Cosmologia
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Cosmologia (do grego κοσμολογία, κόσμος="cosmos"/"ordem"/"mundo" + -λογία="discurso"/"estudo") é o ramo da astronomia que estuda a origem, estrutura e evolução do Universo a partir da aplicação de métodos científicos.
A Cosmologia muitas vezes é confundida com a Astrofísica que é o ramo da Astronomia que estuda a estrutura e as propriedades dos objetos celestes e o universo como um todo através da Física teórica. A confusão ocorre porque ambas ciências sob alguns aspectos seguem caminhos paralelos, e muitas vezes considerados redundantes, embora não o sejam.
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[editar] Antiguidade
Na antiguidade a observação dos astros e a interpretação religiosa mantiveram uma ligação praticamente una. Os povos primitivos já utilizavam símbolos representando os corpos celestes nas manifestações de arte rupestre. No antigo Egito e outras civilizações acreditava-se que a Terra fosse plana, e os astros lâmpadas fixas numa abóbada móvel; em muitas civilizações existiam crenças onde se acreditava que o Sol nascia a cada amanhecer para morrer ao anoitecer, e que acabaram por se tornar a base de muitas religiões antigas. Os gregos, sobretudo os seguidores de Pitágoras, acreditavam que os corpos celestes tinham seus movimentos regidos rigorosamente pelas leis naturais, na esfericidade da Terra e na harmonia dos mundos; já os seguidores de Aristóteles consideravam a teoria geocêntrica, onde a Terra era o centro do universo.
[editar] Eratóstenes
Na cidade egípcia de Alexandria no século III a.C., Eratóstenes, lendo um papiro, observou que havia uma descrição de que ao sul de Siena, ao meio dia, em 21 de junho, colocadas duas varetas perfeitamente em prumo, estas não produziam sombra. A luz do Sol no solstício de verão penetrava diretamente no fundo de um poço profundo, e as colunas dos templos não produziam sombra também.
[editar] A descoberta do perímetro da Terra
O sábio fez uma experiência na biblioteca de Alexandria, onde posicionou varetas perfeitamente verticais. Observando sua sombra ao meio dia do dia 21 de junho, descobriu que, enquanto em Siena não havia sombra, em Alexandria esta era de forma até bastante pronunciada, em torno de sete graus. Desta maneira Eratóstenes imaginou que se a Terra fosse plana as varetas não haveriam de projetar sombra em nenhuma das duas localidades, e se numa delas havia esta projeção e em outra não, é porque a Terra não era plana e sim curva; ainda num exercício de pura lógica matemática, após deduzir a defasagem de sete graus entre Siena e Alexandria pagou para um de seus auxiliares medir a distância em passos entre as duas localidades, chegando à conclusão que esta seria em torno de 800 quilômetros. Como a defasagem angular é em torno de 7 graus e a circunferência é 360 graus, dividindo 360 por 7 encontrou aproximadamente cinqüenta, que multiplicado por oitocentos resultou numa circunferência de quarenta mil quilômetros; isto há dois mil e duzentos anos.
[editar] Alexandrino Estrabão
Em torno do século I da era cristã, o geógrafo Alexandrino Estrabão, num de seus ensaios escreveu: “...(sic)Aqueles que retornam de uma tentativa de circunavegação não relatam impedimentos por terras opostas, pois os mares permanecem sempre abertos; provavelmente o impedimento é a escassez de alimentos ou água... nos diz Eratóstenes que se a extensão do Atlântico não é um obstáculo, a passagem do mar da Ibéria para a Índia deve ser feita facilmente... Sendo bem provável que na zona temperada haja uma ou duas terras habitadas... E realmente se esta ou outra parte do mundo é habitada, não o é por homens como os daqui, e deveremos considerá-la como um outro mundo habitado”...
