2ª aula de Física
Heirich
Wilhelm Olbers, nasceu em
1758 na pequena cidade de Arbergen, na Alemanha.Seus trabalhos como astrônomo incluem a elaboração de um novo método
para a determinação das órbitas de cometas; a descoberta de 6 cometas, um dos
quais leva seu nome; vários estudos sobre os planetas e a descoberta de 2 dos
maiores asteroides: Palas e Vesta. Nada mal para um astrônomo de sua
época!
Mas o que o tornou mais conhecido não foi a difícil observação
dos asteroides ou os sistemáticos estudos dos planetas. Nem a
descoberta de cometas ou seu elaborado método para calcular-lhes as
órbitas. O que fez Olbers um nome conhecido até nossos dias entre os astrônomos
foi uma singela pergunta que ele fez a si mesmo e para a qual nunca obteve uma
resposta satisfatória: Por quê a noite é escura?
Afinal, se você mover o
Sol duas vezes a distância atual para longe de nós, vamos interceptar um quarto
dos muitos fótons que vem da nossa estrela mãe, mas a área de angular do Sol
contra o fundo do céu irá também agora cair para um quarto do que
era. Então, sua intensidade areal permanece constante. Com
infinitamente muitas estrelas, cada elemento do plano de fundo de céu deve ter
uma estrela, e o céu inteiro deveria ser pelo menos tão brilhante como uma
estrela média, como o Sol.
(Dizemos "pelo menos tão brilhante"
porque as estrelas de um universo tão brilhante começaria a absorver o calor
dos seus vizinhos. Para saber precisamente o que acontece quando uma estrela é
aquecida, devemos considerar uma questão técnica de teorias termodinâmicas e
nucleares. Não esperamos que essas estrelas se esfriem, mas também não
contamos com o seu calor por tempo indefinido. O Paradoxo de
Olbers originou-se antes que os físicos tivessem desenvolvido da teoria
nuclear de como as estrelas brilham; assim, ele nunca preocupou-se com
quantos anos as estrelas podem ter, e como os detalhes das suas transações de
energia podem afetar seu brilho.)
O fato do céu não ser tão
brilhante como o Sol é chamado paradoxo de Olbers. Ele foi discutido
desde Kepler em 1610 e também por Halley e Cheseaux no século XVIII; Mas
não foi popularizado como um paradoxo até Olbers assumir a questão no século
XIX.
Há muitas explicações possíveis, que foram
consideradas. Aqui estão algumas:
A primeira explicação está simplesmente
errada. Em um corpo negro, a poeira iria aquecer muito. Ela age como
um escudo de radiação, exponencialmente, umedecendo a luz das estrelas distantes. Mas
você não pode colocar bastante poeira no universo para se livrar de estrelas
bastante brilhantes sem obscurecer também nosso Sol. Então, essa ideia é
falha.A premissa da segunda explicação pode estar
tecnicamente correta. Mas o número de estrelas, finitas como deveria ser,
é ainda grande o suficiente para iluminar todo o céu, ou seja, a quantidade
total de matéria luminosa do universo é muito grande para permitir essa
fuga. O número de estrelas está perto o suficiente para o infinito com a
finalidade de iluminar o céu. A terceira explicação pode estar
parcialmente correta. Não sabemos. Se as estrelas são distribuídas
fractalmente, então poderia haver grandes manchas de espaço vazio, e o céu
poderia aparecer escuro exceto em pequenas áreas.
Mas as duas possibilidades finais estão
certamente corretas e em parte responsáveis. Existem argumentos numéricos
que sugerem que o efeito da idade finita do universo é o maior de
todos. Vivemos dentro de uma concha esférica de "Universo observável",
que tem raio igual ao tempo de vida do universo. Objetos mais distantes
com cerca de 13.8 bilhões anos de idade, estão muito longe para que sua luz
nunca chegar até nós.
Historicamente, o Hubble descobriu que o
universo estava se expandindo, mas antes do Big Bang ser firmemente
estabelecido pela descoberta da radiação cósmica de fundo, o Paradoxo de Olbers
foi apresentado como prova da relatividade especial. Você precisava do
desvio para o vermelho para livrar-se da luz das estrelas. Este efeito
certamente contribui, mas a idade finita do universo é o efeito mais
importante.
