Astrofísica para Todos

A astrobiologia é uma área recente de pesquisa científica, que procura entender o fenômeno da vida em nosso universo, não se restringindo apenas à vida na terra, ou mesmo à vida como a conhecemos. Ela aborda algumas das questões mais complexas sobre os sistemas biológicos, como sua origem, evolução, distribuição e futuro na terra e possivelmente em outros planetas e luas.

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Índice:

Capítulo 1 Astrobiologia: Estudando a vida no Universo

Capítulo 2 A origem dos elementos

Capítulo 3 Astroquímica: A formação, a destruição e a busca de moléculas prebióticas no espaço

Capítulo 4 Planetas habitáveis: Onde estão os ligares no Universo adequados ao nosso ou outros tipos de vida?

Capítulo 5 Química prebiótica: A química da origem da vida

Capítulo 6 Origem da vida: Estudando a vida no Universo

Capítulo 7 A evolução da vida em um planeta em constante mudança

Capítulo 8 Vida ao extremo: A magnifica versatilidade da vida microbiana em ambientes extremos da Terra

Capítulo 9 Metabolismos pouco convencionais

Capítulo 10 Quando os animais herdaram o planeta

Capítulo 11 Busca de vida fora da Terra: Estudando o Sistema Solar

Capítulo 12 Luas geladas do Sistema Solar

Capítulo 13 Busca de vida além do Sistema Solar

Capítulo 14 O seti e o tamanho do palheiro: Otimismo e pessimismo na busca de nosso alter ego extraterrestre

Capítulo 15 Futuro da vida na Terra e no Universo

Capítulo 16 Exploração interestelar: Motivações, sistemas estelares, tecnologias e financiamento

Organização: Douglas Galante, Evandro P. Silva, Fabio Rodrigues, Jorge E. Horvath, Marci G. B. Avellar

This is the motto of the International Astronomical Union (IAU) Office for Astronomy Outreach. If “All” is a very vast term to define society and its communities, “Astronomy” as a  body of knowledge is also similarly vast. This project, “Big Ideas in Astronomy”, explores the issue: “What should science-educated citizens know about astronomy?”

As a result of several discussions, meetings, workshops, presentations, telecoms and text interactions in this document we propose a  set of Big Ideas in Astronomy, a Roadmap to Astronomy Literacy Goals. This document establishes the “Big Ideas” and supporting concepts that all citizens on our planet should know about astronomy.

Big Ideas in Astronomy builds on the pioneering American Association for the Advancement of Science (AAAS) Project 2061. The AAAS Project 2061 started in 1986, the year Halley’s Comet passed near Earth. The AAAS was intrigued by what affects children’s connection to the natural world — who were starting school then will see the return of the Comet. What scientific and technological changes will they also see in their lifetime? How can education prepare them to make sense of how the world works; to think critically and independently; and to lead interesting, responsible, and productive lives in a culture increasingly shaped by science and technology? Big Ideas in Astronomy also expands on the work developed by other scientific disciplines and projects, namely: Climate Science Literacy, Earth Science Literacy Principles, Ocean Literacy and Big Ideas of Science.

Big Ideas in Astronomy presents eleven Big Ideas and expands on them through sub-ideas and additional information. This document is designed with educators and astronomers in mind, it is a guiding document to decide which topics they should address in their teaching, training sessions, outreach activities or resources development. However, this needs to be a dynamic document, and we welcome comments and remarks from the astronomy community, the astronomy education community and the science education community.

