Leis de Kepler e movimento planetário: entenda tudo!
Sem dúvida, um dos maiores nomes da Astronomia foi o matemático e astrônomo alemão Johannes Kepler. Por ter sido o primeiro cientista a investigar diversos pontos da Óptica Moderna, Kepler ganhou o título de fundador dessa ciência. As mais importantes contribuições de Kepler para a Astronomia e para a Astrofísica são as suas três leis que regem o movimento planetário.
Quem foi Kepler
Nascido em 1571, em Weil der Stadt, cidade localizada no Sul da Alemanha, Kepler teve uma vida pessoal bastante conturbada e com dificuldades financeiras. Filho de pai ausente (que o abandonou quando ele tinha apenas 5 anos), foi criado apenas pela sua mãe, acusada de bruxaria e julgada por isso em 1612. A mãe de Kepler foi absolvida somente 9 anos depois, vindo a falecer menos de 1 ano após a absolvição.
Seu amor pela Astronomia já se mostrava desde a infância. Na faculdade de Filosofia, mostrou-se um matemático excepcional e evidenciava suas habilidades como astrólogo, desenvolvendo horóscopos para os colegas de classe.
Em seus estudos sobre Astronomia, aprendeu os sistemas ptolomaico e copernicano dos movimentos planetários. Já na sua fase estudantil, revelou-se um defensor do sistema de Copérnico, tendo inclusive montado uma defesa sobre o heliocentrismo. Perto de finalizar os estudos, aos 23 anos, Kepler tornou-se professor de Matemática e Astronomia, na Escola de Graz (posteriormente Universidade de Graz, a segunda universidade mais antiga da Áustria e uma das maiores desse país).
Sua primeira obra sobre Astronomia foi "Mysterium Cosmographicum" ("Mistério Cosmográfico"), em que expôs suas inclinações à Teoria Heliocêntrica. Sua obra seguinte, "Astronomia Nova" apresentou aquelas que ficariam conhecidas como a primeira e segunda leis de Kepler. Esse livro teve como base as anotações do astrônomo dinamarquês Tyco Brahe, com quem trabalhou por um período. Já em "Harmonia dos Mundos" – sua obra máxima –, Kepler nos apresenta sua terceira e última lei.
As contribuições de Kepler foram de extrema relevância para diversas áreas científicas, e não foram apenas sobre os movimentos planetários. Outro grande mérito seu foram os estudos sobre Óptica Moderna – pioneiros na investigação da formação de imagens com câmeras sem lente, no uso dos dois olhos para a percepção de profundidade e na explicação do processo de visão por refração no olho. É de Kepler a autoria da primeira descrição da simetria hexagonal dos flocos de neve, por meio do tratado "Strena Seu de Nive Sexangula" ("Um presente de ano novo de neve hexagonal"). Além disso, foi o primeiro a explicar os princípios de funcionamento de um telescópio. Outra grande descoberta pioneira do astrônomo foi a relação entre a Lua e as marés.
Kepler morreu em 1630, antes de completar 59 anos. Seu legado é muito maior do que pudemos descrever neste pequeno espaço, mas, sem dúvida, sua maior contribuição, além de inspirar cientistas de renome que vieram depois de sua época, deixou para o mundo moderno a ideia mais próxima do que temos de relação entre os corpos celestes.
Desmistificando a visão geocêntrica
As leis de Kepler discorrem sobre os movimentos planetários. Para chegarmos até essas leis, é preciso falar sobre a contribuição de outro cientista, o astrônomo e matemático polonês Nicolau Copérnico, que revolucionou o entendimento dos movimentos feitos pelos astros no Universo.
Acreditava-se que o Sol, a Lua e os planetas giravam em torno da Terra. Esse modelo planetário era denominado "geocentrismo". Elaborada pelo astrônomo grego Claudio Ptolomeu, era essa a visão aceita pela Igreja Católica, pois apresentava aspectos de passagens bíblicas.
Contrariando o geocentrismo de Ptolomeu, Copérnico apresentou um modelo em que o Sol estaria no centro do Universo, e os planetas descreviam órbitas circulares ao seu redor. Defendendo um modelo teórico de Sistema Solar, a teoria copernicana foi aprimorada pelos cientistas que o sucederam na História, entre eles Kepler e Isaac Newton, e é a mais aceita na comunidade científica.
Antes de abordarmos as leis de Kepler, vale falar sobre quais são os movimentos planetários, para que possamos entender, principalmente, o conceito da terceira lei.
Os movimentos planetários podem ser de dois tipos: translação, que é aquele que um astro faz em torno de outro astro (ou mais de um); e rotação, que é o movimento feito por um astro em torno de si mesmo.
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Além desses dois movimentos, a Terra faz outros pouco conhecidos pela maioria de nós, entre eles a precessão, a nutação e a oscilação de Chandler. A precessão é o movimento da Terra em volta do eixo de sua órbita, em decorrência da inclinação do seu eixo, descrevendo um cone. Esse movimento é completado a cada 25.800 anos. A nutação é a oscilação do eixo da Terra em volta da posição média da sua órbita. Esse movimento é cíclico e dura em média 18 anos e meio; trata-se de um resultado da ação gravitacional da Lua. Já a oscilação de Chandler é um pequeno desvio na oscilação do eixo terrestre, em que a Terra se desloca em até 9 metros da posição esperada em um dado instante. Essa irregularidade dura aproximadamente 433 dias, mas ainda não se consegue definir uma causa. Entre as teorias mais difundidas, estão as mudanças climáticas e as alterações oceânicas.
Primeira lei – a Lei das Órbitas
Cada planeta revolve em torno do Sol em uma órbita elíptica. Toda elipse tem dois focos, com o Sol ocupando um desses focos.
Uma nota: apesar de os estudos de Kepler confirmarem o modelo planetário de Copérnico, essa primeira lei corrige a ideia copernicana, que afirmava que as órbitas eram sistematicamente circulares.
Segunda lei – a Lei das Áreas
A linha imaginária que une o Sol a cada planeta que o orbita "varre" áreas iguais em intervalos de tempo iguais. Isto é, a velocidade aureolar das órbitas é constante.
Terceira lei – a Lei dos Períodos
O quadrado do período de revolução de cada planeta é proporcional ao cubo do raio médio de sua órbita. Em palavras mais simples: há uma relação entre a distância entre cada planeta e seu período de translação. Sendo assim, quanto mais longe estiver do Sol, mais tempo um planeta levará para concluir a translação.
Os estudos e trabalhos de Kepler trouxeram não só grandes contribuições para a ciência e a humanidade, mas também lhe renderam vários títulos e homenagens.
O cientista emprestou seu nome a uma das missões de exploração da Nasa cujo objetivo era descobrir novos planetas fora do Sistema Solar – os chamados "exoplanetas". Batizado em homenagem ao astrônomo alemão, o telescópio Kepler foi lançado em 2009; durante os nove anos em que ficou no espaço, conseguiu detectar mais de 2.600 exoplanetas – alguns com grandes chances de hospedar vida.
O caça-planetas pioneiro da Nasa conseguiu mapear 300 mil estrelas até 2016. Foram milhares de planetas e de candidatos a planetas revelados pelo Kepler, alguns do tamanho da Terra, detectados nas chamadas "zonas habitáveis".
Em 2018, a missão foi encerrada, e os últimos dados coletados pelo Kepler serviram como base para o novo caça-planetas da agência: o Tess (Transiting Exoplanet Survey Satellite), lançado no mesmo ano da "aposentadoria" do seu predecessor.