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Nosso Endereço no Universo
Paulo S. PellegriniMCT/Observatório Nacional
Uma breve história da seqüência de descobertas que levou ao conhecimento de
como é o Universo em que vivemos.
Desde a Pré-história
Dentro de Casa,olhando a “Rua”onde moramos
Terra e Céu
Percepçãode Terra e Céu:
estações do ano,movimentos do Sol, da
Lua e das estrelas
A partir de 4000 A.C.
A Descoberta do “Bairro”onde moramos
O Conhecimento do Sistema Solar
Principal ação no período: determinação da forma da Terra e seu mapeamento
Descobrir como estão distribuidos no espaço e como se movimentam:
o Sol ...
a Lua ...
Planetas: objetos celestes que se movimentam em relação a um fundo de estrelas aparentemente fixas.
Movimento dos planetas sobre o fundo de estrelas:a trajetória apresenta trechos com movimento retrógrado (na direção contrária) e, em alguns casos,com um enlace como mostrado na figura
Como explicar isto ?
Sistemas para explicar o movimento dos planetas:
Geocentrismo e Heliocentrismo
Geocentrismo
Aristóteles (350 A.C.) Ptolomeu (150 )
Terra
Lua
Sol
Mercúrio
Marte
Vênus
Júpiter
Saturno
Sistema Geocêntrico
HeliocêntricoOs planetas teriam movimento circular em torno daTerra e movimentos circulares com raios pequenosem torno de nehum outro corpo existente. Osmovimentos retrógrado e de enlace seriam a visão,
que teríamos da Terra, resultante de uma combinaçãodesses dois movimentos . Era necessário assumirmovimentos circulares de raios pequenosmuitodiferentes para cada planeta e ausência destemovimento para o Sol e a Lua . Note-se que nãohavia a idéia da existência de uma força única(gravitacional) que atuasse sobre os corpos.
Heliocentrismo
Aristarco de Samos(200 A.C.)
Copérnico (1543)
TerraLua
Sol
Mercúrio
Marte
Vênus
Júpiter
Saturno
Geocêntrico
Você está aqui
Todos os planetas apresentam movimento emtorno do Sol. A Lua apresenta o mesmo tipo demovimento em torno da Terra. Os planetas maispróximos do Sol orbitam mais rapidamente que osmais distantes. Esse movimento relativo é responsável pelos movimentos aparentes retrógradoe de enlace dos planetas. Este modelo de um únicotipo de movimento foi fundamental para a idéia daexistência da força gravitacional.
Sistema Heliocêntrico
1610 - Galileu GalileiAponta sualuneta para osPlanetas, vêsuas superfíciese descobre suasformas, satélites e fases.
Terra e Planetassão objetossemelhantes
Mercúrio : Imagem obtida em telescópio moderno
Venus : imagem obtida em telescópio moderno
Marte : imagem obtida em telescópio moderno
Júpiter : imagem obtida em telescópio moderno
Saturno: imagem obtida em telescópio moderno
E o que descobre Galileu sobre a faixa, com aparência nebulosa, relativamente estreita, cortando o céu, denominada Via Láctea ?
Ela é formada de estrelas
A partir de 1610
A Descoberta da “Cidade”onde moramos
(inclusive o CEP)
O Conhecimento da Nossa Galáxia
1775 – Immanuel Kant
Por isso, quando olhamos na direção do plano desse disco, vemos mais estrelas do que quando olhamos na direção perpendicular ao plano.
Esquema mais tarde feito por Herschel
Sugere que a Via Láctea seja um
sistema de estrelas, achatado como
um disco.
vemos maisestrelas
vemos menosestrelas
Tendo conhecimento
da observação de
objetos difusos e
nebulosos,
Kant especula que
assim seriam vistos
outros sistemas
estelares, como o
nosso, se estivessem
muito distantes
1785- William HerschelConstrói e utiliza telescópio
de diâmetro 1,2m
Tenta, pela primeira vez, determinar a forma da
Via Láctea, o sistema de estrelas em que vivemos.
Herschel assume que as estrelas têm mesmo brilho e estão distribuídas homogeneamente no espaço.
Herschel argumenta que se o Universo de estrelas tem um limite visível, e sua forma é irregular (ou, achatada) deve-se contar maisestrelas em algumas direções que
em outras.
