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Leis de Kepler e o movimento planetário

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Eu Sem Fronteiras
Escrito por Eu Sem Fronteiras

É comprovado que o pensamento humano vem evoluindo desde os primórdios, e que as descobertas avançam para o entendimento da vida no Planeta e da relação deste com o Universo.

Ao longo da História temos pessoas geniais, mentes realmente brilhantes, que mesmo com recursos tecnológicos rudimentares, contribuíram muito para embasar os avanços atuais.

Alguns foram os precursores das Ciências, cujo legado é incontestável. Entre eles está Johannes Kepler. Ele revolucionou o mundo da Astronomia e conseguiu demonstrar matematicamente a mecânica do movimento planetário em torno do Sol, por meio de três teorias, conhecidas pelas “Três Leis de Kepler”, completando e validando o postulado de Nicolau Copérnico e consolidando definitivamente o heliocentrismo, também apoiado por Galileu Galilei.

Conheça mais sobre o assunto e aproveite da genialidade desse astrônomo e matemático que também teve outras contribuições para a vida atual!

Um pouco sobre a vida de Kepler

Johannes Kepler foi astrônomo, astrólogo e matemático, nasceu em Weil der Stadt, Wüttemberg, na Alemanha, no ano de 1571 e faleceu em Ratisbona, na Baviera, Alemanha em 1630.

Desde criança, Kepler impressionava a todos por sua facilidade matemática e se mostrava muito interessado pelos eventos celestes. Teve um pai ausente e sua mãe foi acusada de bruxaria, pois era herbolária e curandeira. Ele a defendeu das acusações em 1612, conseguindo sua absolvição em 1621, mas ela veio a falecer seis meses depois. Ele se casou duas vezes, perdeu cinco filhos e ficou viúvo aos 40 anos. O túmulo onde foi enterrado foi destruído durante a Guerra dos Trinta Anos.

Enquanto estudante na Universidade de Tubinga, Kepler provou ser um matemático excepcional e ganhou reputação de astrólogo hábil. À época, não havia uma distinção entre Astrologia e Astronomia. Orientado pelo professor Michael Maestlin, ele fazia horóscopos para os colegas, utilizando-se de cálculos matemáticos. Aprendeu sobre o sistema ptolomaico (geocentrismo — a Terra como centro do Universo) e sobre o sistema copernicano dos movimentos planetários. Ele defendia as ideias copernicanas e num debate estudantil defendeu o heliocentrismo (planetas giram em torno do Sol, centro do Sistema Solar) sob as perspectivas teórica e teológica.

Mesmo antes de concluir os estudos universitários, Kepler aceitou o convite para ser professor de matemática na escola protestante de Graz, na Áustria. Durante esse período, ele escreveu a sua primeira obra “Mistério Cosmográfico”, em 1957.

Imagem de um homem na terceira idade lendo o livro sobre Kepler. Ee está em uma biblioteca.
Foto por Free-Photos no Pixabay

Em 1600, perseguido como protestante, Kepler se mudou para Praga, capital da atual República Tcheca, onde trabalhou como assistente do célebre Tycho Brahe, astrônomo dinamarquês, chefe do observatório da cidade, que durante muitos anos fez observações e anotações astronômicas do interesse de Kepler, mas que ficaram guardadas por Brahe, que deu como trabalho a Kepler desenvolver as Tábuas Rudolfinas, de cálculos logarítmicos, para determinar a posição dos planetas no céu visível. Nesse período, ele adquiriu novos e muitos conhecimentos de Astronomia.

Com o falecimento de Brahe, Kepler o sucedeu no cargo e foi nomeado matemático oficial do Império e com o acesso às anotações de Brahe, ele lançou sua obra seguinte, “Astronomia Nova”, em 1609, e apresentou a Primeira e a Segunda Lei de Kepler.

Kepler foi o inventor de uma versão aperfeiçoada do telescópio refrator, chamado de Telescópio de Kepler e ajudou a legitimar as descobertas telescópicas de Galileu Galilei que também defendia o heliocentrismo. Esse último escreveu a Kepler dizendo de sua descoberta sobre o movimento de translação da Lua em torno do Sol, reforçando a crença de Kepler no modelo copernicano.

