Acervo textual da Revista AstroNova
Edição 43 — páginas 1 a 20
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Assuntos identificados: constelações, constelação, einstein, gravidade, centro, planetário, relatividade, teoria, estrelas, galáctico.
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O QUE É A COSMOLOGIA REVISTA DE DIVULGAÇÃO DE ASTRONOMIA E CIÊNCIAS DA NATUREZA ATIVIDADES NA ESTAÇÃO ESPACIAL TIANGONG AGENDA DOS LANÇAMENTOS ESPACIAIS ATIVIDADES NA ESTAÇÃO ESPACIAL INTERNACIONAL O CENTRO GALÁCTICO RELATIVIDADE GERAL Ano 11 - Nº 43 - Outubro/2024 REVISTA DE DIVULGAÇÃO DE ASTRONOMIA E CIÊNCIAS DA NATUREZA ATIVIDADES NA ESTAÇÃO ESPACIAL TIANGONG AGENDA DOS LANÇAMENTOS ESPACIAIS ATIVIDADES NA ESTAÇÃO ESPACIAL INTERNACIONAL A DESCOBERTA DOS RAIOS-X O PLANETÁRIO DA UEM PROF. CARLOS ALFREDO ARGÜELLO AS CONSTELAÇÕESAS CONSTELAÇÕES OBSERVAÇÃO DO CÉU OBSERVAÇÃO DO CÉU
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Conselho editorial: Adriane Casteleira Maico A. Zorzan Rafael Cândido Jr. Wilson Guerra Redatores desta edição: Adriane Casteleira Luiz Felipe Demétrio Rafael Cândido Jr. Wilson Guerra Arte e Diagramação: Wilson Guerra Astrofotos: Adriane Casteleira Felipe Sérvulo Fernando O. de Menezes Maico Zorzan Mateus Castanheira Chegou a primavera, e com ela a edição n. 43 da revista AstroNova. Estamos num momento muito especial: a visita do cometa C/2023 A3. Ele poder ser visto logo que o Sol se põe, na mesma direção do pôr do Sol, se as condições atmosféricas foram favoráveis, claro. Esta edição contou com a sorte de se enriquecer com fotos do cometa, capturadas pelas lentes e pela habilidade de vários astrofotógrafos do Brasil. Para além do cometa, esta edição traz um artigo de Ricardo Francisco Pereira com um pequeno histórico da descoberta dos raios-X. Na sequência, Rafael Cândido traz dados muito interessantes sobre o centro da nossa galáxia e de estruturas descobertas a partir desse estudo. Luiz Demétrio contribui com essa edição discorrendo um artigo muito completo sobre a Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein. Este trabalho do famoso físico é um dos pilares da Física Moderna e da nossa compreensão mais recente sobre como a gravidade atua no Universo. Finalizamos esta edição com uma cobertura feita por Adriane Casteleira ao novo planetário da UEM (Universidade Estadual de Maringá), enquanto eu dou continuidade ao meu texto "iniciando-se na observação do céu". Claro que a Astronáutica, não fica de fora, com a agenda de lançamentos espaciais e um resumo das atividades nas estações espaciais Internacional e Tiangong. Uma boa leitura! AstroNova . N.43 . 2024 EXPEDIENTE EDITORIAL Capa: Cometa C/2023 A3 (Tsuchinshan Atlas) Astrofotógrafo: Carlos Ap. Domingues Wilson Guerra GCAA Wilson Guerra GCAA
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SUMÁRIO 09 17 Ano 11 | Edição nº 43 | 2024 11 A DESCOBERTA DOS RAIOS-X DESMISTIFICANDO A TEORIA DA RELATIVIDADE GERAL O CENTRO GALÁCTICO 25 INAUGURAÇÃO DO PLANETÁRIO PROF. CARLOS ARGÜELLO INICIANDO-SE NA OBSERVAÇÃO DO CÉU: as constelações 29
