À procura do pulsar da Supernova 1987A

Ronaldo Rogério de Freitas Mourão

Novas descobertas sobre a Supernova 1987A.

A existência das estrelas de nêutrons — astros muito compactos constituídos, como o nome indica, exclusivamente de nêutrons — foi imaginada pelo físico soviético Lev Landau, em 1932, e estudada em detalhes pelos físicos J. Robert Oppenheimer, Robert Serber e George M. Volkoff, de 1938 a 1939. Durante muitos anos, os astrônomos duvidaram da existência dessas estrelas até que em 1967 foi descoberto o primeiro pulsar. Ou seja, uma fonte radioestelar que emite pulsos de duração média de milésimos de segundo, que se repetem a intervalos extremamente regulares, da ordem de 1,4 segundo. Desde então, os astrônomos interpretam as centenas de pulsares observados como estrelas de nêutrons em rotação muito rápida sobre seu próprio eixo.

Os modelos estelares prevêem que quando uma supernova explode libera uma forte energia sob a forma de neutrinos. Ao mesmo tempo, expulsa o seu envoltório e, provavelmente, desenvolve no seu interior uma estrela de nêutrons. Por isso, quando em 24 de fevereiro de 1987 explodiu a supernova do século, a 1987A, a 150 mil anos-luz da Terra, os astrônomos previram o nascimento de um pulsar. Quase dois anos depois, em janeiro último, um grupo de astrônomos americanos, liberados por John Middleditch, do Laboratório de Los Álamos, no Texas, e Tim P. Sassem, do Laboratório Lawrence Berkeley, na Califórnia, anunciou ter detectado no telescópio de 4 metros de diâmetro do Observatório Cerro Tololo, no Chile, o pulsar há tanto tempo procurado.
A descoberta continha uma surpresa extra: a rotação do pulsar era muito superior à esperada - verdadeiramente excepcional. Durante sete horas de observação, o novo pulsar pulsou surpreendentemente com 1968,629 ciclos por segundo, repetindo as pulsações a cada meio milissegundo (0,0005 segundo). De acordo com as teorias atualmente aceitas, um pulsar tão jovem ( com apenas dois anos de existência) não deveria girar tão rápido. Além do mais, deveria ser bem mais luminoso.As observações parecem indicar que ele possui um companheiro, o que constitui um enigma adicional. Para alguns astrofísicos, um objeto girando a essa velocidade está no limite da desintegração, sob o efeito da força centrifuga. Há ainda outro problema que advém da formação do pulsar. Os astrônomos admitem, com base na conservação do momento angular, que, se o caroço resultante do colapso da supernova-mae decresce em tamanho por um fator de 100 a 1100 ( de algumas centenas de quilômetros de raio a dez quilômetros), seu período de rotação proporcionalmente decrescerá segundo um fator entre 10 mil e 1 milhão. Ora, se o pulsar gira ao redor do seu eixo em 0,0005 segundo, isto significa que o período de rotação do caroço foi de dez minutos. Tal valor é muito rápido para uma estrela supergigante como a Sanduleak (-69º202), por exemplo. De acordo com os astrônomos, seu período de rotação dura alguns dias. Para confirmar a descoberta e elucidar algumas duvidas relativas às observações dos americanos, um grupo de astrônomos europeus, liderados por K. Ogelman, tentou estudar o pulsar da Supernova 1987A .
Apesar de longas horas de observação em fevereiro último, eles não conseguiram detectar nenhum pulsar. Em meados de março, Middleditch e seus colegas, fazendo novas observações, também não encontraram nenhum sinal do pulsar de modo intermitente. Por outro lado, em 16 de março, os astrônomos Arlin P. Crotts e William E. Kunkel descobriram dois novos halos elípticos ao redor da supernova. O maior dos dois anéis está a 200 dias-luz da supernova e o menor, a um ano-luz. Existem ainda outros pontos de difícil explicação e talvez fosse o caso de procurar rever as idéias sobre supernovas e/ou sobre pulsares.
O astrônomo Ronaldo Rogério de Freitas Mourão é membro da Comissão de Estrelas Múltiplas e Duplas, de História de Astronomia e de Asteróides e Cometas da União Astronômica Internacional

Eventos do mês

Meteoros
Entre os dias 12 e 21 de novembro, vão aparecer meteoros do enxame Leonideos, famosa chuva de estrelas cadentes observada pela primeira vez por Alexander von Humboldt, em 1799, na Venezuela. Seu radiante está situado na constelação de Leão. Tais meteoros são rápidos, amarelo-esverdeados, deixando rastros muito tênues. A frequência é variável, o que justifica observá-los anualmente em noites sem luar e longe das luzes das cidades.
Sol
A superfície solar, próxima a sua máxima atividade, que ocorre a cada onze anos, apresenta numerosas manchas. Algumas podem ser observadas a olho nu, tornando-se o cuidado de proteger a vista com filtros especiais ou com a parte mais escura de uma chapa de raios X inutilizada.
Fases da Lua
Quarto crescente dia 6, às 1lhl1min; lua cheia, dia 3, às 2h5lmin; quarto minguante, dia 20, à 1h44min; lua nova, dia 28, às 6h4lmin. A região de luz cinzenta da Lua, chamada Lua cinzenta, poderá ser observada entre 29 de novembro e 2 de dezembro. Nos dias e 2, a estrela Antares e o planeta Vênus estarão em conjunção, tornando a observação da Lua cinzenta ainda mais interessante.
Planetas
Vênus: Na constelação de Sagitário, será visível durante todo o mês como astro vespertino, logo após o pôr-do-sol, do lado oeste (magnitude: - 4,5). Atingirá seu maior afastamento do Sol no dia 8. No dia 15, Vênus estará em conjunção com Saturno, na constelação de Sagitário.
Saturno: Visível na constelação de Sagitário como astro vespertino até fins de dezembro, do lado oeste (magnitude: 0,6). No dia 15 estará muito próximo a Vênus.
Júpiter: Visível durante quase toda a noite, na constelação de Gêmeos, com brilho intenso (magnitude: –2,6).
Urano: Visível na constelação de Sagitário como astro vespertino até o início de dezembro, do lado oeste (magnitude: 6,0).
Netuno: Visível na constelação de Sagitário, no céu vespertino, até meados de dezembro (magnitude: 8,0). Para os iniciantes é bom lembrar que não será difícil reconhecer os planetas, já que seu brilho é fixo, não cintilam, e o melhor ponto de referência é a Lua. No dia 2, Vênus estará ao norte da Lua; no dia 3, Urano, Saturno e Netuno estarão ao norte da Lua; no dia 26, Marte estará ao norte da Lua; e, no dia 30, Urano estará ao norte.
Marte: Ainda muito próximo ao Sol, Marte (abaixo) será visível deslocando-se da constelação de Virgem para Libra em meados do mês, como astro matutino, antes do nascer do Sol, do lado leste (magnitude: 1,6).

Revista Super Interessante n° 026

Banzai! Japão terá astronauta

Japoneses pretendem lançar ao espaço uma nave tripulada.

O Japão pretende acelerar o seu programa espacial nos próximos dez anos — e pode lançar pela primeira vez uma nave tripulada. O Instituto do Espaço e Ciência Astronáutica, a versão nipônica da NASA, deu o sinal verde para o desenvolvimento de um ônibus espacial nos moldes dos americanos. O futuro veículo, que se chamará em inglês Hope (esperança), transportará carga para o módulo japonês da estação Freedom, que estará em órbita a partir de 1995. Além disso, os japoneses planejam construir um satélite de monitoramento dos problemas ambientais da Terra — uma ótima idéia, considerando que o Japão figura entre os maiores culpados pela degradação ecológica do planeta.

Revista Super Interessante n° 026

Leis de Kepler: Os caminhos dos Planetas

Em pleno século XVII, ele estabeleceu as três leis gerais que descrevem as órbitas planetárias e promoveu uma revolução na Astronomia.