Um grande mérito de Kepler foi a contribuição para os estudos sobre a óptica moderna. Ele investigou sobre a formação das imagens e explicou o processo de visão pela refração da luz no olho e o uso dos dois olhos para a percepção de profundidade. Desenvolveu os óculos para miopia. Também foi o primeiro a explicar a relação entre a Lua e as marés.

A relação entre Kepler e Nicolau Copérnico

Nicolau Copérnico nasceu na Polônia e foi estudar Medicina em Cracóvia, mas também se interessava por Matemática e Astronomia. No século XVI, ele afirmou na sua obra “Sobre as Revoluções dos Mundos Celestes” (1543), resultado de suas investigações sobre os astros, que todos os planetas giravam em torno do Sol, em órbitas circulares, de Ocidente para Oriente, e que a Terra desenvolvia dois movimentos — o de rotação (em torno do seu eixo norte-sul, determinante das estações do ano) e o de translação (em torno do Sol, determinante na contagem de dias do ano). Com isso, ele rompeu a visão geocêntrica (Terra como centro) do Universo, formulada por Cláudio Ptolomeu. Ele estabeleceu as bases da “Astronomia Moderna”. Mas na sua obra, ele não conseguiu dar demonstrações suficientes sobre a exatidão de suas teorias, gerando polêmicas entre astrônomos e teólogos da época. Um dos pontos de inexatidão era o fato de Marte apresentar um movimento retrógrado, durante alguns períodos do ano.

Na convicção sobre o heliocentrismo do Universo estavam Galileu Galilei, bastante polêmico e julgado herege pela Igreja Católica Romana, e Johannes Kepler.

Imagem do jovem cientista Nicolau Copérnico fazendo seus experimentos relacionados à astronomia.
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Kepler tinha uma visão teológica sobre o modelo copernicano acreditando na conexão entre o físico e o espiritual. Associava o Universo à imagem de Deus, em que o Sol corresponde ao Pai, o plano estelar ao Filho e o espaço intermediário entre eles ao Espírito Santo.

Copérnico estava certo em relação ao heliocentrismo e o movimento planetário, ainda que não completamente, mas foi Kepler quem, a partir do talento matemático e das observações e medições precisas de Tycho Brahe sobre o planeta Marte, descreveu o movimento planetário incontestável até os dias atuais, a partir de suas Três Leis e determinou que as órbitas planetárias não são circulares e sim elípticas.

A importância da descoberta de Kepler sobre o movimento planetário

A descoberta de Kepler, formulada a partir da hipótese de que o movimento dos planetas em torno do Sol (translação) não era circular e sim elíptico, bem como as demonstrações matemáticas elaboradas por ele, se aplica a todos os corpos celestes que orbitam sob a influência da gravitação, dentro do Sistema Solar, ampliando as ideias de Copérnico.

A contribuição de Kepler à Astrofísica e à Astronomia é considerada a base da “Lei da Gravitação Universal” elaborada por Isaac Newton e perdura até os dias de hoje.

Imagem do livro de Kepler e suas leis. Sobre ele um óculos de grau.
Foto por Dariusz Sankowski no Pixabay

As fórmulas de cálculo desenvolvidas em suas leis, são utilizadas na atualidade para apoiar as investigações espaciais e para determinar qual é o ciclo anual dos planetas conhecidos, entre outras aplicações.

As Leis de Kepler

As três leis fundamentais da mecânica celeste de Kepler explicam como funciona o movimento de qualquer corpo orbitando um astro com massa, um planeta ou uma estrela e foram desenvolvidas entre 1609 e 1619, no século XVII. Elas foram apresentadas nas obras “Astronomia Nova”, “Harmonia do Mundo” e “Epítome da Astronomia de Copérnico”. Conheça um pouco sobre elas:

1ª Lei de Kepler — Lei das Órbitas

“A órbita dos planetas é uma elipse em que o Sol ocupa um dos focos.”