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PRINCIPAIS LANÇAMENTOS DO TRIMESTREPRINCIPAIS LANÇAMENTOS DO TRIMESTRE Foguete: Soyuz 2 (POCKOCMOC) Ionosfera-M n°1, 2 e satélites meteorológicos Local: Cosmódromo de Vostochny Data: 04/11/2024 Foguete: Soyuz 2 (POCKOCMOC) Nave cargueira Progress MS-29 com mantimentos para a ISS Local: Cosmódromo de Baikonur Data: 21/11/2024 RÚSSIARÚSSIA Foguete: Falcon 9 (SpaceX) Satélites Starlink Local: base de Vandenberg Data: 29/10/2024 Foguete: Falcon 9 (SpaceX) Nave cargueira Dragon, com mantimentos e equipamentos para a ISS. Local: complexo 39a Data: 4 ou 5/11/2024 EUAEUA Foguete: Falcon 9 (SpaceX) Satélites Starlink Local: cabo Canaveral Data: 30/10/2024 Foguete: New Glenn (Blue Origin) Vôo inaugural/satélite Blue Ring Local: complexo 36 Data: novembro/2024 Foguete: Soyuz 2 (POCKOCMOC) Kondor-FKA no.2, satélite meteorológico e sensoriamento remoto Local: Cosmódromo de Vostochny Data: 30/11/2024 Foguete: Soyuz 2 (POCKOCMOC) Resurs-P No. 5, satélite comercial Local: Cosmódromo de Baikonur Data: dezembro/2024
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Foguete: Electron (RocketLab) NZSA, sonda de pesquisa da atmosfera de Vênus Local: Base da península Mahia Data: 30/12/2024 NOVA ZELÂNDIANOVA ZELÂNDIA EUROPAEUROPA Foguete: Vega C (Ariane Space) Satélite Sentinel 1C Local: Guiana Francesa Data: 03/12/2024 Foguete: Gravity-1 (OrienSpace) Lançamento inaugural Local: base comercial de Wenchang Data: 12/2024 ou 01/2023 CHINACHINA Foguete: Longa Marcha 2F (CNSA) Nave Shenzhou-19 com tripulação para estação Tiangong (CSS) Local: base de Jiuquan Data: 29/11/2024 PRINCIPAIS LANÇAMENTOS DO TRIMESTREPRINCIPAIS LANÇAMENTOS DO TRIMESTRE
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Principais atividades: julho a outubro/2024 Principais atividades: julho a outubro/2024 ESTAÇÃO ESPACIAL INTERNACIONALESTAÇÃO ESPACIAL INTERNACIONAL Soyuz MS-27: Roscosmos (03/2025)Soyuz MS-27: Roscosmos (03/2025) Próximas ExpediçõesPróximas Expedições Crew-10: SpaceX (02/2025)Crew-10: SpaceX (02/2025) O astronauta Mike Barratt usa barbeador elétrico com aspirador acoplado que coleta os fios de cabelo soltos. O astronauta Mike Barratt usa barbeador elétrico com aspirador acoplado que coleta os fios de cabelo soltos. Pesquisas em microbiologia.Pesquisas em microbiologia. Tripulação atualTripulação atual
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Estação Espacial TiangongEstação Espacial Tiangong Principais atividades: julho a outubro/2024Principais atividades: julho a outubro/2024 Tripulação atual (Shenzhou-18)Tripulação atual (Shenzhou-18) Tripulação dá sequência a experimentos científicos.Tripulação dá sequência a experimentos científicos. Taikonauta Ye Guangfu completou, cumulativamente, 365 dias no espaço. Taikonauta Ye Guangfu completou, cumulativamente, 365 dias no espaço.
