Starvard.Starvard.Universidade Starvard · Astronomia
Conheça o céu sobre você: os planetas vizinhos, a vida das estrelas, buracos negros, galáxias e como tudo começou. Nenhum telescópio necessário.
O curso inteiro em resumo
Doze lições, doze grandes ideias.
As doze lições
Lição 1
O universo tem cerca de 13.8 bilhões de anos e pelo menos 93 bilhões de anos-luz de diâmetro, e a maior parte dele é nada. Se o Sol fosse uma bola de gude, a estrela mais próxima seria outra bola de gude a 600 milhas de distância, com vazio no meio. O espaço não é feito principalmente de estrelas. Ele é feito principalmente de espaço.
Truques de escala ajudam. A luz do Sol leva 8 minutos para chegar até você; da estrela mais próxima, mais de 4 anos; da grande galáxia mais próxima, 2.5 milhões de anos. Quando os números ficam absurdos, os astrônomos trocam de unidades: anos-luz para distância, e potências de dez para todo o resto. A habilidade não é memorizar os números. É sentir quanto vazio existe entre as luzes.
Lição 2
Uma estrela comum, oito planetas e um monte de entulho restante. Os quatro planetas internos são pequenos e rochosos (Mercúrio, Vênus, Terra, Marte). Os quatro externos são gigantes de gás e gelo (Júpiter, Saturno, Urano, Netuno). Além de Netuno fica o Cinturão de Kuiper, lar de Plutão e de incontáveis corpos gelados, e muito além dele, a Nuvem de Oort, uma casca de cometas a um ano-luz de distância.
Tudo orbita aproximadamente no mesmo plano porque o sistema inteiro colapsou a partir de uma nuvem girando. Júpiter é o segurança, sua gravidade desviando cometas que de outra forma poderiam atingir a Terra. E a Terra fica na zona habitável, a faixa nem muito quente, nem muito fria, onde a água líquida pode existir. Localização, localização, localização.
Lição 3
A Lua é o único satélite natural da Terra, cerca de um quarto do tamanho da Terra, e o objeto mais observado do céu. Ela provavelmente nasceu em uma colisão gigante: um corpo do tamanho de Marte bateu na Terra primitiva, e os destroços se juntaram para formar a Lua. É por isso que as rochas da Lua se parecem tanto com a crosta da Terra.
As fases são apenas geometria. A Lua não muda; a luz do Sol que a atinge muda de ângulo enquanto ela orbita. A lua cheia é a face totalmente iluminada; a lua nova é a face escura virada para nós. As marés vêm da gravidade da Lua puxando os oceanos, com o Sol adicionando uma atração menor. E sim, humanos caminharam nela: doze astronautas, seis pousos, de 1969 a 1972, e nós vamos voltar.
Lição 4
O Sol detém 99.86% da massa do sistema solar. É uma estrela de meia-idade e tamanho médio, com cerca de 4.6 bilhões de anos, fundindo 600 milhões de toneladas de hidrogênio em hélio a cada segundo. Essa fusão é a fonte de essencialmente toda a energia da Terra: luz do Sol, clima, comida, combustíveis fósseis (luz do Sol antiga), tudo isso.
Em cerca de 5 bilhões de anos, ele vai ficar sem hidrogênio, inchar virando uma gigante vermelha que provavelmente engole a Terra, depois perder as suas camadas externas e se acomodar como uma anã branca, esfriando lentamente para sempre. Não se preocupe com o seu plano de aposentadoria. Aprecie que cada dia quente é uma estrela fazendo fusão nuclear a 93 milhões de milhas de distância, só para você.
Lição 5
Estrelas nascem quando nuvens de gás colapsam sob a gravidade até o núcleo ficar quente o suficiente para a fusão. Estrelas pequenas como as anãs vermelhas bebem o seu combustível aos goles e podem queimar por trilhões de anos. Estrelas grandes vivem rápido e morrem jovens, queimando o seu combustível em milhões de anos e terminando em explosões espetaculares de supernova.
Essas explosões são o motivo de você existir. A fusão constrói elementos até o ferro; as supernovas forjam tudo o que é mais pesado e espalham pelo espaço. O cálcio nos seus ossos, o ferro no seu sangue, o ouro em um anel: tudo feito em estrelas morrendo. "Nós somos poeira de estrelas" não é poesia. É química.
Lição 6
A luz viaja rápido (186,000 milhas por segundo), mas não instantaneamente. A luz do Sol tem 8 minutos de idade quando atinge você. A luz da estrela mais próxima partiu há mais de 4 anos. Quando você olha para uma galáxia a 10 bilhões de anos-luz de distância, você a está vendo como ela era há 10 bilhões de anos, quando o universo era jovem. A astronomia é a única ciência em que o passado é diretamente visível.
É também assim que conhecemos a história do universo. Galáxias distantes parecem mais jovens e mais bagunçadas, exatamente como o esperado se o universo evoluiu com o tempo. A radiação cósmica de fundo, um calor fraco restante do Big Bang, é visível em todas as direções: o brilho residual da criação, resfriado ao longo de 13.8 bilhões de anos até um pouco acima do zero absoluto.
