Aula 2 de Astronomia: O Sistema Solar - Parte 1

No início...

Tudo era só gás e poeira, misturado em uma enorme nuvem, de onde todo o sistema Solar surgiu. Todos nessa ordem - o Sol, os planetas girando, eu e você, antes misturados numa nuvem de poeira em colapso. Só agora começamos a descobrir como as forças fundamentais que controlam o Universo foram desencadeadas para criar a ordem atual a partir do caos e tentar descobrir como e porque estamos aqui.

Uma nuvem de gás e poeira como o exemplo acima originou nosso Sistema Solar, com o Sol, os planetas e seus satélites, cometas, asteroides e nós, seres vivos que habitam o planeta Terra.

Mesquita de Kairouan - Tunísia (Visão externa)

Mesquita de Kairouan - Tunísia (Visão Interna)

Acima podemos ver duas imagens, uma externa e outra interna, da maior mesquita da Tunísia, considerada o quarto lugar mais sagrado do Islã. Ela também é chamada de Oqba ibn Nafi,em homenagem ao seu criador, que começou a obra de construção da mesquita em 670 d.C., que terminou apenas no século IX. Nos últimos séculos, a passagem dos dias é comemorada com orações de madrugada, ao amanhecer, ao meio-dia, ao entardecer e à noite.

Relógio de Sol

Os convites para as orações são baseados no relógio de Sol da mesquita, que marca a passagem do tempo da mesmo forma como o Sol atravessa o céu. Mas não é o Sol que está se movendo. O que estamos realmente observando é o movimento da Terra através do espaço. Ela nos guia por ciclos de dia e noite, girando em torno de seu eixo a cada 24 horas (movimento de rotação). Um ano é o tempo que a Terra leva par orbitar o Sol (movimento de translação), e como o eixo da Terra está inclinado 23 graus, temos as estações do ano.

Movimento de rotação da Terra - Dura cerca de 24 horas e define os ciclos de dia e noite

Movimento de Translação

Para entender como funciona, observe na figura acima, que, ao passar do ano, os hemisférios Norte e Sul estão inclinados em direção ao calor do Sol, levando-nos através de ciclos anuais de inverno e verão. Todo os ritmos de nossas vidas são governadas pela forma como a Terra viaja pelo espaço. Na Tunísia, por exemplo, existe um mercado de flores sazonais, e só está aqui... durante dois meses do ano, porque é quando essas flores florescem.

Mercado de flores sazonais em Kairouan - Tunísia

Este é um belo exemplo de como a estrutura, o relógio do Sistema Solar afeta as coisas aqui na Terra, das mais inesperadas formas, pois se nosso eixo não fosse inclinado 23 graus, não haveria estações do ano, e se não houvesse estações, as flores sazonais não teriam evoluído e não haveria um mercado de flores.
Mas não é apenas na Terra. Todo o Sistema Solar é cheio de harmonia. Cada planeta orbita o Sol em seu próprio ritmo. Mercúrio é o mais rápido. Mais próximo do Sol, ele atinge velocidades de 200 mil km/h e completa sua órbita em apenas 88 dias.

Mercúrio é o planeta mais próximo do Sol e é também o menor, com um diâmetro equatorial de "apenas" 4.879, 4 km. Pouco, se comparado com a Terra, que possuí cerca de 12.742 km. Apesar de ser o mais próximo do Sol, não é o mais quente, perdendo para Vênus. Sua temperatura máxima é de 427º C no ponto subsolar (Ponto onde o Sol é visto como diretamente acima de um observador na superfície) e a mínima é de -173º C no fundo das crateras perto dos polos. Isso ocorre porque sua atmosfera é muito tênue e não consegue regular sua temperatura.
Sua superfície possui mais crateras do que qualquer outro planeta do Sistema Solar. A cratera "Caloris" é a maior, com aproximadamente 1.550 km de diâmetro.

A estimativa dos cientistas é que o núcleo de Mercúrio ocupe até 42% do volume total do planeta, enquanto que na Terra a proporção é de 17%.

Mercúrio é visível da Terra ao amanhecer e ao entardecer, o que levou os gregos antigos a acreditarem que se tratava de dois planetas distintos, chamando-o de Apolo, pela manhã, e Hermes, no fim da tarde. Posteriormente os romanos o batizaram de Mercúrio (deus mensageiro com asas nos pés), equivalente ao deus grego Hermes.

O Planeta Vênus

Sua distância a partir do Sol varia de 46 a 70 milhões de km, levando 87,969 dias terrestres para completar um período de translação, enquanto o dia (rotação) em mercúrio equivale a 58 dias e 15,5 horas na Terra.

