astronomia

Astronomia na Antiguidade
Muito antes de ser registado historicamente (o que começou há cerca de 5000 anos), já os povos conheciam a relação entre fenómenos ocorridos na Terra e a posição dos corpos celestes, em particular o Sol. Verificavam que as mudanças das estações e as inundações provocadas pelos grandes rios, como o Nilo no Egito, ocorriam quando corpos celestes, incluindo o Sol, a Lua e outros planetas e estrelas, ocupavam um determinado lugar na esfera celeste.
As civilizações agrárias primitivas, que eram dependentes das condições meteorológicas, acreditavam que os corpos celestes podiam controlar as estações do ano e influenciar fortemente todos os fenómenos terrestres. Esta crença foi determinante para que as primeiras civilizações começassem a registar a posição dos corpos celestes. Foram preponderantes neste aspeto os povos chinês, egípcio e babilónio.

O estudo de arquivos chineses mostra que registaram sempre o aparecimento do famoso Cometa Halley nos últimos dez séculos. Contudo, como este cometa praticamente só aparece uma vez durante o período normal da vida humana (uma vez cada 76 anos), eram incapazes de ligar cada uma das suas aparições ao mesmo cometa. Deste modo, a maioria das antigos estudiosos chineses considerava os cometas como seres místicos. Os cometas, com o seu aparecimento, eram considerados como mau presságio e eram considerados responsáveis pelas mais variadas tragédias desde as guerras às pragas.

A "Idade de Ouro" da astronomia primitiva (600 a. C. - 150 d. C.) centrou-se na Grécia. Os primeiros gregos foram criticados, com razão, por utilizar argumentos filosóficos para explicar os fenómenos naturais. Contudo, também observavam e registavam dados. As bases da geometria e trigonometria que desenvolveram eram utilizadas para medir o tamanho e a distância dos maiores corpos que apareciam na esfera celeste, o Sol e a Lua.

Muitas descobertas astronómicas foram atribuídas aos Gregos. Sustentaram a teoria geocêntrica, acreditando que a Terra era uma esfera fixa situada no centro do universo. A Lua, o Sol e os planetas então conhecidos, Mercúrio, Vénus, Marte, Júpiter e Saturno, orbitavam a Terra.

A região mais afastada da dos planetas era uma esfera oca transparente (esfera celeste) na qual as estrelas viajavam diariamente à volta da Terra. O movimento de rotação da Terra, desconhecido dos Gregos, não foi demonstrado até 1851.

Para os Gregos, todos os corpos celestes com exceção de sete, ocupavam a mesma posição relativa entre uns e outros. As sete exceções eram o Sol, Lua, Mercúrio, Vénus, Marte, Júpiter e Saturno. Cada um deles tinha uma órbita circular em torno da Terra. Apesar de este sistema ser incorreto os Gregos consideravam-no como explicativo do movimento aparente de todos os corpos celestes.

Ainda que muitas descobertas tenham sido feitas, a teoria geocêntrica que os Gregos tinham proposto manteve-se na Europa durante a Idade Média. Apresentado na sua melhor interpretação por Cláudio Ptolomeu, esta visão geocêntrica torna-se conhecida como Sistema Ptolomaico.

Muitos dos novos conhecimentos da astronomia grega encontram-se num tratado, o Almageste, que foi compilado por Ptolomeu em 141, da nossa era, e que sobreviveu graças ao trabalho da escola árabe. No seu trabalho, Ptolomeu desenvolveu um modelo de Universo influenciado pelos movimentos observáveis dos planetas. A precisão com que este modelo era capaz de prever a mobilidade planetária é atestada pelo facto de se ter mantido praticamente imutável, no princípio e não no pormenor, por quase treze séculos.

Segundo a tradição grega, o modelo Ptolomaico considerava o movimento dos planetas em órbitas circulares à volta da Terra imóvel (o círculo era conhecido pelos Gregos como a forma perfeita).

