Por que o céu noturno é escuro?

Todos os dias, quando o Sol rola para o oeste, ele puxa a manta azul de seda enrolada junto a ela. Enquanto este cobertor desliza para o oeste, o leste está constantemente exposto à escuridão do espaço sideral. O espaço pode estar escuro, mas não está vazio. O céu noturno está repleto de incontáveis ​​estrelas, talvez brilhando ainda mais que nosso Sol, em torno do qual giram mundos inexplorados.

Nossa galáxia sozinha abriga cerca de 200 bilhões de estrelas e há pelo menos 100 bilhões de galáxias no universo observável! Se o céu é exposto todas as noites a praticamente um número infinito de estrelas tão brilhantes quanto o Sol, por que o céu noturno é tão escuro?

A busca

O problema nos incomoda desde a antiguidade e foi resolvido há menos de um século.

Stephen Hawking argumentou por que fazemos descobertas que não fazem diferença alguma em nossa vida cotidiana, observando que “o desejo mais profundo da humanidade por conhecimento é justificativa suficiente para continuar nossa busca. E nosso objetivo é nada menos que uma descrição completa do Universo em que vivemos. ”

Nossa “busca” começou com Aristóteles, que acreditava que todas as estrelas, incluindo o Sol, a Lua e todos os planetas do nosso Sistema Solar giravam em torno da Terra em círculos concêntricos. No entanto, os gregos observaram que muitas estrelas pareciam estar fixas; eles não pareciam se mover, independentemente da direção de onde eram vistos. Ptolomeu resumiu essa visão em um modelo em que, com exceção da crosta externa e espessa das estrelas fixas, todo corpo celeste girava em torno da Terra.

No entanto, embora o modelo parecesse bom no papel, ele não conseguia conciliar as trajetórias dos planetas que previa com o que foi realmente observado. O modelo que poderia conciliar predição e observação foi o modelo de Copérnico. Ele simplesmente sugeriu que era a Terra e os planetas que giravam em torno do Sol, e não o contrário. Copérnico, um padre, para evitar ser vilipendiado como herege, publicou suas idéias anonimamente.

Seu modelo foi confirmado quando Galileu observou uma trupe de luas girando em torno de Júpiter. No entanto, para a decepção de Kepler (alerta de TOC), os planetas não giravam em torno do Sol em círculos perfeitos, mas sim em círculos ou elipses levemente alongados. Além disso, seu desalento se agravou quando ele descobriu que a força de atração que liga o Sol e os planetas não é, como ele previu, magnética.

A força é, como todos sabemos agora, a gravidade . A teoria da gravidade foi primeiro estabelecida por Newton em seu Principia Mathematica,possivelmente a maior conquista intelectual da história das ciências físicas. Finalmente, o modelo de Copérnico substituiu completamente o modelo de Ptolomeu, mas Newton ainda estava incomodado com a inatividade das “estrelas fixas”. Se a gravidade forçou objetos maciços a atraírem, por que eles não estavam se movendo em direção um ao outro? De fato, se as estrelas fossem finitas em número, elas não deveriam cair juntas em algum momento?

Newton argumentou que este não seria o caso se houvesse realmente um número infinito de estrelas distribuídas uniformemente sobre o espaço infinito. Agora, porque cada estrela é cercada por estrelas infinitas, não há ponto centralpara cair. No entanto, o filósofo alemão Heinrich Olbers objetou que, se o Universo consistisse em estrelas infinitas, então cada linha de visão da superfície da Terra deveria terminar na superfície de uma. Isso faria com que todo o céu, durante a noite e o dia, fosse tão brilhante quanto o sol. Olbers especulou que o assunto entre nós e as estrelas poderia absorver sua luz e impedir que ela nos alcançasse. No entanto, tanto calor e luz aqueceria a própria matéria, fazendo com que ela se tornasse incandescente. O brilho preferiria ser composto. Então, por que não é esse o caso?

A resposta à sua pergunta e à de Olber é tão óbvia quanto o modelo de Copérnico.

O universo em expansão

Estranhamente, todo astrônomo que viveu antes do 20 º século teorizou um novo modelo ou modificados modelos mais antigos, essencialmente, com base em uma suposição sutil, mas extremamente importante – o universo é estático. O próprio Newton acreditava que o Universo existira para sempre em um estado imutável; ele acreditava em um Universo estático cujos habitantes estavam lá desde o início dos tempos.

Se há um cenário em que o céu noturno, exposto a um número infinito de estrelas, não pode ser tão brilhante quanto a superfície do Sol, é aquele em que as estrelas não estavam brilhando para sempre, mas surgiram em algum tempo finito no passado. Nesse cenário, o céu noturno é predominantemente escuro, porque ou a luz das estrelas recém-nascidas não chegou até nós ou a questão não está suficientemente aquecida.

No entanto, o surgimento nos leva a perguntar que eventos causaram essa existência? E que eventos causaram os próprios eventos que fizeram as estrelas nascerem? Pode-se traçar as questões “o que causou” até a primeira causa. O Universo, de fato, tem uma causa primeira . Chama-se o Big Bang e ocorreu cerca de 13,7 bilhões de anos atrás. Ainda mais surpreendente é o fato de que, desde o seu nascimento, o Universo não parou de crescer.

Edwin Hubble, um dos mais reconhecidos astrônomos da história, aprendeu isso em 1929, quando observou que, independentemente de onde você olha, galáxias distantes estão se afastando de nós a uma velocidade tremenda. Ele fez a observação revolucionária de que o Universo está se expandindo ! Posteriormente, calculamos a idade remontando a expansão a um único ponto, o ponto de densidade infinita que emergiu abruptamente e se expandiu no volumoso Universo que observamos hoje. Stephen Hawking acreditava que esta era “provavelmente a mais notável descoberta da cosmologia moderna”.

À medida que o Universo continua a se expandir, estrelas e galáxias distantes se afastam cada vez mais de nós. A luz pode ser a coisa mais rápida do Universo, mas sua velocidade ainda é finita. A luz que emana de estrelas situadas a um milhão de anos-luz de distância levará um milhão de anos para chegar até nós. O que observamos, portanto, não é a estrela como existe agora, mas como ela existia um milhão de anos atrás. Talvez esteja morto, mas só aprenderemos isso depois de um milhão de anos.

Além disso, a energia da luz diminui à medida que as estrelas recuam, exatamente como a piada de um trem recuado faz. O comprimento de onda da luz explodida durante o Big Bang gradualmente se estendeu dos raios gama até as microondas. Essa descoberta levou os físicos a promover um pressentimento que nossa busca poderia concluir sombriamente. As estrelas que observamos são visíveis porque elas não retrocederam tanto a ponto de emitir comprimentos de onda que precedem a faixa visível nem brilham o suficiente para emitir comprimentos de onda que a sucedem.

No entanto, como o Universo continua a se expandir, as estrelas que esta geração estudou irão recuar tanto que as ferramentas de astronomia das gerações vindouras serão tão úteis quanto os espetáculos para cegos. Eles existiriam no limbo perpétuo. Atualmente, vivemos na era da astronomia de Cachinhos Dourados, se quisermos saber por que estamos aqui e de onde viemos, agora parece ser o melhor momento.

Referências:

1. NASA.gov
2. Physics.org
3. Biblioteca do Congresso