Johannes Kepler foi concebido às 4h37 da madrugada do dia 16 de maio de 1571 na aldeia de Weill região da Suábia, Sudoeste da Alemanha - e nasceu às 15h30 de 27 de dezembro, exatamente 224 dias, 9 horas e 33 minutos mais tarde. Esses são, pelo menos, os cálculos inscritos numa espécie de horóscopo que Kepler fez para si mesmo e sua família. Segundo o documento, seus parentes formavam uma formidável constelação de indivíduos degenerados, neuróticos ou francamente malucos. O que não impediria Kepler de revolucionar a Astronomia, estabelecendo as três leis gerais das órbitas planetárias, base sobre a qual o físico inglês Isaac Newton construiria, em 1665, a grande síntese da gravitação universal.
Kepler era uma criança enfermiça, de membros delicados, e sofria de miopia e poliocopia anocular (visão múltipla). Mas, graças à inteligência brilhante, foi aceito aos 13 anos no seminário teológico de Adelberg. Ganhara uma bolsa de estudo concedida pelo duque de Wurttemberg. Neurótico, como era de esperar, Kepler abominou o seminário em geral e seus colegas em particular. Atormentado por problemas de relacionamento, refugiou-se nos estudos. Tornou-se muito bem-visto pelos professores, alguns dos quais permaneceram seus amigos ao longo de toda a sua existência.
Há várias indicações de que no final da adolescência seu temperamento tornou-se mais fácil. Diplomou-se pela Faculdade de Artes da Universidade de Tubingen aos 20 anos e ingressou então na Faculdade Teológica, onde estudou mais quatro anos. Antes que pudesse prestar os exames finais, recebeu um proposta para ocupar o posto de professor de Matemática e Astronomia de Graz, capital da Estíria, província austríaca. Além das aulas, Kepler devia preparar todos os anos um calendário de previsões astrológicas, tarefa que ele classificava de “diversão simiesca e sacrílega”, mas lhe rendia vinte florins extras. “O espírito habituado à dedução matemática, quando se vê frente a frente com os falsos alicerces da Astrologia”, lamentava-se ele, “resiste longamente como um burro teimoso até que, compelido pelas pancadas e pragas, mergulha o pé no imundo lamaçal”.
O acontecimento capital de sua estada em Graz, no entanto, foi uma espécie de lampejo que lhe atravessou o espírito em 9 de julho de 1595, no instante em que desenhava figuras geométricas no quadro-negro. Note-se que essa famosa descoberta era inteiramente equivocada e hoje parece estapafúrdia. Kepler estava ensinando a seus alunos o sistema heliocêntrico - os planetas girando em torno do Sol, grande novidade exposta havia apenas doze anos pelo astrônomo polonês Nicolau Copérnico. Subitamente, pareceu-lhe muito significativo o fato de existirem apenas seis planetas (Urano, Netuno e Plutão ainda não haviam sido descobertos) e cinco sólidos perfeitos: tetraedro, cubo, octaedro, dodecaedro e icosaedro.
Ocorreu-lhe inscrever e circunscrever esses cinco sólidos em seis esferas. E verificou que a distância entre as diferentes esferas era proporcional à distância real existente entre as órbitas dos diferentes planetas. Ou melhor, mais ou menos proporcional. Porque, se os números concordavam aproximadamente no caso de Marte, da Terra e de Vênus, tornavam-se totalmente discrepantes para Júpiter e Mercúrio. Kepler “quebrou o galho” alegando que a discrepância em relação a Júpiter não espantaria ninguém, já que o planeta ficava “longe demais”. Quanto a Mercúrio, recorreu provisoriamente à fraude, alterando o número segundo suas conveniências.
Mas era honesto demais para se contentar com esses subterfúgios e, na tentativa de provar sua teoria maluca, mergulhou em pesquisas persistentes e detalhadas sobre o sistema solar. Em 1596, aos 24 anos, Kepler publicou um resumo de suas primeira tentativas na obra intitulada Mysterium cosmographicum. No ano seguinte, casou-se. O horóscopo do dia do casamento, 27 de abril de 1597, que apresentava um “céu calamitoso” cumpriu-se integralmente.
Após atormentar a paciência do marido durante catorze anos, Barbara Kepler morreu louca. A vida do casal foi agitada. Mal tinham se casado, quando o jovem arquiduque Fernando de Hamburgo (mais tarde imperador Fernando II) achou que era hora de varrer as províncias austríacas da heresia luterana. No verão de 1598, a escola de Kepler fechou as portas e em setembro todos os professores luteranos receberam ordem de abandonar as províncias. Kepler, que tinha amigos entre os jesuítas, conseguiu evitar o exílio forçado, mas perdeu o emprego. A prudência recomendava que fosse procurar novos ares.
Há algum tempo ele desejava visitar o famoso astrônomo dinamarquês Ticho Brahe no observatório de Uraniborg, na ilha de Hven entre Copenhague, na Dinamarca, e Helsingborg, na Suécia. Ticho, obcecado pela idéia de precisão nas observações que fazia, dedicara-se a construir instrumentos científicos cada vez mais perfeitos e a comparar uns com os outros, para conhecer o erro inerente a cada um. Com eles produziu, ao longo de 35 anos, grossos volumes de anotações, espantosamente precisas para os padrões da época, que pretendia utilizar para reentronizar a Terra como o centro do Universo - posição da qual começava a ser afastada desde a publicação dos trabalhos de Nicolau Copérnico.
O notável observador tinha, no entanto, escassos dotes para a Matemática - daí alegrar-se com a perspectiva de ter Kepler a seu lado, a fim de fornecer-lhe os cálculos necessários para dar sustentação à sua idéia. Kepler, ao contrário, esperava ter acesso aos volumes de Ticho para desenvolver suas próprias teorias a respeito sobretudo da movimentação dos planetas. A hora era boa à execução do projeto, tanto mais que, por coincidência, Ticho se desentendera com o rei Cristiano IV e acabara de se mudar da longínqua Uraniborg para a cidade de Praga, capital da atual Tchecoslováquia, onde recebera o posto de Matemático Imperial das mãos do imperador Rodolfo II.
Os dois homens já se correspondiam há algum tempo e, sabendo que Kepler se encontrava em situação precária, Ticho convidou-o a mudar-se para Praga, onde poderia viver e trabalhar como seu hóspede no castelo de Benatek. A convivência diária entre eles foi, no entanto, um pesadelo. Kepler pretendia trabalhar em paz. Encontrou o castelo em reformas para a instalação do observatório e cheio de visitantes e membros da corte pessoal de Ticho Brahe. O pior é que não conseguia obter os dados que tanto desejava.
Queixou-se numa carta: “Ticho não permite que eu participe de suas experiências. Só durante as refeições, entre outros assuntos, ele menciona, de passagem, hoje o número do apogeu de um planeta, amanhã outro dado qualquer”. Sabe-se lá qual seria o fim da relação entre os dois astrônomos se a morte não tivesse chegado para separá-lo dezoito meses depois do primeiro encontro. Ticho Brahe morreu inesperadamente e foi enterrado em Praga em 4 de novembro de 1601. Dois dias mais tarde, Kepler foi nomeado para sucedê-lo no posto de Matemático Imperial. Em Praga, Kepler ficou os onze anos seguintes, boa parte dos quais dedicou a cuidadosas observações da trajetória do planeta Marte.
Foi o período mais fértil de sua vida, sobretudo porque, confrontado com o fato de que Marte não se comportava nem como desejava Ticho Brahe nem como descrito no trabalho de Copérnico, pôs-se a elaborar sua própria teoria para dar sequência às observações. Em 1601, publicou sua obra-prima, Astronomia Nova, que trazia duas de suas três leis planetárias fundamentais. A primeira delas afirma que os planetas descrevem órbitas em forma de elipses com o Sol em um dos seus focos. A segunda lei afirma que a velocidade dos planetas varia de tal forma que percorrem áreas iguais em tempos iguais.
São as primeiras leis naturais no sentido moderno, na medida em que utilizam termos matemáticos para descrever relações universais governando fenômenos particulares. Com ela, a Astronomia separou-se da Teologia para unir-se à Física. Não foi um divórcio fácil. Desde os gregos, filósofos afirmavam que os astros percorriam trajetórias circulares em velocidade uniforme. A tarefa dos astrônomos consistia, sobretudo, em construir sistemas cada vez mais complicados para conciliar essa “verdade decretada” com as observações que iam fazendo com seus próprios olhos.
Um dos sistemas em voga no tempo de Kepler distinguia dois centros para o sistema solar: um centro físico, que seria o próprio Sol, e um centro geométrico (não coincidente com o primeiro) equidistante de todos os pontos da órbita circular. Dava-se, igualmente, muita importância ao chamado punctum equans, ponto a partir do qual o planeta apresentava a velocidade angular constante. Kepler gastou cinco anos e cobriu novecentas páginas com cálculos em letra pequena na tentativa de determinar esses três pontos para o caso de Marte. Fracassou. Somente então, esgotadas todas as possibilidades, ousou examinar a hipótese de astros percorrendo órbitas não circulares em velocidades variáveis. Refez os cálculos e sem mais idéias preconcebidas e dentro de um ano encontrou as duas primeiras leis.
Nunca teria chegado a esse resultado se não tivesse herdado as observações acumuladas ao longo dos anos por Ticho Brahe. No último estágio de seus cálculos, empregou 180 medidas diferentes da distância entre o Sol e Marte. Mas de nada lhe adiantariam todos esses números se não possuísse também poderosa intuição sobre os mecanismos do Universo. Foi assim, por exemplo, que muito antes de Newton ele já descrevia a gravitação universal nos seguintes termos: “Se duas pedras fossem colocadas em qualquer lugar do espaço, uma perto da outra, e fora do alcance de um terceiro corpo material, unir-se-iam, à maneira dos corpos magnéticos, num ponto intermediário, aproximando-se cada uma em proporção à massa da outra”.
E mais adiante: “Se a Terra cessasse de atrair as águas do mar, os mares se ergueriam e iriam ter à Lua (...)”. “Se a força de atração da Lua chega até a Terra, segue-se que a força de atração da Terra, com maior razão, vai até a Lua e ainda mais longe.” Caso Kepler tivesse se preocupado em conciliar a idéia da atração universal com suas próprias leis, poderia ter ido ainda mais longe. Mas parece ter recuado por uma espécie de repugnância filosófica partilhada por Galileu, Descartes - e o próprio Newton, de início - diante dessa força fantasmagórica capaz de agir a distâncias astronômicas, sem agente intermediário e de maneira instantânea, um conceito aparentemente místico e não “científico”, indigno de cientistas modernos como ele.
Outros interesses e preocupações iriam ocupá-lo nos anos seguintes. Galileu publicou na Itália o Mensageiro das Estrelas, em que anunciava algumas descobertas feitas com o uso de um novo e revolucionário aparelho, o telescópio - e a que mais controvérsias causou foi a descoberta de quatro planetas (na verdade, satélites) girando ao redor de Júpiter. Kepler foi o primeiro nome de peso a apoiar o trabalho de Galileu, mas nem por isso conseguiu que estes lhe enviasse um telescópio para suas próprias observações. Quando conseguiu um, emprestado pelo duque de Colônia, escreveu Dioptrice, um tratado no qual lança as bases da Ótica, novo ramo da Física.
Com 141 definições, axiomas e proposições precisas e austeras, o tratado é uma exceção na sua obra cheia de digressões filosóficas. O ano de 1611 trouxe-lhe uma série de desgraças. Rodolfo II, seu protetor, foi obrigado a abdicar do trono, a vida em Praga tornou-se insuportável pelos efeitos acumulados da guerra civil e das epidemias. Morreram-lhe a mulher e um filho. Conseguiu conservar o posto de Matemático Imperial, mas foi transferido para a cidade de Linz, na Áustria, onde viveria catorze anos, até a idade de 55. Ali também não lhe faltaram peripécias. Casou-se novamente e dessa vez parece ter sido mais feliz. Susanna deu-lhe sete filhos. Em compensação, enfrentou horas dramáticas durante o processo de sua própria mãe, acusada de feitiçaria. Ainda assim continuou produzindo e, em 1618, terminou Harmonice Mundi (Harmonia do Mundo), uma espécie de síntese geral englobando Geometria, Música, Astrologia e Astronomia.
O fracasso dessa ambição desmedida só não foi absoluto porque, no meio de toda a barafunda que é o livro, aparece anunciada com toda a clareza a sua terceira lei sobre as órbitas planetárias: “Os quadrados dos períodos de revolução de dois planetas quaisquer estão entre si como os cubos de suas distâncias médias do Sol”. Nos onze últimos anos que ainda lhe restariam de vida, Kepler publicou mais duas obras importantes: a Epitome astronomiae copernicanae e as Tabulae rudolphinae. Na Epitome ele demonstra que as leis planetárias originalmente deduzidas para o caso de Marte também são válidas para todos os outros planetas conhecidos, também para a Lua e para os satélites de Júpiter.
As Tabulae rudolphinae - assim batizadas em honra do imperador Rodolfo II - são as observações de Ticho Brahe, organizadas e ampliadas pelo próprio Kepler. Além de tabelas e regras para a localização dos planetas, o livro traz um catálogo de pouco mais de mil estrelas. Com a Europa convulsionada pela Guerra dos Trinta Anos, a vida particular de Kepler tornou-se cada vez mais problemática. Parte de Linz foi destruída por um incêndio durante a revolução camponesa de 1626 e ele deixou a cidade sem planos definitivos. Viveu um ano em Ulm, visitou Praga e acabou se instalando no condado de Sagan, na Silésia. Estava na miséria. O salário de Matemático Imperial, teoricamente muito bom, raramente chegava a ser pago. Em outubro de 1629, tomou o rumo de Viena, nova sede da corte, com a idéia de cobrar pelo menos parte do que lhe era devido. Morreu no caminho, poucos dias depois de chegar à cidade de Ratisbona - ou a Regensburg, segundo outra versão -, em 15 de novembro de 1630. Sua sepultura acabou destruída.