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Summary:

Astronomy is one of the oldest sciences in human history

Astronomical phenomena can be experienced in our daily lives

The night sky is rich and dynamic

Astronomy is a science that studies celestial objects and phenomena in the Universe

Astronomy benefits from stimulates technology development

Cosmology is the science of exploring the Universe as a whole

We all live on a small planet within the Solar System

We are all made of stardust

There are hundreds of billion of galaxies in the Universe

We may not be alone in the Universe

We must preseve Earth, our only home in the Universe

Authors: João Retrê, Pedro Russo, Hyunju Lee, Eduardo Penteado, Saeed Salimpour, Michael Fitzgerald, Jaya Ramchandani, Markus Pôssel, Cecilia Scorza, Lars Lindberg Christensen, Erik Arends, Stephen Pompea, Wouter Schrier

Quem nunca olhou para o céu numa noite escura e limpa e não parou para admirar as estrelas? Quem nunca se perguntou: “Como elas existem? Porque brilham? Do que elas são feitas?” As próprias estrelas, tão pequeninas no firmamento, nos mostram quão minúsculos nós somos. Ao mesmo tempo, no seu esplendor, nos revelam a grandeza do Universo onde vivemos.

Do início do tempo e do espaço, na criação do Universo, ao fim de tudo dentro de um buraco negro, você experimentará um momento de conhecimentos. Entenderá como as estrelas nascem, vivem e morrem, culminando na formação de um buraco negro.

Em texto de fácil compreensão, você verá como Deus é grande e poderoso, Criador de um Universo rico e belo. A Grandeza do Universo não só revela um Deus sábio e soberano, mas imenso e poderoso.

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Sumário

Os Números

A Origem de Tudo

A Evolução das Estrelas

O Nascimento de Nosso Sistema SOlar

A Morte das Estrelas

O Buraco Negro

As Ilhas do Universo

Autor: Davi Weigert

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Sumário

Capítulo 1:

Revolução Agrícola

A Caminho dos Cosmos Geocêntrico

Interrupção Científica

Entra em Cena o Heliocentrismo

A Grande Síntese

Uma Breve História do Universo

Capítulo 2:

Apenas um Lugar, de Muitos

Conexão Sol-Terra

Conexão Terra-Lua

A Ameaça Que Vem do Espaço

Uma Coleção de Planetas

Capítulo 3:

Observadores no Terceiro Planeta

Mensagens Siderais

Luz Invisível

Adaptação à Atmosfera

Autor: Salvador Nogueira

O ano de 2009 foi nomeado o Ano Internacional da Astronomia pela ONU para comemorar os 400 anos desde que Galileu Galilei apontou sua luneta para o céu e fez descobertas surpreendentes. Entre elas estão quatro luas de Júpiter, as fases de Vênus, as manchas solares, os anéis de Saturno e a descoberta de que a Via Láctea é composta de estrelas. A forma como vemos o universo nunca mais seria a mesma. A luneta passou a ter aperfeiçoamentos importantes, incorporando inovações na óptica, na mecânica e na forma de se analisar a luz por ela captada. A luneta transformou-se em telescópio. No século XX, esses instrumentos foram colocados em órbita terrestre, onde estão livres dos efeitos da atmosfera. Ao mesmo tempo novas faixas do espectro eletromagnético foram desbravadas, permitindo que o universo fosse observado por novas janelas e criando novas disciplinas, como a radioastronomia, a astronomia de raios X, raios gama, ultravioleta e infravermelho.

No Brasil, as pesquisas em Astronomia têm experimentado um dinamismo crescente. Praticamente sem nenhuma produção até a década de 1960, o Brasil passou a ser um ator relevante no cenário internacional a partir dos anos 1990. A criação dos programas de pós-graduação e do Laboratório Nacional de Astrofísica tiveram papel central nesse desenvolvimento. Graças à maturidade assim atingida, o Brasil passou a ser sócio de grandes projetos internacionais como o Gemini e o SOAR. Novos passos estão sendo planejados para que o país continue a ser ator nessa grande aventura de desvendar os mistérios do universo.

