40 perguntas sobre o universo

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1. Como se sabe a idade do universo?
Há várias formas de fazer esse cálculo. Uma delas é utilizar um índice numérico conhecido como constante de Hubble, que relaciona a velocidade atual de expansão do universo com a distância entre as galáxias. A partir dessa relação é possível descobrir desde quando as galáxias estão se movimentando e, conseqüentemente, quando o universo nasceu. Outra forma é considerar a idade das galáxias como o limite mínimo para a idade do universo inteiro. Pode-se estabelecer esse tempo pela análise das características das estrelas. Cor, temperatura e massa variam de acordo com o estágio evolutivo em que o astro se encontra. Existem ainda cálculos de física nuclear, que rastreiam isótopos radioativos em meteoritos. É o equivalente ao carbono 14 usado para a datação de fósseis.

2. Por que a noite é escura se há tantas estrelas no céu?
A teoria mais aceita postula que, como o universo está se expandindo, as outras galáxias se afastam velozmente da Terra. Esse movimento relativo produz um fenômeno conhecido em inglês como redshift, em que a luz visível das estrelas passa a ser percebida na Terra apenas em suas freqüências menos energizadas. Outra razão é que a luz emitida por estrelas mais distantes ainda não chegou à Terra.

3. O que aconteceria se a Lua desaparecesse?
A gravidade da Terra e a da Lua se influenciam mutuamente. O sumiço repentino da Lua tornaria o movimento de rotação da Terra caótico como o de um pião em baixa velocidade. Seria catastrófico para a vida no planeta, com alterações drásticas do clima. Períodos quentíssimos se alternariam, de forma aleatória, com fases de frio glacial. Os animais com mais chances de sobrevivência seriam os aquáticos, já que a temperatura da água varia mais lentamente. Embora um afastamento súbito da Lua seja improvável, sabe-se que ela está se distanciando da Terra à razão de alguns centímetros por ano. Por enquanto, não há motivo para pânico: bilhões de anos nos separam de um afastamento da Lua capaz de provocar alterações em nosso planeta.

4. Por que a Lua não tem atmosfera?
A gravidade lunar, um sexto da da Terra, não consegue reter os gases que formam uma atmosfera. As moléculas dos gases que formam a atmosfera da Terra estão em constante movimento, mas para escapar para o espaço precisam ultrapassar a velocidade de 11 quilômetros por segundo. Só gases muito leves, como o hidrogênio, se movem tão rápido. Para fugir à gravidade da Lua, basta a velocidade de 2 quilômetros por segundo.

5. Por que às vezes a Lua muda de cor?
A Lua, que durante o dia sempre é "vista na cor branca, às vezes, durante a noite, assume um tom amarelado. Isso porque nosso cérebro percebe a cor da Lua de maneira diferente nesses dois períodos. Durante o dia, o céu azul, iluminado pelos raios solares, permite ao cérebro perceber melhor a cor verdadeira do satélite. À noite, sem a luminosidade do Sol, nosso cérebro tem maior dificuldade para calcular a cor correta da Lua. Nos períodos mais secos do ano, esse efeito pode ser intensificado em função de partículas de poeira e poluição suspensas na atmosfera.

6. Há regras para a colonização do espaço?
Um acordo assinado pelos países-membros da ONU em 1967, chamado de Tratado do Espaço, prevê que nenhum país pode se apropriar de corpos celestes. Como o texto não faz referência explícita a atividades comerciais ou científicas, tentou-se organizar esse tipo de exploração em 1979, quando a ONU propôs o Acordo da Lua. Sem os apoios americano e soviético, o projeto fracassou. Desde então, o entendimento é de que o espaço é de uso comum.

7. Por que o espaço é escuro mesmo nas proximidades do Sol?
A luminosidade azulada que percebemos na Terra de dia é resultado da difusão dos raios solares na atmosfera. A ausência de matéria que exerça função semelhante em outras regiões do espaço torna-o escuro.

8. Por que existem estrelas de diferentes cores?
As cores das estrelas variam em função de sua composição química e de sua temperatura. As estrelas menos quentes, que queimam a 3 000 graus, têm coloração vermelha. As mais quentes, nas quais a temperatura é de 30 000 graus, apresentam tons de azul.

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9. Qual a maior estrela conhecida?
Em termos de massa e brilho, a maior estrela é Pistola, na nebulosa de mesmo nome. Acredita-se que sua massa seja 100 vezes maior do que a do Sol e que emita 10 milhões de vezes mais luz. Levando-se em conta apenas o tamanho – e não a massa –, a maior estrela conhecida é uma gigante vermelha no sistema VV Cephei, cujo raio é 4 000 vezes maior do que o do Sol. Se fosse colocada no lugar do Sol, ela engoliria Mercúrio, Vênus, Terra, Marte e Júpiter.