Essa imagem colorida do planeta Mercúrio foi produzida usando imagens da campanha de imageamento para a construção do mapa base colorido realizada durante a missão primária da sonda MESSENGER. Essas cores não são as cores que parecem ao olho humano, mas sim são cores escolhidas com o propósito de ressaltar as diferenças químicas, mineralógicas e físicas existentes entre as rochas que compõem a superfície de Mercúrio. Os jovens raios de crateras que se estendem radialmente das frescas crateras de impacto aparecem com uma coloração azul clara. As áreas em azul escuro representam uma unidade geológica da crosta de Mercúrio conhecida como material de baixa refletância, unidade essa que se acredita seja rica em um mineral escuro e opaco. As áreas em marrom são planícies formadas pela erupção de lavas altamente fluidas. A cratera na parte superior direita de onde os raios se originam é a Cratera Hokusai.

Venus gira tão devagar que demora mais tempo para girar sobre seu eixo do que leva para dar uma volta ao redor do Sol, de modo que em Vênus, um dia é mais longo que um ano. Além de ser o segundo planeta do Sistema Solar a partir do Sol, Vênus é o segundo objeto mais brilhante no céu noturno depois da Lua, e em dias bem claros também é possível vê-lo a olho nu. 

A luz de Vênus refletida no Oceano Pacífico à noite; o planeta é mais brilhante que qualquer estrela, descontando o Sol.

Comparação de tamanho entre os planetas terrestres (telúricos) Mercúrio, Vénus, Terra e Marte

Vênus é muitas vezes chamado de irmão da Terra devido à sua semelhança em tamanho e massa com o nosso planeta, e existem apenas 638 quilômetros de diferença em diâmetro entre os dois, onde Vênus apresenta um diâmetro de 12.102 km. A composição de Vênus também é muito semelhante à da Terra, e a órbita venusiana é a mais parecida com a terrestre quando comparada à de qualquer outro planeta do Sistema Solar.  É o planeta mais próximo da Terra. Está distante entre 40,2 milhões de quilômetros e 260 milhões de quilômetros, essa variação é oriunda da órbita que os respectivos realizam em torno do sol. O planeta faz parte dos chamados planetas telúricos ou  terrestres (Mercúrio, Vênus, Terra e Marte).

Assim como nosso mundo, Vênus possui um núcleo metálico envolto por um manto de 3 mil quilômetros de rochas derretidas, coberto por uma crosta composta principalmente por basalto com espessura estimada entre 10 e 20 quilômetros, em média.

Além disso, as superfícies dos dois planetas são relativamente jovens, e ambos contam com gravidade e têm espessas atmosferas compostas por nuvens. No entanto, no caso de Vênus, essas nuvens são venenosas para os seres terráqueos e cheiram a ovo podre. E é aqui que acabam as semelhanças entre os dois planetas!

A superfície de Vênus fica escondida sob uma camada opaca de nuvens compostas por ácido sulfúrico, altamente reflexivas, que evitam que ela seja vista do espaço. Além disso, sua atmosfera é bem densa e constituída por 96,5% de dióxido de carbono, que não permite que o calor escape da superfície, provocando um efeito estufa extremo no planeta. Outros componentes de sua atmosfera são o nitrogênio, monóxido de carbono, hélio, água, argônio e dióxido de enxofre. Os cientistas acreditam que no passado, Vênus possuía oceanos como os da Terra, que se evaporaram quando a temperatura se elevou, restando uma paisagem desértica, seca e poeirenta, com muitas pedras em forma de placas. A água provavelmente se dissociou e, devido a inexistência de um campo magnético, o hidrogênio foi arrastado para o espaço interplanetário pelo vento solar.
Esses fatores contribuem para que Vênus seja o planeta mais quente do Sistema Solar, e sua superfície apresenta temperaturas que rondam os 460 graus Célsius, suficientes para derreter chumbo! E como o planeta não tem inclinação em seu eixo, não existe variação sazonal por lá, ou seja, não há estações do ano venusianas.
A pressão atmosférica em Vênus é 92 vezes superior à da Terra, o que significa que se um ser humano resolvesse perambular por Vênus, a pressão seria equivalente à percebida a um quilômetro de profundidade no oceano aqui na Terra.
Vênus é extremamente seco e não existe água em sua forma líquida na superfície, e os cientistas calculam que apenas uma diminuta quantidade dela possa ser encontrada na atmosfera. Para piorar, embora aproximadamente dois terços do terreno venusiano sejam compostos por planícies, os astrônomos sabem que existem mais de 1.600 vulcões no planeta, e é provável que haja muitos outros pequenos demais para serem observados.

Crateras de impacto na superfície de Vénus (imagem reconstruída a partir de dados de radar).