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09 Ricardo Francisco Pereira www.recursosdefisica.com.br No dia 8 de novembro de 1895 na Universidade de Würtzburg, na Alemanha, quando estudava o modo pelo qual uma corrente elétrica fluia pelo tubo de Crooks, Röntgen (1845-1923) notou que, ao ligar o tubo, uma tela (coberta com platinocianeto de bário) de material fluorescente perto do tubo ficava luminosa. Sua investigação do fenômeno concluiu que a tela deveria acender por causa de alguma radiação desconhecida emitida pelo tubo de Crookes. Röntgen percebeu que essa radiação desconhecida caminhava em linha reta, atravessava materiais opacos e produzia “sombras”. Como não algo ainda conhecido pelos cientistas, ele deu o nome de Raios X para essa radiação desconhecida. A denominação “X” era porque ainda era desconhecida (algo análogo ao que chamamos hoje de Matéria Escura e Energia Escura, que são matéria e energia, respectivamente, que não detectamos, mas que deve existir para explicar o Universo que observamos segundo a Teoria do Big Bang). Outras propriedades importantes que Röntgen logo notou foram que os Raios X era capaz de penetrar no corpo humano e "fotografar" o que havia abaixo da pele. Nessa época (1895), as pesquisas sobre o interior do corpo humano eram realizadas de modo exclusivamente invasivo, pois não se conhecia nenhum meio que permitisse fotografar o interior do nosso corpo. No dia 22 de dezembro de 1895, Röntgen levou sua esposa Anna Bertha Röntgen até seu laboratório e fez uma “fotografia” em raios X de sua mão. Pela primeira vez em todo o mundo foi obtida uma imagem do RADIAÇÕES Wilhelm Conrad Röntgen e aWilhelm Conrad Röntgen e a DESCOBERTA DO RAIOS-XDESCOBERTA DO RAIOS-X Wilhelm Conrad Röntgen. Fonte: Wikipedia
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Computadorizada, Mamografia e Fluoroscopia); • Indústria: Inspeção de materiais e controle de qualidade; • Segurança: Inspeção de bagagens e controle alfandegário; • Pesquisa científica: Análise de Materiais; • Astronomia: Observação de fenômenos astronômicos de altas energias; • Arte e Arqueologia: Análise de obras de arte e exames arqueológicos; Ricardo Francisco Pereira é professor do Depto. de Física da UEM. É graduado em Física, mestre e doutor em Educação para a Ciência e a Matemática. 10 AstroNova . N.43 . 2024 interior do corpo humano sem a necessidade de abri-lo. Ele esperava que sua esposa ficasse agradavelmente surpresa com a novidade, mas a simples visão dos ossos de sua própria mão a aterrorizou, como se isso fosse uma premonição de sua morte! O que futuramente passou a ser chamadas de Radiografias eram o efeito mais espetacular da descoberta de Röntgen. Ele publicou rapidamente um artigo e enviou cópias do artigo e de radiografias aos físicos mais importantes e sua descoberta se difundiu rapidamente e mudou para sempre a Medicina. Algumas aplicações dos Raios X: • Medicina: Diagnostico médico (Radiografia, Tomografia Para Saber Mais: Tubo de Crookes: https://pt.wikipedia.org/wiki/Tubo_de _Crookes 1845 - Nascia Wilhelm Conrad Röntgen, descobridor do raio X: https://www.ipen.br/portal_por/portal/i nterna.php?secao_id=40&campo=11 902 Wilhelm Roentgen: Entre a Descoberta do Raio-X e a "Loucura":https://www.youtube.com/ watch?v=uboBKy6S9Gg A Descoberta dos Raios X: https://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/fism od/mod06/m_s01.html Raios-x: fascinação, medo e ciência: https://www.scielo.br/j/qn/a/xtjYm7RZ vYjTyGf5zJJjgCQ/ Aplicações dos Raios X – Faxitron:https://www.youtube.com/wa tch?v=U7ytM9avq9c O tubo de Crookes. Fonte: Wikipedia “Fotografia” da mão da esposa de Röntgen. Fonte: radiation-dosimetry