[editar] Cláudio Ptolomeu
Cláudio Ptolomeu de Alexandria cem anos mais tarde, em torno do século II da era cristã, formulou no Almagesto sua teoria de que “...(sic) Terra se apresentava imóvel e rodeada de esferas transparentes de cristal que giravam a sua volta e a que se subordinavam o Sol e os planetas...” Ptolomeu relacionou as estrelas, registrou seus brilhos, estabeleceu normas de previsão de eclipses, tentou descrever o movimento dos planetas contra o fundo praticamente imóvel das constelações, acreditou que a Terra fosse o centro do universo e que todos os corpos celestes a rodeavam. Esta teoria foi adotada por santo Tomás de Aquino no século XIII, e esta concepção do cosmo foi seguida até o século XVI.
[editar] Nicolau Copérnico
Os filósofos do século XV aceitavam o geocentrismo como fora estruturado por Aristóteles e Ptolomeu. Esse sistema cosmológico afirmava que a Terra era esférica, mas também afirmava que a Terra estaria parada no centro do Universo enquanto os corpos celestes orbitavam em círculos concêntricos ao seu redor. Essa visão geocêntrica tradicional foi abalada por Nicolau Copérnico em 1514, quando este começou a divulgar um modelo cosmológico em que os corpos celestes giravam ao redor do Sol, e não da Terra. Essa era uma teoria de tal forma revolucionária que Copérnico escreveu no seu de revolutionibus: "quando dediquei algum tempo à idéia, o meu receio de ser desprezado pela sua novidade e o aparente contra-senso, quase me fez largar a obra feita".
Ptolomeu já havia considerado a possibilidade de um modelo heliocêntrico, porém o rejeitou devido às teorias de Aristóteles, segundo as quais a Terra não poderia ter uma rotação violenta.
Ao contrário do que se poderia imaginar, durante a vida de Copérnico não são encontradas críticas sistemáticas ao modelo heliocêntrico por parte do clero católico. De fato, membros importantes da cúpula da Igreja ficaram positivamente impressionados pela nova proposta e insistiram que essas idéias fossem mais bem desenvolvidas. Apenas com Galileu Galilei, (quase um século depois do início da divulgação do heliocentrismo), a defesa do novo sistema cosmológico tornou-se problemática.
Em 1616 o principal trabalho de Copérnico chegou a entrar para a lista dos livros proibidos da Igreja Católica, mas apenas por um curto período, sendo novamente liberado depois de pequenas adaptações feitas pelos censores eclesiásticos.
[editar] Galileu Galilei
Galileu Galilei, na primeira metade do século XVII, reforçou a teoria heliocêntrica com o uso do recém-inventado telescópio, pois viu que a Via Láctea é formada por uma infinidade de estrelas. Ao invés de nuvens, observou as manchas solares, mapeou as crateras e montanhas na Lua, descobriu a existência de satélites ao redor de Júpiter, além de observar Saturno e os seus anéis.
Quando passou a defender o heliocentrismo como uma verdade literal, isso lhe rendeu muitos problemas com a Igreja Católica, que, por razões principalmente teológicas, mas também por não ter havido ainda comprovação cabal do novo modelo, insistia que Galileu tratasse o heliocentrismo apenas como uma hipótese.
Em 1615, Galileu escreveu uma carta para a grã-duquesa Cristina da Holanda dizendo: "(sic)...alguns anos atrás, como sabe sua Alteza, ví no céu muitas coisas que nunca ninguém viu até então. A novidade e as consequências se seguiram em contradição com as noções físicas comumente sustentadas entre académicos e filósofos que se voltaram contra mim um número grande de professores e eclesiásticos como se eu tivesse colocado as coisas no firmamento com as minhas próprias mãos para alterar a natureza e destruir a ciência e o conhecimento. Esquecem-se pois, que as verdades a crecer estimulam as descobertas e as investigações estabelecendo assim o crescimento das artes..."
Em 1633, Galileu foi a julgamento e terminou oficialmente condenado por "grave suspeita de crime de heresia", ficando oito anos em prisão domiciliária próximo a Florença, onde veio a morrer. Em 1979 o papa João Paulo II, 346 anos depois da condenação, ilibou-o do julgamento executado pela Inquisição.
