Acervo textual da Revista AstroNova
Edição 39 — páginas 41 a 46
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Assuntos identificados: solar, eclipse, terra, plutão, astronomia, rádio, superfície, planeta, sistema, caronte.
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Imagem 4. Robert Bunsen (direita) e Gustav Kirchhoff e o desenho esquemático do espectroscópio que eles construíram. 42 AstroNova . N.39 . 2023 solar mostrava centenas de linhas escuras e finas. Fraunhofer contou mais de 600 linhas nesse espectro. Hoje, com equipamentos mais sofisticados, sabemos que o número de linhas presentes no espectro da luz solar chega a mais de um milhão. A estas linhas escuras e finas damos o nome de linhas espectrais. Mas, qual a origem de todas essas linhas? Naquela época (1814) ainda não havia conhecimento físico suficiente para compreender por que essas linhas escuras apareciam no espectro da luz solar. Levaria cerca de 45 anos até que se descobrissem que essas linhas espectrais também podiam ser produzidas nos laboratórios. Em 1859, Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff (sim, o mesmo Kirchhoff que atormenta os exercícios de malhas de circuitos elétricos nas aulas de Física do terceiro ano do Ensino Médio) desenharam e construíram um aparelho que revolucionou o estudo da Física, da Química e da Astrofísica. Este equipamento, chamado "espectroscópio”, era formado por um prisma e várias lentes que ajudavam a ampliar e colocar em foco os espectros obtidos a partir da queima de vários elementos químicos. Os dois cientistas prontamente descobriram que os espectros obtidos a partir destas chamas mostravam conjuntos de finas linhas brilhantes contra um fundo escuro. Assim nasceu, em 1859, a técnica da Análise Espectral, a identificação de substâncias químicas a Imagem 1 (esquerda): Joseph von Fraunhofer. Imagem 2 (direita): aparato de Fraunhofer para ampliar o espectro da luz do Sol. Imagem 3. Este é o espectro da luz solar obtido por Joseph von Fraunhofer. Note o incrível número de linhas escuras que o riscam. Em particular Fraunhofer ficou impressionado com duas linhas, bastante fortes, que apareciam no espectro da luz solar, batizando-as de "linhas D".
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43 AstroNova . N.39 . 2023 partir do desenho característico das linhas brilhantes que a sua luz continha. Com esta técnica, usando o espectroscópio que eles desenvolveram, eles realizaram uma importantíssima descoberta: cada elemento químico mostra um espectro com um arranjo único de linhas brilhantes, como uma impressão digital de cada elemento. Com a divulgação das descobertas, muitos pesquisadores se lançaram à procura de novos elementos químicos. Bunsen e Kirchhoff continuaram suas pesquisas registrando as linhas espectrais proeminentes de todos os elementos então conhecidos. Após isso eles começaram a procurar novos elementos químicos através da análise espectral e descobriram outras linhas espectrais pertencentes aos espectros de amostras minerais. A espectroscopia possibilitou a descoberta, em poucos anos, de inúmeros elementos químicos, em especial muitos dos que correspondiam às lacunas presentes na tabela periódica que seria publicada por Dmitri Mendeleiev em 1869. Outro momento histórico aconteceu durante o eclipse solar de 1868. Os astrônomos decidiram fazer a análise espectral da luz proveniente da parte mais externa do Sol, aquela que fica exposta Imagem 5. Toda substância queima colorido e sua chama tem uma cor característica. Os sais de rubídio e césio (esquerda), por exemplo, dão chama uma coloração violeta; os sais de lítio (centro), uma coloração vermelho-púrpura; e o cobre, uma coloração verde-esmeralda. Imagem 6: Espectros solar e de vários elementos individuais. O primeiro, acima, é o espectro contínuo de emissão do Sol, ao qual estão sobrepostas várias linhas negras correspondentes aos espectros de absorção de elementos químicos presentes no Sol. Os 11 seguintes são espectros de emissão de vários elementos, obtidos em laboratório. Note, por exemplo, que os espectros de emissão do sódio e do hélio apresentam linhas muito próximas no amarelo, correspondendo a linhas negras no espectro solar.
