9º Ano - Aula 02 - Qual o nosso lugar no Universo?

     Introdução a Astronomia: Qual nosso lugar no universo?

No início do século XX, importantes avanços no conhecimento científico permitiram a criação de uma teoria para explicar a origem do Universo chamada teoria da grande explosão. Ela também é bastante conhecida pelo nome inglês: Teoria do Big Bang.

Amplamente aceita pela comunidade científica, essa teoria afirma que o Universo teve origem há cerca de 13,8 bilhões de anos, a partir de uma grande explosão que criou o espaço e o tempo. Nesse evento, o Universo se expandiu muito rapidamente, e a matéria – que inicialmente se encontrava condensada em um único ponto, extremamente denso e quente – espalhou-se pelo Universo. Somente após muitos milhões de anos, devido à atração gravitacional, a matéria passou a se aglutinar, dando origem às primeiras estrelas e galáxias.

Formação do Sistema Solar

Um sistema planetário é formado por uma estrela e por astros que a orbitam. A Terra, planeta em que vivemos, encontra-se em um sistema planetário chamado Sistema Solar, orbitando o Sol.

Além da estrela central, o Sistema Solar conta com oito planetas e diversos corpos celestes menores, como planetas-anões, satélites naturais, asteroides e cometas. Para compreender como o Sistema Solar se formou, precisamos antes entender como surge uma estrela. As nebulosas são gigantescas nuvens formadas principalmente por hidrogênio e hélio, bastante abundantes no Universo. Devido à atração gravitacional, as partículas que formam essas nuvens tendem a se aproximar e se aglutinar, formando corpos cada vez maiores. Ao longo de milhões de anos, esse processo faz que se forme, no centro da nebulosa, uma protoestrela, região em que a matéria fica muito comprimida. Ao mesmo tempo, o material restante pode formar um disco protoplanetário, que dá origem a planetas e asteroides, por exemplo.

A matéria que forma a protoestrela vai sendo comprimida e aumenta muito de temperatura, atingindo milhões de graus Celsius. Em um certo momento, se iniciam reações termonucleares, e a estrela assim formada começa a emitir luz.

Diversas pesquisas indicam que o Sistema Solar se formou dessa maneira. Por conta do movimento de rotação do disco inicial, todos os planetas realizam a translação ao redor do Sol no mesmo sentido. Além disso, as órbitas deles ocupam praticamente o mesmo plano.

Composição do Sistema Solar

Além do Sol, nosso sistema planetário é formado por planetas, planetas-anões, satélites naturais, asteroides, cometas e outros corpos celestes. A nossa estrela representa 99,85% de toda a matéria do Sistema Solar. Do restante, a maior parte corresponde aos planetas, e a massa de Júpiter equivale a aproximadamente o dobro da massa dos outros planetas combinados.

A região limítrofe do Sistema Solar é a Nuvem de Oort, cujo raio tem pouco mais de um ano-luz – quase um terço da distância do Sol à estrela mais próxima (Próxima do Centauro). Para se ter uma ideia, a sonda estadunidense Voyager 1, lançada ao espaço em 5 de setembro de 1977, é o objeto terrestre mais distante da Terra. Ela viaja a aproximadamente 62 000 km/h e, nessa velocidade, levaria dezenas de milhares de anos para chegar ao limite do Sistema Solar.

O Sol

Na classificação das estrelas, a luminosidade e a temperatura da superfície são os parâmetros mais importantes. Esses fatores estão relacionados ao tamanho da estrela e, juntos, são usados para determinar diversas categorias de estrelas. Ao longo da vida, uma estrela passa por diferentes categorias. Segundo esses parâmetros, o Sol é uma estrela mediana, e se encontra em uma etapa evolutiva conhecida como sequência principal. Essa é a fase mais estável da vida de uma estrela, e, durante ela, a estrela produz energia por reações termonucleares em seu núcleo.

