Como medimos as distâncias no espaço? — Yuan-Sen Ting

Vejam a lição completa: http://ed.ted.com/lessons/how-do-we-measure-distances-in-space-yuan-sen-ting

Quando olhamos para o céu, temos uma visão plana, bidimensional. Como é que os astrónomos calculam as distâncias das estrelas e das galáxias à Terra? Yuan-Sen Ting mostra-nos como os paralaxes trigonométricos, as velas padrão e outras coisas nos ajudam a determinar a distância de objectos que estão a vários milhares de milhões de anos-luz de distância da Terra.

Lição de Yuan-Sen Ting, animação de TED-Ed.

A luz é a coisa mais rápida
que conhecemos.

É tão rápida que calculamos
distâncias enormes

de acordo com o tempo que ela
demora a percorrê-las.

Num ano, a luz viaja cerca
de 10 biliões de quilómetros,

uma distância a que chamamos "um ano-luz".

Para ter uma ideia desta distância,

os astronautas demoraram
quatro dias a chegar à Lua

que está só a um segundo-luz da Terra.

Entretanto, a estrela mais próxima
do nosso Sol é a Próxima Centauri,

a uma distância de 4,24 anos-luz.

A nossa Via Láctea tem cerca de
cem mil anos-luz de largura.

A galáxia mais próxima, a Andrómeda,

está a uma distância de
cerca de 2,5 milhões de anos-luz.

O espaço é estonteadoramente vasto.

Mas como sabemos a que distância
se encontram as galáxias e as estrelas?

Afinal, quando olhamos para o céu,
temos uma visão plana, bidimensional.

Se apontarmos um dedo para uma estrela,
não dá para dizer a que distância está.

Então, como é que
os astrofísicos a calculam?

Para objectos que estão próximos,

podemos usar um conceito
chamado "paralaxe trigonométrica".

É muito simples.

Façamos uma experiência.

Estique o polegar e
feche o olho esquerdo.

Agora, abra o olho esquerdo
e feche o olho direito.

Vai parecer que o polegar se moveu,

enquanto os objectos ao fundo
permaneceram no seu lugar.

Aplica-se o mesmo conceito
quando olhamos para as estrelas,

mas as distâncias são muito maiores
do que o comprimento do braço

e a Terra não é muito grande.

Por isso, mesmo que houvesse
vários telescópios pelo equador,

não veríamos
uma grande mudança de posição.

Em vez disso, olhamos
para a mudança aparente das estrelas

de seis em seis meses,

— o ponto médio da órbita anual
da Terra em volta do Sol.

Quando medimos
as posições relativas das estrelas

no Verão e novamente no Inverno,

é como olhar com o outro olho.

As estrelas mais próximas parecem
ter-se afastado, em relação ao fundo,

das estrelas e galáxias mais distantes.

Mas este método apenas
funciona para objectos

a menos de alguns milhares de anos-luz.

Para lá da nossa galáxia,
as distâncias são tão grandes

que o paralaxe é demasiado pequeno
para as detectar,

mesmo com os instrumentos mais sensíveis.

Neste caso, temos de nos
basear num método diferente,

usando indicadores a que chamamos
velas padrão.

As velas padrão são objectos, cujo
brilho, ou luminosidade intrínseca,

conhecemos muito bem.

Por exemplo, se soubermos quão
brilhante a nossa lâmpada é

e pedirmos a um amigo para
a segurar e se afastar de nós,

sabemos que a quantidade
de luz que recebemos do nosso amigo

irá diminuindo segundo
o quadrado da distância.

Comparando a quantidade de luz recebida

com o brilho intrínseco da lâmpada,

podemos dizer a distância
a que o nosso amigo está.

Em astronomia, a lâmpada será
um tipo de estrela específico

chamado uma "variável cefeida".

Estas estrelas são
internamente instáveis,

como um balão que
enche e esvazia permanentemente.

Como a sua expansão e contracção
fazem com que o brilho varie,

é possível calcular a sua luminosidade
medindo o período deste ciclo,

com estrelas mais luminosas
que mudam mais lentamente.

Comparando a luz que
observamos destas estrelas

com o brilho intrínseco
calculado desta forma,

podemos dizer a que distância estão.

Infelizmente, este ainda não
é o final da história.

Só podemos observar estrelas isoladas
à distância de 40 milhões de anos-luz.

Para lá disso, ficam demasiado
desfocadas para serem observadas.

Mas, felizmente, temos outro
tipo de vela padrão:

a famosa supernova tipo 1a.

As supernovas — gigantescas
explosões estelares —

são uma das formas de morte das estrelas.

Estas explosões são tão brilhantes

que ofuscam as galáxias onde ocorrem.

Por isso, mesmo quando não vemos
estrelas isoladas numa galáxia,

conseguimos ver supernovas
quando elas ocorrem.

As supernovas tipo 1a podem
ser usadas como vela padrão

porque as que têm mais brilho intrínseco
desvanecem-se mais lentamente.

Através da compreensão desta relação

entre brilho e ritmo de declínio,

é possível usar as supernovas
para estabelecer distâncias

acima de muitos milhares de milhões
de anos-luz de distância.

Porque é tão importante ver
objectos tão distantes?

Lembremos como a luz viaja rapidamente.

Por exemplo, a luz emitida pelo Sol
leva 8 minutos a chegar até nós,

o que significa que a luz que vemos agora
é uma imagem do Sol passados 8 minutos.

Quando olhamos para a Ursa Maior,

estamos a ver como ela era há 80 anos.

E as galáxias pouco nítidas?

Estão a milhões de anos-luz de distância.

Foram precisos milhões de anos
para que a luz nos atingisse.

Assim, o universo por si só, acaba
por ser uma máquina do tempo embutida.

Quanto mais olhamos para trás,
mais novo é o universo que vemos.

Os astrofísicos tentaram ler
a história do universo

e perceber de onde e como viemos.

O universo está constantemente
a enviar informações sob a forma de luz.

Tudo o que nos resta
é descodificá-las.