A maioria dos vulcões possivelmente está dormente, mas os pesquisadores estimam que os que se encontram ativos variam entre 800 metros e 240 quilômetros de largura. Aliás, essa atividade vulcânica foi a responsável pela formação de longos canais, com mais de 5 mil quilômetros de extensão, criados por verdadeiros rios de lava no planeta. Em Vênus também existem seis regiões montanhosas, que contabilizam pelo um terço restante do terreno, sendo que a maior delas, conhecida como “Montes Maxwell”, conta com 870 quilômetros de extensão e mais de 11 quilômetros de altitude. Outras características únicas da superfície venusiana são as formações conhecidas como coronae, que são fraturas na forma de anéis que variam em tamanho entre 155 e 580 quilômetros de largura.

Imagem da superfície de Vénus feita a partir de observações de radar da sonda Magellan

Essas estruturas provavelmente são provocadas quando o material, extremamente quente, derrama sobre à superfície de Vênus e deforma o terreno. Mais formações únicas que existem em Vênus são as novae, que são sistemas de fraturas radiais em forma de estrela, e as aracnoides, que são fraturas cuja formação lembra as teias de aranha.
Vênus gira no sentido anti-horário, no que os astrônomos chamam de rotação retrógrada, e, se passássemos um dia inteiro por lá, veríamos o sol nascer no oeste e se por no leste. Os astrônomos especulam que a razão disso pode ter sido uma supercolisão de um asteroide ou outro objeto grande espacial no passado que alterou seu padrão rotacional.  A órbita de Vênus ao redor do Sol é a menos elíptica de todos os planetas do Sistema Solar, e fica a uma distância média de cerca de 108 milhões de Km, ou seja, cerca de 0,7 U.A. (Unidade Astronômica, sendo a Terra = 1).

Vênus demora 243 dias terrestres para completar uma única rotação sobre o próprio eixo, e 224,7 para realizar uma volta inteira ao redor do Sol, o que significa que os dias no planeta são mais longos do que os seus anos. Contudo, como o planeta apresenta rotação retrógrada, o período de tempo entre um nascer do sol e outro no planeta equivale a aproximadamente 117 dias terrestres. Incrível, não é mesmo? Devido a esse lento ritmo de rotação, um dos mais demorados de todo o Sistema Solar, o núcleo metálico de Vênus não é capaz de produzir um campo magnético como ocorre aqui no nosso planeta.

Curiosidades sobre vênus:

• Pitágoras foi o primeiro a perceber que a estrela mais brilhante no céu no entardecer e no amanhecer eram o mesmo objeto, e Vênus aparece em registros datados de 1.600 a.C., quando sua órbita já era acompanhada pelos antigos babilônios;
• Ao contrário da maioria dos planetas do Sistema Solar, Vênus não possui satélites naturais;
• Vênus foi batizado em homenagem à deusa romana do amor e da beleza, equivalente à Afrodite da mitologia grega, talvez por ser o planeta mais brilhante dos cinco conhecidos pelos astrônomos da antiguidade, e foi o único mundo do Sistema Solar a receber um nome feminino;
• Falando de seu passado, por muito tempo nossos antepassados acreditaram que Vênus era duas estrelas diferentes, a da manhã (Estrela D'Alva) e a da tarde (Vésper). Em alguns lugares também é conhecida como Estrela do Pastor.
• Acredita-se que o planeta tenha sido um paraíso tropical em seu passado, mas, por alguma razão, seus oceanos evaporaram e a temperatura de Vênus começou a subir;
• Devido à densa atmosfera, é impossível ver o que existe na superfície do planeta desde o espaço, e só foi possível medir e observar as duras condições do ambiente venusiano depois que o mapeamento por rádio foi desenvolvido na década de 60;
• Caso você algum dia resolva passear por paragens venusianas, se prepare para encarar bons vendavais! Por lá, eles podem chegar a mais de 720 quilômetros por hora na atmosfera, o que significa que eles podem ser mais rápidos do que os tornados mais velozes da Terra.
• Os ventos na parte superior das nuvens podem alcançar os 400 km/h.

O estudo acerca de Vênus teve início quando a primeira sonda espacial, chamada de Mariner 2, em 1962, atingiu a superfície do planeta, logo mais foram enviadas outras sondas, o fluxo aumentou, até por que configurava o período da corrida espacial, então foram enviadas as sondas soviéticas de nome Venera e as americanas Mariner e Pioneer. No ano de 1982 outras sondas pousaram na superfície e detectaram basalto de cobre nas camadas do planeta.