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11 GALÁXIAS CENTRO GALÁCTICOCENTRO GALÁCTICO Rafael Cândido Jr. [email protected] Quando observamos fotos das galáxias espirais, notamos a existência de um núcleo luminoso. Mas se a Via Láctea é espiral, por que não vemos o seu núcleo? Neste artigo vamos conhecer o núcleo galáctico mais próximo de nós, o centro da Via Láctea. O que é o núcleo galáctico? O núcleo galáctico também recebe a denominação de centro galáctico e é definido como o centro rotacional, o baricentro da Via Láctea. Encontra-se a 27000 anos-luz de distância do Sistema Solar na direção das constelações de Sagitário, Ofíuco e Escorpião. O centro galáctico é dominado por estrelas gigantes vermelhas com uma população significativa de supergigantes massivas. Porém, devido à poeira interestelar, não conseguimos ver o centro galáctico na luz visível. Assim, as informações que temos sobre esta região vem da análise de emissões de raios gama, raios X de alta energia, infravermelho e ondas de rádio. O objeto massivo central da Via Láctea é um buraco negro supermassivo com aproximadamente 4 milhões de massas solares, o qual alimenta uma fonte de emissão de rádio compacta, denominada Sagitário A*, que está quase no centro de rotação galáctico. Esta fonte, também codificada como Sgr A*, foi descoberta em 1974 pelos astrônomos Bruce Balick e Robert L. Brown. O asterisco foi atribuído por
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12 Figura 9 12 AstroNova . N.42 . 2024 Brown em 1982, que compreendeu que a emissão de rádio deveria ser proveniente de um objeto de rádio compacto. Em maio de 2022 foi divulgada a primeira imagem ao redor de Sagitário A*, confirmando se tratar de um buraco negro. O próprio buraco negro em si não é visto, apenas objetos próximos cujo comportamento é influenciado pelo buraco negro. As energias de rádio e infravermelho observadas são provenientes do gás e poeira acelerados e aquecidos a milhões de kelvins enquanto caem rumo ao buraco negro. A busca pelo centro A primeira referência ao centro da Via Láctea foi realizada pelo filósofo alemão Immanuel Kant em sua obra História Natural Geral e Teoria dos Céus (1755). Nela foi proposta a existência de uma estrela muito massiva no centro galáctico. Em 1918, o astrônomo estadunidense Harlow Shapleypropôs que o centro galáctico estaria na constelação de Sagitário, porém não seria visto devido às nuvens moleculares escuras que bloqueavam a visão desta região no óptico. No início da década de 40, durante o período da Segunda Guerra Mundial, muitas regiões dos EUA passaram pelo apagão de guerra, mesmo em grandes cidades. E assim, o astrônomo Walter Baade Imagem do disco de acreção do Sgr A* obtida pelo Event Horizon Telescope (EHT). Imagem ilustra órbita de estrelas em torno de buraco-negro no centro galáctico. Fonte: https://www.nytimes.com/2020/04/16/science/black-hole-sagittarius-a.html
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13 AstroNova . N.43 . 2024 realizou uma busca na constelação de Sagitário utilizando o Telescópio Hooker, de 2,5 m de abertura, nas proximidades de Los Angeles. Verificou-se que nas proximidades da estrela Alnasi (Gama Sagitarii) há uma pequena região nas faixas de poeira interestelar, que fornece uma visão da enorme quantidade de estrelas ao redor do núcleo da Via Láctea. Assim, essa região recebeu a denominação de Janela de Baade. Em 1954, uma equipe de radioastrônomos da Austrália, liderada por Joseph L. Pawsey construiu uma antena parabólica fica de 24 metros de diâmetro e a utilizaram para fazer um estudo da emissão de rádio que foi detectado em Sagitário. A fonte de rádio pontual intensa foi denominada de Sagittarius A. Em 2006 foi