à sua obra, que mostro na imagem seguinte:
Era uma enorme estrutura que girava 3 vezes por hora sobre as rodas de um Ford (que se vêem na imagem), para captar sinais vindos de várias direcções. Não é de admirar que os miúdos fossem para lá mal Jansky virava costas... Isso baptizou a antena de "carrossel de Jansky". Líder mundial na categoria dos mais lentos, claro...
Jansky continuou a estudar as interferências recebidas, e classificou-as em 3 tipos:
Devidas a trovoadas próximas e ocasionais;
Devidas a trovoadas longínquas e mais fracas;
Outros sinais mais fracos, que classificou do "tipo sibilante, fracos e de origem desconhecida".
Este tipo de ruído não influiria nas comunicações transatlânticas, a base do seu trabalho, mas Jansky decidiu continuar a investigar esta desconhecida fonte de ruído.
Recolheu alguns dados, entre os quais o facto de a periodicidade dos máximos de intensidade era de exactamente 23h56m (a duração do dia sideral, que seria motivo de outro post, e que se formos precisos é de 23h56m04s). Basicamente, para ajudar a contextualizar, pode dizer-se que o dia sideral é o período de rotação da Terra relativamente ao resto do Universo.
Mais estudos revelaram que a fonte desta emissão rádio era o centro da Galáxia, zona de intensos campos magnéticos. Mal a notícia foi publicada, mesmo com o aviso de Jansky de que as fontes eram naturais, ele recebeu inúmeras cartas de pessoas que diziam que eram tentativas de contacto de extra-terrestres...
A mente humana no seu melhor...
O importante é que estava fundada a RADIOASTRONOMIA, o que abria as portas à investigação fora da faixa da luz visível.
Publicada por Carlos Capela à(s) 22:28 2 comentários:
HISTÓRIA DA ASTRONOMIA - o eco do Big Bang
Neste ponto, já estamos em pleno século XX, com as inovações tecnológicas a sucederem-se em catadupa, e com isso a originar sucessivas alterações nas formas de pensar dos vários cientistas.
Um dos que o fez foi Einstein. Mudou de opinião e passou a apoiar o modelo do Big Bang, ao contrário de vários outros cientistas, que continuaram a dizer que o Universo era estático e eterno. Por exemplo, um facto que os apoiantes do modelo do Big Bang não conseguiam explicar era a juventude do "seu" Universo, quando comparado com a idade das Estrelas, mas isso só seria explicado na segunda metade do século.
O debate cosmológico continuava no meio científico, e várias vertentes foram sendo abordadas.
Uma das quais baseava-se no estudo da Física Atómica, na determinação da quantidade dos elementos no Universo, no seu processo de formação, e várias descobertas foram sendo feitas. Por exemplo:
Desvendou-se a estrutura atómica, com electrões, protões e neutrões;
Determinou-se a origem da energia solar, por fusão de dois núcleos pequenos;
Descobriu-se que o Universo actual é constituído por cerca de 90% de Hidrogénio e 9% de Hélio...
Por um lado, esta composição do Universo era compatível com o modelo do Big Bang, mas por outro lado o Big Bang não explicava a formação de átomos mais pesados que o Hélio. Vivia-se uma época em que a força da especulação era maior que a força dos factos, e a eterna relutância do Homem em aceitar a mudança forçou um conjunto de cientistas (Hoyle, Gold e Bondi) a criar o Modelo do Estado Estacionário.
O que dizia este modelo? Basicamente, que embora o Universo se encontre em expansão (facto que Hubble provou), é criada nova matéria nos espaços que se abrem entre as Galáxias que se afastam. Ou seja, o argumento é algo como:
"O Universo evolui, mas está inalterado! Logo, é e sempre será infinito!"
E assim se satisfazia a necessidade de não mudança do Homem, conjugada com a prova irrefutável que Edwin Hubble tratou de arranjar, com os desvios para o vermelho na análise ao espectro das Galáxias.
Por esta altura, outros três nomes mostraram que nem todos os Homens pensam da mesma forma.
Gamow, Alpher e Herman previram que o Big Bang teria emitido um eco luminoso quando o Universo tinha 300 mil anos, possivelmente ainda detectável. Na altura, ninguém procurou esse eco, mas hoje sabemos que ele existe.
Chamamos-lhe Radiação Cósmica de Fundo, e possivelmente, nem que tenha sido só num documentário ou na leitura de um qualquer artigo científico, muitos já ouviram o seu nome...