Mariner 2, lançada em 1962

A multissonda Pioneer com o seu orbitador principal e as três sondas atmosféricas

A Pioneer Venus 1 em órbita

A sonda americana Magellan foi lançada em 4 de maio de 1989, com a missão de mapear a superfície de Vênus com radar. As imagens de alta definição obtidas durante os quatro anos e meio de operação superaram de longe todos os mapas anteriores e foram comparados a fotografias a luz visível de outros planetas. Mais de 98% da superfície foi captada pelo radar da sonda, que conseguiu também mapear 95% do seu campo gravitacional. Em 1994, a sonda foi enviada para a atmosfera do planeta para ser destruída enquanto quantificava a sua densidade.

Mapa topográfico de Vénus por radar, feito pela sonda Magellan (cor falsa).

A uma distância maior, os planetas orbitam mais e mais lentamente. Júpiter, o maior planeta, leva 12 anos terrestres para completar uma órbita. E muito mais longe, nos rincões do sistema solar, a 4,5 bilhões de quilômetros do Sol, Netuno viaja tão devagar que não concluiu uma única órbita desde que foi descoberto em 1846. O sistema solar é impulsionado por esses ritmos, tão regular que a coisa toda funciona como um relógio. Parece extraordinário que um sistema bem organizado... possa ter surgido espontaneamente, mas, na verdade, é um grande exemplo... da beleza e da simetria que formam o centro do Universo. Quero explicar como essa ordem surgiu do caos do espaço, porque esse é o entendimento que nos ajudará a compreender as origens e a formação do sistema solar, e suas belezas e maravilhas.

Montanhas Atlas

Estas são as montanhas Atlas, no Norte de África. Elas fazem parte de uma cordilheira no noroeste da África, que se estende por 2.400 km, e separam o Atlântico e o Mediterrâneo, do deserto do Saara. Segundo a lenda romana, elas seguraram o céu acima da Terra. E é um dos melhores lugares para se ver as estrelas. De um lugar como este, é fácil apreciar o profundo efeito que o céu da noite teria provocado em nossos antepassados. A partir de uma perspectiva moderna, a Astronomia pode parecer remota e misteriosa, porque perdemos nossa conexão com o céu noturno. Numa cidade, você simplesmente não vê um céu como este. Na escuridão das montanhas Atlas, o céu noturno é realmente majestoso.

Céu Noturno nas Montanhas Atlas

Portanto, para nossos antepassados, a conexão com o céu noturno teria sido incrivelmente íntima. Eles olharam para o céu para entender seu lugar na criação, e o movimento das estrelas lhes disse uma coisa: eles estavam no centro do Universo. 

Foto de longa exposição da estrela Polaris

Na foto acima, podemos ver a estrela Polaris, a Estrela do Norte. Ela é quase exatamente alinhada com o eixo de rotação da Terra, o que significa que, à medida que a Terra gira, todas as estrelas giram através do céu em torno desse ponto. Então, parece que a Terra está no centro do Universo e que as estrelas estão girando em torno dela. É isso o que pensavam os antigos por milhares de anos, porque não? Porque é óbvio, mas errado. Para entender a real posição do planeta no sistema solar, precisamos olhar para um conjunto de corpos, que não se comportam tão previsivelmente como as estrelas. Os gregos os chamaram "planetas", ou "estrelas errantes", e mantivemos o nome de "planeta", para defini-los. 

Movimento Retrógrado de Marte no céu, fotografado ao longo de várias semanas

Este é Marte (imagem acima), fotografado uma vez por semana, por um período de vários meses. Ao invés de viajar em uma linha reta sobre as estrelas, em segundo plano, ele ocasionalmente, muda de direção e dá um loop sobre si mesmo. É muito difícil explicar esses loops retrógrados se a Terra está no centro do Universo. Compreender o movimento retrógrado de Marte não foi fácil. Levou 2.000 anos para entendermos. A chave é que a Terra não está no centro do Sistema Solar. O Sol está, e a Terra e Marte giram à sua volta, em órbitas quase circulares. Então, quando o planeta Marte é visto da Terra, então é visto no céu, na verdade sobre as constelações do Zodíaco.

Na ilustração animada acima, percebemos que como a Terra está mais próxima do Sol, sua órbita é mais rápida e eventualmente, ela ultrapassa a posição de Marte, que neste momento parece estar se movendo para trás, invertendo sua direção, até que a Terra ocupe uma posição em que, Marte volta a se mover para frente.

Compreender os loops retrógrados foi uma das principais conquistas da astronomia. Foi criado o conceito de sistema solar que nos permitiu construir os primeiros mapas precisos dos planetas e suas órbitas ao redor do sol. Uma vez que você tem essa imagem do sistema solar funcionando como um relógio, o Sol rodeado de planetas em sua órbita, então você pode começar a fazer perguntas como porque o sistema solar é tão ordenado, e como seu ordenamento passou a existir.

Na parte dois desta aula de astronomia, veremos como podemos estudar a formação do Sistema Solar através dos eventos físicos que ocorrem em nosso próprio planeta.

Até lá!