realizada uma pesquisa astronômica denominada SWEEPS (Sagittarius Window Eclipsing Extrasolar Planet Search) utilizando recursos do Telescópio Espacial Hubble para monitorar cerca de 180.000 estrelas observadas na Janela de Baade por uma semana. Este projeto encontrou 16 exoplanetas nessa região. As bolhas de Fermi A intensa fonte de rádio localizada no centro galáctico, coincide com a localização de um buraco negro supermassivo, do qual A região da Janela de Baade e a área de varredura do SWEEPS. Foto: Akira Fujii. Representação artística do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea. Fonte: https://www.eso.org/public/images/eso1515a/
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14 AstroNova . N.43 . 2024 só se observa o disco de acreção (material que é acelerado em torno do buraco negro). Um estudo de 2008 utilizando simultaneamente os radiotelescópios do Havaí, Arizona e Califórnia avaliou o diâmetro de Sagittarius A* em 44 milhões de quilômetros (0,3 UA), um pouco menor que a distância de Mercúrio ao Sol. Nesse mesmo ano, pesquisadores do Instituto Max Planck da Alemanha, utilizando telescópios localizados no Chile, confirmaram a existência desse buraco negro supermassivo no centro Representação artística do plano galáctico com as bolhas de Fermi. Fonte: https://www.nasa.gov/universe/nasas-fermi-telescope-finds-giant-structure-in-our-galaxy/ Para saber mais:galáctico com massa de 4,3 milhões de massas solares. Em novembro de 2010 foi anunciada a existência de duas grandes estruturas no plano superior e inferior do centro galáctico. Estas “bolhas” emitem raios gama e raios X. Denominadas bolhas de Fermi, se estendem por aproximadamente 25.000 anos-luz. Medições em luz visível foram realizadas pela primeira vez em 2020. Rafael Cândido Jr. é graduado e mestre em Engenharia Química. Integra o grupo de astronomia Arcturus, da UFABC.
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Cometa C/2023 A3 Tsuchinshan ATLAS Astrofotógrafo: Felipe Sérvulo 17/09/2024 Taperoá - PB
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FÍSICA MODERNA Desmistificando a Desmistificando a RELATIVIDADE GERALRELATIVIDADE GERAL Luiz Felipe Demétrio [email protected] O que é Relatividade Geral? No último texto, vimos o que é a Cosmologia Moderna e como a teoria da Relatividade Geral (abreviada para RG) de Einstein foi importante para seu nascimento. Hoje conversaremos mais sobre essa teoria tão importante. Antes de mais nada, é bom entendermos o que exatamente é a RG, que é cercada por muitos mitos e meias verdades: são feitas afirmações sobre uma “relatividade da verdade”, viagens no tempo, dentre outras. Vamos então entender exatamente do que se trata essa teoria tão bela. A Relatividade Geral é uma teoria científica de gravidade que superou a teoria newtoniana. Assim como a gravidade de Newton, ela explica a queda dos corpos e as órbitas dos planetas. Porém, assim como veremos, ela vai além, prevendo a existência de objetos exóticos (buracos negros, dentre outros) e funcionando também para o universo como um todo: a cosmologia. Por que Einstein criou a Relatividade Geral? Nada vem do nada (nada a ver). Da mesma forma, Einstein não acordou um belo dia e decidiu criar a Relatividade Geral. Foi todo um processo, baseado em problemas das teorias antigas. No caso, em 1905, Einstein concluiu a primeira parte de sua teoria: a Relatividade Restrita, já discutida detalhadamente aqui na Astronova na Edição 32. Nessa teoria, o espaço e o tempo são relativos, mas tudo é modelado em um 17
