Mini-Curso de Astronomia do Museu do Eclipse · Uma Breve Historia da Astronomia • Antigo (antes...
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Mini-Curso de Astronomia do Museu do Eclipse
6a Semana Nacional dos Museus
Maio de 2008
Prof. Emerson F. de Almeida
Bem vindos
Uma Breve Historia da Astronomia
• Antigo (antes de 500 AC)• Egipcios, Babilonicos, Maias, Incas, Chineses
• Antiguidade Classica (500 AC - 500 DC) • Gregos, Romanos: Platão, Aristoteles, Ptolomeu
• Idade Média Ocidental (500-1450 DC)�• Astronomos Arabes
• Renacensa (1450-1550 DC)�• Copernico
• Barroco (1550-1700 DC)�• Brahe, Kepler, Galilei, Newton
Astronomia Antiga
Stonehenge, Inglaterra
Piramides de Gize próximas ao Cairo, Egito
Os Babilonios• Fizeram medidas sistematicas antes de 2000 AC• Em torno de ~ 800–400 AC
– O estado da suporte para construção de calendarios e astrologia
– Compilaram os primeiros catalogos estelares e iniciaram registros do movimento dos planetas.
– Eram capazes de fazer previsões de eclipses solares e lunares
• Talvez tenham inventado a astronomia.
Os gregosPlatão (428 AC)�
• Introduz a esfera celeste. As estrelas são fixas em uma esfera que gira em torno da Terra.
• Introduz o conceito de orbitas circulares perfeitas.
• Valoriza a teoria em detrimento da observação.
Os Gregos
• Aristoteles (384–322 AC)�– Argumentou que os planetas moven-se em esferas em
torno da Terra ( modelo “geocentrico” ).– Argumenta que a Terra é uma esfera baseado na forma
de sua sombra durante eclipses lunares.
• Aristarco (310–230 AC)�– Tentou medir a distância relativa e os tamanhos do Sol
e da Lua.– Propõem, quase 2000 anos antes de Copernico, que
todos os planetas orbitam o Sol, incluindo a Terra ( modelo“heliocentrico”).
Os Gregos• Eratostenes (cerca de 276 AC)�
– Mede o Raio da Terra com um erro de quase 20%
Luz do Sol
Os Gregos
Hiparco (~190 AC)�
– Seu catalogo de estrelas éa referência padrão por dezesseis seculos!
– Introduz coordenadas para a esfera celeste:
• Declinação(dec) • Ascensão reta(RA)
(analogas a latitude e longitude, respectivamente)�
Ptolomeu (~140 DC)
• Estabelece um modelo geocentrico completo
• Domina o pensamento sobre a estrutura do universo durante a idade média ocidental.
• A Ideia Mais duradoura( e errada)A teoria dura mais de 1000 anos
Principal trabalho:Almagesto
Movimento Retrogrado
Epiciclos
• Eram a explanação de Ptolomeu para o movimento retrogrado.
• Havia a necessidade de cerca de 40(!) epiciclos para explicar todas as observações. � Era uma teoria coomplicada.
O panorama Medieval Europeu
• Dominio da Igreja Catolica apostolica Romana
• 1000 anos de relativa estagnação
• Pesquisa experimental foi grandemente reduzida.
• Para responder qualquer questão:
“Estude a Biblia ou Aristoteles!”
O panorama da Renascensa
• Invenção da imprensa (1450) por Gutenberg
�Livros se tornam mais disponíveis! (pense: Manuscritos versus Amazon.com) �
• Fim do dominio da igreja catolica apostolica romana.
• Volta as raizes (renascimento)�• Estudo dos astronômos arabes
• Movimento intelectual.
Nicolau Copernico (1473–1543)�• Redescobre o modelo heliocentrico de
Aristarco.• Planetas moven-se em circulos �Precisa de 48(!!) epiciclos para
explicar as diferentes velocidades dos planetas
• Não era mais acurado que o de Ptolomeu.