O tempo que uma estrela permanece na sequência principal depende da sua massa e luminosidade. Quanto maior for a massa, mais matéria e energia estão disponíveis para as reações termonucleares; quanto mais intenso for o brilho, mais rapidamente essa energia é consumida. Para o Sol, por exemplo, o tempo total de permanência na sequência principal é estimado em cerca de 11 bilhões de anos – 4,6 bilhões dos quais já se passaram.

Após consumir todo o hidrogênio no núcleo, as estrelas saem da sequência principal e entram na etapa final de sua existência. Em termos gerais, o destino de uma estrela depende de sua massa. No caso de estrelas parecidas com o Sol, após o hidrogênio ser consumido, a geração de energia passa a acontecer de maneira diferente, em uma camada mais externa ao núcleo. Outras mudanças ocorrem: a estrela se expande, torna-se mais luminosa e com uma temperatura superficial menor, tornando-se uma gigante vermelha. Quando o Sol atingir essa fase, daqui a cerca de 5 bilhões de anos, provavelmente envolverá Mercúrio, Vênus e a Terra, chegando próximo à órbita de Marte.

A contração gravitacional faz o núcleo estelar se colapsar até o limite. Com isso, a estrela fica instável; seu núcleo torna-se pequeno, extremamente quente e denso. O gás das camadas mais externas é lentamente ejetado, formando uma nebulosa planetária, mais fria e difusa que o núcleo. Com o passar do tempo, a nebulosa planetária se dispersa. O remanescente estelar continua ainda emitindo luz por algum tempo, formando uma anã-branca. Ao final desse processo, quando a estrela esfria e deixa de emitir luz, torna-se uma anã-negra – estágio final de estrelas como o Sol.

Planetas

São conhecidos oito planetas no Sistema Solar; do mais próximo do Sol ao mais distante, são eles: Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Eles percorrem órbitas levemente elípticas ao redor do Sol e, de acordo com sua composição, são classificados em rochosos ou gasosos.

Planetas e estrelas têm forma aproximadamente esférica devido à ação da gravidade. É um processo parecido com o que ocorre quando friccionamos massa de modelar entre as mãos: a massa forma uma bola porque as mãos aplicam sobre ela praticamente a mesma força, em todas as direções. A força da gravidade, da mesma forma, age sobre todos os pontos da superfície de um corpo esférico com a mesma intensidade, pois todos eles apresentam a mesma distância do núcleo.

No início da formação, os planetas são quentes e a matéria que os forma é fluida. Com isso, a atração gravitacional faz o papel da força exercida pelas mãos e modela os planetas, deixando-os esféricos. O mesmo ocorre na formação das estrelas. Em astros menores, como asteroides e alguns satélites, a intensidade da atração gravitacional não é suficiente para “modelá-los”.

Planetas rochosos

Os planetas rochosos, também chamados planetas terrestres ou telúricos, são compostos basicamente por material rochoso e metálico.

Eles se localizam mais próximo ao Sol que os planetas gasosos e são bem menores que eles. Apesar de serem relativamente semelhantes em termos de tamanho e distância em relação ao Sol, as condições ambientais variam muito nesses planetas. A estrutura interna deles, no entanto, é similar, dividida em núcleo, manto e crosta. No sistema solar os planetas rochosos são: Mercúrio, Vênus, Terra e Marte.

Planetas gasosos

Os planetas gasosos recebem essa classificação porque são formados por grandes massas de gases, especialmente hidrogênio e hélio. Eles não possuem superfície sólida e contam com atmosferas complexas e dinâmicas.

Os maiores planetas do Sistema Solar são os gasosos. Apesar disso, por conta de sua composição, são também os menos densos. Júpiter, por exemplo, tem volume cerca de 1 400 vezes maior que o da Terra, mas sua densidade é cerca de um quarto da terrestre. No sistema solar os planetas gasosos são Júpiter, Saturno, Urano e Netuno.

