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Calor, energia, luz.

O FOGO foi e é muito importante para o homem. Ele fez e faz parte de um bom número das transformações que somos capazes de realizar. O Sol também é fonte de calor, energia, luz. Talvez por isso seja tão comum pensar no Sol como uma bola de fogo. Mas, não é nada disso. O Sol não funciona como uma tocha ou como uma lâmpada incandescente. Para haver fogo, é preciso que haja um COMBUSTÍVEL, o COMBURENTE, que na nossa atmosfera é o OXIGÊNIO. Além disso, o processo tem de ser iniciado por uma faísca ou algo parecido. No espaço interstelar não há oxigênio suficiente em estado gasoso e muito menos combustíveis ou faíscas.

O processo de produção de energia do Sol e de todas as ESTRELAS é completamente diferente.
As estrelas são globos constituídos por gases a altíssimas temperaturas, apesar da aparência de brilho frio das noites estreladas.
As diferenças de luminosidade, brilho e coloração entre todas as estrelas dependem das dimensões, das distâncias e também das fases de evolução desses objetos celestes.
Imagem de estrelas na cúpula
Planetário virtual


As estrelas são como organismos vivos, que cumprem ciclos característicos de nascimento, vida e morte.

É... o Sol nasceu um dia, e em algum momento no tempo ele vai deixar de ser uma estrela como a conhecemos. Se todas as previsões estiverem corretas, essas modificações só começarão a ocorrer daqui a uns 4,5 BILHÕES DE ANOS.

Só de olhar para o céu, a gente já começa a fazer comparações. Uma brilha mais que a outra... aquela parece avermelhada, aquela outra é bem azul. O brilho foi um dos primeiros critérios para classificar as estrelas.

Foi por aí que os gregos começaram, no segundo século antes de Cristo. As 20 estrelas mais brilhantes, de PRIMEIRA GRANDEZA. Modernamente, PRIMEIRA MAGNITUDE. As estrelas um pouco menos brilhantes são de segunda magnitude, depois terceira, quarta, quinta... até sexta MAGNITUDE, que eram as estrelas que estavam no limite de visibilidade.

Essa é a base para a classificação por MAGNITUDE VISUAL APARENTE, que ainda hoje é utilizada nos mapas profissionais, nas cartas celestes amadoras e também naquelas cartas feitas só pra gente curtir... olhar o céu.

Bem, infelizmente esse processo de classificação não leva em conta a distância das estrelas e também os processos físicos que ocorrem em seus interiores. Mas, nos primórdios da astronomia, o Sol nem era considerado uma estrela e não havia instrumentos e modelos desenvolvidos para o estudo do ASTRO REI com profundidade.

Imagem observatório Bernard Lyot
Observatório Bernard Lyot
Hoje, em ESPECTROHELIÓGRAFOS como o do Observatório BERNARD LYOT - em CAMPINAS, São Paulo -, as observações possibilitam o estudo de algumas características do Sol. Instrumentos deste tipo, entretanto, só foram construídos nesse século, como o CORONÓGRAFO, inventado por BERNARD LYOT em 1930.
Muito antes disso, as manchas solares já eram observadas pelo método de PROJEÇÃO. GALILEU já fazia registros da movimentação das manchas solares e avaliava as hipóteses para a rotação do Sol.

As anotações e desenhos de GALILEU foram feitas nas primeiras décadas do século XVII, quando as discussões sobre a cosmologia se misturavam com a teologia.

A ASTROFÍSICA, ramo da astronomia que estuda a constituição físico-química e a evolução dos astros, surgiu bem depois disso. Estudar o Sol como uma estrela foi um passo importante nessa evolução.

As manchas solares permanecem vários dias na superfície do Sol e, dependendo da latitude em que aparecem, elas se movem mais rápido ou mais lentamente. Nas imagens modernas nós podemos ver os grupo de manchas na luz integral, luz branca.
Imagem manchas solares
Manchas solares

Com filtros especiais é possível ver a superfície solar em faixas específicas do espectro, inclusive com detalhes do campo magnético entre as manchas. Isso possibilitou verificar que o Sol possui maior velocidade de rotação na região equatorial em relação às regiões polares. Essa constatação sugeria que o Sol tem uma estrutura completamente diferente da terrestre. Será que todas as outras estrelas são assim? Vale lembrar que não é nada fácil e tampouco seguro olhar o Sol diretamente, a não ser com orientações específicas. Em astronomia a gente utiliza lentes especiais e filtros que são resistentes ao calor. E a natureza também ajudou um pouquinho, criando um fenômeno espetacular...o eclipse!