Assista o vídeo
Heirich
Wilhelm Olbers, nasceu em
1758 na pequena cidade de Arbergen, na Alemanha.Seus trabalhos como astrônomo incluem a elaboração de um novo método
para a determinação das órbitas de cometas; a descoberta de 6 cometas, um dos
quais leva seu nome; vários estudos sobre os planetas e a descoberta de 2 dos
maiores asteroides: Palas e Vesta. Nada mal para um astrônomo de sua
época!
Mas o que o tornou mais conhecido não foi a difícil observação
dos asteroides ou os sistemáticos estudos dos planetas. Nem a
descoberta de cometas ou seu elaborado método para calcular-lhes as
órbitas. O que fez Olbers um nome conhecido até nossos dias entre os astrônomos
foi uma singela pergunta que ele fez a si mesmo e para a qual nunca obteve uma
resposta satisfatória: Por quê a noite é escura?
Afinal, se você mover o
Sol duas vezes a distância atual para longe de nós, vamos interceptar um quarto
dos muitos fótons que vem da nossa estrela mãe, mas a área de angular do Sol
contra o fundo do céu irá também agora cair para um quarto do que
era. Então, sua intensidade areal permanece constante. Com
infinitamente muitas estrelas, cada elemento do plano de fundo de céu deve ter
uma estrela, e o céu inteiro deveria ser pelo menos tão brilhante como uma
estrela média, como o Sol.
(Dizemos "pelo menos tão brilhante"
porque as estrelas de um universo tão brilhante começaria a absorver o calor
dos seus vizinhos. Para saber precisamente o que acontece quando uma estrela é
aquecida, devemos considerar uma questão técnica de teorias termodinâmicas e
nucleares. Não esperamos que essas estrelas se esfriem, mas também não
contamos com o seu calor por tempo indefinido. O Paradoxo de
Olbers originou-se antes que os físicos tivessem desenvolvido da teoria
nuclear de como as estrelas brilham; assim, ele nunca preocupou-se com
quantos anos as estrelas podem ter, e como os detalhes das suas transações de
energia podem afetar seu brilho.) O fato do céu não ser tão
brilhante como o Sol é chamado paradoxo de Olbers. Ele foi discutido
desde Kepler em 1610 e também por Halley e Cheseaux no século XVIII; Mas
não foi popularizado como um paradoxo até Olbers assumir a questão no século
XIX.
Há muitas explicações possíveis, que foram
consideradas. Aqui estão algumas:
1. Há
muita poeira para se ver as estrelas distantes;
2. O
universo tem apenas um número finito de estrelas;
3. A
distribuição das estrelas não é uniforme. Então, por exemplo, poderia
haver uma infinidade de estrelas. Elas se escondem atrás umas das outras para que apenas uma finita área
angular seja aberta por elas;
4. O
Universo está se expandindo, então, as estrelas distantes estão avermelhado-se
na obscuridade;
5. O
Universo é jovem. A luz distante ainda não chegou até nós.
A primeira explicação está simplesmente
errada. Em um corpo negro, a poeira iria aquecer muito. Ela age como
um escudo de radiação, exponencialmente, umedecendo a luz das estrelas distantes. Mas
você não pode colocar bastante poeira no universo para se livrar de estrelas
bastante brilhantes sem obscurecer também nosso Sol. Então, essa ideia é
falha.A premissa da segunda explicação pode estar
tecnicamente correta. Mas o número de estrelas, finitas como deveria ser,
é ainda grande o suficiente para iluminar todo o céu, ou seja, a quantidade
total de matéria luminosa do universo é muito grande para permitir essa
fuga. O número de estrelas está perto o suficiente para o infinito com a
finalidade de iluminar o céu. A terceira explicação pode estar
parcialmente correta. Não sabemos. Se as estrelas são distribuídas
fractalmente, então poderia haver grandes manchas de espaço vazio, e o céu
poderia aparecer escuro exceto em pequenas áreas.
Mas as duas possibilidades finais estão
certamente corretas e em parte responsáveis. Existem argumentos numéricos
que sugerem que o efeito da idade finita do universo é o maior de
todos. Vivemos dentro de uma concha esférica de "Universo observável",
que tem raio igual ao tempo de vida do universo. Objetos mais distantes
com cerca de 13.8 bilhões anos de idade, estão muito longe para que sua luz
nunca chegar até nós.
Historicamente, o Hubble descobriu que o
universo estava se expandindo, mas antes do Big Bang ser firmemente
estabelecido pela descoberta da radiação cósmica de fundo, o Paradoxo de Olbers
foi apresentado como prova da relatividade especial. Você precisava do
desvio para o vermelho para livrar-se da luz das estrelas. Este efeito
certamente contribui, mas a idade finita do universo é o efeito mais
importante.