Exemplo real dediferençasde númerode estrelas
Campo de 20”x20” perpendicular à Via Lactea
Campo de 20”x20” na direção da Via Lactea
A Nossa Galáxia como descrita por Herschel em1785
Herschel mapeia a Via Láctea realizando contagens sistemáticas de estrelas em 683 diferentes direções no céu. Tamanho da Via Láctea numa direção é proporcional à contagem naquela direção
Encontra a seguinte forma para o nosso sistema de estrelas
Sol
Exemplos de “estrelas nebulosas”Herschel, também
ciente da existência
de objetos de aparência
difusa, encontra e
cataloga cerca de 5000
“estrelas nebulosas”.
Varia sua opinião se
são objetos dentro da
Via Láctea ......
ou outros sistemas de
estrelas muito distantes,
como especulado por
Kant
Seeliger
Kapteyn
Kapteyn coordena um esforçointernacional para pesquisar omáximo possível de área do céu.
Assim como Herschel, realizam contagens estelares em diferentes direções no céu, com técnicas einstrumentos mais modernos.
Usam propriedades conhecidas das estrelas mais próximas: distâncias e número relativo por intervalo de brilho
1901–1922 Hugo von Seeliger (Obs Yerkes, EUA)
Jacobus Kapteyn (Obs. Leiden, Holanda)
Distâncias AstronômicasUnidade Ano-luz
• A velocidade de propagação da luz no vácuo é cerca de 300.000 km/s.
• Nesta velocidade, ela percorre uma distância de9.460.000.000.000 km em 1 ano.
• Por isso, a definição da unidade de distância 1 “ano-luz” = 9.460.000.000.000 km.
Distâncias AstronômicasExemplos
---------------------------------------------------------------------Distâncias anos-luz km
---------------------------------------------------------------------Sol - Terra 0,000016 150.000.000
(8 minutos- luz)
Sol – Plutão(Sistema Solar)
0,00062 5.900.000.000(5,5 horas-luz)
Sol – Estrela mais próxima 4,4 42.000.000.000.000
Diâmetro da Galáxia(estimado por Kapteyn) 50.000 473.000.000.000.000.000
Modelo de Kapteyn para a nossa GaláxiaO Universo conhecido, no início do século XX
Sol
Sol situado próximo do centro
Sistema de estrelas achatado, e mais denso no centro, com dimensões aproximadas:
diâmetro ≈ 50.000 anos-luz espessura ≈ 10.000 anos-luz
Para mapear o Universo éfundamental ter-se um método confiável
para medir distâncias a partirapenas da luz emitida pelos objetos
astronômicos e do donhecimentode alguma propriedade física absoluta
do objeto ou do próprio Universo
Um Método Para Medir Distâncias Astronômicas
Usando a diluição do Brilho com a Distância
Para uma estrela situada em diferentes distâncias D
medimos um brilhoaparente Bap
que é igual seubrilho intrínseco Bin
dividido (diluído) pela
distância ao quadrado
BinBap =
D 2
Diluição do Brilho com a Distância
Um telescópiocolhe menosluz de umafonte, se estásituado auma distânciamaior
Um Método Para Medir Distâncias Astronômicas
Descobre relação entre:o tempo de variação (Período)
e o Brilho intrínsecode uma classe de estrelas com variação regular denominadas
Cefeidas
1908 – Henrietta Leavitt (Obs. Harvard, EUA)
Tempo em dias
Período
Brilh
o ap
aren
te
------
Um Método Para Medir Distâncias Astronômicas
Etapas para medir distânciasusando estrelas Cefeidas:
1 - Identificar uma estrela deste tipo
2 - Medir o período de variação de sua luz e seu brilho aparente Bap
3 - Usar a relação Período – Brilho intrín-seco para obter o brilho intrínseco Bin
4 - Usar a expressão Bin
Bap = D2
para obter a distância D
Período
Tempo em dias
Brilh
oap
aren
te
Período (dias)
Brilh
oin
trín
seco
Diferentes Propostas Para o Tamanho da Via Láctea e natureza das nebulosidades
Heber Curtis Tamanho da Via Láctea como estimado por Kapteyn com método estatístico :50.000 x 15.000 anos-luz
Sol aproximadamente no centro
Não confiava nas distâncias dasCefeidas
Nebulosidades sãogaláxias como a Via Láctea, muito distantes
=
Diferentes Propostas Para o Tamanho da Via Láctea e natureza das nebulosidades
Nebulosidades são objetos pequenos dentro da Via Láctea
------------ 300.000 anos-luz ----------
Harlow Shapley
Sol Centro da Galáxia
Mapeamento usando Cefeidasem aglomerados de estrelas
1920: Debate Curtis x Shapley
Resultado do debate:Inconclusivo
Nenhum dos dois debatedores mostrou argumentos científicos completamente convincentes. Ambos estavam certos sobre alguns ítens, mas erradoscom relação a outros. Em particular, ambos desconheciam a importância da poeira na Via Láctea que, na prática, diminui a luz observada das estrelas e, em algumas regiões, simplesmente bloqueia a totalidade dessa luz
1923 – Edwin Hubble (Obs. Mount Wilson, EUA)
Encontra uma estrela Cefeidanuma das maiores nebulosidades, na constelação de Andrômeda ...