Imagem eclipse
Protuberância solar
Dá para imaginar as versões trágicas relacionadas com o "escurecimento" total do Sol: dragões engolindo o Sol, semideuses vindo roubar a luz do dia, as trevas chegando para nunca mais ir embora, o fim do mundo.
Hoje em dia, os astrônomos aguardam com muita ansiedade o momento em que o Sol, a Lua e a Terra ficam alinhados.
Com a diminuição da intensidade luminosa, é possível, sem o auxílio de instrumentos especialmente construídos para esse fim, apontar para o Sol aparelhos capazes de observar a coroa solar e as protuberâncias.

Mais uma vez, as imagens captadas se assemelham muito com o fogo, mas não é nada disso. As aparentes "chamas" são o resultado da matéria solar impulsionada pela intensa atividade do Sol. As protuberâncias do Sol podem atingir centenas de milhares de quilômetros de altura. A COROA é parte da atmosfera solar que chega a atingir, em casos excepcionais, a órbita de MERCÚRIO.

Os registros de eclipses são tão antigos quanto o homem, mas, entre o temor, o deslumbramento e a reflexão científica, lá se vão milênios. Tão antigas como os eclipses são as lendas sobre o ARCO-IRIS e os conhecimentos intuitivos sobre a refração da luz. Mas, foi só no século XVII que o homem aprendeu a controlar a passagem da luz por um prisma e entender completamente o fenômeno.

Os ESPECTROHELIÓGRAFOS incorporam redes de difração que essencialmente fazem o mesmo trabalho que um prisma, isto é, eles recebem a luz do Sol branca e separam os vários comprimentos de onda. Quer dizer, a gente consegue ver o Sol em todas as cores, ou, como se diz em ESPECTROSCOPIA, nas várias linhas do espectro.

Através dessas linhas, os técnicos são capazes de identificar as substâncias e elementos químicos do Sol e dos outros astros.

Isto só foi possível a partir de um trabalho exaustivo de laboratório, analisando a luz de cada um dos elementos químicos ou de cada substância, passando através de prismas, estudando, catalogando... Só depois disso é que foi possível transferir esses conhecimentos para o espectro das estrelas e dos astros de um modo geral.

Ou seja, partindo do espectro da luz solar e também dos trabalhos de laboratório foi possível identificar os elementos e as substâncias químicas que fazem parte das estrelas. O mais interessante é que tudo isso foi feito através da luz, ou seja, a distância.

A luz das estrelas começava a nos contar como eram elas. Restava ainda saber como essa luz era produzida. Mais uma vez foi preciso mergulhar nos laboratórios, pesquisar a fundo a matéria, a estrutura atômica e só então voltar a olhar para o Sol.

Pra entender melhor o funcionamento de uma estrela, talvez seja bom fazermos um ligeiro recuo no tempo - "apenas" alguns bilhões de anos - e acompanhar o nascimento do Sol.

As estrelas, acredita-se, surgem de grandes extensões gasosas. Além do gás, as nebulosas contêm muita poeira. A distribuição da matéria nessa nuvens é desigual, formando áreas que tendem a atrair mais matéria do que outras, formando GLÓBULOS de matéria. Esses GLÓBULOS teriam um raio médio superior a dezenas de vezes o raio médio do nosso sistema solar. O adensamento dessas regiões aumenta o choque entre partículas, e depois de muito tempo a temperatura já atinge dezenas de milhões de graus.

Só pra respirar um pouco, é bom lembrar que em astronomia o tempo e a distância são assim mesmo, de perder o fôlego.

E, afinal, estamos falando do nascimento de estrelas. Só o Sol, que é uma estrela ANÃ AMARELA de dimensões pequenas em relação à media das estrelas conhecidas, tem massa equivalente a 333.000 vezes a massa da Terra, aproximadamente.

Eu falei que era pra respirar um pouco,
mas não adianta.
A essa altura, o que era um GLÓBULO já passou à fase de PROTOESTRELA, um rascunho de estrela. E a agitação aumenta, a temperatura também.
A tensão é grande entre todos os espectadores, porque está chegando o grande momento.
A música pára... e todos esperam que a pressão aumente o suficiente para que surja a energia, o brilho próprio de uma estrela "recém-nascida".
Imagem glóbulos
O Sol embrionário

Bom... sem exageros, vamos aos fatos. O que motiva a energia das estrelas é uma reação TERMONUCLEAR ou de FUSÃO ATÔMICA. É mais ou menos o processo inverso da BOMBA ATÔMICA ou das usinas núcleares, cujo princípio é a quebra da estrutura do átomo.

Aqui, o que acontece é a formação do HÉLIO a partir do HIDROGÊNIO. No núcleo do Sol a temperatura é de QUINZE MILHÕES de graus aproximadamente, e a altíssimas pressões.
Apesar dessa reação ser muito energética, ela não tem nada a ver com combustão. Ou seja, o Sol NÃO É UMA BOLA DE FOGO. É, na verdade, uma usina transformadora de matéria em energia.
Pra nós, o Sol parece firme e estável, sempre lá, a cada amanhecer. A estimativa de quatro a cinco BILHÕES DE ANOS para a sua existência no passado - e igualmente no futuro - é um número tão grande que foge a qualquer referência para a vida humana.

Mas, ele está em constante transformação, produzindo energia e transmutando matéria. Consumindo quatro bilhões de toneladas de HIDROGÊNIO por segundo. No interior de nossa galáxia existem várias estrelas semelhantes ao nosso Sol. Em outras galáxias, a gente espera que existam estrelas mais ou menos parecidas com o nosso Sol. Mas, até agora não foram encontradas duas estrelas que tenham a mesma composição química, graças ao seu espectro.

É que o processo de formação das estrelas depende de uma infinidade de fatores, como o material original da nebulosa, e o seu desenvolvimento no interior das galáxias depende de muitas situações bem dinâmicas.

As estrelas chamadas SUPERGIGANTES podem ter até várias centenas de vezes o raio do Sol. As ANÃS BRANCAS chegam a ter aproximadamente o diâmetro da Terra, mas elas não são as estrelas menores que nós conhecemos.

Existem as ESTRELAS DE NEUTRONS, com diâmetro de até 20km. Elas foram previstas antes na teoria e só depois observadas na astronomia do invisível, pelos radiotelescópios.

Mais ou menos como nos telescópios visuais, nos RADIOTELESCÓPIOS nós conseguimos observar os espectros das estrelas. Os dados recebidos vão para os gráficos, que os comparam com os padrões obtidos em laboratório. Assim, é possível entender um pouco da estrutura molecular dos constituintes de cada uma das estrelas e investigar as fases de evolução estelar.

Além das ESTRELAS DE NEUTRONS, ou PULSARES, a radioastronomia ajudou também na identificação de estrelas VARIÁVEIS EXPLOSIVAS, estrelas novas que explodem em suas atmosferas, ou estrelas SUPERNOVAS que explodem em seus interiores. Também com os instrumentos da astronomia do invísível, foram identificadas as estrelas GIGANTES MARRONS e as ANÃS NEGRAS. Aliás, apesar do nome, a ANÃ NEGRA não tem nada a ver com o BURACO NEGRO. A radioastronomia, é claro, também ajudou na identificação dos tais BURACOS NEGROS.

Todos estes corpos celestes - e muitos outros - são resultados das diferentes formas de evolução estelar e, como nós já vimos, as estrelas evoluem da concentração gravitacional de matéria.
Portanto, a MASSA, que durante muito tempo foi considerada uma constante pela teoria de GRAVITAÇÃO UNIVERSAL, em nosso século passou a ser variável, dependendo do referencial. E, segundo as idéias da relatividade, é hoje uma das chaves para o jogo evolutivo do universo.