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44 AstroNova . N.39 . 2023 quando o disco da Lua encobre o disco solar. Ao fazerem isso eles encontraram uma nova linha espectral imediatamente atribuída a um novo elemento químico, desconhecido na Terra, e que foi chamado de "Hélio", palavra derivada do grego "helios" que significa "sol". Através da análise espectral, os cientistas encontraram novos elementos também fora do planeta. Durante muito tempo os cientistas pensaram o Hélio não existia na Terra, mas em 1895 os cientistas conseguiram obter o Hélio nos laboratórios terrestres, ao analisarem gases obtidos a partir do Urânio. Não é exagero dizer que a Espectroscopia e o espectroscópio causaram uma verdadeira revolução na Ciência como um todo, mas em especial, como vimos, causam impactos marcantes na Física, na Química e na Astrofísica. Vamos ampliar um pouco o alcance dos impactos da Espectroscopia nessas áreas. Na Física, a Espectroscopia desempenhou um papel fundamental na compreensão das leis fundamentais da Natureza. A análise dos espectros permitiu o desenvolvimento de teorias fundamentais, como a mecânica quântica, que explicam o comportamento das partículas subatômicas. Além disso, a ela é utilizada na investigação de propriedades de materiais como semicondutores, supercondutores e materiais magnéticos, sendo essencial em áreas como a Física de materiais e a nanotecnologia. Na Química, a Espectroscopia trouxe uma nova maneira de estudar as moléculas e suas interações. Diferentes técnicas espectroscópicas, como a espectroscopia ultravioleta- visível (UV-vis), a espectroscopia de infravermelho (IV), a espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) e a espectrometria de massas, permitem a identificação e análise de compostos químicos em níveis moleculares. Isso desempenha um papel crucial em campos como a síntese orgânica, o estudo de reações químicas e a análise de produtos naturais. Na Astrofísica, a Espectroscopia teve um Imagem 7. Selo impresso em Circa, na Rússia em 2009, mostra o químico Dmitri Mendeleiev (1834-1907), em comemoração ao aniversário dos 175 anos de seu nascimento. Imagem 8. Ilustração do eclipse solar total de 1868.
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45 13 AstroNova . N.39 . 2023 impacto significativo na nossa compreensão do Universo. A análise dos espectros emitidos por estrelas, galáxias e outros corpos celestes fornece informações sobre sua composição química, temperatura, densidade e movimento. Isso possibilitou a descoberta de elementos químicos em astros distantes, a identificação de diferentes estágios de evolução estelar e a investigação da expansão do Universo através do desvio para o vermelho do espectro de luz. A Espectroscopia também trouxe à tona a evidência da radiação cósmica de fundo, corroborando a teoria do Big Bang. Resumindo, a Espectroscopia revolucionou a Física, a Química e a Astrofísica ao fornecer uma maneira poderosa de desvendar as propriedades da matéria e a estrutura do Universo. Ricardo Francisco Pereira é professor do Departamento de Física da UEM. Graduado em Física, é mestre e doutor em Educação para a Ciência e Matemática. Mantém a página Recursos de Física. Referências: ]Céu da Semana (vídeo) Ep. - História da Astronomia: Espectroscopia - 9 a 15/3/2015 (vídeo) Espectroscopia - Vídeo aula 01 - Breve histórico e Leis de Kirchhoff (artigo) Espectroscopia e modelos atômicos: uma proposta para a discussão de conceitos de Física Moderna no Ensino Médio #226 https://www.youtube.com/watch?v=f PeoEzsmoW4 https://www.youtube.com/watch?v=Y vh7tJMjodA (Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 34, n. 2, p. 555-589, ago. 2017). (artigo) O estudo da espectroscopia no ensino médio através de uma abordagemhistórico-filosófica: possibilidade de interseção entre as disciplinas de Química e Física (Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 32, n. 2, p. 378-406, ago. 2015). (dissertação de mestrado) A contribuição de Robert Wilhem Bunsen e Gustav robertKirchhoff para a espectroscopia do século XIX. Universidade Católica de São Paulo, 2010. Imagem 9. Acima, um espectro da luz do Sol durante um eclipse, nas mesmas condiçõesdo eclipse solar de 1895. Abaixo, o espectro do elemento Hélio. A diferença entre os 2 espectros é que as linhas escuras no espectro do Sol representam o que foi absorvido e o espectro do elemento Hélio representa o que é emitido.
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