Uma série de revoluções na astronomia nos passaram do centro das coisas
"O universo estelar, como o conhecemos... é uma organização achatada em forma de relógio de estrelas e nebulosas", escreveu o astrônomo Harlow Shapley no Science News Bulletin, a versão mais antiga do Science News,em agosto de 1921 (SN: 8/8/1921, p. 3). Aquele relógio de bolso cintilante era a Via Láctea, e na época em que Shapley escreveu isso, os astrônomos estavam apenas começando a conceber que qualquer coisa poderia estar além dela.
Hoje, naves espaciais voaram por cada um dos planetas do sistema solar, fazendo close-ups de seus rostos descontroladamente alienígenas. O sistema solar, ao que parece, contém uma cornucópia de pequenos corpos rochosos e gelados que desafiaram a própria definição de um planeta. Milhares de planetas foram vistos orbitando outras estrelas, algumas das quais podem ter as condições certas para a vida prosperar. E a Via Láctea, sabemos agora, é apenas uma das bilhões de galáxias.
Os últimos 100 anos trouxeram uma série de revoluções na astronomia, cada uma chutando a Terra um pouco mais longe do centro das coisas. Ao longo do caminho, as pessoas não têm sido exatamente receptivas a esses golpes à centralidade do nosso planeta natal. Em 1920, a questão de saber se poderia haver outros "universos insulares" - galáxias - foi tema do Grande Debate entre dois astrônomos. Na década de 1970, quando Marte foi mostrado ter um céu rosa, não azul, repórteres vaiaram. Sua reação "reflete nosso desejo de que Marte seja como a Terra", disse o astrônomo Carl Sagan depois. E na década de 1990, os astrônomos quase perderam planetas extrasolares escondidos em seus dados porque tinham adaptado suas técnicas de busca para encontrar planetas mais como aqueles em nosso próprio sistema solar.
Mas mudar nosso foco da Terra abriu nossas mentes para novas possibilidades, novos universos, novos lugares onde a vida poderia existir. O próximo século de astronomia poderia trazer melhores visões de nossas origens cósmicas e novas estratégias para encontrar mundos que outras criaturas chamam de lar.
As percepções erradas de décadas passadas sugerem que os cientistas devem ter cuidado ao prever exatamente o que encontraremos no futuro.
"Você aprende muita humildade neste negócio", diz a cientista planetária Candice Hansen, do Instituto de Ciência Planetária, com sede em Tucson. "Você sempre aprende muito mais quando está errado do que quando está certo."
Mais do que a Via Láctea
Na virada do século XX, a sabedoria convencional sustentava que a Via Láctea estava sozinha. Continha estrelas, às vezes organizadas em aglomerados, e manchas de luz difusas conhecidas como nebulosas. Foi só isso.
Algumas nebulosas tinham estruturas espiraladas, "aparecendo no telescópio como vastas rodas de vento de 4 de julho", como a Science News Letter, antecessora da Science News, as descreveu em 1924. No século XVIII, o filósofo alemão Immanuel Kant descreveu as nebulosas como "universos superiores", ou, "por assim dizer, Caminhos Leitosos". Mas no início dos anos 1900, a maioria dos astrônomos achava que desenhar esse paralelo era ridículo.
"Nenhum pensador competente", escreveu a historiadora da astronomia Agnes Clerke em 1890, pode "manter qualquer nebulosa única para ser um sistema estelar de coordenação com a Via Láctea".
Na década de 1920, porém, essa visão já estava sendo desafiada. Já em 1914, o astrônomo Heber Curtis, do Observatório Lick, na Califórnia, argumentou que as nebulosas espiral não fazem parte da Via Láctea, mas sim "galáxias inconcebivelmente distantes de estrelas ou universos estelares separados tão remotos que uma galáxia inteira se torna apenas uma névoa de luz não resolvida".
Na mesma época, Shapley, do Observatório Mount Wilson, na Califórnia, começou a provar que a Via Láctea era inconcebivelmente vasta.
Shapley construiu o trabalho de Henrietta Leavitt, uma das mulheres "computadores" da Universidade de Harvard que se debruçavam sobre placas fotográficas capturando o céu noturno. Ao estudar fotografias das Nuvens de Magalhães, que agora sabemos que são duas pequenas galáxias que orbitam a Via Láctea, Leavitt notou que certas estrelas variaram em brilho ao longo do tempo, algumas delas de uma forma peculiar. "É digno de aviso", ela escreveu em 1908, que "as variáveis mais brilhantes têm os períodos mais longos". Em outras palavras, estrelas mais brilhantes brilharam mais lentamente.