O HIDROGÊNIO é a forma de matéria mais simples e mais abundante que nós reconhecemos no universo. O Sol é formado basicamente de hidrogênio, como muitas outras estrelas. É por isso mesmo que parece razoável utilizá-lo para estudar um modelo de desenvolvimento de todas as outras estrelas.

Imagem nascimento do Sol
Nascimento do Sol
Vocês se lembram, a música estava parada... e todos esperavam o surgimento de uma nova estrela.

Dependendo da massa da nuvem original e dos processos dinâmicos, ao invés de apenas um GLÓBULO ter originado uma PROTOESTRELA, poderiam ter surgido duas ou mais, ou ainda poderia ter se criado apenas um glóbulo e uma protoestrela completamente diferente da que originou o nosso Sol.

Mas, vamos voltar ao nosso modelo. Num dado instante o fenômeno da fusão nuclear começa e, como numa reação em cadeia, a estrela se acende... e quase imediatamente ela começa a se livrar da sua "placenta" estelar, da nebulosa que lhe deu origem.

Isso a estrela faz com um "VENTO" intenso de partículas ionizadas, que arrasta a matéria da nebulosa para fora.

No caso do nosso Sol, resíduos dessa nebulosa original acabaram formando discos de matéria, que por ação gravitacional acabaram se concentrando. Falando de maneira sintética, é claro. E aí deram origem aos planetas, satélites, cometas etc.

Enquanto durar o equilíbrio entre a produção de energia, a massa das partículas no centro da estrela e a pressão gravitacional, a estrela permanecerá em equilíbrio. É assim que o Sol se encontra nos últimos cinco bilhões de anos aproximadamente, e só vai entrar em outro período de grandes transformações dentro de outros tantos bilhões de anos.

A hipótese é de que o núcleo do Sol sofrerá uma contração, um adensamento, e que a temperatura também aumentará. Com isso, o restante do seu "corpo" vai aumentar de volume. O diâmetro dele chegará a cerca de 25 milhões de km. É bastante.

Nesse momento, o Sol chega na fase de "GIGANTE VERMELHO".

Bom... nós já não estaríamos por aqui, nem os nossos descendentes. O Sol seria cerca de cem vezes mais luminoso, ou seja, a coisa tenderia a ficar bem quente. A temperatura superficial da Terra chegaria a cerca de 2.000 ºC!!!

No modelo assumido atualmente, estima-se que a partir dessa expansão inicial ele vai entrar num movimento oscilatório de contração e expansão, similar ao de um tipo de estrela variável.

Por conta do jogo de gravidade "versus" produção de energia, as estrelas passam a processar elementos mais pesados, como carbono, oxigênio, cálcio e até ferro, através de outros tipos de reações termonucleares. Em caso de estrelas que têm muito mais massa que o Sol, podem ocorrer explosões fazendo com que surjam elementos até mais pesados ainda, como o URÂNIO, por exemplo. E essas estrelas acabam se transformando em ANÃS BRANCAS, ESTRELAS DE NEUTRONS E BURACOS NEGROS. Depois de atingir esse nível de expansão, o volume do Sol vai crescer a ponto de engolir as órbitas de MERCÚRIO e até mesmo da Terra.

Após alcançar a sua expansão máxima, o Sol vai começar a se contrair, vai diminuir de volume até se transformar naquilo que chamamos de ANÃ BRANCA.

As ANÃS BRANCAS têm uma densidade muito alta e também um volume pequeno, chegando ao volume da Terra, aproximadamente, o que para uma estrela é bem baixo. A densidade de uma estrela dessas é tão grande que uma colherada de matéria chega a pesar cerca de 100 mil toneladas, ou até mais.

A temperatura superficial nessas estrelas pode variar entre 10.000 e 40.000 graus. Detalhe: a temperatura do Sol hoje é de cerca de 5.000 graus na superfície. As anãs brancas, em função das altas temperaturas e pressões, gastam suas energias transformando-se em estrelas conhecidas como ANÃS NEGRAS. Este será provavelmente o caminho do Sol: tornar-se um astro frio e pequeno que só poderá ser observado por algum tipo de radiotelescópio instalado em algum planeta em outro sistema solar, onde alguma vida inteligente reconheça as emissões eletromagnéticas que virão do nosso Sol.