e calcula a distância da nebulosacomo 900.000 anos-luz !
Muito além do maior diâmetro estimado para a nossa Galáxia: são portanto sistemas estelares distantes
Com o aperfeiçoamento dosmétodos para medir distâncias, osurgimento de novos métodos e a
construção de telescópios e instrumentosmedidores com maior capacidade
para obter melhores imagens,foi possível, ao longo do tempo,
mapear a nossa Galáxia, obter umadescrição bastante confiável de
sua forma e da nossa localização eavançar no processo de
mapeamento do Universo.
Um esquema de perfil
100.000 anos-luz
8.000 anos-luz
4.000 anos-luz
poeira
Sol
Você está aqui
Uma descrição atual da nossa Galáxia
Bojo
Disco
28.000 anos-luz
Conteúdo estelar ≈ 100.000.000.000 de estrelas
Um esquema de perfil
100.000 anos-luz
8.000 anos-luz
4.000 anos-luz
poeiraSol
Você está aqui
Uma descrição atual da nossa Galáxia
Bojo
Disco
28.000 anos-luz
e a estimativade Herschel
Um esquema de perfil
100.000 anos-luz
8.000 anos-luz
4.000 anos-luz
poeira
Sol
Você está aqui
Uma descrição atual da nossa Galáxia
Bojo
Disco
28.000 anos-luze a estimativade Kapteyn
Você está aqui
Uma descrição atual da nossa GaláxiaNossa localização no braço de Orion
Uma Descrição da Nossa Galáxiacom 2 Galáxias Semelhantes
Vista de frente Vista de perfil
NGC 4321
Bojo, disco, poeiraBojo, disco, braços espirais
De 1923 até hoje
A Descoberta do “Estado”e do “País” onde moramos
O Conhecimento do Universo
O Universo conhecido em 1923 – 1929
Hubble determina distância para cerca de 20 nebulosas, mostrando que são sistemas de estrelas, como a nossa Galáxia, a milhões de anos-luz de distância.
Para diferenciar das pequenas nuvens de gás, dentro da Via Láctea, esses objetos distantes passam a ser chamados de galáxias
Alguns do objetos catalogados porHerschel como “estrelas nebulosas”e que, com a melhoria da qualidadeda instrumentação astronômica, serevelaram como galáxias de formasmagníficas
NGC 4486 a 60.000.000 anos-luz
NGC 4594 a 50.000.000 anos-luz
NGC 4486 a 3.000.000 anos-luz
NGC 628 a 35.000.000 anos-luz
NGC 3079 a 50.000.000 anos-luz
Grande Nuvem de Magalhães a 179.000 anos-luz
λ
Inte
nsid
adeA luz é uma perturbação
do campo eletromagnéticoque se propaga pelo espaço (radiação eletromagnética)
Alguns Conceitos Importantes Sobre a LuzUm Método Para Medir Distâncias Astronômicas
distânciae que pode ser parcialmente representada por uma onda
Uma onda é completamente caracterizada pela sua intensidade máxima e pela distância entre 2 máximos da sua variação. Essa distância é chamada comprimento de onda (λ)
Uma feixe de radiação pode conter desde apenas um comprimento de onda até uma infinidade de valores de λ.