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18 espaço-tempo plano (mais sobre isso daqui a pouco) e nada se fala de gravidade. Imediatamente após finalizar a primeira parte, Einstein percebeu um problema ao tentar incorporar a gravidade na Relatividade. Na teoria de Newton, dizemos que a gravidade é instantânea: ela não se propaga. Por exemplo, se destruíssemos o Sol, então a Terra seria atirada instantaneamente para o espaço, sem um tempo de espera. A gravidade ser instantânea é um problema pois, na Relatividade Restrita, nada se propaga mais rápido que a luz. Para incluir a gravidade na Relatividade, Einstein então se vê forçado a generalizá-la. É claro, havia vários outros motivos para substituir a teoria de Newton. Por exemplo, ela não conseguiria descrever a órbita do planeta Mercúrio na época. Além disso, na Cosmologia, ela levava ao estranho resultado que o universo não deveria existir, conhecido como Paradoxo 1 de Seeliger. Entretanto, isso fica para outro texto. Uma característica fortíssima do trabalho de Einstein, já evidenciada na construção da Relatividade Restrita, é seu uso de experimentos mentais: situações imaginárias feitas para testar princípios físicos. Vamos então mergulhar nos experimentos mentais feitos por Einstein para construir a segunda parte da teoria da Relatividade: a Relatividade Geral. Elevador de Einstein: o Princípio da Equivalência Os problemas da teoria de Newton (órbita de Mercúrio e paradoxo de Seeliger) motivaram o surgimento de uma nova teoria. Entretanto, para Einstein, um pensamento engraçado foi o guia central de sua busca: imaginar uma pessoa caindo de um telhado. O motivo pelo qual o caso de uma pessoa caindo é interessante é por causa dos efeitos que ela vê. Como não é muito comum cair do telhado (espero que o leitor nunca tenha o feito), explicarei isso em um caso mais familiar: uma pessoa andando em um ônibus. Todo mundo já deve ter passado pela situação de andar de ônibus (ou de carro) e o motorista acelerar bruscamente. Isso é chato, porque sentimos um “empurrão”, que nos joga para trás (figura 1). O “empurrão” que sentimos tem um nome até que engraçado na física de Newton: força fictícia. O nome vem do fato que esse AstroNova . N.43 . 2024 1. Como na teoria de Newton a gravidade é instantânea, todos os objetos do universo sentem a gravidade de todos os outros. Em um universo infinito, isso levaria a um colapso, e o cosmos como o conhecemos não existiria. O físico Albert Einstein. Fonte: Brasil Escola. Figura 1 Ao andar de ônibus, sentimos um “empurrão” para trás quando o motorista acelera. Fonte: .Pinterest
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19 empurrão não é uma força (quem está te empurrando?), mas sim um efeito da aceleração. Se você está sofrendo uma aceleração, você sente esses efeitos engraçados, mesmo sem ninguém te empurrar. No caso de uma pessoa caindo, a situação é exatamente a mesma: se você cai acelerado para baixo, do seu ponto de vista, tem uma “força” que empurra tudo para cima, pois do seu ponto de vista, você está parado. O caso da queda foi só para aquecer para um caso mais interessante. Imagine agora uma pessoa em um elevador. Como todos sabemos, se soltarmos um objeto dentro de um elevador (pode ser uma maçã), ele cai para baixo (você pode tentar se não acreditar). Até aqui, nada de novo (figura 2). Vamos agora para um caso mais interessante. Imagine que você está em um elevador e solta a maçã, vendo que ela cai para baixo. Até aí tudo bem de novo. Porém, você olha pela porta (de vidro) para fora: tem apenas o espaço sideral em todas as direções. Você está longe da Terra. Mas como seria possível isso acontecer e a maçã cair? A resposta é o mesmo “empurrão” de antes. Imagine que algum motor está empurrando, acelerando o elevador para cima. Então tudo que está no elevador sente um empurrão para