Publicada por Carlos Capela à(s) 21:55 3 comentários:
HISTÓRIA DA ASTRONOMIA - a Lei de Hubble
Paralelamente, outras descobertas foram sendo feitas, e o seu estudo continuado conduziu à Lei de Hubble que, como vamos ver, foi fundamental para a ideia de um "início", um Big Bang!
Com o aumento das dimensões dos telescópios, começou a ser possível medir as distâncias às Estrelas com muito maior precisão.
No século XVIII, Herschel mostra que o Sol faz parte de um grupo de Estrelas, que é a nossa Galáxia, a Via Láctea, que na altura se pensava ser a única. Mas Messier, ocupado na elaboração do seu catálogo, vai observando várias manchas indistintas que não sabia correctamente identificar por serem completamente diferentes das Estrelas. Por isso mesmo, tomaram o nome de Nebulosas. Mas aí nasceu outra questão... elas estavam dentro ou fora da Via Láctea? Ou seja, o Universo teria mais Galáxias espalhadas?
A resposta chegaria em 1923, pela mão de Edwin Hubble, usando um dado descoberto em 1912 por Henrietta Leavitt, que no seu estudo das Estrelas variáveis cefeides mostra que o seu período de variação ajuda a calcular o seu brilho real, e com isso a distância a que se encontram. O Homem ganhou uma régua para medir o Universo!
Voltando a Hubble, ao identificar uma variável cefeide dentro de uma nebulosa pôde determinar que ficava muito mais longe que a Via Láctea, e que cada uma das inúmeras Galáxias detectadas na altura possuía milhares de milhões de Estrelas como o Sol!
Nasce aqui a Espectroscopia. Muito resumidamente, é o estudo do espectro de cada átomo, dependendo da absorção e da emissão da luz. Concluiu-se que as Estrelas se afastam ou aproximam de nós pela análise do efeito Doppler:
A luz de uma Estrela que se aproxima tem comprimento de onda menor (espectro desviado para o azul);
A luz de uma Estrela que se afasta tem comprimento de onda maior (espectro desviado para o vermelho).
Pois a maior parte estava a afastar-se, pois apresentava um desvio para o vermelho...
E é aqui que surge a Lei de Hubble, que mostra que existe uma relação directa entre a velocidade de uma Galáxia e a distância a que se encontra, postulando que se as Galáxias têm movimento de recessão, então:
Estarão mais distantes de nós amanhã do que estão hoje;
Ontem estiveram mais próximas;
Deve ter existido um instante no passado em que todas as Galáxias estiveram em cima de nós.
Estas observações levam-nos a acreditar num Universo primordial de pequenas dimensões e elevada densidade, a partir do qual se expandiu e continua a expandir.
Penso que a imagem resume numa imagem o que acabei de dizer.
A linha diagonal é uma interpolação dos pontos, que representam a detecção das Galáxias.
Isto poderia ser, na época, uma prova do Big Bang...
Publicada por Carlos Capela à(s) 02:35 Sem comentários:
HISTÓRIA DA ASTRONOMIA - Teorias do Universo
Ainda que Galileu tenha sofrido uma tentativa de silenciamento, as bases para a evolução no pensamento estavam lançadas. Aos solavancos, porque a mente humana é adversa à mudança brusca, mas aconteceu.
Seguiu-se um período em que surgiram teorias que defendiam que o Universo existira desde sempre e outras que defendiam que tinha sido criado, e os cosmólogos do século XX abordaram essa problemática.
Foram feitas várias experiências tendo essa questão como pano de fundo, entre as quais algumas que permitiram a Einstein postular a Teoria da Relatividade Restrita (segundo a qual o Espaço e o Tempo são flexíveis, constituindo uma entidade única) e a Teoria da Relatividade Geral (que complementa a teoria da gravitação de Newton, uma vez que se aplica a situações de gravidade extremas, como as provocadas pelas Estrelas).
No seguimento dos seus estudos, Einstein quis saber se a atracção gravítica poderia levar o Universo a contrair sobre si mesmo, introduzindo a constante cosmológica, que funcionava como a anti-gravidade que travava a expansão do Universo. Ele próprio admitiu que não gostava deste factor, porque não passava de uma forma de obter a teoria perfeita, o resultado esperado.
Einstein acreditava num Universo estático e eterno, mas essa visão não era partilhada por todos.
Friedmann e Lemaître propuseram a visão correcta de um Universo em expansão, mas uma vez que a voz de Einstein era muito mais respeitada, esta teoria estagnou na sua evolução. Ele mesmo disse algo como: