23 de mar de 2012

Os Satélites de Júpiter e a Velocidade da Luz

Galileu foi o primeiro a apontar o telescópio em direção às estrelas e em 1610 construiu um dos primeiros telescópios para observação de corpos celestes. A partir de suas observações, a Astronomia passou por uma revolução levando o geocentrismo à extinção.

Uma das grandes realizações de Galileu foi a descoberta de corpos orbitando o planeta Júpiter, como se fossem um modelo do sistema solar em miniatura, onde Júpiter faria o papel do nosso Sol.

imageHoje em dia, sabemos que Júpiter possui mais de 60 luas, com dimensões que variam de pequenos asteróides a pequenos planetas.

Io, Europa, Ganimedes e Callisto são as luas mais brilhantes descobertas por Galileu e em sua homenagem hoje são chamadas de Satélites Galileanos.

imageO mais interno dos 4 satélites descobertos por Galileu, Io, tem um período de aproximadamente 42,5h e é fácil determinar os instantes em que é eclipsado pelo planeta. Em 1675, o astrônomo dinamarquês Olaf Römer verificou que o intervalo entre dois eclipses consecutivos crescia quando a Terra estava se afastando de Júpiter e diminuía quando se aproximava.

image [Comparação entre a Lua da Terra e as Luas de Júpiter]

O grau de confiança nas leis de Newton, segundo as quais o período real deveria ser invariável, Römer atribuiu as variações aparentes do período a uma velocidade finita de propagação da luz, e determinou o seu valor, pela primeira vez, com o auxílio dessas observações.

image [Determinação da velocidade da luz]

O argumento de Römer está ilustrado na figura acima. Nas posições 1 e 3 em sua órbita, quando a Terra se move mantendo-se aproximadamente eqüidistante de Júpiter, o atraso na observação do eclipse, devido ao tempo que a luz leva para vir de Júpiter à Terra, é o mesmo para os dois eclipses consecutivos, de modo que medimos o período verdadeiro de Io. Na posição 2, porém, a Terra se terá afastado de Júpiter entre dois eclipses consecutivos e o intervalo aparente entre eles será maior, porque a luz tem de percorrer uma distância maior até atingir a Terra, assinalando o segundo eclipse. Analogamente, na posição 4, quando a Terra está se aproximando de Júpiter, o intervalo aparente diminui. A variação fracionária do período orbital de Io observada é igual à razão da velocidade da Terra em sua órbita à velocidade da luz, o que permitiu a Römer estimar essa velocidade, tendo obtido um valor cerca de 25% inferior ao atualmente aceito, que é de c 3 x 108 m / s.

Uma vez estabelecido o calor de c por métodos independentes, foi possível empregá-lo em sentido inverso, para estabelecer distâncias absolutas no sistema Solar, seja em termos de efeitos como os atrasos de eclipses de satélites de Júpiter, seja através dos modernos métodos de radar.

As imagens que seguem foram tiradas pelas sondas Voyager 1, Voyager 2 e Galileo e mostram o contraste das superfícies dos satélites de Júpiter que são afetadas por mudanças vulcânicas ou tectônicas.

As imagens abaixo tem resolução de 10km e cobrem uma área de aproximadamente 1.000 por 750km. Io apresenta regiões de caldeiras vulcânicas; na Europa podemos ver fendas com milhares de quilômetros; já em Ganamedes podemos observar faixas com pontos brilhantes; Caslisto apresenta enormes bacias de impactos.

imageAs imagens abaixo têm resolução de 180m e cobrem uma área de aproximadamente 100 por 75km. Em Io, orifícios de plumas vulcânicas; Europa com suas cordilheiras abundantes; Ganimedes possui terrenos fraturados e entalhados; e Calisto com erosão coberto de crateras.

imageHá muitos sites bons que tratam das Luas de Júpiter e trazem informações muito interessantes. Longe de querer fazer um estudo aprofundado, escolhi alguns somente para complementar este artigo. Caso esteja faltando alguma informação que você procure, que será perfeitamente compreensível, sugiro que façam um busca mais detalhada em outras páginas.

Referências:

[1] Física Básica V1 – Moysés H. Nussenzveig
[2] http://www.cosmobrain.com.br/res/satjup.html
[3] http://www.vssbr.com/Satelites2/Jup_Sat2.html
[4] http://www.apolo11.com/tema_astronomia_luas_jupiter.php
[5] http://www.skyandtelescope.com/observing/objects/javascript/jupiter



Veja mais:

A Gravitação Universal Além do Sistema Solar
A Astronomia e os Astrônomos da Grécia Antiga
Tamanho dos Astros e Estrelas no blog Infravermelho
A Ressonância de Laplace no blog Infravermelho

6 comentários:

  1. Oi Kleber! Isso mostra como medições apuradas levam a resultados imprevisíveis, já tive a oportunidade de ver Júpiter e seus quatro grandes satélites bem como Saturno e sua maior "lua" num pequeno telescópio de 4 1/2 polegadas, eu aconselho, é uma sensação, sei lá, algo como:"Isso existe mesmo". Um amigo me disse:"Isso é verdade ou você colou uma figurinha?" Certa vez minha filha estava triste e eu lhe disse: "Filha não fique triste por isso, há mais pessoas que foram à Europa que pessoas que já viram Saturno" Na hora não adiantou muito mas hoje ela lembra e se orgulha disso. Obrigado

