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7 perguntas astronômicas que a Gravitação Universal e a Física Moderna te respondem em um segundo

Todas as perguntas astronômicas que você sempre quis fazer são respondidas nessa lista incrível sobre gravitação. Leia ou seja sugado por um buraco negro!

7 perguntas astronômicas que a Gravitação Universal e a Física Moderna te respondem em um segundo

A curiosidade e a necessidade de se observar o movimento dos corpos celestes são úteis na medição do tempo e absolutamente vitais para a construção da civilização. Sem o conhecimento da época certa de plantio e colheita, não iríamos desenvolver as sociedades sedentárias como as conhecemos há séculos. Nessa esteira da curiosidade, vamos seguir em frente com algumas perguntas astronômicas que talvez você nunca tenha se feito, mas que alguns fundamentos simples de Mecânica Clássica – entre eles, Gravitação Universal – e um pouco de Física Moderna podem responder. 

 

1. Outros planetas têm várias luas. Por que a Terra tem apenas uma? 

Há dois tipos de planetas no sistema solar: os Terrestres (Mercúrio, Vênus, Terra e Marte) e os Gasosos (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno). Enquanto os Gasosos possuem cerca de 90 luas observadas, os Terrestres possuem três (a Lua e duas luas pequenas orbitando Marte). Esta grande diferença tem a ver com a formação do sistema solar.

O sistema solar se formou a partir de uma enorme nuvem de gás em rotação que colapsou sob sua própria gravidade. Durante esse colapso, o gás ficou mais quente e começou a girar mais rapidamente de forma mais ordenada. Isso levou à formação do que se chama de “disco protoplanetário”: um disco de gás quente em rotação com a massa concentrada no centro. Esta concentração central se tornou o Sol e os planetas se formaram das partes remanescentes do disco.

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Um pouco mais longe do Sol, havia flocos de metais e sedimentos de rocha, que se uniram quando colidiram, formando planetesimais. Estes planetesimais crescerem rapidamente até se tornarem tão imensos que as colisões começaram a moldá-los. Somente os maiores sobreviveram a isso e se tornaram os planetas Terrestres. 

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Fora da órbita de Marte, a temperatura era baixa o suficiente para que existissem pedaços de gelo, além de rochas e metais. Isso fez com que os planetesimais remanescentes crescessem depressa, ao ponto de seu campo gravitacional conseguir capturar hidrogênio e hélio do disco protoplanetário, formando, assim, vários satélites (luas) “gelados” em volta dos planetas Gasosos. 

Acredita-se que a formação da nossa Lua tenha ocorrido a partir da colisão de um grande planetesimal com a Terra. Esta colisão teria ejetado na órbita da Terra uma grande quantidade de material que se contraiu para formar nosso satélite, a Lua. 

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2. E se não existisse gravidade na Terra?

Gravidade é uma das coisas que ignoramos por completo no nosso dia a dia. Se o campo gravitacional da Terra mudasse significativamente, muita coisa em nossa vida seria afetada. O motivo pelo qual o campo gravitacional terrestre não muda é porque a massa da Terra não muda nem o seu raio, já que o campo gravitacional nas proximidades da Terra é dado por

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Uma mudança na massa e no raio provavelmente não ocorrerá a qualquer momento, mas vamos fingir que o campo gravitacional de repente fosse desligado. Ora, tudo que não está preso no chão não teria motivo para ficar parado. Isso não é tudo: o ar na atmosfera simplesmente se expandiria para o espaço e a água nos oceanos, rios e lagos desapareceria. Sem uma atmosfera, qualquer ser vivo imediatamente morreria e qualquer líquido começaria a ferver. Seria o fim! Sentiu o tamanho da gravidade do problema?

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Mas jogar bola talvez fosse mais divertido!

 

3. De onde o Sol tira sua energia?

O Sol tem produzido luz há cerca de 5 bilhões de anos, mas de onde vem toda essa energia? A ideia mais comum é que o Sol está queimando gás – como uma bola de fogo gigante no céu. Se isso fosse verdade, o Sol teria se esgotado há milênios. Então como o Sol está de fato se abastecendo? Ele está convertendo sua própria massa em energia. Ao combinar prótons (núcleo de hidrogênio) em hélio, parte da massa dos prótons é convertida em energia – 4,3 bilhões de quilogramas por segundo. É a famosa equação de Einstein, E = mc², que nos fornece a relação quantitativa entre massa e energia, onde c é a velocidade da luz (300.000 km/s).

