Astrofísica para Todos

Durante muito tempo a Astronomia se ocupou primariamente da medida da posição dos astros e da compreensão de seus movimentos. Este tipo de trabalho desempenhou um papel importante na história da humanidade, propiciando o desenvolvimento de ferramentas de orientação úteis (por exemplo, nas grandes navegações) e contagem do tempo, tarefa que até pouco tempo era de responsabilidade exclusiva de observatórios astronômicos. A compreensão da natureza física dos astros, contudo, requer medidas mais detalhadas de suas propriedades do que sua posição no céu. Hoje em dia, ao apontar um telescópio para uma estrela, astrônomos podem inferir sua temperatura, luminosidade, composição química, massa, estrutura interna, idade, campo magnético, taxa de rotação, se ela possui planetas a seu redor, etc.. Observando galáxias, podemos descobrir que tipos de estrelas vivem nela, quando ela se formou, quanto gás ela contém, a temperatura e geometria desse gás, como estrelas e gás se movimentam dentro da galáxia, como está distribuída a matéria, com que velocidade a galáxia se afasta de nós, se ela possui um buraco negro super massivo em seu núcleo, etc.. A Astrofísica é a ciência que coleta e analisa toda esta informação, com o objetivo nada modesto de entender como nascem, vivem e morrem estrelas, galáxias e demais peças desse quebra cabeça cósmico que é o universo.
Os objetivos deste texto são (1) apresentar alguns dos tipos de medidas realizadas corriqueiramente em observatórios astronômicos e (2) descrever como essas medidas se relacionam com propriedades fundamentais dos astros – uma espécie de “be-à-bá” da Astrofísica moderna. Ao percorrer esse caminho “dos dados à interpretação”, vamos nos deparar com vários tipos de objetos astronômicos, como estrelas, galáxias, nebulosas e planetas, tópicos que são geralmente apresentados de forma estanque em textos de introdução a astronomia. De fato, cada um deles mereceria um capítulo à parte – o leitor pode (e deve) aprofundar seus conhecimentos sobre objetos específicos consultando a bibliografia recomendada. Também é comum separar a discussão de técnicas de observação da teoria por trás de cada tipo de objeto. Neste texto, ao contrário, o experimental e o teórico estão deliberadamente misturados, em uma tentativa de ilustrar como dados observacionais são combinados com princípios físicos básicos para estudar diferentes tipos de astros.
O texto faz uso de conceitos de física básica equivalentes ao ciclo básico de uma graduação em Física, embora boa parte do material aqui apresentado possa ser aproveitado ou adaptado para uso no ensino médio. Especificamente, supõe-se que o leitor tenha conhecimentos básicos de Mecânica, Termodinâmica, Óptica e noções elementares de estrutura atômica. Habilidades matemáticas mínimas são suficientes; derivadas e integrais praticamente não são usadas. Não se supõe nenhum conhecimento prévio de Astronomia ou Astrofísica, porém, este texto está longe de ser uma introdução completa a esses temas. Tópicos como coordenadas e movimento celeste, eclipses, medidas de tempo e estações do ano, não são sequer mencionados. Outro tópico pouco discutido é Evolução Estelar. Embora fenômenos associados à evolução de estrelas apareçam ao longo do texto, a discussão é insuficiente para uma compreensão adequada deste que é um dos pilares da astrofísica moderna. Futuras revisões deste texto tratarão de corrigir este lapso. Como todo livro texto, esta é uma obra em perpétuo desenvolvimento…
Começamos com uma descrição geral de como funcionam telescópios e demais aparatos usados para observar o Cosmos (capítulo 1). Feito isso, nos concentramos em duas técnicas de observação, imagens (capítulo 2) e espectroscopia (capítulo 3), explorando a informação física que elas nos oferecem quando aplicadas a estrelas, galáxias, etc. O apêndice contém uma tabela de constantes úteis para a resolução dos exercícios propostos. É importante alertar o leitor que boa parte dos exercícios espalhados ao longo dessa unidade vão bem além de simples “aplicações de fórmulas”. De fato, vários tópicos específicos são abordados exclusivamente em exercícios! (Portanto, leia os exercícios, mesmo que você não pretenda resolvê-los!)

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Sumário

Capítulo 1: Telescópios, instrumentos e detectores

Capítulo 2: Imagens

2.1 Luminosidade e fluxo

2.2 Distâncias

2.3 Tamanho angular, tamanho físico e forma

2.4 Cores

Capítulo 3: Espectroscopia

3.1 Espectro contínuo, linhas de emissão e absorção: As Leis de Kirchoff

3.2 Medindo Movimento: O Efeito Doppler e suas 100 utilidades

Autores: Roberto Cid Fernandes Jr., Antônio Kanaan, Jean Michel S. de M. Gomes