Isso significava que essas estrelas variáveis, chamadas Cepheids, poderiam ser usadas para estimar distâncias cósmicas. É difícil dizer o quão longe um objeto cósmico realmente está - estrelas de aparência brilhante podem ser intrinsecamente fracas, mas próximas, enquanto estrelas de aparência fraca podem ser intrinsecamente brilhantes, mas distantes. Mas todos os Cepheids dentro da mesma nuvem devem estar aproximadamente a mesma distância da Terra. Isso significava que "seus períodos estão aparentemente associados à sua emissão real de luz", escreveu Leavitt em 1912. Para descobrir o verdadeiro brilho de qualquer Cepheid, tudo o que um astrônomo tinha que fazer era medir sua velocidade cintilante. Foi um pequeno passo de lá para descobrir sua distância.
Shapley colocou este fato para usar apenas alguns anos depois, medindo distâncias para Cepheids dentro de aglomerados globulares de estrelas para descobrir a posição do sol na Via Láctea. Para sua surpresa, o sol não estava no centro da galáxia, mas fora para um lado. O disco estrelado da Via Láctea também era cerca de 10 vezes maior do que os astrônomos anteriores haviam assumido: cerca de 300.000 anos-luz de diâmetro, de acordo com seus cálculos. (Ele exagerou um pouco; os astrônomos modernos acham que está entre 120.000 e 200.000 anos-luz.)
Ele e Curtis levaram suas opiniões opostas ao público em uma reunião da Academia Nacional de Ciências em Washington, D.C., em abril de 1920, em um evento que ficou conhecido como o Grande Debate. Cada um tinha 40 minutos para apresentar suas opiniões sobre se há apenas um ou vários universos - o que agora pensamos como galáxias.
Shapley, que tinha 30 anos e era considerado uma estrela em ascensão no campo, foi o primeiro. Um ex-jornalista que supostamente se sentia desconfortável falando com multidões, leu seu argumento de um roteiro datilografado. Ele mal tocou na questão de outros universos, focando em vez disso em suas novas medidas do tamanho da Via Láctea. A implicação era que a Via Láctea era muito grande para outras galáxias fazerem sentido.
Curtis era uma autoridade mais antiga e respeitada em nebulosas espiraladas, bem como um orador talentoso. Ele argumentou pela visão então padrão de que a Via Láctea era muito menor do que Shapley supunha. Mas mesmo uma grande Via Láctea não deve negar a possibilidade de outras galáxias igualmente grandes, argumentou. Os espectros de luz provenientes de nebulosas espiraladas eram semelhantes o suficiente ao da Via Láctea que poderiam ser objetos semelhantes, ele sustentou.
Ambos os astrônomos estavam parcialmente certos, e parcialmente errados.
Galáxias são vistas
O Grande Debate foi resolvido por um jovem astrônomo chamado Edwin Hubble trabalhando no Monte Wilson. Hubble também usou a técnica variável Cepheid de Leavitt para medir distâncias cósmicas, desta vez encontrando as estrelas variáveis nas próprias nebulosas em espiral.
Hubble começou a observar a nebulosa de Andrômeda, uma das mais brilhantes nebulosas do céu, no outono de 1923. Ele usou o telescópio de 60 polegadas do Monte Wilson e seu telescópio de 100 polegadas, então o maior do mundo. Durante o ano seguinte, ele estudou 35 Cepheids em Andrômeda e uma nebulosa diferente chamada Triangulum. Seus períodos foram longos o suficiente para que as nebulosas tivessem que estar na ordem de um milhão de anos-luz de distância para que as estrelas parecessem tão fracas. (Agora sabemos que são mais como 2,5 milhões de anos-luz para Andrômeda e 2,7 milhões para Triangulum.)
"Medir a distância até Andrômeda foi um grande negócio porque foi a primeira evidência de que existem galáxias além da nossa", diz a astrônoma Emily Levesque, da Universidade de Washington, em Seattle. "Mudou o que pensávamos como a forma do nosso universo."
Alguns indícios de que a Via Láctea não estava sozinha tinha surgido antes disso, mas a descoberta do Hubble a conquistou. Mesmo que a Via Láctea fosse tão grande quanto Shapley alegou, Andrômeda estava fora de suas fronteiras. Quando Shapley recebeu o trabalho do Hubble, ele teria dito: "Aqui está a carta que destruiu meu universo."
A Science News Letter relatou a descoberta do Hubble sob a manchete "Sky Pinwheels Are Stellar Universes 6.000.000.000.000.000 Miles Away" em dezembro de 1924(SN: 12/6/24, p. 2).
"Parece provável que muitas das nebulosas em espiral menores sejam ainda mais remotas e pareçam menores nesta conta", diz a história citando Hubble. "A parte do universo dentro do alcance de nossa investigação consiste em um grande número de galáxias estelares comparáveis às nossas, espalhadas por um espaço quase vazio e separadas umas das outras por distâncias de magnitude inconcebível." Aqui, finalmente, estava a visão moderna do universo.