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Sumário

Cap. 1 – O Universo é um laboratório de Física
Cap. 2 – Sistemas planetários
Cap. 3 – Exoplanetas e procura de vida fora da Terra
Cap. 4 – Estrelas variáveis e o Universo transiente
Cap. 5 – Populações estelares
Cap. 6 – Galáxias e seus núcleos energéticos
Cap. 7 – Estruturas em grande escala do Universo
Cap. 8 – Universo, evolução e vida
Cap. 9 – Astronomia no Brasil

Editores: Augusto Damineli e João Steiner

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Este é um livro sobre estrelas: como nascem, vivem e morrem. E, especialmente, como fabricam os elementos químicos que muito tempo depois vão se aglutinar para formar estruturas, como as pedras, árvores e nós mesmos.
Mas este não é apenas um livro sobre estrelas. Ele começa com um passeio pela Astronomia, pelos elementos químicos, e logo mergulha na evolução do Universo, desde o Big Bang até a formação da nossa Galáxia e de outras galáxias, nebulosas e do Sistema Solar. Fala dos modelos “pensados” do Universo, aqueles que foram propostos basicamente a partir da imaginação fértil de seus autores, como Wright e Kant, sem o auxílio dos instrumentos que seriam desenvolvidos depois.
Na segunda parte, mais detalhada, o livro introduz conceitos básicos, como a contração gravitacional, responsável pela existência das estrelas, a natureza da luz, os espectros e as propriedades físicas das estrelas. Para isso, discute a teoria quântica e suas aplicações na interpretação da luz das estrelas, concluindo com os processos básicos da Astrofísica Nuclear, que estão na origem da energia das estrelas e da sua composição química.
As duas últimas partes aproveitam os conceitos introduzidos nas seções iniciais e contêm o núcleo da estrutura e da evolução das estrelas. Os ciclos de queima nuclear são então descritos de maneira mais detalhada, e o leitor pode compreender como são formados os principais elementos químicos na nucleossíntese estelar quiescente e explosiva. O uso do diagrama HR torna bastante simples a compreensão das trajetórias evolutivas, particularmente após a sequência principal. As principais possibilidades de remanescentes estelares são mencionadas na parte final, incluindo as anãs brancas, as estrelas de nêutrons e os buracos negros.
Escrito em uma linguagem objetiva, o livro pode ser usado por leitores sem qualquer formação em Física ou Matemática. Para os mais corajosos, há uma série de anexos com desenvolvimentos mais detalhados de alguns dos temas tratados.

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Sumário

1. Apresentação 
   ELEMENTOS QUÍMICOS
   MASSA NÃO É PESO
O começo de tudo
   TÃO LONGE, TÃO GRANDE 
A Galáxia
As galáxias
Berçários de estrelas
Nosso minúsculo lugar no Universo
O tamanho do pensamento
2. Eu queria saber, mas nem sabia o que queria perguntar
2.1 – Meu primeiro livro de “astronomês”
O Sol como unidade de medida de outros corpos celestes
A Terra é mais densa que o Sol
Contração Gravitacional
Faz-se a luz
O céu poderia ser diferente
O espectro do Sol
Usando cor como “termômetro”
2.2 – Grandes ideias para pequenos mundos
Luz enquanto quantum
Quantizar é preciso
Ondas estranhas

Uma certa incerteza e a matéria degenerada
O que é a queima nuclear?
Núcleos, nuclídeos
Nuclídeos
Nucleossíntese e relógios
Relógios da natureza
3. Uma pequena biografia das estrelas
3.1 – Os números das estrelas 
Massas
Tempos de Vida
Dimensões
Temperaturas
Luminosidades
Classes de Luminosidade
3.2 – Ciclos de queima
Queima do hidrogênio no centro da estrela
Fim da queima do hidrogênio no centro da estrela
Queima do hélio no centro da estrela
Queima do carbono, oxigênio, etc., no centro da estrela
3.3 – A história propriamente dita
Um retrato que conta histórias
Diagrama Hertzsprung-Russell e os Ciclos de queima

4. Morte e Renascimento
Após a morte estelar há quatro possibilidades
Não sobra nada
Anã Branca
Estrela de Nêutrons
Buraco Negro
Outros buracos negros não estelares

Da poeira das estrelas

Autor: Lilia Irmeli Arany-Prado

O céu intriga o homem desde a pré-história, representado em pinturas anteriores à escrita e em mitos sobre deuses e heróis. Não tardou até que começássemos a tentar entendê-lo.

