Astrofísica

 

Espectro eletromagnético 

Uma onda eletromagnética é constituída de um campo elétrico (E) e de um campo magnético (H), cujas intensidades variam com o tempo. Os dois vetores (campo elétrico e campo magnético) são mutuamente ortogonais e perpendiculares à direção de propagação da onda. Seguem sempre juntos como companheiros inseparáveis. A oscilação de cada um deles é representada por uma curva – a senóide – que apresenta, ciclicamente , máximos e mínimos. A distância entre dois máximos (ou dois mínimos) consecutivos é o comprimento de onda; o número de máximos (ou de mínimos) que, durante certo intervalo de tempo, passa por um ponto é a freqüência da onda. 

 Uma onda eletromagnética propaga-se no vácuo com a velocidade da luz, v = 299792458 m/s. ela transporta uma quantidade de energia proporcional a sua freqüência. Isto é, as ondas de maior freqüência têm maior energia. 
 A radiação que recebemos das estrelas é constituída pela sobreposição de muitas ondas eletromagnéticas de freqüências diferentes. Obtém-se o espectro eletromagnético, que compreende todos os comprimentos de onda, por meio de aparelhos apropriados que decompõe a radiação em seus elementos fundamentais. Ele começa na região dos raios gama, passa pela luz visível e se estende até as ondas de rádio. 

 Mas só as radiações que passam por estreitas "janelas" podem atravessar sem interferência a atmosfera terrestre e alcançar nossos instrumentos de observação. Uma delas é a janela óptica, que vai de 400 nm (violeta) a 1000 nm (infravermelho); a outra, a janela rádio, vai de 1 mm a 50 m. Os raios X e os ultravioletas, menores que 300 nm, são absorvidas pelas camadas mais altas da atmosfera. As radiações maiores que 100 nm, do infravermelho às ondas de rádio, são absorvidas pelas moléculas da atmosfera. Quanto às ondas de rádio maiores que 50 m, a ionosfera as reflete de volta ao espaço externo. Daí a necessidade de se colocar em órbita, longe da atmosfera, telescópios que possam fazer observações nas faixas "proibidas". 
 

As radiações eletromagnéticas 

 James Clerk Maxwell, em 1864, munido das corretas leis do eletromagnetismo, partiu para a dedução matemática da teoria sobre a natureza da luz. Esta, segundo demonstrou, é produzida a partir de movimentos de cargas elétricas, ficando estabelecido seu caráter de onda eletromagnética – em outras palavras, dotada de energia radiante e capaz de produzir fenômenos eletromagnéticos. 
 A qualquer fenômeno eletromagnético associam-se três grandezas, vinculadas entre si: 

- A freqüência, f (número de oscilações por unidade de tempo); 
- O comprimento de onda, lambda (distância entre duas cristas de onda consecutivas); e 
- A velocidade, c, de propagação da onda. 

No caso da luz e demais radiações eletromagnéticas (ondas de rádio, raios X, raios gama), a velocidade tem valor constante, equivalendo no vácuo a 

c = 299792458 m/s 

 

 

 

As três grandezas acham-se relacionadas pela expressão matemática

comprimento de onda lambda = c / f

Como c é constante, decorre que, para cada comprimento de onda, corresponde uma única freqüência f, e vice-versa.
Posteriores estudos de Max Plank e mais tarde, de Albert Einstein permitiram estabelecer a quantidade de energia (E) transportada por uma onda. Esse valor depende da freqüência:

E = h.f

A letra h representa a constante de Plank, que vale:

6,55x10-34 J.s

Unindo as duas expressões, encontra-se a energia da radiação em função do comprimento de onda, que pode ser determinada experimentalmente com facilidade:

E=hc X (comprimento de onda)

Descobriram-se também fenômenos em que se manifestam interações entre a radiação e os corpos materiais. A condição dessas ocorrências implica a atribuição de uma dupla natureza à luz; ondulatória e corpuscular.
O caráter ondulatório diz respeito aos fenômenos de difração, interferência e polarização. E o aspecto corpuscular liga-se à sua capacidade de "empurrar" e desviar as partículas materiais, como ocorre nas colisões entre corpos; constituem exemplos o efeito fotoelétrico e o efeito Compton.

 

 

 

Instrumentos ópticos

A observação do céu a olho nu, sem o auxílio de binóculos, lunetas ou telescópios é  muito importante, e deve ser o primeiro passo a ser dado pelo astrônomo amador, entretanto esse tipo de observação é muito limitada; inicialmente foram construídos instrumentos para realização de medidas angulares entre corpos celestes para que se pudesse determinar suas posições por meio de coordenadas.
Galileu foi o primeiro a utilizar um instrumento óptico, uma luneta, para observar o céu; através deste e posteriormente, de muitos outros instrumentos, foi possível conhecer melhor o universo.
A luz de distantes corpos celestes chega até a Terra, carregando "mensagens codificadas" que nos diz o que eles são e como são feitos. Nós coletamos e deciframos a luz com nossos telescópios, instrumentos cujo propósito é fazer astros distantes parecerem mais próximos, maiores e mais brilhantes. Antigos telescópios utilizavam o princípio da refração.

 

Lentes convergentes são peças feitas de vidro cujas superfícies são formadas por seções de esferas onde as faces estão distantes uma da outra. O feixe luminoso proveniente do astro passa pela lente que vai formar uma imagem do astro no foco dessa lente (figura), essa lente que forma a imagem é chamada de objetiva; depois do foco fica uma outra lente convergente, que funciona basicamente como uma lente de aumento, uma lupa, essa lente é chamada de ocular, que ampliará a imagem formada pela objetiva. O instrumento formado por essas duas lentes é chamado de telescópio refrator (figura).
A característica mais importante de um instrumento óptico é sua capacidade de separar objetos muito próximos, isso é chamado de poder de resolução.

 

Existem  também  os  assim  chamados  telescópios  refletores  (figura),  que  são construídos com espelhos no lugar de lentes para formar imagens. Um  telescópio deste tipo utiliza um espelho côncavo, cuja curvatura pode  ter  forma  esférica  ou parabólica, para formar a imagem, esse espelho é chamado de  espelho  primário. O telescópio de Newton ou newtoniano, é  constituído de  um  espelho  primário  e um espelho secundário plano que coloca o foco na lateral do  instrumento; o  outro tipo é o telescópio de Cassegrain que utiliza um espelho secundário  convexo  que coloca  o  foco  para  trás  do  espelho  primário  através  de  um buraco no próprio espelho primário.

 

As lentes e os espelhos côncavos apresentam alguns efeitos indesejados chamados de aberrações, vamos falar de duas aberrações (figura) apenas, a aberração esférica que aparece em espelhos e lentes e a aberração cromática que aparece apenas nas lentes.
Aberração esférica: nem todos os raios de luz que incidem sobre uma lente ou espelho serão desviados para o ponto focal, os raios que atingem as bordas do espelho (ou lente) são focalizados em um ponto mais próximo do espelho (ou da lente) que aqueles raios que incidem na região central do espelho (ou da lente). Nos espelhos isso é corrigido dando um formato parabólico a sua curvatura.
Aberração cromática: quando um feixe de luz branca atinge o vidro, este a separa em varias cores que constituem a luz branca; a cor violeta é mais desviada e será focalizada em um ponto mais próximo da lente e o vermelho é menos desviado e será focalizado em um ponto mais distante da lente.
Numa lente as duas aberrações são diminuídas utilizando no lugar de uma lente simples convergente um dubleto constituído de duas lentes de forma e constituição (tipo de vidro) diferentes.