Astronomia moderna
A transição para a criação de um "novo e grande universo" regido por leis inteligíveis foi feita entre 1500 e 1600. Nesta transição desenvolveram notáveis contributos Copérnico, Tycho Brahe, Johanes Kepler, Galileu Galilei e Isaac Newton.

Durante cerca de 13 séculos depois de Ptolomeu, muito poucos avanços na ciência astronómica foram feitos na Europa. O primeiro grande astronómo a emergir depois da Idade Média foi Nicolau Copérnico (1473-1543). Copérnico estava convencido de que a Terra era um planeta como os outros cinco conhecidos nessa época. Copérnico partiu do princípio de que o movimento diário dos corpos celestes podia ser a melhor explicação para a rotação da Terra.

Tendo concluído que a Terra era um planeta, Copérnico reconstruía o Sistema Solar com o Sol no centro e os planetas Mercúrio, Vénus, Terra, Marte, Júpiter e Saturno orbitando em torno dele. Esta era a maior rutura com a ideia de que a Terra imóvel era o centro de todo o movimento. Contudo, Copérnico ainda mantinha uma ligação ao passado pois considerava as órbitas dos planetas circulares, o que o incapacitava de justificar satisfatoriamente a diferença entre a localização prevista dos planetas e a posição observada.

Tycho Brahe (1546-1601), dinamarquês, dedicou-se à astronomia depois de observar um eclipse solar previsto pelos astrónomos. Tycho, nascido três anos depois da morte de Copérnico, não acreditava no sistema proposto por Copérnico porque era incapaz de observar uma aparente deslocação na posição das estrelas que deveria ser causada pelo movimento da Terra. O seu argumento era: se a Terra se desloca numa órbita em torno do Sol, a posição da estrela mais próxima, quando observada do ponto extremo da órbita da Terra, com seis meses de intervalo, pode, de uma maneira geral, mudar de posição em relação a estrelas mais distantes.

A sua ideia estava correta e a aparente mudança de posição das estrelas denomina-se paralaxe estrelar. Contudo, não era observável a olho nu, em virtude de a distância entre as estrelas ser enorme comparada com a da órbita da Terra. Nos seus últimos anos de vida viveu na República Checa, onde no último ano da sua vida teve como assistente Johannes Kepler. Kepler aproveitou muitas das observações de Tycho Brahe e utilizou-as brilhantemente.

Se Copérnico foi responsável pelo fim da velha astronomia, Johannes Kepler (1571-1630) introduziu uma nova. Servindo-se dos dados de Tycho, nos quais depositava confiança, e sendo um bom matemático, Kepler formulou três leis sobre o movimento planetário.

As primeiras duas leis resultaram da sua incapacidade para aceitar a ideia de Tycho de que Marte tinha uma órbita circular, o que levou a descobrir que a órbita de Marte era elíptica. Ao mesmo tempo percebeu que a velocidade orbital de Marte varia de maneira previsível. Com a aproximação do Sol a velocidade aumenta e quando se afasta a velocidade diminui.

Em 1609, depois de uma década de trabalho árduo, propôs as duas primeiras leis:

1. O percurso de cada planeta à volta do Sol é uma elipse com o Sol num dos focos. O outro foco está simetricamente colocado na outra extremidade da elipse.
2. Cada planeta gira de tal maneira que uma linha imaginária ligada ao Sol percorre áreas iguais em intervalos de tempo iguais.

Esta lei, de equidade das áreas, expressa geometricamente as variações da velocidade orbital dos planetas. Em 1619, publicou a sua terceira lei no artigo "The Harmony of the Worlds":

- Os períodos orbitais dos planetas e as suas distâncias ao Sol são proporcionais.

De uma forma simples o período de revolução orbital é medido em anos terrestres e a distância dos planetas ao Sol é medida em função da distância da Terra ao Sol, isto é, em unidades astronómicas (150 milhões de quilómetros).

As leis de Kepler afirmam que os planetas giram em torno do Sol, o que apoia a teoria de Copérnico. Kepler não conseguiu, contudo, determinar qual a força que produzia o movimento planetário. Este trabalho ficou para Galileu Galilei e Isaac Newton.