Assista o vídeo
Referências: AP. J. 367, 399 (1991). O autor, Paul Wesson, é dito ser uma cruzada pessoal para acabar com a confusão em torno paradoxo de Olbers.
Escuridão à noite: um enigma do universo, Edward Harrison, Harvard University Press, 1987
Traduzido e adaptado de: Math
Pergunta 1: Se no espaço há bilhões e bilhões de estrelas dentro de galáxias e que por sua vez há bilhões de galáxias então por que o espaço é basicamente uma escuridão?
| Resposta 1: |
A única forma de "ver-se" algum objeto é fazendo com que, dele venha um raio de luz que atinja o seu olho. Você observa o céu porque ele difunde os raios de comprimento de onda curto (azuia) que vêm do Sol. Você é capaz de observar o Sol porque ele é uma fonte primária de luz, ou seja tem luz própria. Os demais objetos são observados por você devido à reflexão difusa dos raios de luz. No espaço, como predomina o vácuo (não há gases como na atmosfera), "vê-se" a escuridão. apenas os locais em que há objetos (asteroides, planetas, poeira) é possível observar o fenômeno da reflexão difusa e, assim, haverá a chegada dos raios à sua retina.
Resposta de: Douglas Gomes, uece, Fortaleza - CE
|
| Resposta 2: |
| Oi Fernando, Essa sua pergunta é conhecida - tecnicamente - como "Paradoxo de Olbers" e essa pergunta pode ser encontrada na história até 1610, na época de Kepler! Além do que você disse, outra propriedade de um céu homogeneamente iluminado é: a gente teria a impressão de estar no centro de um corpo negro (oco) a uma temperatura de 6.000 graus centígrados!!! Existem várias respostas passeando por aí... mas, as realmente corretas são uma combinação dessas três aqui: (1) A distribuição das estrelas não é uniforme. (Então, por exemplo, poderia haver um número bem grande - infinito - de estrelas, mas umas atrás das outras, de tal forma que apenas um pedaço delas é vista.); (2) O Universo está em expansão. (Então, estrelas distantes são "desviadas para o vermelho" até desaparecerem. Esse é um efeito completamente relativístico!); (3) O Universo é ***Jovem***!!! (A luz mais distante ainda não nos alcançou! =;) O Universo que a gente vê, tem 15 bilhões de anos, ou seja, toda a luz que chega até nós vêm (no máximo) de uma esfera com um raio igual a idade do Universo, i.e., 15 bilhões de anos-luz!!! Isso é tudo que a gente pode ver! Então, o que quer que seja que está mais distante do que isso, _não_ pode ser visto!!! Pelo menos não até hoje... =;) Resposta de: Daniel Doro Ferrante - Brown University - USA |
| Resposta 3: |
| Vou responder a sua pergunta explicando melhor o paradoxo citado na resposta número 2. O Paradoxo de Olbers: O enigma da escuridão da noite. Uma das constatações mais simples que podemos fazer é que o céu é escuro, à noite. É estranho que esse fato, sobre o qual ninguém em sã consciência colocará qualquer dúvida, e que à primeira vista parece tão compreensível para qualquer pessoa, tenha dado tanto o que pensar durante tanto tempo. Aparentemente a primeira pessoa que reconheceu as implicações cosmológicas da escuridão noturna foi Johannes Kepler (1571-1630), em 1610. Kepler rejeitava veementemente a idéia de um universo infinito recoberto de estrelas, que nessa época estava ganhando vários adeptos principalmente depois da comprovação por Galileu Galilei de que a Via Láctea era composta de uma miríade de estrelas, e usou o fato de que o céu é escuro à noite como argumento para provar que o universo era finito, como que encerrado por uma parede cósmica escura. A questão foi retomada por Edmund Halley (1656-1742) no século XVIII e pelo médico e astrônomo Heinrich Wilhelm Mattäus Olbers (1758-1840) em 1826, quando passou a ser conhecida como paradoxo de Olbers. O problema é o seguinte: suponha que as estrelas estejam distribuídas de maneira uniforme em um espaço infinito. Para um observador em qualquer lugar, o volume de uma esfera com centro nele aumentará com o quadrado do raio dessa esfera (dV = 4R2 dr). Portanto, à medida que ele olha mais longe, vê um número de estrelas que cresce com o quadrado da distância. Como resultado, sua linha de visada sempre interceptará uma estrela seja lá qual for a direção que ele olhe. Como o brilho das estrelas cai com o quadrado da distância, enquanto o número de estrelas aumenta com o quadrado da distância, o céu em média deveria ser tão brilhante quanto a superfície de uma estrela média, pois estaria completamente coberto delas. Mas obviamente não é isso que vemos, e portanto o raciocínio está errado. Por que? Algumas propostas de solução: 1. A poeira interestelar absorve a luz das estrelas. Foi a solução proposta por Olbers, mas tem um problema. Com o passar do tempo, à medida que fosse absorvendo radiação, a poeira entraria em equilíbrio térmico com as estrelas, e passaria a brilhar tanto quanto elas. Não ajuda na solução. 