Astronomia
 Mapeando o Céu
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 Cosmologia Moderna
Mapeando o Céu

Porque os astrônomos mapeiam o céu? Esta página fornece uma breve introdução a estas razões e traça o perfil da história dos mapeamentos astronômicos, desde tempos antigos até os atuais. Para aprender mais sobre o assunto, visite uma biblioeta ou os muitos sites interessantes na internet.

Por que mapear o céu?

Por milênios, os humanos se fazem perguntas sobre o universo além do nosso mundo. As estrelas e planetas, meros pontos de luz no céu noturnom sempre instigaram a nossa curiosidade quando tentamos entender o nosso lugar no cosmos.

Aos antigos, estes pontos de luz eram freqüentemente vistos em conexão com os poderes superiores, fora de seu controle, tais como deuses e deusas. Algumas civilizações começaram a perceber que certos eventos celestes se repetiam em intervalos regulares. Estas civilizações utilizavam estes eventos regulares para contar o tempo, auxiliando a agricultura e festas religiosas. Mais tarde, cartas celestes, produzidas com observações a olho nu, tornaram-se ferramentas essenciais à navegação e ao comércio. (Este importante aspecto dos mapeamentos sobrevive ainda hoje, com exemplos como o U.S. Naval Observatory.)

Hoje em dia, nós entendemos que o universo consiste não apenas de estrelas e planetas, mas também de galáxias, aglomerados de galáxias, faixas e acúmulos de gás, e uma componente de matéria escura invisível. Para aprender mais sobre estes objetos, nós precisamos primeiro saber onde encontrá-los, como eles interagem e como eles mudam ao longo do tempo. Muitas estruturas cobrem grandes áreas do céu; outras são tão raras que é preciso vasculhar milhões de objetos para encontrar um só exemplar. Estas idéias guiaram os muitos projetos do século passado para mapear o universo, em áreas e profundidades cada vez maiores, e num intervalo de comprimentos de onda sempre crescente. Mapeamentos científicos completos são a melhor maneira de encontrar novos objetos e interações entre objetos. Uma vez que tenhamos encontrado objetos suficientes, nós podemos estudá-los para enferir as propriedades físics básicas do universo.


Este projeto, o Sloan Digital Sky Survey (SDSS) foi criado para estudar como as galáxias se aglomeram nas maiores escalas. O SDSS irá mapear estas galáxias em maior detalhe que qualquer outro mapeamento anterior. Se nós soubermos como as galáxias se aglomeram, nós podemos aprender algo sobre como a matéria microscópica e as variações de energia evoluíram desde os primeiros momentos depois do Big Bang, há mais de 12 bilhões de anos, até as estruturas que nós vemos hoje.

Mapeamentos Antigos


Uma antiga carta celeste chinesa, 940 d.C.
Copyright c 1997, The British Library Board
British Library, Or.8210/S.3226

A astronomia é a mais antiga das ciências físicas. Ela se desenvolveu em tempos antigos a partir da curiosidade sobre dia e noite, o Sol, a Lua e as estrelas. À noite, mais de 1000 estrelas visíveis seguiam uma trajetória similar, parecendo rodar em grupos permanentes, ou constelações, ao redor de um ponto fixo no céu chamado de pólo norte celeste. Os mais antigos mapas do céu são registros das posições e movimentos de estrelas e planetas. Povos no Egito antigo, China, América Central e Mesopotâmia conduziram esse tipo de mapeamento mais de 5000 anos atrás. Eles registraram seus dados em tábuas de pedra ou nas paredes dos templos e às vezes até construíram estruturas gigantes como Stonehenge que se alinhavam com eventos astronômicos específicos. O primeiro catálogo de estrelas conhecido, contendo 800 estrelas, foi feito na China, cerca de 350 a.C. por Shih Shen.

Os mapas do universo melhoraram incrivelmente de 600 a.C. a 400 d.C. Durante esse período, os filósofos e astrônomos gregos começaam a desenvolver teorias sobre o funcionamento do cosmos. Estas teorias, baseadas em observações detalhadas, faziam previsões para os movimentos do Sol, da Lua e dos planetas. No século VI a.C., os gregos introduziram geometria à astronomia. Cem anos mais tarde, o famoso matemático Pitágoras propôs a teoria de que os planetas se movessem ao longo das superfícies de esferas concênctricas. No século IV a.C., Aristóteles compilou o conhecimento grego de astronomia e Aristarco calculou os tamanhos do Sol e da Lua com relação ao da Terra.