10. Por que os gases dos planetas gasosos e das estrelas não se espalham pelo espaço?
Assim como qualquer corpo dotado de massa, os planetas gasosos e as estrelas têm um campo gravitacional. É a força da gravidade que impede o gás de se dissipar.

11. As estrelas podem se apagar um dia?
Pode levar bilhões de anos, mas todas as estrelas um dia deixam de emitir energia luminosa. Isso pode acontecer de três formas. As estrelas de menor massa se transformam em anãs brancas e perdem o brilho aos poucos. As estrelas de maior massa explodem. A seguir, transformam-se em estrelas de nêutrons ou, se tiverem a massa muito grande, em buracos negros.

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12. O que aconteceria com um astronauta se ele caísse num buraco negro?
O campo gravitacional nas imediações de um buraco negro destruiria o astronauta e sua nave antes mesmo que eles cruzassem o que os físicos chamam de "horizonte do evento" – ou seja, a região que circunda o buraco negro de onde não é possível retornar.

13. Um buraco negro pode engolir outro?
Teoricamente, não existem limites para a massa que os buracos negros podem engolir. Portanto, eles poderiam absorver matéria indefinidamente. Um buraco negro não pode engolir outro, mas eles podem se unir, formando buracos negros ainda maiores.

14. Por que um Boeing não consegue entrar em órbita?
Para entrar em órbita, qualquer objeto precisa voar acima da "velocidade de escape" da Terra – mais ou menos 33 vezes a velocidade do som na superfície do planeta. Nenhum avião convencional chegou perto dessa velocidade, muito menos os Boeing comerciais, que são subsônicos. Ainda que atingisse essa velocidade, o Boeing não se sustentaria em órbita, devido à ausência de ar.

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15. O que aconteceria com um astronauta que se desprendesse da estação em órbita da Terra?
Se ele simplesmente se soltasse, seu destino seria vagar pelo espaço, sendo lentamente puxado para a Terra pela força gravitacional do planeta.

16. Como seria o universo se a antimatéria tivesse prevalecido sobre a matéria?
Seria exatamente igual ao nosso, desde que a antimatéria tivesse prevalecido sobre a matéria na mesma proporção em que atualmente a matéria prevalece sobre a antimatéria. A única diferença é que todas as cargas positivas seriam negativas e vice-versa. Se houver dois universos paralelos, um constituído de matéria e outro de antimatéria, os dois poderão existir e se desenvolver nas mesmas condições desde que nunca haja contato entre eles. "Se uma pessoa feita de matéria se encontrasse com outra feita de antimatéria, as duas se anulariam mutuamente", explica o físico Carlos Escobar, da Unicamp.

17. Como os astronautas se orientam no espaço, onde as bússolas não funcionam?
A orientação é feita por um conjunto de sensores, que determinam a posição relativa da nave com relação às estrelas e ao Sol, além de rastreadores GPS, que determinam tanto a posição na órbita quanto a orientação. Fora da órbita da Terra, entretanto, o GPS torna-se inoperante. A nave também é constantemente monitorada pelo controle na Terra. Em caso de falha de algum sistema, os astronautas podem calcular sua posição no espaço por meio da observação do Sol, da Terra e das estrelas.

18. Existem outras dimensões além das quatro conhecidas (comprimento, altura, profundidade e tempo)?
A teoria conhecida como superstring (supercorda) propõe a existência de dez dimensões. Ao longo da evolução do universo, essas dimensões teriam sido embutidas nas quatro que conhecemos hoje.

19. É possível viajar no tempo?
Santo Agostinho dizia que os profetas eram pessoas especiais a quem Deus dava o dom de viajar pela linha do tempo. Por muitos anos essa questão ocupou as mentes mais brilhantes do século XX, como Albert Einstein e Stephen Hawking. A Teoria da Relatividade deu um passo gigantesco rumo a uma resposta satisfatória ao propor um modelo em que a luz se torna constante enquanto o tempo se deforma na percepção de um observador em movimento. Quanto mais rápido ele viaja, mais longo fica cada segundo em comparação ao que ficou parado. O físico Kip Thorne, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, demonstrou que, em tese, é possível viajar no tempo pelos chamados "buracos de minhoca", nome dado a estruturas cósmicas remanescentes do Big Bang que conectam como túneis dois pontos distantes do universo. Mas a tese encontra obstáculos – o mais interessante deles é o chamado "paradoxo do avô", em que alguém volta no tempo, mata o ascendente paterno e, portanto, não poderia nascer. Além disso, ela implica o domínio de tecnologias de deslocamento no espaço totalmente fora do alcance da humanidade atual.