As três leis, em resumo

1 - A órbita de um planeta P tem a forma de elipse com o Sol S em um dos seus focos. T é a Terra.
2 - Os planetas percorrem áreas iguais em tempos iguais, como para ir de B a A, de D a C, de F a E. As áreas BSA, DSC e FSE são iguais.
3- Os quadrados dos períodos de revolução de dois planetas quaisquer estão entre si da mesma forma que os cubos de suas distâncias médias do Sol. Isso se aplica também a Urano, Netuno e Plutão, que Kepler não chegou a conhecer.

O veemente advogado de Katherine

Entre 1615 e 1629, 38 mulheres acusadas de feitiçaria foram queimadas vivas na praça principal de Weill, a aldeia onde nasceu Kepler. Em Leomberg, a localidade vizinha, outras seis tiveram a mesma sorte, apenas na primavera de 1615. Katherine, a mãe de Kepler, que estava vivendo em Leomberg e era especialmente malquista, logo se viu cercada por suspeitas. Segundo se comentava, ela teria oferecido bebidas à mulher de um certo Bastian Meyer e ao mestre-escola Beutelspacher. O mestre-escola ficou paralítico e a senhora Meyer morreu de mal súbito. Também morreram os dois filhos do alfaiate Daniel Schmidt, supostas vítimas de seu mau-olhado. Diziam todos na aldeia, enfim, que ela era capaz de entrar nas casas através das portas fechadas e que mandara o coveiro desenterrar o crânio de seu próprio pai para fazer uma taça.
Mas o que parece ter desencadeado a abertura do processo foi uma briga com a mulher do vidraceiro Jacob Reinho, cujo irmão tinha certa influência por ser barbeiro da corte do duque de Wurttemberg. Nos seis anos seguintes, deixando de lado antigos desentendimentos, Kepler dedicou-se à tarefa de salvar sua mão da fogueira. Sua conhecida veemência parece ter impressionado desfavoravelmente o escrivão que deixou anotado: “A acusada apareceu neste tribunal acompanhada, infelizmente, pelo filho Johannes Kepler, matemático”. A fase final do processo demorou um ano. O ato de acusação continha 49 itens e o da defesa, redigido em sua maior parte pelo próprio Kepler, se estendia por 128 páginas. Katherine foi finalmente libertada, mas não pôde voltar a Leomberg. A população local estava decidida a linchá-la.

Analogia entre a idéia e a observação.