A astronomia nasceu de observações ainda a olho nu e de hipóteses que nem sempre se mostraram verdadeiras. Da Mesopotâmia à América, os primeiros estudos do céu tiveram impacto em diversos aspectos de cada cultura, desde a religião até a divisão e a organização do tempo.

Ainda hoje, a astronomia continua a nos desafiar. Agora com técnicas e equipamentos mais precisos e sensíveis, podemos descobrir cada vez mais sobre o funcionamento da máquina do Universo – mas sempre encontrando novas perguntas que mantêm nossos olhares voltados para o alto.

O céu que nos envolve apresenta a astronomia de acordo com o conhecimento presente e de forma bastante acessível. Assim, este livro busca responder algumas perguntas de quem já se encantou pelo céu e despertar o interesse dos que ainda não mergulharam em seus mistérios. Os capítulos, escritos por astrônomos com vasta experiência em pesquisa, ensino e divulgação, estão organizados para atender a interesses específicos, aprofundando cada tema de forma particularizada. No entanto, este livro também pode ser lido como uma jornada. Partimos do modo como nos relacionamentos com a astronomia – desde o que ela representou e o que representa ao homem até os modos como observamos e estudamos o céu. Caminhamos por suas implicações para nosso planeta e para o Sistema Solar, com a combinação de fúria e harmonia essencial para sua formação e seu funcionamento. Viajamos em direção às estrelas e às galáxias, até lançarmos nosso olhar ao Universo – sua história, sua composição e a Teoria do Big Bang, com seu embasamento teórico e observacional. E encerramos o percurso voltando a uma questão essencial: a vida, e como ela poderia se manifestar no Universo.

Com finalidade educativa, O céu que nos envolve é complementado por um Manual do Educador que inclui informações e sugestões para seu uso em ambiente escolar. O objetivo desse material é levar um pouco do Universo aos estudantes brasileiros, integrando um trabalho que vem sendo realizado no Departamento de Astronomia do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da USP há algumas décadas.

Nossa produção voltada a atividades de educação e divulgação inclui livros, apostilas, artigos em revistas e painéis. Dois livros elaborados por pesquisadores do Departamento de Astronomia foram agraciados com o prêmio Jabuti: em 2000, Introdução à estrutura e evolução estelar.

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Sumário

Cap. 1 – Uma pré-história do céu 12
Cap. 2 – Instrumentos e técnicas astronômicas 27
Cap. 3 – Movimento aparente do céu 55
Cap. 4 – A Terra 79
Cap. 5 – Sistemas planetários 99
Cap. 6 – Sol 153
Cap. 7 – Estrelas 176
Cap. 8 – A Via Láctea 200
Cap. 9 – Galáxias 229
Cap. 10 – Cosmologia 256
Cap. 11 – À procura de vida fora da Terra 277

Autores: Augusto Damineli, Eder Cassola Molina, Enos Picazzio, Gastão B. Lima Neto, Jane Gregorio-Hetem, Roberto D. Dias da Costa, Ulisses Capozzoli, Vera Jatenco-Pereira, Walter Junqueira Maciel

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Autor: Jesse Emspak

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Summary

Our Solar System
Our Star — The Sun
Mercury
Venus

Earth
Earth’s Moon
Mars
Asteroids

Meteors and Meteorites
Moons of the Solar System
Jupiter
Galilean Moons of Jupiter

Saturn
Moons of Saturn
Uranus
Neptune

Pluto and Charon
Comets
Kuiper Belt and Oort Cloud
What Is a Planet?

Autoria: NASA

This book is a gentle introduction for all those wishing to learn about modern views of the cosmos. Our universe originated in a great explosion – the big bang. For nearly a century cosmologists have studied the aftermath of this explosion: how the universe expanded and cooled down, and how galaxies were gradually assembled by gravity. The nature of the bang itself has come into focus only relatively recently. It is the subject of the theory of cosmic inflation, which was developed in the last few decades and has led to a radically new global view of the universe.

Students and other interested readers will find here a non-technical but conceptually rigorous account of modern cosmological ideas – describing what we know, and how we know it. One of the book’s central themes is the scientific quest to find answers to the ultimate cosmic questions: Is the universe finite or infinite? Has it existed forever? If not, when and how did it come into being? Will it ever end?