20. Qual a possibilidade de haver outros universos além do nosso?
Algumas teorias falam da existência de múltiplos universos. O astrônomo americano Alan Guth sustenta que nosso universo poderia ser apenas uma bolha em uma árvore de infinitas bolhas. Segundo a teoria dos múltiplos universos, eles nascem e se desenvolvem independentes uns dos outros. Para certos estudiosos, poderia haver pontos de contato entre esses universos.

21. A matéria escura, que responde por 23% de tudo o que existe no universo, é realmente escura?
Não. O termo serve para indicar que essa matéria é incapaz de produzir energia – ou seja, de emitir radiação eletromagnética.

22. Por que os planetas são redondos?
A esfera é a única figura geométrica na qual todos os pontos da superfície estão à mesma distância do núcleo. É natural, portanto, que corpos com grande quantidade de massa e forte campo gravitacional, que tudo atrai para seu núcleo, se tornem esféricos. Na verdade, os planetas não são totalmente redondos. São ligeiramente achatados, devido ao movimento de rotação.

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23. O que é uma tempestade solar?
Os gases próximos à superfície solar, mantidos a altíssimas temperaturas, liberam constantemente prótons e elétrons. Esses elementos permanecem num estado da matéria conhecido como plasma. De tempos em tempos, algumas regiões do Sol com campo magnético mais intenso atraem e acumulam esse plasma. Forma-se uma espécie de manto que impede a saída dos novos prótons e elétrons. As partículas acumuladas vão pressionando o manto de plasma, que se rompe, resultando em labaredas gigantes que liberam no sistema solar os prótons e elétrons que estavam retidos. Essas partículas viajam pelo espaço e chegam aos planetas. O campo magnético da Terra e a atmosfera funcionam como um escudo que blinda nosso planeta contra esse tipo de radiação. A vida seria impossível se ele chegasse à Terra com toda a sua intensidade.

24. Por que o Sol é vermelho na aurora e no poente?
A luz do Sol é constituída pelas sete cores do arco-íris: violeta, anil, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho. A luz normalmente se propaga em linha reta, mas na atmosfera os raios solares colidem com moléculas dos gases que a compõem e se espalham. Os de menor comprimento de onda, como o azul, são os que mais se espalham. Por isso o céu é azul. "No nascer e no fim do dia, quando vemos o Sol no horizonte, os raios precisam atravessar um caminho muito mais longo na atmosfera", explica Mikiya Muramatsu, coordenador do Laboratório de Óptica do Instituto de Física da USP. Apenas o laranja e o vermelho, mais longos, alcançam a região visível aos nossos olhos. É por isso que vemos o céu avermelhado nesses períodos do dia.

Alexandre Sant'Anna

25. Tudo no universo é feito de átomos?
Análises realizadas pela sonda espacial Wilkinson, da Nasa, mostram que o universo é composto de 72% de energia escura, 23% de matéria escura, 4,6% de átomos e menos de 1% de neutrinos. Na prática, isso quer dizer que menos de 5% do universo é feito do tipo de matéria que conhecemos e é visível aos nossos olhos.

26. Por que o astrônomo Carl Sagan dizia que os humanos são feitos de poeira estelar?
A afirmação alude ao fato de que somos feitos dos mesmos elementos que deram origem às estrelas e aos demais corpos celestes. Até mesmo os elementos químicos característicos dos seres vivos – como carbono, nitrogênio e oxigênio – são sintetizados nas fornalhas nucleares no interior das estrelas. Liberados quando uma estrela explode, esses elementos são incorporados a uma nova geração de estrelas, aos planetas que se constituem a seu redor e às formas de vida que vierem a se desenvolver nesses planetas.

27. Todos os planetas giram em torno do próprio eixo?
Sim, por duas razões. Primeiro, porque os planetas tendem a conservar o estado de movimento inicial da matéria que os formou. A mesma atração gravitacional que mantinha gases e poeira em movimento – antes de reuni-los na forma de planetas – mantém hoje a rotação. "Tecnicamente, chama-se isso de conservação do momento angular", diz o astrônomo Francisco José Jablonski, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. Os planetas também estão sujeitos a influências gravitacionais de outros corpos, como estrelas e satélites, que ajudam a definir seu eixo de rotação. Dentro desses parâmetros, há todo tipo de excentricidade. Vênus, por exemplo, gira em sentido contrário ao dos demais planetas.