No final da década, o Hubble não só havia mostrado que as nebulosas espiral eram "universos insulares", como também começaram a classificar diferentes tipos de galáxias e pensar em como elas evoluíram ao longo do tempo. Além disso, ele mostrou que as galáxias estavam voando para longe umas das outras a velocidades proporcionais à sua distância. Em outras palavras, o universo estava se expandindo.
No final do século, os astrônomos sabiam que o universo estava pontilhado com bilhões de galáxias de todas as formas e tamanhos. Em abril de 1990, a NASA lançou o primeiro telescópio espacial óptico na órbita da Terra, dando ao mundo uma nova perspectiva sobre o espaço.
"Em vez dessas bolhas embaçadas até mesmo dos melhores observatórios do topo da montanha em nosso planeta", diz o cientista planetário Jim Bell, da Universidade Estadual do Arizona, em Tempe, "de repente todo o reino do sistema solar, galáxia, extragaláctico ... foi aberto por ficar acima da atmosfera.
A NASA nomeou o telescópio em homenagem ao cientista que abriu a mente dos astrônomos para a existência de tal universo: o Telescópio Espacial Hubble.
As imagens que capturou ao longo de 30 anos de operações - aglomerados estelares, galáxias e nebulosas - são tão icônicas que são impressas em tudo, desde meias e canecas de café até designs de passarelas de alta moda. O telescópio em si foi recentemente imortalizado em forma de Lego.
"É aquele que literalmente todos já ouviram falar", diz Levesque. A maioria das pessoas hoje acha que o Hubble foi "o cara que construiu o telescópio".
Uma imagem do início do mandato do telescópio espacial se destaca. Em dezembro de 1995, o diretor do telescópio, Robert Williams, decidiu treinar o observatório em um pequeno e escuro pedaço de céu perto da alça do Big Dipper por 10 dias consecutivos. O retrato resultante deste pedaço de céu sem características revelou milhares de galáxias até então desconhecidas enviando sua luz de mais longe do que os astrônomos já tinham visto antes (SN: 1/20/96, p. 36). O universo como Edwin Hubble o tinha imaginado, cheio de universos insulares, foi capturado em um olhar duro.
Quanto a Henrietta Leavitt, ela perdeu o reconhecimento que merecia por ajudar a derrubar a Via Láctea de seu poleiro central. Um matemático sueco escreveu a ela em 1925 dizendo que seu trabalho "me impressionou tão profundamente que me sinto seriamente inclinado a nomeá-lo para o Prêmio Nobel de Física em 1926". Ele recebeu uma resposta de Shapley, então diretor do Observatório da Faculdade de Harvard: Leavitt havia morrido quatro anos antes.
Belezas bizarras
Na década de 1960, o astrônomo Halton Arp propôs que os pesquisadores usassem as galáxias mais estranhas como experimentos naturais para aprender o que dá a uma galáxia sua forma. Para ajudar os pesquisadores a descobrir o que faz uma galáxia espiral, blobby ou alguma outra forma, Arp publicou o Atlas de Galáxias Peculiares de1966 , uma compilação de 338 galáxias classificadas pela aparência.
As categorias de Arp eram espiral, elíptica, nem espiral nem elíptica, dupla e nenhuma das anteriores. Na época, algumas das galáxias não tinham nomes ou designações, e ainda são mais conhecidas por seus números de Arp, como Arp 273 e Arp 147.
Apesar de sua diversidade, a maioria das galáxias peculiares agora estão passando por uma fusão ou interagindo com outra galáxia. Mas Arp nunca comprou essa explicação. Ele alegou durante anos que as formas das galáxias vêm de material ejetado de seus núcleos luminosos. Aqui estão seis das galáxias mais bonitas e bizarras, como visto pelo Telescópio Espacial Hubble e outros, que oferecem detalhes muito maiores do que Arp teve acesso a meio século atrás. — Lisa Grossman
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Passos para Marte
Os primeiros foguetes movidos a líquido, precursores daqueles que mais tarde levaram robôs e pessoas para o espaço, lançados na década de 1920. Um século depois, robôs passaram, orbitaram ou pousaram em todos os corpos planetários que eram conhecidos em 1920, e alguns que não eram. As pessoas andam na lua e vivem no espaço há mais de um ano de cada vez. E conversas sérias sobre enviar pessoas para Marte estão em andamento.
A NASA costumava explorar outros mundos em uma ordem clara, primeiro observando com telescópios e depois realizando missões cada vez mais complexas: sobrevoos, orbitadores, landers, rovers, depois pessoas e retornos de amostras. "Tomamos toda essa progressão na Lua, no século [passado]", diz Bell. "Em algum momento deste novo século, vamos adicionar Marte a essa lista. Todo o resto do sistema solar, temos grandes pedaços dessa matriz verificada."