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O Sol tem hidrogênio suficiente para alimentar essas reações por mais 6,5 bilhões de anos até virar uma anã branca. Gradualmente, à medida que diminui a quantidade de hidrogênio, aumenta a quantidade de hélio no núcleo.

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Explosões solares. Nome científico para “Sol dando piti”.

4. A Lua está ou não caindo sobre a Terra?

O conceito da gravitação universal teve origem quando Newton associou a queda dos objetos ao movimento da Lua e dos planetas. Newton percebeu que a Lua estava sempre ‘caindo’ em direção à Terra, assim como quando soltamos um objeto. Ele associou o movimento da Lua ao fato de que, quando disparamos uma bala de canhão, ela faz uma trajetória parabólica sobre a superfície da Terra. Quanto mais potente for o canhão, maior distância a bala vai alcançar. Se considerarmos que a superfície da Terra é curva, à medida que a bala vai caindo, a própria superfície se afasta dela. Dessa forma, se a bala for lançada para muito longe, ela nunca atingirá a superfície.

Essa relação entre a queda dos objetos e o movimento dos corpos celestes foi uma extraordinária contribuição para a compreensão da natureza. Foi talvez a primeira vez que se atribuía a mesma causa para fenômenos terrestres e celestes.

5. Duas marés por dia?

A Terra dá uma volta completa em torno do próprio eixo a cada dia e vemos a Lua sobre nós, basicamente, uma vez por dia. Então por que há duas marés por dia (uma alta e outra baixa)?

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É simples: a atração gravitacional da Lua é mais forte à medida que nos aproximamos dela, então a parte da Terra que está mais perto da Lua é mais atraída do que a parte central e a parte mais afastada é menos atraída. À medida que a Terra gira, essas “forças de maré” fazem com que a água dos oceanos aumentem seu nível duas vezes por dia, já que a grande parte da Terra é coberta por oceanos. O efeito de maré devido à Lua é duas vezes mais intenso do que o efeito devido ao Sol, por isso não o levamos em conta em uma primeira aproximação.

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Olha a maré vindo! Já foi…

6. O que causa as fases da Lua?

A resposta incorreta mais comum é a sombra da Terra. As fases da Lua são, na verdade, um resultado de nossa percepção da superfície metade-iluminada da Lua. Quando a Lua de fato passa pela sombra da Terra, temos um eclipse lunar, que só pode ocorrer em épocas de Lua cheia. E não é sempre que isso acontece, porque o plano da órbita elíptica (1ª Lei de Kepler) da Lua é ligeiramente inclinada de 5° em relação ao plano da órbita da Terra.

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7 perguntas astronômicas que a Gravitação Universal e a Física Moderna te respondem em um segundo

No hemisfério sul, as fases da Lua seguem (em média) os seguintes períodos de visibilidade:

  • Lua Cheia: nasce, tem seu ápice e se põe, respectivamente, às 18h – 24h – 06h.
  • Lua Nova: nasce, tem seu ápice e se põe, respectivamente, às 06h – 12h – 18h.
  • Lua Crescente: nasce, tem seu ápice e se põe, respectivamente, às 12h – 18h – 24h.
  • Lua Minguante: nasce, tem seu ápice e se põe, respectivamente, às 24h – 06h – 12h.

Cada fase da Lua dura, em média, sete dias, tendo o período lunar (ou ano lunar), então, uma duração de 28 dias, em média!

 

7. O Universo está em expansão?

O prêmio Nobel de Física de 2011 foi concedido a três astrônomos que verificaram a expansão acelerada do Universo a partir da observação de supernovas distantes. Observações anteriores sobre a expansão do Universo mostraram uma relação direta entre a velocidade v de afastamento de uma galáxia e a distância r em que ela se encontra da Terra, dada por v = Hr, em que H é a constante de Hubble. Ou seja, galáxias mais distantes estão se afastando mais depressa de nós, o que contraria a Teoria da Gravitação Universal, que diz que corpos com massa se atraem gravitacionalmente de forma diretamente proporcional ao produto das massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância: F = GMm/r². Como galáxias são aglomerados de corpos massivos, era de se esperar que o Universo fosse estático ou que essa expansão estivesse se desacelerando, o que levou à hipótese da energia escura. Essa energia seria o agente causador desse efeito de “repulsão” das galáxias (tópico atualmente muito debatido na Cosmologia).

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Moral da história: o Universo está em expansão, mas planetas continuam orbitando em torno do Sol em órbitas elípticas, obedecendo às Leis de Kepler e à Gravitação Universal.

Não fique no mundo da lua e continue à procura de mais e mais conhecimento! 😀