28. O que aconteceria se a Terra parasse de girar?
Sem a rotação, responsável pelos dias e pelas noites, a incidência de luz na superfície seria determinada pelo movimento da Terra em torno do Sol. O dia terreno passaria a ter a duração de um ano, metade dele com luz solar e a outra metade no escuro. O longo dia seria tórrido como Vênus (400 graus), enquanto a noite seria gelada como Júpiter (100 graus negativos). Há dois cenários teóricos possíveis. No primeiro, os oceanos se congelariam durante a longa noite de um dos lados do planeta e a Terra mergulharia numa era glacial. No segundo, a evaporação intensa das águas dos oceanos durante o dia criaria um efeito estufa de grandes proporções. O resultado seria um calor brutal. Em qualquer das hipóteses, a vida seria praticamente impossível.

29. Por que os quatro primeiros planetas do sistema solar são rochosos e os mais distantes são gasosos?
Logo após a formação do Sol, há 4,5 bilhões de anos, as moléculas de gás e poeira que circulavam ao seu redor começaram a se juntar, formando embriões de planetas. O vento solar acabou por soprar os gases para longe, formando os planetas gasosos, mais distantes. Mais pesada, a poeira formou os planetas próximos ao Sol. "Quanto ao tamanho, os planetas gasosos costumam ser maiores do que os rochosos porque é mais fácil aglomerar gás do que partículas", explica o astrônomo Eduardo Janot, professor do Instituto Astronômico e Geofísico da USP.

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30. Que planetas giram em velocidade mais rápida?
O planeta que gira mais rápido em torno do próprio eixo é Júpiter. Apesar de ser o maior do sistema solar, leva apenas 9,8 horas para completar uma volta. O mais lento é Vênus, cuja rotação demora 243 dos nossos dias. Na translação, o recordista é Mercúrio, cujo ano dura apenas 88 dias. A velocidade decorre da proximidade com o Sol, que exerce sobre ele forte atração gravitacional. O mais lento é Netuno: demora 165 anos terrestres para dar uma volta em torno do Sol.

31. O que aconteceria se a Terra tivesse a baixa gravidade de Marte?
Se a gravidade da Terra caísse dos atuais 9,8 metros por segundo ao quadrado e se igualasse aos 3,7 metros por segundo ao quadrado de Marte, a atmosfera terrestre escaparia lentamente para o espaço. Como gravidade, pressão e temperatura estão interligadas, a água do mar poderia entrar em ebulição mesmo a 25 graus. Até a Lua se afastaria da Terra. "Ela seria ejetada para fora do sistema solar", diz o astrofísico Jorge Ernesto Horvath, da Universidade de São Paulo.

32. As nuvens existem na Terra desde que ela nasceu?
Não. Quando o planeta surgiu, há 4,5 bilhões de anos, era quente demais para permitir a existência de nuvens, formadas de gotículas de água. Estima-se que as primeiras nuvens tenham aparecido há 3 bilhões de anos, com uma composição diferente da atual. Como mostram análises geológicas feitas em rochas, além de água as nuvens do passado continham metano, amônia, hidrogênio, hélio e gás carbônico.

33. O tempo passa de maneira diferente para os astronautas que orbitam a Terra a bordo da Estação Espacial Internacional?
A hora marcada por relógios atômicos colocados em órbita acusa diferenças sutis da ordem de nanossegundos. Esse fenômeno é chamado dilatação gravitacional do tempo. Para um astronauta na Estação Espacial Internacional, o tempo passa mais rapidamente do que para quem está na Terra, mas a diferença é imperceptível para os relógios comuns.

34. E se o núcleo da Terra esfriasse?
Se o núcleo terrestre esfriasse, o magma se solidificaria. Não haveria mais erupções vulcânicas nem terremotos, já que eles resultam do deslocamento das placas tectônicas sobre o magma. O planeta perderia seu magnetismo, que é produto do movimento de metais magnéticos presentes no núcleo. As espécies de águas profundas, dependentes do calor gerado pela desintegração de elementos radioativos no núcleo terrestre, desapareceriam. Isso desequilibraria a cadeia alimentar nos oceanos, levando à extinção em massa. Apesar das mudanças, a superfície do planeta não se congelaria, pois 90% do calor que aquece a Terra vem do Sol.