The book is based on the undergraduate course taught by Alex Vilenkin at Tufts University. It assumes no prior knowledge of physics or mathematics beyond elementary high school math. The necessary physics background is introduced as it is required. Each chapter includes a list of questions and exercises of varying degree of difficulty.

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Summary

Part I Te Big Bang and the Observable Universe
1 A Historical Overview
1.1 The Big Cosmic Questions
1.2 Origins of Scientifc Cosmology
1.3 Cosmology Today
2 Newton’s Universe
2.1 Newton’s Laws of Motion
2.2 Newtonian Gravity
2.3 Acceleration of Free Fall
2.4 Circular Motion and Planetary Orbits
2.5 Energy Conservation and Escape Velocity
2.6 Newtonian Cosmology
2.7 Olbers’ Paradox
3 Special Relativity
3.1 The Principle of Relativity
3.2 The Speed of Light and Electromagnetism
3.3 Einstein’s Postulates
3.4 Simultaneity
3.5 Time Dilation
3.6 Length Contraction
3.6.1 Speeding Muons
3.7 E = mc2
3.8 From Space and Time to Spacetime
3.9 Causality in Spacetime
4 The Fabric of Space and Time
4.1 The Astonishing Hypothesis
4.2 The Geometry of Space
4.2.1 Euclidean Geometry
4.2.2 Non-Euclidean Geometry
4.3 Curved Space
4.3.1 The Curvature of Surfaces
4.3.2 The Curvature of Three-Dimensional Space
4.4 The General Theory of Relativity
4.5 Predictions and Tests of General Relativity
4.5.1 Light Defection and Gravitational Lensing
4.5.2 Gravitational Time Dilation
4.5.3 Black Holes
4.5.4 Gravitational Waves
5 An Expanding Universe
5.1 Einstein’s Static Universe
5.2 Problems with a Static Universe
5.3 Friedmann’s Expanding Universe
6 Observational Cosmology
6.1 Fingerprints of the Elements
6.2 Measuring Velocities
6.3 Measuring Distances
6.4 The Birth of Extragalactic Astronomy
7 Hubble’s Law and the Expanding Universe
7.1 An Expanding Universe
7.2 A Beginning of the Universe?
7.3 The Steady State Theory
7.4 The Scale Factor
7.5 Cosmological Redshift
7.6 The Age of the Universe
7.7 The Hubble Distance and the Cosmic Horizon
7.8 Not Everything is Expanding
8 The Fate of the Universe
8.1 The Critical Density
8.2 The Density Parameter
9 Dark Matter and Dark Energy
9.1 The Average Mass Density of the Universe and Dark Matter
9.2 Dark Energy
9.3 The Fate of the Universe—Again
10 The Quantum World
10.1 Quantum Discreteness
10.2 Quantum Indeterminism
10.3 The Wave Function
10.4 Many Worlds Interpretation
11 The Hot Big Bang
11.1 Following the Expansion Backwards in Time
11.2 Thermal Radiation
11.3 The Hot Big Bang Model
11.4 Discovering the Primeval Fireball
11.5 Images of the Baby Universe
11.6 CMB Today and at Earlier Epochs
11.7 The Three Cosmic Eras
12 Structure Formation
12.1 Cosmic Structure
12.2 Assembling Structure
12.3 Watching Cosmic Structures Evolve
12.4 Primordial Density Fluctuations
12.5 Supermassive Black Holes and Active Galaxies
13 Element Abundances
13.1 Why Alchemists Did Not Succeed
13.2 Big Bang Nucleosynthesis
13.3 Stellar Nucleosynthesis
13.4 Planetary System Formation
13.5 Life in the Universe
14 The Very Early Universe
14.1 Particle Physics and the Big Bang
14.2 The Standard Model of Particle Physics
14.2.1 The Particles
14.2.2 The Forces
14.3 Symmetry Breaking