Principal trabalho :De Revolutionibus Orbium Celestium (publicado postumamente)�
A explicação heliocentrica para o movimento retrogrado dos planetas
O Metodo Cientifico
• Sistematizado por Francis Bacon, Descartes e Galileo entre os séculos 15 e 17.
• Não é o unico metodo de conhecimento mas era o de maior sucesso
• Um metodo de se obter conclusões que são independentes do individuo
• Conclusões são baseadas em observações.
observações
Indução experimento
DeduçãoTeoria predições
Rene Descartes – O RacionalistaDescreveu o metodo para fazer ciência.Conhecido pelo seu dualismo mente-
corpo.
Principais trabalhos:• Discourse (1637) [ Discours de la
méthode pour bien conduire sa raison et chercher la vérité dans les sciences, Discussão do metodo para o raciocinio correto e para a busca da verdade nas.]
• Meditatções sobre a primeira filosofia(1641)� Rene Descartes (1596-1650)�
O Discurso de Rene Descartes
Descreve o methodo para fazer ciência
De uma maneira muito rigida (veja a baixo).
Pontos pricipais:
• Ciência deve ser baseada em um raciocinio correto (logico)�
• Ciência pode ser formulada em linguagem matematica.
Um Exemplo Classico
• Aristoteles observa que durante um eclipse lunar a sombra da terra na Lua écurvada.
• Ele acreditaque ela écurvadapara todos os eclipses.• Uma hipotese para explicar isso: A terra éarredondada.• Uma prediçãodesta teoria é que a localização das estrelas
no ceu deve ser diferente para observadores em diferentes latitudes.
• Isso éconfirmadopor observações adicionais– Um exemplo. A estrela Canopus é visivel no Egito mas não mais
ao norte.
Teorias cientificas
• Podem ser falseaveis.– A teoria pode falhar de algum modo.
• Deve fazer predições.– Quanto mais melhor!
• Teorias que são muito bem testadas e tem uma larga aplicabilidade passam a ser conhecidas como “Leis da natureza”
• Sempre sujeitas a revisão ou modificação.• Navalha de Occam.
Realizando Experimentos
• Experimentos devem ser repetitiveis– o que requer cuidadoso controle sobre todas as variáveis
• Possíveis resultados de um experimento:– O experimento deve dar suportea teoria.
• Continuamos a fazer predições e a testa-la
– O experimento pode falsificar a teoria.• Precisamos deuma nova teoria que explique os dados originais
e os resultados do novo experimento
• Se não podemos fazer qualquer experimento para testar a teoria, ela não pode ser provada; isso pode indicar que ela é falsa.
O Panorama Barroco
• Nos anos 1600 o pensamento da contra reforma, da igreja catolica torna-se mais rigoroso.
• G. BRUNO (Italiano; 1548) propõem que o Sol ésomente uma estrela em meio a um número infinito delas � queimado na fogueira da inquisição pela acusação de heresia em 1600
• Guerra dos 30 anos (1618-1648) por motivos religiosos.
• Novas invenções: telescopio, bomba de ar, etc.
Tycho Brahe – O Registrador de dados
• Catalogou a posição dos planetas em Uraniborg e Praga
• Trabalhou sem telescopios.
• Seus dados eram dez vezes mais acurados do que os anteriores.
Tycho Brahe (1546–1601)�
Tycho Brahe• Faz registro detalhados e acurados
(1’- 2’ de acuracia) das posições de estrelas e planetas em um período de 20 anos.
• Sua pesquisa custou algo em torno de 5-10% do PIB da Dinamarca.
• Ele mostra que cometas e estrelas novas são eventos extralunares, contrário a Aristoteles.
• Mostra que as estrelas podem mudar(Supernova de 1572)
Tycho Brahe abservado
Johannes Kepler – O Fenomenologista
• Questão chave:
Como estas coisas acontecem?