Galileu Galilei (1564-1642) foi o maior cientista italiano da Renascença. Foi contempôraneo de Kepler e ajudou-o a afirmar a teoria do sistema heliocêntrico.

As maiores contribuições de Galileu para a ciência foram as descrições dos objetos em movimento que, antes do tempo de Galileu, eram efetuadas sem a utilização de telescópios. Tendo sabido, em 1609, que Dutch, um fabricante de lentes, tinha conseguido um sistema de lentes que ampliava o tamanho dos objetos, Galileu construiu o seu próprio telescópio que ampliava três vezes o tamanho do objeto observado à vista desarmada. Construiu depois outros que chegaram a ter a ampliação de 30 vezes.

Com o telescópio, Galileu foi capaz de ver o universo de uma nova maneira. Descobriu importantes factos que apoiavam a teoria de Copérnico sobre o universo.

Descobriu quatro satélites ou luas orbitando Júpiter dos quais determinou cuidadosamente os seus períodos de translação. Este facto acabou com a velha ideia de que a Terra era o único centro de movimento no universo. Visivelmente havia outro centro, Júpiter. Descobriu também que Vénus tem fases como as da Lua, demonstrando a sua órbita e a sua fonte de luz, o Sol. Verificou que Vénus parece menor quando está em "fase cheia" e está mais afastada da Terra.

Descobriu que a superfície da Lua não é uma camada de gelo, como os antigos tinham suspeitado e a Igreja havia decretado. Mais tarde Galileu identificou, na Lua, montanhas, crateras e planícies.

Descobriu que o Sol (cuja observação lhe causou a cegueira) apresenta manchas escuras causadas por baixas temperaturas. Em 1616, a Igreja condenou a teoria de Copérnico, e Galileu foi obrigado a abandoná-la.

Isaac Newton (1643-1727) nasceu no ano da morte de Galileu. Os seus grandes conhecimentos de matemática e física fizeram com que um seu discípulo dissesse que "Newton era o maior génio que jamais existiu".

Kepler e outros que procuraram cuidadosamente explicar as forças envolvidas no movimento planetário encontraram sempre explicações que eram menos que satisfatórias. Kepler acreditava que alguma força impulsionava os planetas ao longo das suas órbitas. Galileu, contudo, pensou que nenhuma força era necessária para manter um objeto em movimento. Galileu propôs que a tendência natural para o movimento de um corpo (não afetado por uma força exterior) é o movimento contínuo com velocidade uniforme e em linha reta. Este conceito, inércia, foi mais tarde formalizado por Newton como primeira lei do movimento.

O problema, então, não era explicar a força que conserva os planetas em movimento mas antes determinar a força que os obriga a seguir uma linha no espaço. Foi com esta finalidade que Newton conceptualizou a força da gravidade. Acabou por visionar a força que sai da Terra para o espaço e mantém a Lua em órbita à volta da Terra. Embora outros tenham teorizado a existência de tal força, foi Newton o primeiro a formular e a testar a lei da gravitação universal. Escreveu:

"Cada corpo no universo atrai outro corpo com uma força que é diretamente proporcional à sua massa e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles."

Sendo assim, a força gravitacional diminui com a distância, tanto que dois objetos situados a três quilómetros de distância tem nove vezes menos atração gravitacional que os mesmos objetos quando estão separados de um quilómetro.
A lei da gravitação também afirma que quanto maior for a massa do objeto maior é a sua força gravitacional.

Com base nas leis da velocidade, Newton demonstrou que a força da gravidade, combinada com a tendência de o planeta se manter em movimento em linha reta, resulta nas órbitas elípticas descobertas por Kepler.

Com a aceitação das explicações dadas por Newton sobre a velocidade planetária, torna-se claro que os planetas são mais semelhantes à Terra do que às estrelas. Esta conceção estimulou um grande interesse pela observação astronómica. O interesse é ainda reforçado pela possibilidade da descoberta de evidência de vida inteligente em qualquer outra parte do sistema solar.