Planetas-anões

Plutão foi descoberto em 1930 e inicialmente considerado como um planeta, o menor do Sistema Solar. Classificado como transnetuniano, por ocupar uma órbita além de Netuno, Plutão é composto principalmente de gelo e rocha. Sua órbita apresenta algumas particularidades, em parte devido à influência de Caronte, o maior de seus satélites naturais. Após diversas discussões sobre o assunto, a União Astronômica Internacional decidiu criar uma nova classe de corpos celestes, os planetas-anões, em que Plutão foi incluído em 2006. Um planeta-anão é definido como um objeto que orbita o Sol e é grande o suficiente para ter formato esférico, embora não seja gravitacionalmente dominante em sua órbita. Um astro é gravitacionalmente dominante quando consegue atrair para si outros corpos menores em sua órbita.

Atualmente são conhecidos cinco planetas-anões, embora essa lista possa se estender conforme o conhecimento sobre o Sistema Solar aumenta. São eles Ceres, Éris, Plutão, Makemake e Haumea. Com exceção de Ceres, todos têm suas órbitas além de Netuno.

Satélites

Satélites naturais, ou simplesmente satélites, são corpos que orbitam planetas, planetas-anões e asteroides. Até 2018, eram conhecidos 190 satélites naturais no Sistema Solar. Alguns são rochosos, como a Lua, enquanto outros são recobertos por gelo. Titã (satélite de Saturno) e Europa (satélite de Júpiter), por exemplo, têm a superfície recoberta de gelo e, segundo estimativas, possuem mais água que o planeta Terra.

Alguns satélites naturais são enormes, como Ganimedes e Titã – os maiores satélites de Júpiter e Saturno, respectivamente. Ambos são maiores que Mercúrio. A maioria dos satélites, porém, é de astros pequenos, com diâmetro inferior a 200 km.

O único satélite natural da Terra é a Lua, que exerce influência nas marés, no comportamento de muitos animais, entre outros fenômenos. A Lua também desempenha papel importante na contagem do tempo para diversas sociedades humanas.

Toda a superfície lunar é recoberta por uma camada relativamente espessa de poeira, originada pelo bombardeamento de corpos cadentes. A temperatura na Lua varia diariamente entre –150 °C e 120 °C, o que contribui para o intemperismo físico das rochas.

Asteroides, cometas e meteoroides

Os asteroides, palavra de origem grega que significa “semelhante a estrelas”, são objetos rochosos com mais de 10 m de diâmetro, com formas, composições e tamanhos diversos. A maior parte deles está concentrada entre Marte e Júpiter, no Cinturão principal de asteroides, orbitando o Sol em trajetórias quase circulares. Há também asteroides com órbitas bastante elípticas, alguns cruzando a órbita da Terra. A hipótese mais aceita para a origem dos asteroides é a de que eles sejam fragmentos que, na época de formação do Sistema Solar, não se agregaram aos planetas.

    Além da órbita de Netuno, existe o Cinturão de Edgeworth-Kuiper, uma região que agrupa uma série de corpos pequenos cuja existência só foi visualmente comprovada em 1992. Com exceção de Ceres, todos os planetas-anões encontram-se nessa região. Por estarem em uma região muito fria e distante do Sol, os corpos no Cinturão de Edgeworth-Kuiper preservam a composição química primitiva que deu origem ao Sistema Solar e são importantes no estudo sobre o Universo. Estima-se que nessa região haja cerca 100 mil corpos com diâmetros maiores que 100 km e aproximadamente 1 bilhão de objetos com diâmetros entre 100 km e 10 km.

Os cometas são corpos relativamente pequenos, com um núcleo tipicamente entre 100 metros e 40 km de diâmetro. São formados por substâncias congeladas, como água, monóxido de carbono, dióxido de carbono e outros. Há evidências de que os cometas tiveram papel importante na formação dos oceanos na Terra, e podem ter colaborado para a origem da vida ao carregarem compostos ricos em carbono.

    Os cometas orbitam o Sol e, ao se aproximarem da estrela, expelem gases e poeira formando um ou mais rastros brilhantes, chamados caudas. Conforme se afastam da estrela, a cauda desaparece. Normalmente os cometas têm órbitas muito alongadas e se afastam muito do Sol. Por esta razão, passam a maior parte de suas vidas em regiões muito frias.