Principais trabalhos:
• Harmonices Mundi (1619)�• Rudolphian Tables (1612)�• Astronomia Nova
• Dioptrice
Johannes Kepler (1571–1630)�
Kepler’s Beginnings
• Astrologo e Mistico
• Tentou encontar “harmonias nos ceus”.
• Tentou explicar as distâncias dos cinco planetas conhecidos através da proporção de cinco esferas repousando em cinco corpos matematicos ( os solidos perfeitos).
� pre-cientifico
Johannes Kepler
Manuscrito: tentando desvendar o misterio da órbita de Marte�
Primeira Lei de Kepler
As órbitas dos planetas são elipses, com o Sol em um dos focos da elipse.
Elipses
a = “eixo semimaior ”; e = “exentricidade”
Seções Conicas
do livro de Edmund Halley(1710)�
Segunda lei de KeplerUma linha imaginaria conecta o Sol e um planta varre áreas iguais em tempos iguais.
Terceira Lei de KeplerO quadrado do periodo orbital do planeta [e proporcional ao cubo de seu eixo semi-maior:
P 2 ∝ a3
a PPlanet Orbital EixoSemi-Major Periodo Orbital Exentricidade P2/a3
Mercurio 0.387 0.241 0.206 1.002Venus 0.723 0.615 0.007 1.001Tarra 1.000 1.000 0.017 1.000Marte 1.524 1.881 0.093 1.000Jupiter 5.203 11.86 0.048 0.999Saturno 9.539 29.46 0.056 1.000Urano 19.19 84.01 0.046 0.999Netuno 30.06 164.8 0.010 1.000Plutão 39.53 248.6 0.248 1.001
(U.A.) (Anos da Terra)
Galileo Galilei – O ExperimentalistaPreferiu fazer experimentos (queda dos
corpos) do que estudar Aristoteles.
Principais trabalhos• Siderius Nuntius (1610)�• Dialogo concernente aos dois
sistemas maximos do mundo, ptolomaico e copernicano (1632)�
O ultimo discute Copernico versus Ptolomeu � foi banido pela igreja catolica
(1633)�– Revogado pelo papa em 1992
(1564–1642)�
Siderius Nuntius (1610) Dialogo (1632)�
Galileo Galilei (1564–1642)�• Realizou observações astronomicas que
contradizem Aristoteles:– Observou montanhas na Lua, sugerindo que a
Terra não é única– Manchas solares; sugerem que os corpos celestes
não são perfeitos e podem mudar– Observou quatro luas em Jupiter; mostrando que
nem todos os corpos orbitam a Terra.
• Observou as fases de Venus(e a correlação de tammanbo aparente e a fase); evidencia de que Venus orbita o Sol
• Tambem observou que– Saturno tem aneis– A Via-lactea e feita de estrelas
Fases de Venus
Heliocentrico(observado)�
Geocentrico(não observado)�
Isaac Newton – O Teorico• Questão chave:
Por quê estas coisas estão acontecendo?
• Inventou o Calculo Diferencial e Integral (calculo das fluxões) e a “Física” enquanto estava de licença da universidade .
• Suas tres leis do movimento, Juntamente com a Lei da Gravitação Universal, explicam as tres leis de Kepler (e muitas outras coisas!)�
Isaac Newton (1642–1727)�
Isaac Newton (1642–1727)�Principais trabalhos:• Principia(1687)
[: Philosophiae naturalis principia mathematica]
• Opticks(1704)�
• Maiores descobertas:– Os tres axiomas do
movimento– Gravitação Universal
Lei da Gravitação Universal
MTerra
Mhomem
R
2hom
R
MMGF Terraem××=
Movimento Orbital
O Canhão em um “ Experimento de pensamento”
• http://www.phys.virginia.edu/classes/109N/more_stuff/Applets/newt/newtmtn.html
• Fim deste Tópico