Em nossos tempos, justamente os momentos de grandes preocupações e de grandes tumultos, os homens e suas políticas não nos fazem muito felizes. Por isso estamos particularmente comovidos e confortados ao refletirmos sobre um homem tão notável e tão impávido quanto Kepler. No seu tempo, a existência de leis gerais para os fenômenos da natureza não gozava de nenhuma certeza. Por conseguinte, ele devia ter uma singular convicção sobre essas leis para lhes consagrar, dezenas de anos a fio, todas as suas forças, num trabalho obstinado e imensamente complicado.
Com efeito, ele procura compreender empiricamente o movimento dos planetas e as leis matemáticas que o expressam. Está sozinho. Ninguém o apoia nem o compreende. Copérnico fizera notar, antes dele, que o melhor meio de compreender e de explicitar os movimentos aparentes dos planetas consiste em considerar esses movimentos como revoluções ao redor de um suposto ponto fixo, o Sol. Portanto, se o movimento de um planeta ao redor do Sol como centro fosse uniforme e circular, seria singularmente fácil descobrir, a partir da Terra, o aspecto desses movimentos. Mas, na realidade, os fenômenos são mais complexos e o trabalho do observador muito mais delicado. Foi preciso primeiro determinar tais movimentos empiricamente, utilizando as tabelas de observação de Ticho Brahe,. Somente depois desse enfadonho trabalho, tornou-se possível encarar ou sonhar com as leis gerais a que se moldariam esses movimentos.
Mas o trabalho de observação dos movimentos reais de revolução é muito árduo e, para tomar consciência deles, é preciso meditar na evidência: jamais se observa em momento determinado o lugar real de um planeta. Sabe-se somente em que direção ele é observado da Terra, que, por seu lado, perfaz ao redor do Sol um movimento cujas leis ainda não são conhecidas. As dificuldades pareciam praticamente insuperáveis.
Kepler viu-se forçado a encontrar o meio para organizar o caos. A princípio, ele descobre que é preciso tentar determinar o movimento da própria Terra. Ora, esse problema seria simplesmente insolúvel se só existisse o Sol, a Terra, as estrelas fixas, com a exclusão dos outros planetas. Porque se poderia, empiricamente, determinar a variação anual da direção da linha reta Sol-Terra (movimento aparente do Sol em relação às estrelas fixas). Mas seria só isso. Poder-se-ia também descobrir que todas essas direções se situariam num plano fixo em relação às estrelas, na medida em que a precisão das observações recolhidas na época permitira formulá-lo. Porque ainda não existia o telescópio!
Ora, era preciso determinar como a linha Sol-Terra evolui ao redor do Sol. Kepler notou então que, a cada ano, regularmente, a velocidade angular desse movimento se modificava. Mas essa verificação não ajudou muito, porque não se conhecia ainda a razão por que a distância da Terra ao Sol variava. Se apenas se conhecessem as modificações anuais dessa distância, ter-se-ia podido determinar a verdadeira forma da órbita da Terra e a maneira como se realiza.
Kepler encontrou um processo admirável para resolver o dilema. Em primeiro lugar, de acordo com os resultados das observações solares, ele viu que a velocidade do percurso aparente do Sol contra o último horizonte das estrelas fixas é diferente nas diversas épocas do ano. Mas viu também que a velocidade angular desse movimento permanece sempre a mesma na mesma época do ano astronômico. Portanto, a velocidade de rotação da linha Terra-Sol é sempre a mesma, se está dirigida para a mesma região das estrelas fixas. Pode-se, então, supor que a órbita da Terra se fecha sobre si mesma e que ela a realiza todos os anos da mesma maneira.
Essa descoberta já significou um progresso. Mas como determinar a verdadeira forma da órbita da Terra? Imaginemos uma lanterna M, colocada em algum lugar no plano da órbita, que lança viva luz e conserva uma posição fixa, conforme já verificamos. Ela constituirá então, para a determinação da órbita terrestre, uma espécie de ponto fixo de triangulação ao qual os habitantes da Terra poderiam se referir em qualquer época do ano. Precisemos ainda que essa lanterna está mais afastada do Sol do que da Terra. Graças a ela, pode-se avaliar a órbita terrestre.
Ora, a cada ano, existe um momento em que a Terra T se situa exatamente sobre a linha que liga o Sol S à lanterna M. Se, nesse momento, se observar da Terra T a lanterna M, essa direção será também a direção SM (Sol-lanterna). Imaginemos essa última direção traçada no céu. Imaginemos agora uma outra posição da Terra, em outro momento. Já que, da Terra, se pode ver tão bem o Sol S quanto a lanterna M, o ângulo em T do triângulo STM se torna conhecido. Mas conhece-se também pela observação direta do Sol a direção ST em relação às estrelas fixas, ao passo que anteriormente a direção da linha SM em relação às estrelas fixas fora determinada de uma vez por todas. Conhece-se igualmente no triângulo STM o ângulo em S. Portanto, escolhendo-se à vontade uma base SM, pode-se traçar no papel, graças ao conhecimento dos dois ângulos em T e em S, o triângulo STM. Será então possível operar assim várias vezes durante o ano e, de cada vez, se desenhar no papel um localização para a Terra T, com a data correspondente e sua posição em relação à base SM, fixa de uma vez por todas. Kepler determinou assim, empiricamente, a órbita terrestre.
Porém, objetarão, onde é que Kepler encontrou a lanterna M? Seu gênio, sustentado pela inesgotável e benéfica natureza, ajudou-o a encontrar. Podia, por exemplo, utilizar o planeta Marte. Sua revolução anual, isto é, o tempo que Marte leva para realizar uma volta ao redor do Sol, era conhecida. Pode acontecer o caso em que Sol, Terra, Marte se encontrem exatamente na mesma linha. Ora, essa posição de Marte repete-se a cada vez depois de um, dois etc. anos marcianos, porque Marte realiza uma trajetória fechada. Nesses momentos conhecidos, SM apresenta sempre a mesma base, ao passo que a Terra se situa sempre em um ponto diferente de sua órbita. Portanto, nesses momentos, as observações sobre o Sol e Marte oferecem um meio para se conhecer a verdadeira órbita da Terra, pois o planeta Marte reproduz nessa situação a função de lanterna imaginada e descrita acima.
Kepler descobriu assim a forma justa da órbita terrestre, bem como a maneira pela qual a Terra a realiza. Temos de admirar e glorificar Kepler por sua intuição e sua fecundidade. A órbita terrestre estava então empiricamente determinada; conhece-se a qualquer momento a linha SA em sua posição e grandeza verdadeiras. Portanto, em princípio, não devia ser muito mais difícil para Kepler calcular, pelo mesmo processo e por observações, as órbitas e os movimentos dos outros planetas. Mas na realidade isso apresentava enorme dificuldades, porque as matemáticas de seu tempo ainda não eram primárias.
Contudo, Kepler ocupou sua vida com uma segunda questão, igualmente complexa. As órbitas, ele as conhecia empiricamente, mas seria preciso deduzir suas leis desses resultados empíricos. Ele estabeleceu uma suposição sobre a natureza matemática da curva da órbita e foi verificá-la depois por meio de enormes cálculos numéricos. E, se os resultados não coincidiam com a suposição, ele imaginava outra hipótese e verificava de novo. Executou prodigiosas pesquisas e obteve um resultado conforme a hipótese ao imaginar o seguinte: a órbita é uma elipse da qual o Sol ocupa um dos focos. Encontrou então a lei pela qual a velocidade varia durante uma revolução, no ponto em que a linha Sol-planeta realiza, em tempos idênticos, superfícies idênticas. Enfim, Kepler descobriu que os quadrados de durações de revolução são proporcionais às terceiras potências dos grandes eixos de elipses.
Nós admiramos esse homem maravilhoso. Porém, para além desse sentimento de admiração e veneração, temos a impressão de nos comunicar não mais com um ser humano mas com a natureza e o mistério de que estamos cercados desde nosso nascimento. A razão humana, eu o creio muito profundamente, parece obrigada a elaborar antes e espontaneamente formas cuja existência na natureza se aplicará a demonstrar em seguida. A obra genial de Kepler prova essa intuição de maneira particularmente convincente. Ele dá testemunho de que o conhecimento não se inspira unicamente na simples experiência, mas fundamentalmente na analogia entre a concepção do homem e a observação que faz.

Revista Super Interessante n° 026

Hubble: Um espelho para o Cosmo

A saga da construção do Telescópio Espacial Hubble, o mais perfeito instrumento ótico já construído, é um prodígio de rigor e criatividade.

Há três anos os astrônomos esperam por esse dia. Finalmente, se não surgirem novos problemas, em março próximo o Telescópio Espacial Hubble será despachado ao espaço, embalado na nave tripulada Discovery; para ficar em órbita da Terra, a 550 mil metros de altitude. Com o lançamento prejudicado pelos sucessivos atrasos no programa espacial americano, o telescópio repousa num galpão esterilizado na Califórnia. Quase tão fascinante quanto as descobertas que graças a ele será possível realizar foi sua construção, que levou cinco anos. A começar pela manufatura do seu espelho principal, cuja superfície refletirá e focalizará a luz dos astros, que será depois transmitida à Terra como uma emissão de TV. O jornalista americano Terry Dunkle acompanhou a aventura. Seu relato:

Em 1981, quando foi escolhida pela NASA para executar o projeto do espelho do Hubble, a Perkin-Elmer Corporation, empresa americana especializada em instrumentos óticos e eletrônicos, teve que deixar de lado todas as outras encomendas. Um exército de engenheiros desenhou então um tubo de 13 metros de comprimento , dotado de sensores capazes de focalizar um vaga-lume a milhares de quilômetros. Esse tubo serviu de abrigo ao espelho de 2m47 metros de diâmetro, no formato de uma rodela de abacaxi com um furo no centro. Quando o telescópio ficou pronto, cinco anos e 1,5 bilhão de dólares depois, estava preparado para enxergar o espaço com uma nitidez sete vezes maior do que qualquer outro equipamento semelhante já construído pelo homem.
Mas a manufatura do espelho- um trabalho caro e artesanal - havia começado alguns anos antes, em 1977, quando foi feita a moldagem do vidro. Para que o conjunto do Hubble, um engenho de 11 toneladas, não ficasse ainda mais pesado, o que causaria problemas no espaço, o espelho não foi projetado como um corpo sólido, mas como duas finas fatias de silicato de titânio - material de pouca dilatação térmica -, feito um sanduíche recheado de ar. Como as duas fatias não poderiam encostar uma na outra, foram colocados ali tubos de vidro, que deram ao conjunto a aparência de uma sofisticada embalagem de ovos. Assim, o espelho é 90 por cento ar. Até a curva quase hiperbólica do vidro foi obtida aquecendo-se e moldando-se o ar na forma de um telhado de cogumelo.
Até o momento em que se começou a construir o Hubble, ninguém havia pensado em fazer algo semelhante. Por isso, a NASA se cercou de todos os lados: além de encomendar a peça à Perkin-Elmer, pediu outra à empresa rival, Eastman-Kodak, reservando-se o direito de ficar com aquela que fosse de qualidade superior. Pode-se portanto imaginar o nervosismo do engenheiro Jack Kurdock, da Perkin-Elmer, quando num dia cinzento de novembro de 1981, junto com três companheiros de equipe, se preparava para cobrir o espelho com uma camada refletora de alumínio. Se o trabalho apresentasse qualquer defeito, estaria prejudicado o sonho daqueles técnicos de ajudar os astrônomos a ver mais longe no espaço e no tempo, quem sabe até o início do Universo.
Para que o telescópio funcionasse direito, isto é, transformasse em estrelas e galáxias os brilhos captados a milhares de anos-luz de distância, o espelho principal deveria aproveitar o máximo da luz coletada. E o máximo de aproveitamento só poderia ser obtido se o espelho fosse um bom refletor, algo que o desempenho do engenheiro Kurdock precisaria garantir. “Ele teria de refletir pelo menos 70 por cento da luz no ultravioleta”, lembra o engenheiro. “Mas essa porcentagem é maior do que aquela obtida em qualquer telescópio feito anteriormente”.
A fim de vencer esse desafio, as especificações da cobertura eram as mais exigentes que Kurdock, um homem calmo, com pelo menos vinte anos de experiência nesse tipo de serviço, já tinha enfrentado. Para começar, a Perkin-Elmer necessitou construir uma câmara de vácuo espacial, de quase dois andares, com paredes de aço de 2 centímetros de espessura e uma grande janela no teto. “Era nessa fenda que o espelho entrava”, explica Kurdock. Ele mostrou como o grande disco, a rodela de abacaxi, era colocado num anel gigantesco de metal, capaz de transportá-lo feito um elevador até a base da câmara. Ali ficavam oito recipientes cheios de alumínio, ligados a canhões de elétrons.
Se a superfície do espelho contivesse qualquer traço de poeira, esta se vaporizaria na câmara de vácuo e cobriria o espelho com uma fina camada de moléculas de hidrocarbonetos. Por isso, o disco teria de ser lavado com água destilada e colocado para secar como um lençol no varal. Mas havia um problema: sendo ele muito pesado para ficar de pé, corria o risco de se espatifar depois do banho. Daí, foi necessário desenhar uma espécie de fôrma de bolo feita de aço, que, ajustada nas costas do espelho (que não receberia cobertura), ajudaria a distribuir o peso e a eliminar a tensão. Todos os passos da operação limpeza foram cuidadosamente planejados. “Existia o perigo real de deixar cair o espelho nessa fase”, comenta Kurdock, lembrando-se de um incidente infeliz ocorrido no passado.
Alguns anos antes, com efeito, a Perkin-Elmer fora escolhida para fazer o espelho de quase 1 metro do telescópio Copernicus, também da NASA. Em dado momento do processo, quatro operários tiveram de transportá-lo. Um deles tropeçou e o espelho caiu, espalhando vidro para todos os lados. “Quando se trabalha com um material tão delicado, você tem de estar pronto para problemas desse tipo”, diz o resignado Kurdock. O próprio espelho do Hubble já tinha pregado algumas peças. Numa primeira fase, que durou dois anos, ele foi polido, para perder qualquer rugosidade. Certa vez, durante uma inspeção de rotina, um dos operários percebeu logo abaixo da superfície gelada do vidro um risco finíssimo que refletia a luz de uma forma que lembrava uma xícara de chá.
“Foi um momento de pânico”, recorda Ronald Rigby, engenheiro-chefe encarregado dessa parte da operação. Num grande pedaço de vidro, até o risco mais fino significa um desastre. Uma mudança de temperatura, por exemplo, pode abalar a estrutura do espelho e provocar uma rachadura monstruosa. Assim, se a xícara de chá não fosse removida e a ferida isolada, o risco poderia crescer. O problema era tão sério que quase provocou uma briga entre as pessoas que trabalhavam no projeto. Rigby queria atacar o vidro com uma broca e fazer um buraco que isolasse totalmente a área. Outro engenheiro, cujo trabalho era prever se o Hubble poderia sobreviver ao lançamento na Atlantis, temia os prejuízos que essa abertura traria ao espelho.
Por isso, ele preferia não abrir buraco algum, mas usar a broca em volta da fatia do espelho atingida, e somente ao redor do risco. Embora causasse menos estrago, essa solução representava outro sério perigo, pois a pressão da ferramenta em volta da xícara de chá poderia provocar uma grande rachadura. Mesmo assim, foi a técnica escolhida. Isso porque o buraco que Rigby pretendia fazer poderia poluir com poeira de vidro o interior praticamente oco do espelho. No espaço, a poeira flutuaria pelo telescópio, prejudicando irremediavelmente seu foco. Assim, após três semanas de discussão e pânico, eles arriscaram a operação limpeza por cima. Em seguida, fazendo figa, esperaram pelo crack da rachadura - que, afinal, não aconteceu.
Apesar disso, muita gente na Perkin-Elmer ficou irritada com a alteração. Deixem para lá, disse Rigby, com a experiência de 25 anos na manufatura de espelhos de telescópios. “Quando terminarmos, vocês se lembrarão dela como de uma verruga no ombro de uma mulher bonita”. Ele se referia à fase final do polimento, para a qual foi construída uma espécie de cama de faquir, feita de barras de titânio, tendo em cada ponta uma safira, ajustada nas costas do espelho. Custo da peça: 2 milhões de dólares. Apoiado confortavelmente por baixo nessa cara armação, que permitia que a pressão exercida sobre o disco obedecesse à curvatura da superfície, o espelho foi esfregado dia e noite durante meses.
Foi uma tarefa exaustiva e irritante. O polimento exige uma técnica curiosa, que consiste em esfregar milímetro por milímetro do disco de vidro, coberto com uma substância abrasiva, no caso um pouco de piche. Para que o piche não risque o vidro, usa-se sobre ele um pó que pode ser - por incrível que pareça  rouge. Utilizando um dispositivo de laser que, ao bater na superfície do vidro, produzia uma série de padrões de interferência, os engenheiros foram capazes de descobrir irregularidades de bilionésimos de milímetro. Fazendo uma comparação, eles calcularam que se o espelho tivesse o tamanho do golfo do México suas ondas não teriam mais de 1 milímetro de altura. Diante de tamanha perfeição, a responsabilidade final de todos ficou ainda maior. Quando chegou o grande dia da cobertura, em novembro de 1981, o disco, impecavelmente limpo e polido, foi instalado na câmara de vácuo.
Durante uma semana, bombas tiraram todo o ar interno, até que a pressão ficou mil vezes menor do que aquela que o telescópio encontrará a 550 mil metros da Terra. Em seguida, a equipe de Kurdock começou a rodar o espelho devagar, a fim de obter uma cobertura uniforme. Foram ligados os canhões de elétrons para que os raios de alta energia vaporizassem o alumínio. Este, tornando-se mais leve, se elevaria, agarrando-se ao vidro. A camada de alumínio não deveria ter mais de 80 nanômetros - cada nanômetro vale um milionésimo de milímetro - e seria protegida por uma camada de fluoreto de magnésio.
Três minutos depois de iniciada a operação, tudo estava terminado. Aberta a câmara, os técnicos entraram para ver o resultado da obra. Por um instante, pensaram que alguém havia roubado o espelho. Nada ali era visível, apenas um teto inexplicavelmente alto. “Percebi depois que estava olhando para um reflexo num espelho com um brilho fantástico”, conta Kurdock. Mais tarde, os testes mostraram que a cobertura tinha 80 por cento de reflexão, dez a mais do que a NASA havia exigido. Os astrônomos sonhavam com um aproveitamento de 47 por cento da luz coletada pelo telescópio. Conseguiram 57 por cento.
É claro que, depois de uma obra dessas, Rigby e Kurdock foram promovidos. O primeiro está supervisionando para a NASA a construção do futuro telescópio espacial de raios X. Mas, quando se lembra do grande espelho do Hubble, nem ele consegue acreditar que tenha sido capaz de executar tamanha maravilha. “Nunca verei outro espelho como aquele”, afirma Rigby, nostálgico. Ao que Kurdock responde com uma risada, lembrando os anos de agonia para construí-lo: “Eu também espero que nunca mais”. O engenheiro William Fastie, da NASA, que acompanhou o trabalho, dá o veredicto final: “O Telescópio Espacial Hubble tem o espelho mais perfeito já construído. Não tenho dúvidas de que com ele enxergaremos centenas de milhões de anos-luz além do que esperávamos”.

A odisséia do Hipparcos

No jogo arriscado das expedições ao espaço, muitas vezes a euforia e a decepção viajam de mãos dadas. Euforia era o que não faltava, por exemplo na noite de 8 de agosto, na base de Kourou, na Guiana Francesa. Era o lançamento do foguete Ariane-4, levando a bordo o satélite Hipparcos, a estrela do programa da agência espacial européia (ESA). O lançamento prometia colocar em órbita a 36 mil quilômetros da Terra o Hipparcos, um projeto de dez anos e 390 milhões de dólares. Seu grandioso objetivo: elaborar um catálogo da posição das estrelas no céu, com precisão 50 vezes maior do que a obtida pelos melhores observadores.
Mas as semanas que se seguiram à euforia do lançamento foram de decepção. Uma falha no seu motor principal obrigou o Hipparcos a habitar uma órbita elíptica a meros 200 quilômetros da Terra na sua passagem mais próxima. As tentativas para reativar o engenho fracassaram e o motor auxiliar só poderia elevar o satélite a 800 quilômetros. A essa altura, ele seria obrigado a atravessar o cinturão de Van Allen - zona carregada de partículas que envolve a Terra e que poderia prejudicar seus painéis solares.
O Hipparcos, sigla em inglês de Satélite de Coleta de Paralaxe de Alta Precisão, também presta uma homenagem ao astrônomo grego Hiparco, que, dois séculos antes da era cristã, foi o primeiro a determinar a posição das estrelas. Hiparco ainda calculou a distância da Terra à Lua, medindo o paralaxe lunar, o ângulo formado pelo seu deslocamento aparente como resultado do movimento da Terra em relação ao Sol. O satélite europeu foi concebido para usar os mesmos métodos a fim de localizar 120 mil estrelas num raio de 3 mil anos luz do sistema solar.
O Hipparcos deveria observar cada estrela de dois pontos opostos na rotação da Terra em volta do Sol. A cada vez, a estrela estará situada em posição diferente em relação aos astros mais afastados. Calculando-se o ângulo formado por essa variação, obtém-se sua distância real. O telescópio é um monumento à precisão: instalado na Torre Eiffel, em Paris, enxergaria uma moeda na mão de uma pessoa no topo do Empire State Building, em Nova York, a 7 mil quilômetros. Se ele sobreviver pelo menos seis meses na órbita em que o mau motor o deixou, cumprirá a missão pela metade. Para a astrônoma Ana Stefanovitch, do Observatório de Medon, em Paris, “ainda assim seu catálogo será duas vezes melhor do que os que temos agora”.

O que é o quê no Hubble

O Telescópio Espacial é um grande tubo de 13 metros de comprimento. A luz que entra pela abertura bate no espelho principal e se reflete num outro menor, o secundário. Depois volta e atravessa o orifício do espelho principal para se concentrar nas câmaras e outros instrumentos científicos. Controladores da Terra mandam instruções por rádio aos computadores de bordo. Por sua vez, as imagens do Hubble, traduzidas em sinais digitais, são transmitidas para as antenas da NASA.
1 - Abertura
Fecha automaticamente para proteger os instrumentos sensíveis, caso o espelho focalize o Sol por acidente.
2 - Painéis solares
Abastecem o telescópio da energia necessária à operação dos equipamentos.
3 - Espelho principal
A cobertura permite detectar, além da luz visível, a luz ultravioleta.
4 - Antena de rádio
Faz ligação com a Terra: o Hubble é capaz de transmitir 1 milhão de unidades de informação por segundo.
5 - Espelho secundário
Colocado 5 metros à frente do principal, ajuda a focalizar a luz nos instrumentos de bordo.
6 - Câmaras
A primeira câmara obtém as imagens mais vistosas. A segunda capta o brilho de objetos pouco luminosos e distantes.
7 - Fotômetro
Permite medidas precisas da intensidade da luz dos astros — um dado importante para determinar sua posição no espaço.
8 - Espectrógrafos
Medem a composição química dos astros. Podem assim obter informações sobre seus movimentos, temperatura e características físicas.