14.4 The Early Universe Timeline
14.5 Physics Beyond the Standard Model
14.5.1 Unifying the Fundamental Forces
14.6 Vacuum Defects
14.6.1 Domain Walls
14.6.2 Cosmic Strings
14.6.3 Magnetic Monopoles
14.7 Baryogenesis
Part II Beyond the Big Bang
15 Problems with the Big Bang
15.1 The Flatness Problem: Why is the Geometry of the Universe Flat?
15.2 The Horizon Problem: Why is the Universe so Homogeneous?
15.3 The Structure Problem: What is the Origin of Small Density Fluctuations?
15.4 The Monopole Problem: Where Are They?
16 The Theory of Cosmic Infation
16.1 Solving the Flatness and Horizon Problems
16.2 Cosmic Infation
16.2.1 The False Vacuum
16.2.2 Exponential Expansion
16.3 Solving the Problems of the Big Bang
16.3.1 The Flatness Problem
16.3.2 The Horizon Problem
16.3.3 The Structure Formation Problem
16.3.4 The Monopole Problem
16.3.5 The Expansion and High Temperature of the Universe
16.4 Vacuum Decay
16.4.1 Boiling of the Vacuum
16.4.2 Graceful Exit Problem
16.4.3 Slow Roll Infation
16.5 Origin of Small Density Fluctuations
16.6 More About Infation
16.6.1 Communication in the Infating Universe
16.6.2 Energy Conservation
17 Testing Infation: Predictions and Observations
17.1 Flatness
17.2 Density Fluctuations
17.3 Gravitational Waves
17.4 Open Questions
18 Eternal Infation
18.1 Volume Growth and Decay
18.2 Random Walk of the Infaton Field
18.3 Eternal Infation via Bubble Nucleation
18.4 Bubble Spacetimes
18.5 Cosmic Clones
18.6 The Multiverse
18.7 Testing the Multiverse
18.7.1 Bubble Collisions
18.7.2 Black Holes from the Multiverse
19 String Theory and the Multiverse
19.1 What Is String Theory?
19.2 Extra Dimensions
19.3 The Energy Landscape
19.4 String Theory Multiverse
19.5 The Fate of Our Universe Revisited
20 Anthropic Selection
20.1 The Fine Tuning of the Constants of Nature
20.1.1 Neutron Mass
20.1.2 Strength of the Weak Interaction
20.1.3 Strength of Gravity
20.1.4 The Magnitude of Density Perturbations
20.2 The Cosmological Constant Problem
20.2.1 The Dynamic Quantum Vacuum
20.2.2 Fine-Tuned for Life?
20.3 The Anthropic Principle
20.4 Pros and Cons of Anthropic Explanations
21 The Principle of Mediocrity
21.1 The Bell Curve
21.2 The Principle of Mediocrity
21.3 Obtaining the Distribution by Counting Observers
21.4 Predicting the Cosmological Constant
21.4.1 Rough Estimate
21.4.2 The Distribution
21.5 The Measure Problem
21.6 The Doomsday Argument and the Future of Our Civilization
21.6.1 Large and Small Civilizations
21.6.2 Beating the Odds
22 Did the Universe Have a Beginning?
22.1 A Universe that Always Existed?
22.2 The BGV Theorem
22.2.1 Where Does This Leave Us?
22.2.2 A Proof of God?
23 Creation of Universes from Nothing
23.1 The Universe as a Quantum Fluctuation
23.2 Quantum Tunneling from “Nothing”
23.2.1 Euclidean Time
23.3 The Multiverse of Quantum Cosmology
23.4 The Meaning of “Nothing”
24 The Big Picture
24.1 The Observable Universe
24.1.1 What Do We Know?
24.1.2 Cosmic Infation
24.2 The Multiverse
24.2.1 Bubble Universes
24.2.2 Other Disconnected Spacetimes
24.2.3 Levels of the Multiverse
24.2.4 The Mathematical Multiverse and Ockham’s Razor
24.3 Answers to the “Big Questions”
24.4 Our Place in the Universe

Autores: Delia Perlov, Alex Vilenkin