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35. Por que não podemos viver sem gravidade?
O corpo humano reage de modo intenso a alterações na força gravitacional que age sobre ele. Os astronautas que passam longos períodos no espaço, onde a gravidade é quase nula, sofrem de enjôos, desorientação e insônia. A falta de gravidade também altera a circulação sanguínea, causa descalcificação dos ossos e atrofia dos músculos. Alguns microorganismos, como a salmonela, tornam-se mais agressivos quando vivem em ambientes quase sem gravidade.

36. Por que os meteoritos produzem cores brilhantes no céu e até parece que estão parados, segundo alguns observadores?
As cores brilhantes são resultado da queima na entrada da atmosfera de substâncias diferentes que compõem o meteorito. Cada metal emite uma freqüência diferente de luz quando se queima. Qualquer objeto viajando diretamente na direção dos olhos de um observador pode parecer parado. O desconhecimento desses dois fenômenos naturais faz com que muitos observadores jurem ter visto objetos voadores não identificados.

37. Como se observam os planetas fora do sistema solar?
Ainda não é possível observar diretamente os planetas fora do sistema solar, porque a luz das estrelas em torno das quais eles orbitam os ofusca. A maior parte dos cerca de 300 planetas conhecidos fora do sistema solar foi descoberta pelo método da velocidade radial. Ao se observar a estrela-mãe e se constatarem pequenas variações em sua velocidade de órbita, deduz-se que ela esteja sendo afetada pela presença de planetas. Outro método consiste em avaliar se ocorre uma oscilação regular na posição da estrela, sinal de que há um planeta em sua órbita cuja gravidade a atrai. Uma terceira técnica consiste em observar se há uma diminuição regular da luz da estrela-mãe, o que é causado pela passagem de um planeta à sua frente. Por meio desse método, também é possível analisar as cores da luz absorvida pela atmosfera de alguns planetas e detectar a presença de elementos químicos, como o sódio, ou materiais orgânicos, que são típicos de planetas, e não de estrelas.

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38. Qual a probabilidade de cair na Terra um asteróide como o que extinguiu os dinossauros há 65 milhões de anos?
Todos os asteróides que cruzam a órbita da Terra são potencialmente perigosos. Mas somente objetos com tamanho acima de 140 metros de diâmetro podem provocar danos graves. Catástrofes como a extinção dos dinossauros envolvem asteróides com mais de 10 quilômetros de diâmetro. Estima-se que um corpo celeste dessa proporção se choque com a Terra a cada 100 milhões de anos, mas, como esse é um evento de natureza aleatória, é impossível prever impactos futuros. Pelo que se sabe, não há nenhum asteróide com mais de 1 quilômetro de diâmetro em rota de colisão com a Terra.

39. O que se espera descobrir com o novo telescópio espacial James Webb?
O telescópio que substituirá o Hubble será lançado em 2013 com a missão de obter dados sobre a formação das primeiras estrelas e planetas. Também deverá captar imagens que permitam entender melhor a formação e a aglomeração das galáxias. O James Webb, que ficará posicionado a 1,5 milhão de quilômetros de distância da Terra – ou seja, quatro vezes mais distante do que a Lua –, terá um espelho de 6,5 metros de diâmetro, detectores de infravermelho ultrapotentes, e será capaz de captar sete vezes mais luz do que o Hubble.

40. E se Albert Einstein nunca tivesse nascido?
Diz-se que a Teoria da Relatividade Especial, proposta por Einstein em 1905, jogou a ciência dez anos para a frente. Sua segunda grande descoberta, a Teoria da Relatividade Geral, adiantou os ponteiros do conhecimento em cerca de cinqüenta anos – desde que, claro, a teoria de 1905 tivesse sido posta de pé. Portanto, a resposta é: se Einstein não tivesse feito o que fez, a física atual estaria hoje no patamar em que estava no fim da Segunda Guerra Mundial.

Colaboraram nesta seção: Augusto Damineli, astrônomo | Eduardo Janot, astrônomo | Francisco Jablonski, astrônomo | Jaime da Rocha, astrônomo | José Monserrat Filho, especialista em direito espacial | Jorge Ernesto Horvath, astrofísico | Maria Assunção Silva Dias, meteorologista | Mikiya Muramatsu, físico | Oswaldo Duarte Miranda, astrônomo | Paulo Artaxo, geofísico | Petrônio Noronha de Souza, engenheiro aeroespacial | Victor Rivelles, físico | Walmir Cardoso, astrônomo | Yara Marangoni, geofísica

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