Duzentos anos mais tarde, Hiparco desenvolveu a trigonometria. Com trigonometria, ele pôde calcular distâncias dos planetas e das estrelas, sabendo os ângulos com o quais eles eram vistos da Terra. Hiparco reconheceu que a astronomia requer observações precisas e sistemáticas ao longo de séculos; por isso ele usou medidas muito antigas, além das suas próprias. Além disso, ele pretendeu que muitas das suas observações, especialmente as de planetas, fossem usadas por astrônomos futuros.

A idéia de Hiparco sobre como os planetas se moviam foi posteriormente refinada por Ptolomeu e se tornou aquilo que nós hoje chamamos de sistema ptolomaico. No sistema ptolomaico, os planetas se moviam em círculos concêntricos ao redor da Terra, enquanto que alguns dos planetas se moviam em círculos menores chamados de epiciclos, ao redor das óbitas principais. O sistema ptolomaico previa as posições dos planetas com grande precisão. Ptolomeu também usou trigonometria para medir com precisão a distância à Lua. Seu tratado de 13 volumes, o Almagest reúne boa parte do conhecimento astronômico da antigüidade. Ele foi traduzido para vários idiomas e se tornou a autoridade em questões astronômicas durante os 1400 anos seguintes.

Nasce a Astronomia Moderna

Uma mapa de Perseus de Uranometria, um atlas do céu desenhado 
por Johann Bayer no século 17 baseado nos catálogos de estrelas de Tycho Brahe.
Uma mapa de Perseus de Uranometria, um atlas do céu desenhado por Johann Bayer no século 17 baseado nos catálogos de estrelas de Tycho Brahe.

A astronomia esteve inativa na Europa por mais de mil anos. Nessa época, astrônomos islâmicos e indianos fizeram progressos significativos para entender o céu. A astronomia européia começou a ressurgir quando os trabalhos dos antigos gregos retornaram através de traduções árabes. O ressurgimento foi assegurado pelo padre polonês Nicolau Copérnico, cujo livro de 1543 De Revolutionibus Orbium Coelestium (Sobre as Revoluções das Esferas Celestes) propôs que a Terra gira em torno do seu eixo e translada ao redor do Sol, juntamente com todos os outros planetas. Nessa época, observatórios astronômicos foram construídos na Europa. Um desses observatórios, Uraniborg, estava localizado em uma ilha dinamarquesa. Lá, os astrônomos famosos Tycho Brahe and Johannes Kepler compilaram as observações astronômicas mais precisas e completas da época, contendo mais de 700 estrelas.

Ao mesmo tempo, Galileu Galilei, geralmente chamado de o pai da ciência moderna, apontou um telescópio recém inventado para o céu noturno. O telescópio revolucionou a astronomia ao permitir que astrônomos pudessem ver estrelas que ninguém jamais havia visto. No século 17, Isaac Newton desenvolveu a Teoria da Gravitação Universal, que dizia que a mesma força que faz com que objetos caiam até o chão, mantém os planetas orbitando o Sol. Já no século 18, astrônomos usavam regularmente as leis de Newton para produzir bases físicas acerca do que eles viam. As observações de Kepler e as leis de Newton foram a base da Astronomia por quase duzentos anos.

Mapeamentos do século XX

No fim do século XIX, a astronomia foi revolucionada de novo pela invenção da câmera e do espectrógrafo. Filmes fotográficos e placas permitiram aos astrônomos, pela primeira vez na história, criar um registro permanente do céu. Além disso, placas fotográficas podiam ficar expostas por períodos longos de tempo, o que permitia aos astrônomos ver objetos mais fracos a distâncias maiores. Nos anos 30, os astrônomos sabiam que muitos dos objetos fracos e difusos que viam eram na verdade outras galáxias que continham trilhões de estrelas. No entanto, para estudar galáxias distantes, astrônomos tinham que primeiro encontrá-las. Para encontrar galáxias mais fracas, começaram a fazer mapeamentos fotográficos sistemáticos do céu.

A map of the whole sky, based on digitized photographic plates from 
the Palomar and UK 48 inch Schmidt telescopes (Courtesy USNO).
Um mapa de todo o céu, baseado em placas fotográficas digitalizadas dos telescópios Schmidt Palomar and UK de 48" (Cortesia USNO).

