Mini-Curso de Astronomia do Museu do Eclipse · Uma Breve Historia da Astronomia • Antigo (antes...

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

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