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O modelo geocêntrico
Por milhares de anos, os seres humanos tentaram dar sentido ao céu. Quando olhamos para o céu noturno e observamos as estrelas e os planetas se movendo pelo céu, podemos entender por que os povos antigos adotaram a visão geocêntrica do universo.
Os gregos antigos foram os primeiros a sugerir uma visão geocêntrica do universo. Eles acreditavam que a Terra estava no centro e que os corpos celestes giravam em torno dela em uma série de esferas em camadas.
Para Platão, o universo era perfeito e imutável. As estrelas eram eternas e divinas, inseridas em uma esfera externa. Todos os movimentos celestiais eram circulares ou esféricos, pois a esfera era a forma perfeita.
O próprio modelo de Aristóteles do Universo tinha uma série de 53 esferas concêntricas, cristalinas e transparentes que giravam em eixos diferentes. Cada esfera era centralizada em uma Terra estacionária. As estrelas eram fixadas na esfera externa. A Lua marcava a fronteira entre os céus imutáveis e constantes e a Terra corruptível.
No sistema ptolomaico, cada planeta gira uniformemente ao longo de um caminho circular (epiciclo), cujo centro gira em torno da Terra ao longo de um caminho circular maior (deferente). Ptolomeu aumentou o efeito da excentricidade fazendo com que o centro do epiciclo varresse ângulos iguais ao longo do deferente em tempos iguais, conforme visto de um ponto que ele chamou de equante. O centro do deferente estava localizado no meio do caminho entre o equante e a Terra.
No modelo geocêntrico do universo de Ptolomeu, o Sol, a Lua e cada planeta orbitam uma Terra estacionária. Para os gregos, os corpos celestes devem se mover em círculos perfeitos. Para manter esse movimento e ainda explicar as trajetórias erráticas aparentes dos corpos, Ptolomeu deslocou o centro da órbita de cada corpo (deferente) da Terra - explicando o apogeu e o perigeu do corpo - e acrescentou um segundo movimento orbital (epiciclo) para explicar o movimento retrógrado. O equante é o ponto a partir do qual cada corpo percorre ângulos iguais ao longo do deferente em tempos iguais. O centro do deferente está no meio do caminho entre o equante e a Terra.
O modelo ptolemaico fez um bom trabalho ao explicar e prever as posições dos planetas. Entretanto, surgiram pequenas discrepâncias entre as posições previstas e observadas dos planetas. As pessoas descobriram que pequenos epiciclos adicionais alinhariam novamente as previsões às observações.
Mas depois de 1.500 anos, o número de epiciclos de refinamento necessários ultrapassou cem. Infelizmente, os epiciclos tornaram o novo modelo geocêntrico incrivelmente complicado. Para alguns, a complexidade crescente do modelo ptolomaico era um argumento contra sua veracidade.
O modelo heliocêntrico
A teoria de que a Terra gira em torno do Sol é chamada de teoria heliocêntrica, sendo que helio significa «sol» e centric significa «no centro». Portanto, heliocêntrico significa «o Sol fica no centro do universo». Essa teoria já foi considerada excêntrica e até mesmo herética.
O modelo heliocêntrico de Copérnico foi a primeira ideia amplamente aceita de que o sol era o centro do sistema solar, e não a Terra. Entretanto, Nicolaus Copernicus não foi a primeira pessoa a sugerir isso.
Aristarco de Samos (310 a.C. - 230 a.C.) foi um astrônomo e matemático grego antigo que apresentou o primeiro modelo heliocêntrico conhecido que colocava o Sol no centro do universo, com a Terra girando em torno do Sol. Entretanto, suas ideias astronômicas foram rejeitadas em favor das teorias geocêntricas de Aristóteles e Ptolomeu.
Nicolas Copernicus
Nicolaus Copernicus: (1473-1543) foi um astrônomo polonês que propôs o sistema heliocêntrico. Ele posicionava o sol no centro do universo, imóvel, com a Terra e os outros planetas girando em torno dele em trajetórias circulares e em velocidades uniformes.
A teoria de Copérnico marca o início do afastamento de um universo geocêntrico com a Terra em seu centro. Copérnico sustentava que a Terra era outro planeta que girava em torno do sol fixo uma vez por ano e girava em seu eixo uma vez por dia.
A ordem dos planetas conhecida por Copérnico era a seguinte, a partir do Sol: Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter e Saturno. Todas essas ideias foram apresentadas em «On the Revolutions of the Heavenly Spheres», uma obra de seis volumes. Pouco antes de sua morte, Copérnico publicou seu trabalho. O trabalho de Copérnico atraiu muita atenção.
Copérnico explicou o movimento retrógrado com a teoria heliocêntrica. O movimento retrógrado era simplesmente um efeito de perspectiva causado quando a Terra passa por um planeta externo de movimento mais lento que faz com que o planeta pareça estar se movendo para trás em relação às estrelas de fundo. Quanto mais distante o planeta estiver, menor será esse efeito.