[editar] Fé e Ciência
Com a teoria heliocêntrica, Galileu tornou-se a única pessoa já condenada pela Inquisição por ter defendido teses estritamente científicas e, por isso, é um exemplo muito citado em debates que falem de "fé versus ciência". Entretanto, este evento envolve elementos muito mais complexos do que simplesmente uma controvérsia entre estes dois modos de ver o mundo. Há historiadores que dedicam toda a sua carreira a analisar apenas este ponto da história para tentar entendê-lo em todas as suas dimensões. Para uma visão mais completa, ver também os artigos sobre Heliocentrismo e a biografia de Galileu Galilei.
[editar] Johannes Kepler
Johannes Kepler descobriu que as órbitas dos astros do sistema solar são elípticas. Num de seus ensaios escreveu: “...(sic) É portanto, impossível que a razão não previamente instruída pudesse imaginar qualquer coisa senão que a Terra seria um tipo de casa imensa com a cúpula do céu no topo; não teria movimento e , dentro dela, o Sol tão pequeno passaria de uma região para outra, como um pássaro esvoaçando pelo ar.”...
Kepler baseou-se na geometria euclidiana para pôr em prática suas teorias. Certa vez escreveu em um de seus ensaios “(sic)...A Geometria existiu e existe desde antes da Criação. É co-eterna com a mente de Deus...A Geometria forneceu a Deus um modelo para a Criação... A Geometria é o próprio Deus...”
Em 1589, Kepler foi estudar na Universidade de Tübingen, na Alemanha, onde começou a confrontar as correntes intelectuais da época; foi quando se iniciou na chamada hipótese copernicana, vislumbrando um universo heliocêntrico.
Em Graz, na Áustria, foi ensinar matemática, desenvolveu almanaques meteorológicos e astronômicos. Naquela época se conheciam seis planetas, Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter e Saturno, além dos sólidos platônicos, ou sólidos regulares.
Kepler tentou achar uma relação entre os sólidos e as distâncias entre as órbitas dos planetas. Pensou que estes sólidos, estando inscritos um ao outro, mostrariam as distâncias destes ao Sol, chamando a isto de Mysterium Cosmographicum.
[editar] A importância de Tycho Brahe
Kepler conheceu Tycho Brahe, que era o Matemático Imperial do Imperador Romano Rudolf II. Com o matemático, trabalhou por algum tempo.
Tycho reuniu informações e dados das órbitas planetárias por toda a sua vida. Quando morreu, deixou para Kepler todas as suas anotações.
As anotações de Tycho começaram a ser compiladas antes da invenção do telescópio.
Todos os astrônomos anteriores a Kepler dimensionaram órbitas circulares aos planetas conhecidos. Acreditavam ser o círculo a forma geométrica perfeita. Os círculos colocados no céu por Deus deveriam ser perfeitos.
Após três anos de cálculos e pesquisas infrutíferas, Kepler abandonou sua teoria do Mysterium Cosmographicum. Alguns meses depois de abandonar a antiga teoria, ainda seguiram pesquisas infrutíferas. Kepler finalmente abandonou definitivamente a órbita circular e passou a buscar as respostas por outros caminhos.
Depois de buscar incansavelmente uma resposta que explicasse satisfatoriamente os orbitais, Kepler iniciou o uso da elipse como forma das órbitas planetárias.
Começou seu estudo utilizando a fórmula da elipse codificada por Apolônio de Perga da Biblioteca de Alexandria, descobrindo que finalmente esta se ajustava com perfeição às observações de Tycho.
[editar] Isaac Newton
Com Isaac Newton, descobridor e formulador da lei da gravitação universal no século XVII, foi criada uma sólida base científica para a cosmologia, que passou do campo puramente filosófico para o experimental.