2. A expansão do universo degrada a energia, de forma que a luz de objetos muito distantes chega muito desviada para o vermelho e portanto muito fraca. MAis sobre o assunto pode ser visto na página : http://astro.if.ufrgs.br/univ/univ.htm Resposta de: Alisson Soares Garcia |
| COMENTÁRIO: |
| Caros leitores,li as respostas de meus colegas,achei todas corretas e bem fundamentadas,mas gostaria de contribuir com alguns detalhes fundamentais que acrescentariam ainda mais na elucidação da questão levantada: -Vista de muito longe,uma estrela pode parecer um corpo puntiforme,assim como vemos uma lâmpada acesa no meio da escuridão,muito distante.Sendo assim,a energia luminosa irradiada por essa estrela se espalha segundo sucessivas superfícies esféricas,cujas áreas aumentam proporcionalmente ao quadrado dos raios das respectivas esferas;em outras palavras:a energia irradiada num certo intervalo de tempo escapa da estrela à velocidade da luz e vai se diluindo esfericamente,de maneira que,a distâncias muito grandes,a densidade de energia(potência por área,watts por metro quadrado) se torna tão insignificante que mesmo detectores ultrasensíveis não são capazes de registrar radiação alguma.Uma experiência extremamente interessante foi realizada pelo telescópio Hubble:a pedido de uma comissão internacional de renomados astrônomos,o telescópio espacial teve sua posição alterada,de maneira que ficasse 10 dias posicionado em direção à região mais escura do céu,donde quase nenhuma radiação luminosa até então tinha sido captada.Para a mais absoluta satisfação desses cientistas,o que se obteve foi uma foto colorida de longa exposição,donde se pode contar um número muito grande de galáxias:espirais,elipsóides,achatadas,difusas,amarelas,vermelhas,azuladas...Tive acesso a uma cópia dessa foto quando cursei uma disciplina de astronomia,na UFRGS.Isso significa que,para onde quer que olhemos,haverá corpos celestes,muitos dos quais não conseguimos enxergar pelas razões expostas nessa e nas outras respostas Comentário de: Maíra |
Pergunta 2:
- Se o fóton tem um tempo de vida infinito e como há sempre uma
estrela seja qual for a direção para onde se olhe, não devia o céu à noite
ser completamente branco e luminoso? Porque é que é escuro?
|
Resposta:
- O fóton não tem um tempo de vida infinito! Ele
viaja pelo espaço à velocidade da luz, desde a sua criação, e é absorvido ao
gerar uma imagem sobre um sensor ou nos nossos olhos. Como é uma partícula
elementar, não pode ser "vista". Ele é a própria luz!
O astrônomo alemão Wilhelm Mathaeus Olbers (1758-1840) apresentou em 1826 uma teoria que postulava: - o universo tem extensão infinita - as estrelas são em número infinito - as estrelas estão espalhadas uniformemente pelo espaço - o brilho das estrelas é uniforme. Daí concluiu que o fundo do céu deveria ser totalmente brilhante. Esta teoria ficou conhecida como o Paradoxo de Olbers. Como o céu não é brilhante, pode deduzir que: - ou o universo não é infinito - ou as estrelas não são em número infinito - ou não estão uniformemente espalhadas pelo espaço. - ou seu brilho não é uniforme. Mais tarde Herschel conseguiu demonstrar que as estrelas se concentravam em grupos, aglomerados e galáxias. Immanuel Kant (1724-1804) filosoficamente havia sugerido a existência dos universos-ilhas. Estas idéias foram consideradas como ficção científica até que os grandes telescópios revelaram a existência das galáxias. Além disso, agora sabemos que o espaço interestrelar não está vazio, e contém uma grande massa de matéria escura, talvez muito maior que a massa da matéria brilhante que podemos ver.   |
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