Câmaras, ação, luzes

No fim da década de 20, o astrônomo americano Edwin Hubble (1889-1953) comprovou que o Universo conhecido não é estático, mas continua a se expandir desde que teria surgido de uma explosão inicial que espalhou partículas elementares por todos os lados. Ele sustentou também que a Via Láctea é apenas uma entre milhares de galáxias em expansão. Agora, a expectativa dos cientistas que deram o nome de Hubble ao mais importante instrumento astronômico da atualidade é utilizá-lo para viajar ao passado e chegar o mais rápido possível ao momento do tão falado Big Bang, há cerca de 15 bilhões de anos. Como isso será possível?
Livre do embaçamento da atmosfera da Terra, que bloqueia uma parte da luz visível e quase toda a radiação ultravioleta, o Hubble poderá multiplicar por cinquenta o número de corpos celestes ao alcance dos dois maiores telescópios do mundo - o de Palomar, na Califórnia, Estados Unidos, com lentes de 5 metros de diâmetro, e o de Zelenchukskaya, no Cáucaso, União Soviética, com lentes de 6 metros. Desse modo, os quasares, os mais remotos pontos luminosos já observados, a pelo menos 12 bilhões de anos-luz da Terra, podem aparecer como galáxia no auge da juventude.
Ao enxergar mais longe no espaço, os astrônomos estarão flagrando os objetos celestes como eram em épocas anteriores, por causa do tempo que a luz demora para atravessar distâncias cósmicas. “É impossível prever todas as maravilhas ao alcance do Hubble”, entusiasma-se Lyman Spitzer, astrônomo da Universidade de Princeton, nos Estados Unidos, considerado o idealizador do Telescópio espacial. Spitzer lembra que, “antes das observações feitas com o telescópio Monte Palomar, há menos de trinta anos, os próprios quasares eram desconhecidos”.
Apesar disso, a anatomia do Hubble nada tem de especial. Trata-se de um telescópio refletor comum, conhecido como Cassegrain, em homenagem ao físico francês do século XVII, inventor do modelo, que usa a combinação ótica de dois espelhos. Os raios luminosos vindos dos astros focalizados batem no espelho principal de 2,4 metros, côncavo, e se refletem em outro menor, de 30 centímetros, convexo, colocado num tubo 5 metros à frente. Em seguida voltam e atravessam um orifício central de 60 centímetros do espelho maior para enfim se concentrar no compartimento dos aparelhos. Ali, um fotômetro e dois espectrômetros analisam a luz para determinar a composição química e a velocidade dos corpos observados, enquanto duas câmaras fotografam os astros na luz visível, no ultravioleta e no infravermelho.
A primeira câmara, de grande alcance, capta todos os raios luminosos. A segunda, mais seletiva, capta brilhos muito fracos. Como acontece nos melhores telescópios terrestres, as câmaras do Hubble usarão dispositivos do tipo CCD, semelhantes a câmaras de vídeo e cuja sensibilidade é cinquenta vezes superior à dos filmes fotográficos. Painéis solares com 2,4 quilowatts de capacidade serão responsáveis pelo abastecimento de energia. Além desses equipamentos, o Hubble terá um sensor estelar e um giroscópio, que permitirão a sua extraordinária pontaria. Assim, durante os quinze anos de vida útil do engenho, galáxias hoje indistintas nos telescópios comuns se revelarão como uma multidão de estrelas. E, se existirem, até sistemas planetários desconhecidos poderão aparecer em torno de estrelas próximas do Sol.
Se o Hubble estivesse na Terra, bastaria aos astrônomos apontá-lo para o ponto desejado, na ocasião e hora propícias, a fim de fazerem as suas observações. Mas, estando ele a 550 mil metros do planeta, as operações de manobra do instrumento,. como se pode imaginar, serão um pouco complicadas. Segundo o astrônomo brasileiro Francisco Jablonski, do Instituto de Pesquisas Espaciais (INPE), “vão exigir paciência, planejamento exaustivo e um complexo programa de computador para tratamento e análise de dados”. Por esses motivos, a NASA criou o Instituto de Ciências do Telescópio Espacial, em Baltimore, Maryland.
Ali, centenas de astrônomos já estudam as propostas de utilização do Hubble, apresentadas por cientistas do mundo todo, e planejam a sua movimentada agenda de trabalho. O astrônomo Ivo Busko, também do INPE, é o único brasileiro a participar dessa fase da operação. Ele está ajudando a criar um catálogo de referência das estrelas, uma espécie de enciclopédia do espaço, guardada em discos óticos. Com os dados desse catálogo, os astrônomos poderão ter em mãos um mapa tridimensional das vizinhanças dos astros que pretendem observar. Esperava-se que outras informações igualmente inéditas fossem fornecidas pelo satélite francês Hipparcos, lançado no mês de agosto último.
Quem quiser o auxílio do Telescópio Espacial para suas observações terá de entrar numa extensa fila de espera: uma primeira triagem selecionou 162 projetos de pesquisa. Os cinco instrumentos de Hubble têm dezenas de modos de operação que envolvem diferentes combinações de filtros, aberturas e foco. Todas as comunicações com o telescópio serão feitas via rádio pela antena rastreadora de satélites da NASA no Novo México e controladas pelo Centro Espacial Goddard em Maryland. Ou seja, tanto as instruções da Terra como a transmissão de imagens do espaço se darão nos moldes habituais dos satélites de comunicação.

Revista Super Interessante n° 026

"O Big Bang é um mal-entendido"

Hubert Reeves, astrofísico franco-canadense, fala sobre o Big Bang.