baixo, como no ônibus. Na verdade, se a aceleração tiver o valor certo, ela consegue simular exatamente a gravidade da Terra (figura 2). O ponto principal desse experimento mental proposto por Einstein é que, se você estiver no elevador, sem ver o que está fora, é impossível distinguir a gravidade do “empurrão” de estar acelerado para cima. É nesse contexto que dizemos que a gravidade é uma “força fictícia”: uma força falsa. Ela na verdade não é uma força, é apenas uma ilusão. Nessa hora, fica então a dúvida: Ok, a gravidade não é uma força. Mas o que diabos ela é então? A resposta, nós daremos com mais um experimento mental, ainda mais interessante que o primeiro. Disco Girando: p‚3,14... Provavelmente um dos resultados mais interessantes da Relatividade Restrita é que o tempo e o espaço não são absolutos. No caso, quando um observador está em movimento, ele sente uma dilatação do tempo e uma contração do espaço na direção de seu movimento (figura 3). Aqui, farei uma pequena pausa para insistir em um ponto importantíssimo: e a contração ocorre na direção do movimento. No desenho com um carrinho, o carro se contrai apenas na direção em que ele está andando (para a direita). Sua altura, por exemplo, é a mesma mesmo em movimento. Isso será importante daqui a pouco. Até agora, vimos o que acontece se uma pessoa em movimento mede uma barra. Porém, para “não forçar a barra”, podemos também imaginar o que aconteceria se uma pessoa em movimento tentasse AstroNova . N.43 . 2024 Figura 2 Ilustração do experimento mental do elevador. Fonte: autor.
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20 medir um disco (figura 3). A ideia aqui é que, do ponto de vista da pessoa parada com relação ao disco, é fácil. Como sabemos, um disco de raio r possui comprimento 2pr. Ela então irá medir o raio do disco e seu comprimento, confirmando esse resultado. Já para a pessoa em movimento, as regras engraçadas da relatividade entrarão em ação: ela verá uma contração do espaço na direção que anda. E claro, ao andar sobre o disco, ela medirá uma contração. O problema é que, a cada passo que ela dá, o raio do anel continua igual a r, afinal, ela não anda na direção de r. Para ver isso, olhe a figura acima: ao carregar uma régua sobre o disco, o tamanho na direção de r não é afetado. O resultado é que, devido à contração do espaço, o comprimento do disco é menor que 2pr, mesmo possuindo raio r. Isso significa que uma das regras da geometria que estamos acostumados falhou, o que ocorre para espaços curvos. Isso é equivalente a desenhar um triângulo e seus ângulos somados darem um resultado menor que 180º (figura 5). Para arrematarmos e entendermos a gravidade, vamos nos lembrar do resultado do experimento do elevador: a gravidade é uma ilusão que apenas observadores acelerados enxergam. Por outro lado, conforme nosso amigo mede a circunferência enquanto roda, ele está acelerado. Do ponto de vista dele, ele observa forças gravitacionais. Ao mesmo tempo em que vê que a geometria usual não funciona. Agora, basta conectarmos os pontos. O resultado do experimento mental acima é então nada menos que a gravidade está associada a espaços curvos. Isso porque, do ponto de vista do observador que roda, ele vê forças gravitacionais ao mesmo tempo em que vê que o espaço é curvo. Isso responde a pergunta de AstroNova . N.43 . 2024 Figura 3 Em um referencial, o carro tem 1m. Para o referencial em movimento, o carro tem 0,66 m. O artigo em questão apresenta discute esse e outros simuladores, podendo ser lido neste. link Figura 4 Ilustração do experimento de uma pessoa rodando ao redor de um disco enquanto tenta medi-lo. Fonte: o próprio autor. Figura 5 Fonte: Research Gate.