Depois que a União Soviética lançou o primeiro satélite artificial, Sputnik 1, em 1957,os lançamentos espaciais vieram rápido e furiosos. Muitos eram demonstrações de poder político e militar. Mas muitos deles também tinham mérito científico. A nave soviética Luna 3 fotografou o lado distante da lua em 1959 - logo após a fundação da NASA. Naves espaciais passaram por Vênus e Marte na década de 1960, enviando de volta os primeiros dados de close-up sobre suas atmosferas e superfícies alienígenas.
Nessa mesma década, os humanos pousaram na Lua e trouxeram de volta rochas,abrindo uma janela ampla e detalhada para a história do sistema solar. As amostras lunares das missões Apollo deram aos cientistas uma maneira de descobrir como as superfícies planetárias antigas estão ao redor do sistema solar, nos ensinaram que todo o sistema solar interior foi bombardeado com impactos em sua juventude e nos deu uma história de origem para a lua (SN: 7/6/19 & 7/20/19, p. 18).
"Até iniciarmos o programa espacial, realmente não tínhamos ideia do que era a geologia em outros lugares", diz Hansen, do Instituto de Ciência Planetária. "No início do século, eles ainda estavam debatendo se as crateras na lua eram crateras de impacto ou caldeiras vulcânicas. Mesmo ali no nosso próprio quintal, não sabíamos o que estava acontecendo."
E a geologia extraterrestre foi surpreendente. Sem querer, os cientistas planetários tinham baseado muitas de suas expectativas para outros mundos na Terra. A capa da Science News de junho de 1976, um mês antes do módulo viking 1 da NASA se tornar a primeira nave espacial de longa duração a pousar suavemente em Marte, mostrou Marte com um deserto de cor Cheez Whiz sob um céu azul claro. Na corrida desprovido de sono para liberar as primeiras imagens coloridas enviadas de volta pelo Viking 1, os cientistas processaram a imagem para produzir um céu azul lá, também.
Mas no dia seguinte ao pouso, James Pollack da equipe de imagem disse a repórteres que o céu marciano era realmente rosa, provavelmente graças à luz dispersa de partículas de poeira suspensas no ar.
"Quando descobrimos que o céu de Marte era uma espécie de amarelo-rosado em vez do azul que havia sido erroneamente relatado pela primeira vez, o anúncio foi recebido por um coro de vaias bem-humoradas dos repórteres reunidos", escreveu Sagan mais tarde na introdução de seu popular livro Cosmos. "Eles queriam que Marte fosse, mesmo neste aspecto, como a Terra."
Ainda assim, os pousos vikings 1 e 2 trouxeram Marte para a Terra, por assim dizer. "Marte se tornou um lugar", disse o cientista do projeto Viking Gerald Soffen em uma entrevista para um projeto histórico da NASA publicado em 1984. "Foi de uma palavra, um pensamento abstrato, para um lugar real."
De certa forma, as visões dos vikings sobre Marte foram decepcionantes. O objetivo central da missão era explicitamente procurar vida microbiana. Foi "um tiro no escuro", escreveu a jornalista Janet L. Hopson no Science News em junho de 1976 (SN: 6/5/76, p. 374). Mas "mesmo que não apareçam sinais de vida, [os biólogos] ganham sua primeira perspectiva real sobre bioquímica terrestre, origens de vida e evolução."
Os resultados dos experimentos de detecção de vida da missão Viking foram inconclusivos, um achado quase pior do que um verdadeiro negativo.
A NASA posteriormente se afastou de procurar vida diretamente. Os 45 anos seguintes de missões a Marte procuraram sinais de água passada, ambientes potencialmente habitáveis e moléculas orgânicas, em vez de organismos vivos. Todos esses recursos apareceram em dados dos rovers Spirit, Opportunity e Curiosity nos anos 2000 e 2010.
Agora, o rover Perseverançada NASA , que pousou em fevereiro de 2021, está caçando sinais de vida microbiana antiga. O rover vai armazenar amostras de rocha que uma futura missão trará de volta à Terra. E o rover ExoMars das agências espaciais russas e europeias — chamado Rosalind Franklin, em homenagem ao químico cujo trabalho foi central para descobrir a estrutura do DNA — pretende buscar assinaturas moleculares de vida em Marte e logo abaixo da superfície após seu lançamento em 2022.
Sagan previu em 1973 que se ele tivesse nascido 50 anos no futuro, a busca por vida em Marte já teria sido concluída. Hoje, 48 anos depois, ainda estamos procurando.
Fonte: Um século de astronomia revelou o lugar da Terra no universo | Notícias da Ciência (sciencenews.org)