Hubert Reeves, um dos mais instigantes astrofísicos da atualidade, diz que a ciência não sabe como o Universo surgiu: “ Ela nem sabe se o Universo teve uma origem”. Para ele, a Grande Explosão é só uma metáfora sobre o estado de Cosmo há cerca de 15 bilhões de anos.
O lançamento de um telescópio espacial e a construção de um anel subterrâneo para o choque de partículas subatômicas têm mais em comum do que a vista alcança: astrônomos, de um lado, e físicos, de outro, todos querem à sua maneira enxergar o Universo como era há uns 15 bilhões de anos, quando surgiu de uma explosão cósmica. Surgiu? Explosão? De repente, o Big Bang, uma das idéias científicas mais elegantes do século XX, sucesso de público e de crítica, começa a ser duramente questionado. Nada prova que o Universo tenha surgido, dizem os novos céticos. E, se surgiu, nada prova que tenha sido de uma explosão.
Nesse fascinante debate, uma voz ocupa cada vez mais o centro das atenções. Trata-se do astrofísico franco-canadense Hubert Reeves, 67 anos, doutor em Física pela Universidade de Cornell, nos Estados Unidos, ex-conselheiro científico da NASA e diretor de pesquisa do renomado Centro Nacional de Investigações Científicas (CNRS), em Paris. De aparência frágil, embora seu esporte preferido seja esquiar, e temperamento afável, embora não se recuse à polemica. Reeves cultiva uma barba bíblica e uma louvável atitude de humildade cientifica. Conhecido divulgador de obras de ciência, dedicou "a todas as pessoas maravilhadas com o mundo" um de seus livros editados no Brasil, Um pouco mais de azul (1986). O outro é A hora do deslumbramento (1988). Nesta entrevista a Dominique Simonnet, da revista francesa L'Express,  publica com exclusividade para o Brasil, ele explica por que o Big Bang, a seu ver, virou -uma nova mitologia".
Hoje em dia, não é só aos homens de fé, mas, sobretudo aos homens de ciência, que se pergunta a respeito das grandes questões existenciais. Principalmente àqueles, como o senhor, que buscam encontrar nossas origens nas estrelas. Será que a Astrofísica quer se impor como uma nova metafísica?
Nem seria preciso. Se desde alguns anos os astrofísicos tornaram-se frequentemente ouvidos sobre questões religiosas, se tanto as pessoas se perguntam qual o lugar do homem no Universo, talvez seja simplesmente porque tomamos consciência da nossa fragilidade e da do nosso planeta. Mas não se deve esquecer que ciência e religião percorrem campos muito diferentes: a primeira se pergunta como o mundo é feito: a segunda, como viver nossa vida de homens. Elas podem se esclarecer mutuamente, mas desde que cada uma permaneça em seu território. De rosto, sempre que a Igreja tentou impor sua explicação do mundo resultou um conflito. Lembrando-nos de Galileu e de Darwin
Não obstante, a religião católica parece aceitar bem atualmente as proposições da Astrofísica, a famosa teoria do Big Bang, por exemplo.
Sim. Talvez porque se fez do Big Bang uma nova mitologia, identificando-o à criação bíblica do mundo, o Fiat Lux (Faça-se a luz)
Mas como não fazer a aproximação? No princípio era o Big Bang, uma formidável explosão de luz, a 15 bilhões de anos, dando origem no Universo. Não é o que dizem os astrofísicos?
Não. Não podemos afirmar que o Big Bang seja a origem do Universo.
Mas é o que os senhores vêm repetindo há anos.
Eu sei. Provavelmente nós nos exprimimos mal e fomos também mal compreendidos. Hoje a ciência de modo algum pode afirmar que conhece a origem do Universo. Ela nem sequer sabe se o Universo teve uma origem. Falar de um começo implica obrigatoriamente a idéia de que antes desse acontecimento não havia nada. Ora, isso não sabemos.
Se assim é, se o Big Bang não é a Origem, o que quer dizer afinal essa expressão?
Ela designa o estado em que se encontrava o Universo há 15 bilhões de anos, eis tudo. Ou seja, a época mais longínqua que nossos meios atuais permitem alcançar. Somos como exploradores diante de um oceano: não sabemos se existe algo além do horizonte. Com efeito, o Big Bang não representa os limites do mundo, mas unicamente os limites dos nossos conhecimentos. Tudo o que sabemos é que há 15 bilhões de anos o Universo era muito diferente do atual: era extremamente quente  bilhões cie graus , muito denso e desorganizado. Evidentemente, nada de vida, nada de estrelas, nada de galáxias. Nada de moléculas, nada de átomos, nada mesmo de núcleos atômicos. Apenas uma sopa gigantesca, um purê de partículas elementares: elétrons, fótons (ou seja, pequenos grãos de luz) e também quarks e neutrinos, os futuros constituintes dos átomos. Numa palavra, o caos.
Como se sabe disso?
Graças às descobertas da Física e da Cosmologia. Um primeiro grande princípio foi enunciado por Galileu. Antes dele, acreditava-se que existiam dois mundos: o nosso, cambiante e perecível: e o outro mundo, situado além da -Lua, imutável e eterno. -Não obstante, a Lua tem montanhas como a Terra'', constatou Galileu. O que sugere que ambas são astros que fazem parte de um mundo único e que este é regido pelas mesmas leis. É uma descoberta fundamental aquela que Newton enunciará por sua vez: as leis da Física se aplicam tanto à Terra quanto ao Universo inteiro. Graças a esse principio, desde o século XVIII foi possível, por exemplo, estudar o espectro atômico das estrelas e hoje simular as forças do Universo nos grandes aceleradores de partículas. Agora, existem provas de que as constantes universais, como a velocidade da luz ou a massa de um elétron, não variam há bilhões de anos.
Que provas são essas?
Ao contrario dos historiadores que jamais poderão contemplar Roma Antiga, os astrofísicos podem verdadeiramente ver o passado. Na escala do Universo, a luz não viaja tão depressa assim. Um telescópio é uma maquina de voltar atrás no tempo: permite observar astros muito longínquos como os quasares, cuja luz levou 12 bilhões de anos para nos alcançar, astros que não existem mais hoje.
Quer dizer que os astros que vemos essas miríades de estrelas, todas essas galáxias não passam de uma ilusão, uma imagem do passado?
Mas, tudo o que vemos é assim. Não se vê jamais o presente. Quando eu olho, para você, eu a vejo no estado em que estava há um centésimo de microssegundo, o tempo que a luz levou para chegar até mim. Um centésimo de microssegundo é muito tempo na escala atômica. Felizmente, os seres humanos não desaparecem nesse lapso de tempo e eu posso formular sem risco a hipótese de que você está sempre aí. O mesmo vale para o Sol: durante os oito minutos que sua luz leva para chegar à Terra, ele não muda fundamentalmente. Mas, para os astros distantes, é diferente. Quando se fixa um quasar, se recebe uma luz velha, emitida há 12 bilhões de anos. Ora, sabemos que a luz - outra importante descoberta da Física - é na verdade um fluxo de minúsculas partículas a que chamamos fótons. No nosso olho, ou na objetiva do telescópio, recebemos, portanto fótons muito velhos, que viajaram durante 12 bilhões de anos. Em laboratório podemos perfeitamente estudá-los e analisar, por exemplo, sua frequência ou sua energia. Além disso, sabemos fabricar simplesmente um novo fóton, ao criar um lampejo de luz. Comparando as duas partículas, a muito velha e a nova em folha, encontramos as mesmas constantes físicas. As leis não mudaram passados bilhões de anos.
Ainda assim, o Universo mudou.
Sim, é de resto a grande descoberta do nosso século: o Universo evolui, tem uma historia, não é nem imóvel nem eterno, assim como Galileu, Newton e mesmo Einstein o pensaram.
Dispõe-se até de provas visíveis: a escuridão do céu por exemplo.
Por que isso seria uma prova da evolução do Universo?
Se o Universo fosse eterno, as estrelas teriam emitido luz desde sempre e o céu estaria repleto de claridade. Se é negro, é porque as estrelas nem sempre existiram. E porque, de resto, o espaço entre elas aumenta sem cessar. Disso estamos hoje convencidos: o Universo está em expansão. Foi um astrônomo americano, Edwin Hubble, chie por volta de 1930 constatou que as galáxias se distanciavam umas das outras, tanto mais rapidamente quanto is distantes fossem. Algo como um pudim de passas que se leva ao forno: á medida que ele cresce as passas se distanciam umas das outras. Esse movimento conjunto foi confirmado depois por numerosas experiências e hoje se admite que o Universo infla e esfria há cerca de 15 bilhões de anos.
Por que se chegou a 15 bilhões?
Basta passar o filme ao contrário. Quanto mais se volta atrás no tempo, mais as galáxias se aproximam: o Universo é cada vez mais denso, logo cada vez mais quente e cada vez mais luminoso. Chega-se assim a 15 bilhões de anos. Nesse instante a densidade da matéria é infinita, assim como a temperatura do Universo. Tudo isso está confirmado por fósseis descobertos recentemente.
Fósseis?
Fósseis cosmológicos são, com efeito, os dados de observação que permitem reconstituir o passado. Algo como os pré-historiadores fazem com fragmentos de ossos. Assim descobrimos uma "radiação fóssil" que permitiu calcular que há 15 bilhões de anos o Universo tinha uma temperatura de pelo menos 3 mil graus. Outros elementos recentes, as medidas da relativa abundância de hidrogênio e de hélio, mostram que cerca de 1 milhão de anos antes o calor alcançava 10 bilhões de graus. E mesmo somente alguns minutos antes, vários bilhões de graus.
Eis então nosso Big Bang. Voltamos à idéia de um começo. Se retornamos no tempo, o seu Universo-pudim é apenas uma bola, com todas as passas agrupadas.
Não. Nossos modelos matemáticos sugerem que, nesse instante, mesmo que a matéria estivesse num estado de densidade muito grande, o Universo era já infinito. Ou, se você preferir, um purê de dimensões infinitas.
Nada de explosão inicial então?
Podemos reter a imagem da explosão se admitirmos que aquilo explodia em toda parte, em cada ponto do espaço.
Por que o nome Big Bang?
Foi por desprezo que um pesquisador, Fred Hoyle, assim designou, ridicularizando essa teoria de que ele não gostava. Hoje é aceita por todos os cientistas, mas o Big Bang para nós é apenas uma metáfora, pois, em relação àquele momento, nossas noções tradicionais de tempo e espaço não fazem mais sentido.
Por quê?
Porque, nessas altíssimas temperaturas, nossas teorias não se aplicam mais. Toda a Física afunda. Atualmente dispomos de duas grandes teorias: a Física Quântica, que explica muito bem o funcionamento dos átomos e de suas interações, desde que estes não sejam expostos a uma forte gravidade: e a Teoria da Relatividade, que descreve bem o comportamento da matéria sob forte gravidade desde que não se a considere como um conjunto de átomos. Portanto, nenhuma se permite estudar as partículas submetidas a uma forte gravidade, como, foi o caso há 15 bilhões de anos. E o problema fundamental da Cosmologia contemporânea: não conseguimos conciliar essas duas teorias. Muitos pesquisadores, entre os quais Stephen Hawking, trabalham nessa direção. Eles inventam modelos físicos muito complexos, como a "supersimetria", as "supercordas", a "super gravidade" ou ainda os "miniuniversos". Mas até o presente com pouco sucesso.
Nem se pode dizer se houve ou não um antes”?
Justamente, não. No passado, quando alguém perguntava o que fazia Deus antes de criar o mundo, havia o costume de responder: Ele preparava o inferno para os que fizessem essa pergunta”. Santo Agostinho, de seu lado, respondeu: "Perguntar isso supor que o tempo existisse antes da criação do mundos, Ora, também o tempo foi criado”. Hoje em dia os astrofísicos estão um pouco na mesma situação.
Nas condições do Big Bang já não podemos aplicar nossas teorias, o espaço-tempo não é mais definido, não sabemos mais o que significa a palavra antes”. Eis por que a questão da origem nos deixa, a nós, astrofísicos, mudos e desamparados.
De onde pode vir a solução? Da teoria ou da observação do céu?
Das duas. É necessário que encontremos uma teoria mais global do Universo. Mas estou pronto a apostar que a observação e a descoberta a precederão. Os seres humanos, com efeito, não tem muita imaginação. Poderemos talvez progredir graças ao telescópio espacial, por exemplo, que nos permitirá enxergar mais longe, sem sermos atrapalhados pelo véu da atmosfera terrestre, portanto voltar atrás bastante no tempo durante o milhão de anos que se seguiu ao Big Bang.
E talvez até a este?
Não o veremos” realmente, pois, quanto mais nos aproximamos, mais o Universo fica opaco, velado pela luz emitida durante o milhão de anos seguinte. Mas, com outros instrumentos, como o telescópio de neutrinos, ainda num futuro longínquo, poderíamos obter uma espécie de radioscopia do Universo, o equivalente ao que se vê do corpo ao observar as imagens de raios X ou dos scanners. Por volta do ano 2000, o telescópio de gravitons, uma espécie de sismógrafo do espaço, permitirá receber não a luz dos astros como um telescópio clássico, mas suas ondas gravitacionais.
Já se conhece bem, agora, o enredo que se desenrolou depois do Big Bang?
Sim, algumas etapas. Ao esfriar, o Universo vai se estruturar conforme o jogo das quatro forças fundamentais que se diferenciaram pouco após o Big Bang: a gravidade (que nos mantém no chão e governa os astros), a força eletromagnética (que une os átomos, por exemplo, o oxigênio e o hidrogênio na molécula de água), a força nuclear forte (que sol- da os núcleos dos átomos) e a força fraca (que governa os neutrinos). Alguns milionésimos de segundos após o Big Bang, as partículas de matéria, os quarks, começam a se organizar em prótons e nêutrons. Estes, por sua vez, vão formar os primeiros núcleos dos átomos simples, como o do hélio. Este último é muito estável – até demais, pois vai frear essa evolução durante um milhão de anos, tempo em que o Universo continua a esfriar e se presta a novas combinações.
Portanto, a evolução não continuou?
Não, Houve soluços, períodos de aceleração. E fases parecidas com as da água, que , ao esfriar, passa do estado de vapor ao de liquido, depois ao de gelo. O Universo passou inicialmente do estado de radiação ao de matéria. Desde então, a gravidade começa a agir: a sopa de partículas forma coágulos, a matéria se concentra em grandes massas: as galáxias, depois as estrelas. Estas vão servir de cadinho aos prótons e aos nêutrons que ai se instalam em núcleos de átomos. Alguns milhões de anos mais tarde, certas estrelas, por falta de combustível, sucumbem e morrem, expulsando sua matéria. Dessa vez, graças à força eletromagnética, os núcleos ejetados se associam enfim em átomos e em moléculas: o hidrogênio, o oxigênio, o gás carbônico e também grãos de poeira, os primeiros sólidos, que irão se agregar para formar os planetas. O nosso nasceu há 5 bilhões de anos. No oceano primitivo, as moléculas cada vez mais complexas se combinam de modo a formar as primeiras células, os primeiros seres vivos. A evolução biológica segue se curso, o homem aparece... Pode-se dizer que os bilhões de bilhões de partículas que constituem os átomos do nosso corpo já existiam há 15 bilhões de anos. A diferença é que hoje elas não estão mais no caos, mas agrupadas na estruturas extremamente complexas que permitem o pensamento.
Quer dizer que a história do Universo é a história da complexidade?
Ela pode ser lida como tal. O Universo sempre evolui d simples para o complexo. Mas atenção: isso só diz respeito a uma porção muito pequena do espaço. A maior parte está ainda muito desorganizada. As nuvens de gás que existem entre as estrelas se parecem com aquilo que eram no momento do Big Bang. Podemos observar uma espécie de pirâmide da evolução cósmica. Quanto mais organizada e complexas as estruturas, menos elas são numerosas. É de certo modo como na Terra: os grandes predadores são menos numerosos que suas presas.
Em suma, o senhor estendeu ao Universo inteiro a idéia darwiniana da evolução e fala como se o Universo tivesse obedecido a uma espécie de lógica. Diria o senhor que o apartamento dos planetas e da vida era inevitável?
Eu tenderia a dizer que sim. Mas é uma opinião pessoal, da qual alguns dos meus colegas não partilham. As leis físicas são ajustadas para produzir a complexidade. Assim, de duas uma: ou elas mesmas decorrem de um principio mais geral, de uma espécie de teoria última do Universo o crente dirá que um ser supremo as fez férteis ou, como dirá ateu, elas decorrem do acaso. Mas nesse ponto se sai da ciência. O que parece assentado é que a complexidade estava inscrita desde o Big Bang. Todavia ela só pôde se expandir em razão do desequilíbrio do Universo.
Como assim?
Se o Universo tivesse esfriado muito lentamente, a matéria teria alcançado depressa um equilíbrio, ela se teria condensado em ferro, o elemento mais estável, e não teria evoluído. Não se conhecem elementos complexos construídos somente a partir de átomos de ferro. Felizmente, graças a seu esfriamento rápido, o Universo pôde produzir em quantidades importantes os outros átomos, corno o carbono, que se presta a muitíssimas combinações, até formar a extrema complexidade do cérebro humano, estrutura distante da estabilidade. De certo modo o equilíbrio é a morte. Um cadáver, por sinal, assume esse estado: as moléculas das quais é formado se desintegram em moléculas  simples.
Será que o Universo vai recuperar um dia um equilíbrio, será que ele também morrerá ou vai inchar e esfriar indefinidamente?
Pensa-se que ele continua a esfriar, mas cada vez menos depressa. Nosso Sol vai morrer em 5 bilhões de anos, depois de ter gasto seu combustível. Em mil bilhões de anos todas as estrelas do Universo estarão consumidas e se pensa que não haverá novos astros em formação. Restarão os buracos negros, que requerem mais tempo para se evaporar. E depois? Não se sabe. Mas é muito possível que não tenhamos arrolado todas as forças da natureza, que exista uma quinta, uma sexta força... No começo do século, só se conheciam duas. Ora, toda nova força é suscetível de prolongar a vida do Universo. De acordo corn outro enredo, a temperatura do Universo tornará a subir nesse caso seria necessário retomar filme de trás para diante. Num certo momento teria havido tanta luz que o céu se tornaria branco. A Terra se vaporizaria, a matéria se dissociaria. Nada de vida, nada de organização. As partículas dissociadas recuperariam um estado de equilíbrio. Mas esse enredo é pouco compatível com as observações e não se crê muito nele.
Será que aparecimento do homem modifica essa longa marcha da complexidade?
O homem já intervém na evolução, inventa inteligência artificial. Os cérebros humanos continuam a produzir complexidade. Nós apenas damos continuidade à tarefa da natureza.
Pondo-a em perigo.
Sim. Se nos damos conta de tudo que foi necessário para se chegar aonde estamos, à primeira margarida e a esses seres que agora podem tomar consciência do Universo e discutir suas origens, isso deveria incitar-nos a uma avaliação do nosso comportamento presente.
O Universo começou sem o homem e terminará sem ele”, disse o antropólogo Lévi-Strauss. O senhor está de acordo com ele?
O homem, talvez, mas não necessariamente a inteligência. Se o ser humano desaparecer, poderia haver outras espécies inteligentes que talvez alcançassem níveis de complexidade ainda mais elevados. Todo o Universo é construído de maneira homogênea. Para onde quer que se olhe se percebe que as primeiras etapas da complexidade já foram superadas: existem estrelas e galáxias que se parecem bastante às nossas e se pode postular ali a própria presença de carbono. Se uma molécula possui mais de quatro átomos, existe carbono! Pode-se assim supor que as etapas seguintes da complexidade tenham sido franqueadas em outros planetas. A inteligência e a consciência me parecem produtos mais ou menos inevitáveis da história do Universo. Penso que elas prosseguirão na sua evolução. Com ou sem nós.
Os astrofísicos são comparáveis a exploradores diante do oceano: não sabem se há algo além do horizonte”
A grande descoberta do nosso século é a de que o Universo tem uma historia: não é imóvel nem eterno, mais evolui”
Se o Cosmo fosse eterno, a luz das estrelas existiria desde sempre e o céu estaria cheio de claridade”
Esfriando depressa, o Universo criou os átomos que formariam a extrema complexidade do cérebro humano.