Ao atravessar alguns materiais, a radiação pode ser “espalhada” nos seus infinitos comprimentos de onda e vemos o seu espectro
luz brancafenda
prisma
λ crescente λ decrescente
infravermelhoradio visível ultravioleta raios-X Raios γ
λ
O Espectro das Estrelas (e galáxias)
Quando observamos a luz de uma estrela, espalhada nos seus comprimentos de onda (o espectro da estrela), vemos um contínuo de cores e linhas escuras onde há “ausência” de radiação
prisma fenda
estrela
O Espectro das Estrelas (e galáxias)
No interior das estrelas, é produzido um espectro contínuo de cores
Nas atmosferas das estrelas, os vários átomos absorvem a radiação vinda do centro, retirando do espectroalguns comprimentos de onda
Estrela
Cada átomo absorve um conjunto de comprimentos de onda característico
A mesma fonte de luz se afastando
A mesma fonte de luz se aproximando
Espectro de uma fonte de luzestacionária que emite e absorve radiação numa variedade de comprimentos de onda (ex. um estrela ouuma galáxia)
Espectro se desloca para o vermelho
Espectro se desloca para o azul
•
•
•Efeito (Doppler) que acontece com a radiação
comprimentos de onda
Medindo o deslocamento do espectro sabemos a velocidade da fonte
A Lei Descoberta por Hubble (1929)
Vesto Slipher (Observatório Lowell, EUA), em 1914, foi o primeiro a indicar que todas as 14 galáxias, por ele observadas, apresentavam o espectro deslocado para o vermelho
Edwin Hubble (Obs. Mount Wilson, EUA), medindo distâncias com estrelas Cefeidas e deslocamentos dos espectros para o vermelho, encontra uma importante propriedade do Universo
A Lei Descoberta por Hubble
Quanto mais distante estáuma galáxia,
Seu espectro está mais deslocado para o lado vermelho
Como o deslocamento do espectro para o vermelho é maior quanto maior for a velocidade com que a fonte está se afastando, este resultado significa que ...
quanto mais distante está uma galáxia, maior é a velocidade com que ela se afasta da nossa Galáxia
A Lei Descoberta por Hubble
V = H × D
velocidade de afastamento (km/s), medida pelo deslocamento do espectro
distância (em milhõesde anos-luz) de uma Galáxia qualquer à nossa Galáxia
→
500.000.000anos-luz
1.000.000.000anos-luz
⏐500.000.000anos-luz
1.000.000.000anos-luz
⏐
10.000 km/s 10.000 km/s 20.000 km/s
←20.000 km/s
→←
⏐NossaGaláxia
⏐ ⏐
Um estimador de distâncias
≈ 20 km/s/Milhõesanos-luz
Medindo o deslocamento do espectro sabemos avelocidade de afastamento e podemos estimar a distância
O Universo Conhecido no Final do Século XX
Praticamente todas as galáxias, em alguma escala de tamanho, podem ser consideradas como parte de um sistema:
grupos
aglomerados
superaglomerados
grandes estruturas
Mapeando as Galáxias com a Lei de Hubble
pares
Pares de Galáxias
Sistemas de 2 galáxiasligadas pela atraçãogravitacional
São sistemas contendoentre 3 e 50 galáxias
Grupos de Galáxias
O Grupo Local : onde está situada a nossa Galáxia
M33
Andrômeda
Nossa Galáxia
Você está aqui
Galáxias Elípticas anãsGaláxias Irregulares anãs
<----------- 3.000.000 anos-luz ---------->
Aglomerados de galáxias têm dimensões da ordem de 6.000.000 de anos-luz
<---------------------------- 6.000.000 anos-luz ----------------------->
Aglomerados de Galáxias
Aglomerados de Galáxias
e alguns chegam a conter mais de 1000 galáxias
Abell 1689
Distância = 2,2 bilhões de anos-luz
O Superaglomeradoda Virgem
Você está aqui
Aglomerado da Virgem
Aglomerado de Fornax
A Observação do Universo Distante
A presença de poeira ao longo do disco da nossa Galáxia bloqueiaa visão na direção do plano do disco. Na região marcada “Direção oculta pela poeira” existem galáxias mas não as enxergamos.