A contribuição mais importante de Copérnico foi usar dados observacionais para calcular os verdadeiros períodos orbitais (períodos siderais) e os tamanhos relativos das órbitas planetárias dentro do modelo heliocêntrico. Aparentemente, ninguém havia feito isso antes, e essas informações foram fundamentais para aprimorar ainda mais o modelo heliocêntrico.
Galileo Galilei
Galileu Galilei foi um astrônomo italiano conhecido como o «pai da astronomia observacional moderna». Ele projetou seu próprio telescópio, que melhorou para uma ampliação de 30x. Usando esse novo instrumento, Galileu fez uma série de observações astronômicas, que publicou no Sidereus Nuncius em 1610.
Galileu apresentou argumentos a favor da teoria heliocêntrica de Copérnico. Ele é considerado o primeiro cientista a fazer observações minuciosas do céu. Com seu telescópio, Galileu descobriu que a Via Láctea consiste em inúmeras estrelas, em vez da faixa nebulosa que se pode ver a olho nu.
Ele descreveu a superfície da lua como áspera, irregular e imperfeita. Suas observações desafiaram a afirmação de Aristóteles de que a lua era uma esfera perfeita e a ideia mais ampla de que os céus eram perfeitos e imutáveis.
Ao observar Júpiter durante vários dias, ele descobriu que Júpiter possuía quatro grandes satélites que mais tarde foram chamados de Luas de Galileu. Essa descoberta apoiou a cosmologia copernicana, que afirmava que a Terra é um planeta como todos os outros.
Em 1610, Galileu também observou que Vênus tinha um conjunto completo de fases, semelhante às fases da lua, que podemos observar da Terra. Isso era explicável pelo sistema copernicano, que dizia que todas as fases de Vênus seriam visíveis devido à natureza de sua órbita ao redor do sol.
Galileu também observou manchas solares se movendo pela superfície do Sol e deduziu que o Sol estava girando em torno de seu próprio eixo, levando as manchas solares em sua rotação.
Galileu havia concluído que o modelo copernicano do universo estava correto. Em 1632, ele publicou seu livro «Dialogue Concerning the Two Chief World Systems» que apresentava a teoria de que a Terra gira em torno do Sol, um desafio direto à crença predominante de que a Terra é o centro do universo.
Johannes Kepler
Johannes Kepler (1571-1630) foi um cientista alemão que foi o primeiro a endossar abertamente a cosmologia copernicana. Em 1600, Kepler começou a trabalhar na órbita de Marte, o segundo mais excêntrico dos seis planetas conhecidos na época. Esse trabalho foi a base de seu livro, Astronomia nova (1609).
O livro defendia o heliocentrismo e as elipses para as órbitas planetárias, em vez de círculos modificados por epiciclos. Ele contém as duas primeiras leis do movimento planetário (em 1619, a terceira lei foi publicada). As leis estabelecem o seguinte:
- Todos os planetas se movem em órbitas elípticas, com o sol em um dos focos.
- Uma linha que conecta um planeta ao sol varre áreas iguais em tempos iguais.
- O tempo necessário para um planeta orbitar o sol, chamado de período, é proporcional ao eixo longo da elipse elevado à potência 3/2. A constante de proporcionalidade é a mesma para todos os planetas.
Isaac Newton
Isaac Newton (1642-1727) desenvolveu outros laços entre a física e a astronomia por meio de sua lei da gravitação universal. Percebendo que a mesma força que atraía objetos para a superfície da Terra mantinha a Lua em órbita ao redor da Terra, Newton conseguiu explicar, em uma estrutura teórica, todos os fenômenos gravitacionais conhecidos.
O Principia de Newton (1687) formulou as leis do movimento e da gravitação universal. Suas leis do movimento seriam a base sólida da mecânica; sua lei da gravitação universal combinou a mecânica terrestre e celeste em um grande sistema que parecia ser capaz de descrever o mundo inteiro em fórmulas matemáticas.
Na época de Newton, a maioria das pessoas no Ocidente havia se convencido do heliocentrismo, e o trabalho de Newton parecia colocar os últimos pregos no caixão do geocentrismo.
Qual é o tamanho do nosso universo?
Com as observações de outros, os astrônomos passaram a aceitar que o Sol não está no centro do universo. O Sol está apenas no centro de nosso sistema solar. O universo é muito maior do que o sistema solar.
Edwin Hubble, que dá nome ao Telescópio Espacial Hubble, foi um dos principais astrônomos do século XX. Sua descoberta, na década de 1920, de que existem inúmeras galáxias além da Via Láctea, revolucionou nossa compreensão do universo e de nosso lugar nele.
Exercícios: Geocentrismo e Heliocentrismo
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