Para evitar visões melancólicas para o destino do nosso Sol, é bom lembrar que este modelo de desenvolvimento do Sol não pode ser encarado de maneira definitiva, pois ainda há muito o que aprender sobre as estrelas.

Enquanto as viagens interstelares não chegam, a astrofísica só consegue olhar para elas. Olhar e pensar, através de telescópios, detectores de vídeo, chapas fotográficas e computadores.

Pra organizar essa observações e desenhar uma espécie de mapa da evolução estelar, foi idealizado um diagrama que relaciona as medidas de LUMINOSIDADE das estrelas, com as suas temperaturas superficiais. Detalhe: LUMINOSIDADE não é exatamente o mesmo que BRILHO. LUMINOSIDADE é a quantidade total de energia emitida pela superfície total da estrela, por unidade de tempo.

O DIAGRAMA HR, que leva o nome de seus idealizadores, os astrofísicos HERTSPRUNG E RUSSEL, representa, em um dos seus eixos, as "LUMINOSIDADES". E, em outro, as "TEMPERATURAS" superficiais das estrelas.

No diagrama HR as estrelas são agrupadas em grandes blocos: as estrelas GIGANTES, as SUPER GIGANTES - a seqüência principal - e as ANÃS BRANCAS.
Diagrama HR
Diagrama HR

As estrelas passam a maior parte do seu tempo na SEQÜÊNCIA PRINCIPAL , gastando, processando o hidrogênio. Isso acontece antes delas ocuparem as outras regiões do diagrama. O Sol é tomado como referência nesse diagrama. Ele encontra-se na região central e a sua luminosidade, por convenção, é considerada como 1, e sua temperatura superficial na casa dos 5.500 graus. Só para uma referência, vamos indicar onde ficam nesse diagrama algumas estrelas bem conhecidas. ANTARES, da constelação do Escorpião, está entre as GIGANTES VERMELHAS, na parte superior à direita do diagrama. Entre as estrelas azuis está SÍRIUS, que está no grupo das ANÃS BRANCAS, na parte inferior à esquerda.

O Sol é uma estrela amarela e as cores das estrelas também têm a ver com esses agrupamentos e com as temperaturas superficiais. O Sol vai sair da seqüência principal só daqui a muito tempo, quando se iniciarem suas grandes transformações, e estará mais ou menos próxima de SÍRIUS quando se tornar uma ANÃ BRANCA. É verdade que muito mais quente, mas muito menos luminoso.

A fase de ANÃ BRANCA, para o Sol, vai anteceder o seu fim.

Olhando para o céu numa noite clara, um observador pode ver cerca de 2.500 estrelas a olho nu. Nos dois hemisférios, a estimativa é de aproximadamente 6.000 estrelas observadas. Por trás do fundo negro do céu, milhares, milhões, bilhões de estrelas estão produzindo energia e transmutando matéria na nossa galáxia e também em todas as outras.

As estrelas são o sonho dos alquimistas... elas conseguem alterar a estrutura interna da matéria. Até mesmo metais como o próprio ouro são gerados nas estrelas. Mais valiosos que ouro são os elementos químicos que nos formaram. O carbono do nosso organismo, o cálcio dos nossos ossos, o oxigênio que respiramos, enfim, tudo, vivo ou não, foi sintetizado no interior de alguma estrela.

Isso talvez seja um milagre, tão sensacional quanto a própria vida. Afinal... as estrelas estão em nós.



ENSINAR E APRENDER
1 - Para os alunos de 2° grau, particularmente no curso de Química, o programa sugere uma atividade em que se discuta como se formaram os elementos químicos. Do hidrogênio, as estrelas conseguem sintetizar elementos mais pesados. Como é a fusão nuclear ? Qual é a diferença entre a fusão e a fissão nuclear ? Porque se usa a fissão em vez da fusão nas usinas nucleares ? Como é a desintegração radioativa ? Quais os perigos de se usar energia nuclear na produção de energia elétrica ? Podemos descobrir em breve a fusão a frio ?