Os meteoroides são fragmentos rochosos entre 0,1 mm e 10 m de diâmetro que vagam pelo espaço interplanetário. Ao adentrarem a atmosfera terrestre em altíssima velocidade, tornam-se incandescentes e formam um fenômeno luminoso denominado meteoro, popularmente conhecido como “estrela-cadente”. Os fragmentos que resistem à queda e chegam à superfície do planeta recebem o nome de meteoritos.

 

Atividades

1.      Após o Big Bang, o que fez a matéria se aglutinar e formar galáxias e estrelas?

2.      Identifique quais frases estão incorretas e corrija-as no caderno.

a)     A Terra está no centro do Sistema Solar.

b)     O Sol e os planetas do Sistema Solar giram ao redor da Terra.

c)      A matéria que forma o Sol e os planetas fazia parte de uma nebulosa.

3.      Em livros ou na internet, pesquisem o que é poluição luminosa e como ela afeta a observação do céu noturno. No lugar onde moramos, a poluição luminosa é um problema?

4.      Como a distância em relação ao Sol influencia a temperatura média na superfície de um planeta? Há outros fatores relevantes para determinar a temperatura do planeta? Explique sua resposta e dê exemplos.

5.      O que são as chamadas “estrelas cadentes”? Qual é a relação delas com as estrelas?

6.      Descreva resumidamente o ciclo de vida do Sol, desde sua formação até o seu fim previsto.

7.      Em 2018, as agências espaciais da Europa e do Japão, em cooperação com Rússia e Estados Unidos, lançaram a missão BepiColombo. O principal objetivo é explorar Mercúrio, um dos planetas do Sistema Solar do qual menos conhecemos. Pesquise as respostas para as seguintes questões:

a)     Qual é o tempo de viagem estimado até Mercúrio?

b)     Quais são os principais desafios relacionados à exploração de Mercúrio?

c)      Que informações a missão BepiColombo deve coletar sobre Mercúrio?

d)     Qual é a situação atual da missão? Que informações

e)     ela já forneceu?

8.      Por que a Via Láctea tem aspecto esbranquiçado?

9.      Supondo um observador distante que acaba de descobrir o Sistema Solar, que procedimentos poderiam ser adotados para verificar se existe vida aqui?

10.   Pesquise responda: quantos sistemas planetários já foram descobertos na Via Láctea? Anote também a fonte de onde obtiveram a informação.

11.   Leia o texto a seguir e responda.

Os cientistas talvez tenham encontrado nossa rota de fuga em caso de destruição da Terra. Basta entrar em uma nave, direcionar o gps para a constelação de Cisne, e viajar por 720 anos-luz até o KOI-7923.01, o mais promissor dos 20 recém-descobertos exoplanetas (aqueles que estão fora do nosso sistema solar) com condições de abrigar a vida humana [...] Ele tem um tamanho equivalente à 97% da Terra, com órbita que dura 395 dos nossos dias. A temperatura da estrela, um pouco menor que a do Sol, e sua distância dela faz com que o novo planeta seja mais frio que o nosso, mas não o bastante para inviabilizar a vida. Mais ou menos a temperatura da região da tundra, no extremo norte do globo.[...]PLANETA parecido com a Terra é encontrado a 720 anos-luz. Galileu.Disponível em: https://revistagalileu.globo.com/Ciencia/noticia/2017/11/planetaparecido- com-terra-e-encontrado-720-anos-luz.html>. Acesso em: 15 out. 2018.

a)      A reportagem cita um planeta recém-descoberto e comenta a possibilidade de os seres humanos virem a habitar tal planeta. Você considera essa possibilidade plausível? Explique sua resposta.

b)      Você acha provável que os pesquisadores que encontraram esse planeta estavam procurando locais para colonização humana? Explique sua resposta.

c)      Imagine que você seja jornalista. Pesquise mais informações sobre o planeta KOI-7923.01 e escreva uma notícia reportando a descoberta dele. Inclua as informações que julgar mais relevantes e comente a importância da descoberta.