Esses mapeamentos sistemáticos do céu foram realizados mais facilmente com o desenvolvimento do telescópio Schmidt, um novo telescópio que possibilitava que grandes áreas do céu fossem fotografadas de uma vez. O primeiro telescópio desse tipo, com espelhos de 18 polegadas (46 centímetros) de diâmetro, começou a operar em 1936 no Observatório Palomar, na Califórnia (EUA) e era utilizado para realizar buscas de explosões de estrelas chamadas supernovas. Esta configuração foi tão bem sucedida que uma versão maior, de 48 polegadas (1,2 metros), foi construída e utilizada para escolher objetos que posteriormente seriam observados pelo novo telescópio de 200 ploegadas (5 metros) que estava sendo construído em Palomar (EUA). Usando o telescópio Schmidt de 48", os astrônomos começaram a primeira tentativa moderna de um mapeamento completo e imparcial em 1949. O mapeamento chamado "National Geographic-Palomar Observatory Sky Survey" (POSS-I) coletou dados em diferentes cores de luz ao longo de todo o céu do hemisfério norte. Outro telescópio foi construído para mapear todo o céu do hemisfério sul.

Estes mapeamentos levaram décadas para serem completadas, mas forneceram dados aos astrônomos que eles utilizaram também por décadas. Nos anos 80, quando novos telescópios foram construídos, os astrônomos começaram a precisar de um novo mapeamento, para encontrar alvos mais fracos e mais distantes, para serem observados por telescópios maiores. Usando o mesmo telescópio Schmidt de 48" em Mount Palomar, mas com melhorias nas emulsões fotográficas, os astrônomos iniciaram um novo mapeamento de todo o céu do hemisfério norte, chamado "Second Palomar Observatory Sky Survey" (POSS-II).

Quando computadores e imagens digitais foram desenvolvidos, os astrônomos escanearam as placas dos mapeamentos fotográficos para criar imagens digitais e qualquer pessoa poderia vê-las pela Internet. Hoje em dia, qualquer um pode fazer um download das imagens de qualquer um desses mapeamentos usando ferramentas como o SkyView, da NASA. Além disso, com o desenvolvimento de observatórios astronômicos em outros comprimentos de onda, (rádio:FIRST, Raio-X:RASS, infravermelho:2MASS), mapeamentos do céu nessas novas janelas foram imediatamente realizados, revelando imagens impressionantes do céu que jamais haviam sido vistas.

O Sloan Digital Sky Survey

 
 
  O telescópio de 2,5m do SDSS

Hoje em dia, detectores eletrônicos modernos (como os chips CCD das câmeras digitais) fornecem uma sensibilidade muito maior do que as placas fotográficas. Computadores mais rápidos e sistemas de armazenamento de dados de maior capacidade permitem aos astrônomos obter imagens digitais do céu, assim como processar e armazenar os dados que coletam. Estes avanços tecnológicos levaram a criação do Sloan Digital Sky Survey, que vai mapear um quarto de todo o céu em detalhe, determinando posições e luminosidades de centenas de milhões de objetos no céu. Vai também medir distâncias de um milhão de galáxias mais próximas, possibilitando uma imagem tridimensional do Universo, com um volume cem vezes maior do que as imagens que se tem atualmente. O SDSS também vai obter distâncias de 100 mil quasares, os objetos mais distantes conhecidos, fornecendo uma visão sem precedentes da distribuição de matéria no limite do Universo visível.

A parte do Universo que o SDSS vai observar está representada vagamente no nosso logo em formato de pára-quedas. Nós estamos no centro do logo, no vértice das cordas do pára-quedas. A imagem de fundo elíptica evoca a imagem de uma galáxia, o objeto celestial de maior interesse para o SDSS.

Filtros do SDSS
NomeCorComp. de Onda
uUltravioleta 3540Å
gAzul/verde4760Å
rVermelho6280Å
iInfravermelho7690Å
zInfravermelho9250Å

O SDSS utiliza um telescópio especialmente construído de 2,5m (8 pés) no Apache Point Observatory, no Novo México (EUA). O telescópio é fixado para apontar diretamente em direção ao céu. Enquanto a Terra gira, outras partes do céu se tornam visíveis ao telescópio. Ao longo de uma noite, o telescópio observa imagens de uma "listra" do céu. O telescópio vai funcionar em noites claras até 2005 e fará imagens em forma de listras cobrindo no total um quarto do céu noturno. O telescópio vai obter as imagens do céu em 5 comprimentos de onda de luz simultaneamente, que são mostradas na tabela ao lado.

Além de obter imagens do céu, o SDSS também vai coletar espectros, que medem a quantidade de luz que um objeto emite em diferentes comprimentos de ondas eletromagnéticas. O SDSS vai medir espectros de mais de 1 milhão de galáxias. Na região do céu no hemisfério norte, o SDSS vai observar algo em torno de 10 mil graus quadrados. No hemisfério sul, o SDSS vai obter imagens das mesmas faixas de céu repetidas vezes, permitindo-nos ver fontes muito mais fracas e facilitando a busca por objetos variáveis e transientes.