Sol
A observação óptica de galáxias distantes só pode ser feita em direções perpendiculares ao plano do disco da nossa Galáxia
Nossa GaláxiaDireção
oculta
pela
poeira
Direção
oculta
pela
poeira
Direção
livre
de
poeira
Direção
livre
de
poeira
As Grandes Estruturas do Universo
Aglom. Fornax
filamen
to
vazio
Parede vista de frente
nossa Galáxia
<------------- 500.000.000 anos-luz ------------>
Mapeamento de Galáxiasno Hemisfério Sul~ 5.500 galáxias
Aglom. Virgem
Superaglomerado da Virgem
As galáxias e suas associações se agrupam em estruturas com formas de filamentos e “paredes”, que circundam grandes regiões vazias de material luminoso
Parede vista de perfil
nossa Galáxia
Parede vista de perfil
As grandes paredesde galáxias (que contém algunsSuperaglomerados)têm uma dimensão característicade 200.000.000 anos-luz e espessura15.000.000 anos-luz
<----------------- 800.000.000 anos-luz ------------------>
Mapeamento deGaláxias nos HemisfériosNorte e Sul (anos 1980)
~ 15.000 galáxias
Você está aqui
Superaglomerado da Virgem
As Grandes Estruturas do Universo
Os grandes mapeamentos dos anos 1990forneceram dados para cerca de 100.000galáxias e mostraram que as grandes“paredes” de galáxias são as maioresestruturas do Universo, se interconectame circundam regiões vazias de objetos luminosos
Os próximos mapeamentos dos anos 2000fornecerão dados para cerca de 300.000.000de galáxias !
Você está aqui
As Grandes Estruturas do Universo
Superaglomeradoda Virgem
Uma rede de Superaglomerados
Cada estruturadeste tipo é umsuperaglomerado
Você está aqui
As Grandes Estruturas do Universo
Isto é umaGrande Estrutura
Uma rede de Superaglomerados
Vazios entre asGrandes Estruturas
Imagem mais profundado Universo, na faixa de luz visível .
Galáxias mais distantes na figura estão a cerca de 10 bilhões de anos-luz
Nosso Endereço
“Continente” - Alguma grande estrutura
“Casa (Rua)” - PlanetaTerra
“Bairro” - Sistema Solar“Cidade” - Via Láctea (Braço de Orion)“Estado” - Grupo Local“País” - Superaglomerado da Virgem
Num Universo que contem~ 100 bilhões de galáxias,
≈100.000.000.000 x100.000.000.000de estrelas,
sendo maior que 12.000.000.000 de anos-luz
Parte da localização do Sol, segue caminho dentro da Nossa Galáxia,- sai da Nossa Galáxia e mostra galáxias do Grupo Local,- segue por um caminho através de uma estrutura de galáxias que- vai até o aglomerado de Virgo- termina na galáxia central do aglomerado de Virgo
O trajeto está todo contido na distância indicada pelas setas acima
Estrelas próximas ao Sol e todas as galáxias estão em suas posiçõesreais e são mostradas com imagens obtidas por telescópios na Terra
Principais objetos estão identificados nas fotos a seguir na ordem emque aparecem no filme
Filme: Viagem até o Centrodo Aglomerado da Virgem
~ 100.000.000 de anos-luz
Filme gentilmente cedido por Brent Tully
Nebulosa de Orion (nebulosa gasosa)objeto da Nossa Galáxia; agrupamento de gás iluminado poralgumas estrelas; região de formação estelar
Nebulosa da Cabeça do Cavalo(nebulosa gasosa)objeto da Nossa Galáxia; agrupamento de gás iluminado poralgumas estrelas; região de formação estelar
Nebulosa da Hélice (nebulosa planetária): objeto da Nossa Galáxia; gás ejetado por uma estrela e iluminado
por ela
Regiões de poeira da Nossa Galáxia;
Nebulosa do Caranguejoobjeto da Nossa Galáxia; gás ejetado por uma explosão deuma supernova
Região central da Nossa Galáxia;
Aglomerados estelares (globulares)da Nossa Galáxia
Provável aparência da Nossa Galáxiavista de cima
Imagem da Nossa Galáxia no filme ébaseada em medidas reais dadistribuição de estrelas mas é umacomposição em computador
As duas Nuvens de Magalhães: pequenas galáxias irregulares, satélitesda Nossa Galáxia
Outras pequenas galáxias pertencentes aonosso Grupo Local de galáxias
Galáxias distantes formando umaestrutura ligando o Grupo Local aoaglomerado da Virgem
GaláxiasNGC 224 (Andrômeda, M31) eNGC 598 (M33):duas galáxias Espirais pertencentes aoNosso Grupo Local
Aglomerado da Virgem
Estrutura em forma de filamento
Aglomerado da Virgem
Galáxia Elíptica NGC 4486 (M87)Galáxia central do Aglomerado daVirgem
Da minha aldeia vejoDa minha aldeia vejoquanto da terraquanto da terrase pode ver no Universo...se pode ver no Universo...porque eu souporque eu soudo tamanho do que vejodo tamanho do que vejoe não do tamanhoe não do tamanhoda minha altura...da minha altura...
(Alberto (Alberto CaeiroCaeiro))