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21 antes: a gravidade não é uma força, é uma ilusão (como o “empurrão” do ônibus) causada por uma curvatura do espaço. Nesse ponto, é válido entender como modelar um espaço curvo. A ideia é exatamente a mesma dita no texto anterior: regras da geometria usual não funcionam, como comprimento de circunferências, ângulos, ou o Santo Graal da geometria da escola: o Teorema de Pitágoras: 2 2 2 s = x + y A ideia então é que, em espaços curvos, o Teorema de Pitágoras assume uma forma bem mais complicada. Na chamada Geometria Diferencial, existe um objeto g mu chamado tensor métrico, cujo nome pode assustar, mas a ideia é bem simples: eles te informam o quanto o Teorema de Pitágoras é violado em um espaço. Sabendo da existência desse objeto que mede o quanto um espaço é curvo, Einstein então o usa para descrever a gravidade em sua nova teoria. Equações de Einstein Juntando as peças acima, Einstein conseguiu responder à pergunta o que é a gravidade: curvatura do espaço-tempo. Porém, ainda é preciso responder outra pergunta: como a gravidade é gerada? A ideia então foi generalizar o mesmo que ocorria segundo Newton. Para ele, a massa gera a gravidade. De forma similar, Einstein propõe que a matéria gera a gravidade deformando o tecido do espaço-tempo. Aqui, isso é bem ilustrado pela clássica ilustração do espaço-tempo como um tecido, com as massas dos corpos afundando-o e tornando-o curvo. As considerações acima foram todas feitas entre 1905-1907. Os 8 anos seguintes até a conclusão da Relatividade Geral se resumiram na busca de AstroNova . N.43 . 2024 s x y Figura 6 Representação gráfica da curvatura no espaço-tempo. Fonte: ESA SCIENCE.
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Einstein por equações que implementam a ideia da figura acima. Depois de uma longa busca (e vários caminhos errados), ele obteve o chamado sistema de Equações de Einstein: A ideia é realmente simples: o lado esquerdo é o espaço- tempo (R e R, ambos mu dependem de g), e o direito mu a matéria T. As equações mu apenas contam como a matéria deforma o espaço- tempo, ilustrando de forma matemática a figura do tecido do espaço-tempo (figura 6). A notação, entretanto, pode enganar. O objeto R contém mu somas na chamada notação de Einstein, possuindo mais de 200 termos que precisam ser calculados para resolver as equações de Einstein, que são extremamente complexas. Uma boa parte do trabalho de pesquisadores em Física é determinar soluções para essas equações, pois elas podem ser resolvidas apenas em alguns casos específicos. Armados com tal sistema, cada solução mostrou coisas novas: Einstein acreditava ser impossível de resolvê-las e usou aproximações, desenvolvendo o conceito de ondas gravitacionais: perturbações no tecido do espaço-tempo que se propagam na velocidade da luz. A primeira solução exata da RG ficou conhecida como solução de Schwarzschild e revelou os primeiros buracos negros. Alguns anos depois, os trabalhos de Einstein e Friedmann elucidaram o comportamento de nosso universo como um todo, revelando soluções com universos em expansão, fundando a cosmologia moderna. Aqui, vou parar porque preciso encerrar o texto, mas poderíamos ficar por hora divagando sobre as aplicações e consequências da Relatividade Geral. Considerações Finais Neste breve texto, conversamos um pouco sobre a Relatividade Geral, a teoria padrão da gravidade atual. Pudemos então contemplar um pouco do gênio e da criatividade de Einstein que, através de experimentos mentais simples, revelou a natureza de um fenômeno que parece tão simples: a queda dos corpos, que na verdade é uma ilusão causada pelo fato de vivermos em um espaço-tempo curvo. Luiz Felipe Demétrio é graduado em Física (UEM) e doutorando em Cosmologia (UEL). Referências: Foundations of the General Theory of Relativity. Annalen der Physik, n. 354, 1915. Disponível em: https://en.wikisource.org/wiki/Th e_Foundation_of_the_Generalis ed_Theory_of_Relativity, 1931. EINSTEIN, Albert. Cosmological Considerations in the General Theory of Relativity. Sitzungsber. Preuss. Akad. Wiss. Berlin (Math. Phys. ), v. 1917, p. 142–152, 1917. GUTH, Alan H. The Inflationary Universe: The Quest For a New Theory of Cosmic Origins. [S.l.]: Helix Books, 1997. 22 AstroNova . N.43 . 2024