Revista Super Interessante n° 026

Injeções para tratar a miopia

URSS trata miopia com injeções aplicadas diretamente no olho.

Na União Soviética, a miopia está sendo tratada com simples injeções — aplicadas diretamente no olho. Uma pessoa míope, como a atriz Regina Duarte, não enxerga bem porque o globo ocular se torna progressivamente alongado. Os médicos soviéticos interrompem o alongamento ao fortalecer a membrana do olho com injeções de um polímero sintético — substância com grande aglomeração de moléculas. Ao se depositar, feito um gel, o polímero estimula a membrana ocular a desenvolver uma camada extra. Nos últimos anos, 1500 pacientes receberam o novo tratamento, que funcionou em dois terços dos casos, detendo o crescimento da miopia.

Revista Super Interessante n° 026

Vitaminas C e E podem evitar Catarata

Cientistas canadenses desconfiam que as vitaminas C e E possam prevenir a catarata.

Cientistas canadenses sugerem que as vitamines C e E previnem a catarata, doença que deixa opaco o cristalino, a lente natural do olho. Como o mal atinge duas em cada dez pessoas entre 60 e 70 anos, os pesquisadores analisaram a alimentação de pessoas sadias e enfermas nessa faixa etária e descobriram que as primeiras consomem o dobro de vitamina E e quatro vezes mais vitamina C. As principais fontes de vitamina E sãos leite, ovos e verduras verde-escuras; de vitamina C, as frutas cítricas. As duas vitaminas, por serem antioxidantes, poderiam impedir as células do olho de ficar opacas. O oftalmologista Rubens Belfort de Mattos Júnior, da Escola Paulista de Medicina, adverte, porém: "Não há dose de vitamina que, evite a catarata em pessoas com tendência ao problema e que ficam muito expostas ao sol".

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