Lição 7
Galáxias são cidades gravitacionais de bilhões de estrelas, mais gás, poeira e matéria escura. Elas vêm em formatos: espirais como a nossa Via Láctea, elípticas (bolhas redondas de estrelas antigas) e irregulares (as bagunçadas). A Via Láctea guarda de 100 a 400 bilhões de estrelas, e é uma entre cerca de dois trilhões de galáxias no universo observável.
Galáxias colidem e se fundem, e a nossa vai: em cerca de 4 bilhões de anos, a Via Láctea e Andrômeda vão se chocar formando uma nova elíptica gigante. As estrelas estão tão distantes umas das outras que poucas vão realmente colidir; as galáxias vão principalmente atravessar uma à outra e se acomodar. Violência cósmica, executada com educação.
Lição 8
Um buraco negro é o que resta quando uma estrela muito massiva colapsa: tanta massa em tão pouco espaço que a gravidade vence tudo, até a luz. O "horizonte de eventos" é o ponto sem retorno. Dentro dele, todos os caminhos levam para dentro. Mas eles não são aspiradores cósmicos; de longe, a gravidade de um buraco negro é apenas gravidade. Você poderia orbitar um com segurança, do jeito que os planetas orbitam estrelas.
Nós fotografamos dois deles: o gigante na galáxia M87 e Sagittarius A*, o que fica no centro da nossa própria galáxia, com quatro milhões de vezes a massa do Sol. As imagens mostram gás quente brilhante se curvando ao redor de uma sombra escura, exatamente como a matemática de Einstein previu um século antes. Teoria primeiro, foto depois: a ciência no seu melhor.
Lição 9
Até 1992, conhecíamos zero planetas fora do nosso sistema solar. Agora conhecemos mais de 5,000, e a contagem sobe todo mês. Nós os encontramos observando estrelas oscilarem (puxão da gravidade), escurecerem (planeta cruzando na frente) ou por imagem direta. A variedade é selvagem: Júpiteres quentes assando perto das suas estrelas, mundos oceânicos, planetas de diamante, planetas com dois sóis.
A grande caçada é por planetas parecidos com a Terra em zonas habitáveis, e por bioassinaturas: gases em uma atmosfera que a vida poderia produzir. Encontramos candidatos promissores, mas nenhuma vida confirmada. A resposta honesta para "estamos sozinhos" continua sendo "não sabemos", mas, pela primeira vez na história, temos as ferramentas para realmente verificar.
Lição 10
O universo começou quente, denso e pequeno há cerca de 13.8 bilhões de anos e está se expandindo e esfriando desde então. Isso é o Big Bang: não uma explosão NO espaço, mas a expansão DO próprio espaço. As evidências são três: galáxias se afastando em todas as direções, o brilho de calor restante em todas as direções e as quantidades observadas de hidrogênio e hélio combinando com as previsões.
A parte estranha: a expansão está acelerando, empurrada por algo que chamamos de energia escura, que compõe cerca de 68% de tudo e que ninguém entende. Some a matéria escura (27%, também misteriosa) e acontece que entendemos cerca de 5% do conteúdo do universo. A frase mais honesta da cosmologia é "não sabemos", e ela está fazendo muito trabalho.
Lição 11
Você não precisa de um telescópio. Comece pela Lua: até binóculos baratos revelam crateras e montanhas. Aprenda algumas constelações como pontos de referência: a Ursa Maior, Órion, Cassiopeia. Os planetas são as "estrelas" brilhantes que não cintilam; Vênus, Marte, Júpiter e Saturno são todos visíveis a olho nu nos momentos certos.
Afaste-se das luzes da cidade se puder; a escuridão é a melhoria mais barata. Deixe os seus olhos se adaptarem por 20 minutos. Use um aplicativo gratuito de mapa do céu para identificar o que você está vendo. E olhe para cima com frequência. O céu é a única tela que nunca precisa de carga e está passando o mesmo grande espetáculo há bilhões de anos.
Lição 12
Aqui está a fronteira, o que mantém os astrônomos acordados à noite. O que é a matéria escura? O que é a energia escura? O universo teve um começo verdadeiro, ou ele gira em ciclos? Estamos sozinhos? Existe outra vida, inteligente ou não, em algum lugar daqueles dois trilhões de galáxias? Cada pergunta tem gente inteligente, grandes telescópios e pistas parciais.
A melhor parte: essas são perguntas respondíveis, ou pelo menos abordáveis. Novos telescópios estão entrando em operação que vão mapear o universo primitivo, farejar atmosferas de exoplanetas e talvez, só talvez, descobrir que não estamos sozinhos. Você aprendeu o básico em onze lições. A décima segunda é um convite: continue observando. O universo ainda está contando a sua história.
Formatura
Treze ponto oito bilhões de anos, dois trilhões de galáxias, uma estrela comum com oito planetas e uma espécie de poeira de estrelas que aprendeu a olhar para cima e fazer perguntas. Essa é a história até agora, e agora você conhece os seus capítulos principais. Saia hoje à noite, encontre a Lua e lembre: a luz dela partiu há um segundo, a luz das estrelas partiu há anos, e alguns daqueles fótons estão viajando desde antes de os humanos existirem. Olhe para cima com frequência.
Continue aprendendo
Este curso faz parte da Universidade Starvard, em busca da excelência.
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