[editar] A cosmologia experimental
A partir do início do século XX, com a criação da teoria da relatividade surgiu também a cosmologia moderna, cujo artigo inicial foi escrito pelo físico alemão Albert Einstein, em 1917, com o título "Kosmologische Betrachtungen Zur Allgemeinen Relativitätstheorie" (Considerações cosmológicas sobre a teoria da relatividade geral). Nesse trabalho, Einstein analisava, sob a luz da relatividade, o universo como um todo, introduzindo o conceito de constante cosmólogica. Essa constante cosmológica faria o papel de uma 'força antigravidade', que impediria o universo de colapsar sob a ação da gravidade, permitindo assim a existência de soluções - ou modelos - cosmológicos estáticos.
No entanto, o que Einstein não percebeu (ou não quis perceber) de imediato é que, mesmo com a presença da constante cosmológica era possível obter soluções matemáticas que previam um universo dinâmico, em contração ou expansão. Tais famílias de soluções são hoje conhecidas genericamente como soluções de Friedmann, em homenagem ao matemático russo Alexander Friedmann, que as obteve em 1922.
Com o desenvolvimento de novos telescópios, ainda no início do século XX, foi possível estudar o universo em escalas então inexploradas. Um pioneiro no estudo sistemático das galáxias além da nossa Via Láctea foi o americano Edwin Hubble, que notou que a maioria das galáxias parecia estar se afastando da nossa, e que a velocidade de afastamento aumentava com a distância da galáxia em relação à nossa. Tal observação, confirmada posteriormente, tornou-se uma lei empírica, conhecida hoje como lei de Hubble, e era uma 'prova' experimental da expansão do universo: as galáxias se afastam umas das outras devido à expansão do espaço entre elas.
[editar] O Universo em expansão
Em 1917 o astrônomo neerlandês Willem de Sitter desenvolveu um modelo não estático do Universo. A teoria segundo a qual o universo está em expansão, formulada na década de 1920, acabou por constituir a moderna base da cosmologia. Em 1922 o modelo do universo em expansão foi adotado pelo matemático russo Alexander Friedmann.
Em 1927 o físico e sacerdote belga Georges Lemaître introduziu a idéia do núcleo primordial. A teoria afirmava que as galáxias são fragmentos da explosão desse núcleo, resultando na conseqüente expansão do Universo. Esse foi o começo da teoria da Grande Explosão que tenta explicar a origem do Cosmos.
A teoria do Big-bang foi modificada em 1948 por George Gamow. O princípio da propagação trouxe inovação à cosmogonia. Uma das prováveis hipóteses diz que depois da explosão as partículas elementares geradas continuaram a se chocar entre si. As elevadíssimas temperaturas baixaram o suficiente para que os elétrons se recombinassem com os prótons. Os átomos foram criados a partir do amalgamamento da massa primordial composta pelas subpartículas de carga positiva e negativa.
Hoje a radiação cósmica de fundo do Big-Bang é detectada por radiotelescópios.
Acredita-se que no momento da explosão a expansão espaço-tempo-massa-energia era uniforme, composta inicialmente de hidrogênio e hélio, com progressiva e crescente complexidade estrutural. O advento da gravidade iniciou a atração gravitacional da matéria recém-formada.
As partículas começaram a se unir e gravitar mutuamente, as massas de gás iniciaram uma lenta e contínua compressão em espiral, esta aumentou o campo gravitacional em torno de si em turbilhão.
Os gases começaram a se comprimir cada vez mais, esta compressão acelerou a atração gravitacional numa "espiral inflacionária" atraindo cada vez mais matéria e a comprimindo novamente, fazendo-a cair sobre si mesma. Acredita-se que assim se iniciou a formação de galáxias, de estrelas, de planetas, inclusive os buracos negros.
[editar] O futuro da cosmologia
A cosmologia associada a outros ramos de pesquisa, como a informática e eletrônica, está cada vez mais aumentando seu nível de complexidade.
Com o advento do avanço das ciências de computação e a união de engenharias das mais diversas, existem estudos para a construção de um supercomputador interligado a outros espalhados pelo planeta onde se possa construir um universo virtual e se observar sua dinâmica.
Muitas Universidades no mundo estão empenhadas no projeto do Universo virtual que poderá ser o grande passo para a pesquisa cosmológica do século XXI.