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  2. Olá,parceiro.
    Eu não conhecia este método de cálculo aproximado da velocidade da luz, feito ainda no século XVII por Römer, usando uma ideia tão brihante, que envolve a diferença de intervalo de tempo correspondente à duração do eclipse do satélite Io, referente às posições relativas de afastamento e aproximação entre a Terra e Júpiter. Pela figura que você passou,com as posições 1,2,3 e 4, ficou fácil para entender. Só posso agradecer a você pela paciência em desenvover este trabalhoso post com estas explicações tão detalhadas.
    É por essas e outras que eu digo que o "Baricentro" é referência obrigatória na WEB, para matemáticos e físicos. Outro dia eu estava assistindo a uma palestra do filósofo Mário Sérgio Cortella, sobre um livro que ele havia lançado, cujo título é "Qual é a tua obra?". Este blog com certeza tem se constituido em uma de tuas obras.

    Obrigado pela gentileza em colocar os links para o INFRAVERMELHO.

    Abraço

    Abraço

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  3. Olá Tavano, eu que agradeço seu comentário.

    Depois que li seu comentário aqui, tive, talvez, uma sensação parecida, mas de outra forma: quando leio sobre essas descobertas de planetas, sobre cometas, me dá uma coisa... angústia? um aperto no peito? Não sei, mas parece que estou perdendo alguma coisa. Fui correndo ver os valores de alguns telescópios e para ter um razoável, terei que desembolsar algo em torno de 600,00 a 1000,00 reais.

    Eu sempre tive vontade de ter um telescópio. Não conheço ninguém que tenha e nunca tive dinheiro para comprar um. Hoje que tenho um pouco mais de dinheiro, tenho outras prioridades, como minha família, por exemplo. Se quiser um telescópio terei que me programar muito bem.

    Obrigado e um abraço!

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  4. Jairo,

    Esse livro do Moysés Nussenzveig, aliás toda a coleção, é algo fora do comum. A riqueza de informações e notas históricas é algo fenomenal. Ando com este livro na mochila e sempre estou lendo-o. Realmente fascinante. Como uma "continuação" deste post, tem outro que é a descobertas de outros planetas e um pouco sobre a lei de Bode, que já falamos um pouco em outra ocasião.

    Mesmo Römer tendo errado em cerca de 25% o valor da velocidade da luz, seu método foi brilhante e possibilitou estimas outras medidas. Mas também, os instrumentos da época eram mais rudimentares e não traziam a inovação tecnológica que hoje temos. Imaginem esses caras no século XXI! Estariam ao lado de Stephen Hawking, quem sabe, ou à frente.

    A ideia de colocar estas imagens sobre as luas de Júpiter era somente para complementar o artigo sobre a descoberta de Römer. Acho que ficou bom, mas tem tantas imagens bonitas na internet que fica até difícil escolher.

    Eu comecei este blog de maneira totalmente despretenciosa, os primeiro artigos estavam bem brutos, mas com o tempo fui dando uma "cara" ao blog. Acho que é essa aí. Recentemente tive uns contato que me surpreenderam. Algumas editoras vão me ceder livros para fazer promoções e até fazer uma troca de banners. Acho que tudo é reflexo do empenho que tenho, que faço simplesmente pelo prazer em fornecer um material a mais aos leitores.

    Eu tenho alguns projetos que espero um dia por em prática, pelo menos iniciar e ver como se desenrola, ou se enrola mais. Um deles seria escrever um livro, mas acho que ainda falta-me conhecimento e tempo! Mas como dizem os físicos: "não tem tempo? Use Torricelli!" Estou pensando ainda como aplicar esta fórmula na vida real.

    Um abraço meu amigo!

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  5. Oi Kleber! Sinto-me na obrigação de dizer-lhe algo: Não compre telescópio sem ler com muita atenção um livro sobre o assunto, há muita enganação. A localização de um astro como Saturno é penosa, sobretudo se o telescópio não estiver ancorado numa base firme, para valer a pena devemos observá-lo no mínimo com 150 aumentos, com 150 aumentos, devido à rotação da terra, a imagem se desloca e em poucos segundos sai do campo visual, para corrigir este deslocamento o telescópio deve possuir um sistema de rosca sem-fim que possibilite o acompanhamento do astro suavemente, há hoje sistemas eletrônicos de acompanhamento baseados em GPS, mas o PREÇO!!. Outro ponto: A poluição e claridade da nossa Metrópole dificultam a observação. Quando sugeri pensei em algo como a visita a algum observatório que disponibilize a observação para visitantes. Abçs.

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  6. Oi Tavano,

    Há algum tempo que desejava um telescópio. Já li muitas dicas encontradas pela internet que falam muitas coisas a respeito da aquisição, no entanto, você colocou mais uma que não me lembro de ter lido: sobre o ajuste do telescópio com um sistema de rosca sem fim. Obrigado por estas dicas.

    A modernização de nossas cidades trouxe conisgo vários problemas desde infraestrutura até mesmo às observações planetárias. Antigamente, com o índice de poluição zero (acredito) a observação dos astros eram possíveis mesmo a olho nú. Quando Galileu apontou a luneta que era para fins de brincadeiras, pela primeira vez para o céu noturno, revelou-se um mundo desconheido. Ainda bem que por ocasiões surgem gênios como ele.

    Forte abraço!

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