Os planetas descrevem órbitas elípticas e não circulares, em torno do Sol, que ocupa um dos focos da elipse. Algumas órbitas, como a da Terra, são muito próximas de um círculo, pois são elipses que apresentam uma excentricidade muito pequena. Excentricidade, aqui significa a medida que mostra o quanto uma figura geométrica é diferente de um círculo.

Com essa formulação ele também provou que a órbita de um planeta pode ser circular.

2ª Lei de Kepler — Lei das Áreas

“A linha imaginária que liga o Sol aos planetas que o orbitam varre áreas iguais em intervalos de tempos iguais.”

Essa lei define que o trajeto traçado por uma linha imaginária ao redor do Sol por um planeta ou por um corpo em órbita, descreve áreas iguais em intervalos de tempo iguais, o que estabelece que um planeta possui maior velocidade quando está mais próximo do sol (periélio) e menor quando está mais afastado (afélio).

3ª Lei de Kepler — Lei dos Períodos ou Lei da Harmonia

“A razão entre o quadrado do período e o cubo do raio médio da órbita de um planeta é constante.”

Quanto mais distante do Sol está um planeta ou um corpo, mais tempo leva o seu período de translação, então maior será o seu ano, ou seja ao invés de o ano desse planeta ser de 365 dias, como é o caso da Terra, ele terá mais dias. Para todos os planetas de nosso Sistema Solar, a relação acima possui o mesmo valor, considerando que o valor constante depende da massa do Sol, que é o corpo central da órbita (heliocentrismo) e se torna diferente se no centro estiver a Terra, por exemplo, porque ela tem uma massa muito menor que a massa do Sol.

Imagem de uma estação espacial representando uma missão.
Foto por Skeeze no Pixabay

A Missão Kepler

A Missão Kepler é pertencente ao programa de exploração espacial da NASA denominado Programa Discovery. É um programa científico que estabeleceu metas para o desenvolvimento de missões de baixo custo para a pesquisa espacial, com o objetivo de descobrir além de outras informações, a possibilidade de vida fora da Terra.

A NASA (Agência Espacial Norte-Americana) enviou uma sonda (observatório espacial) ao espaço, em março de 2009, para percorrer a órbita da Terra ao redor do Sol, e descobrir planetas semelhantes ao nosso, que estivessem orbitando outras estrelas fora do nosso Sistema Solar, com características para abrigar vida, na chamada zona habitável.

Zona habitável é aquela que permite a existência de água em estado líquido e temperaturas apropriadas à vida humana, por exemplo. Foram observadas mais de 150 estrelas, as mais brilhantes.

Foi dado o nome de Kepler à missão, em homenagem ao astrônomo e matemático Johannes Kepler, devido às suas contribuições à ciência, no século XVII, especificamente relacionadas ao movimento planetário heliocêntrico que embasava a varredura da sonda.

A sonda comportava um telescópio e câmera com capacidade para coletar uma imagem, por meio de fotografia, a cada três segundos.

Objetivos da Missão Kepler

– Identificar planetas com características semelhantes ao nosso, maiores ou menores e que estejam a exata distância de uma estrela, de modo que possam ser considerados habitáveis.
– Determinar a abundância de planetas semelhantes à Terra.
– Identificar o tamanho e a forma orbital desses planetas.
– Fazer uma estimativa de quantos planetas existem em sistemas múltiplos de estrelas.
– Determinar as características de massa, tamanho, temperatura, densidade dos planetas, entre outras.
– Determinar as características das estrelas que abrigam sistemas planetários.
– Identificar outros membros presentes nos sistemas solares, enxames de galáxia, supernovas, etc.

Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Kepler_(sonda_espacial)

Imagem de um manuscrito antigo trazendo os resultados da missão Kepler. Ao lado dois lápis pretos e uma borracha.
Foto por Zoltan Matuska no Pixabay

Resultados da Missão Kepler

2010 — cinco planetas antes desconhecidos, todos bem próximos de suas estrelas, sendo um semelhante ao tamanho de Netuno e quatro do tamanho de Júpiter, foram identificados. Um deles foi nomeado Kepler-7b e é o planeta menos denso descoberto até o momento.

2014 — foi anunciada a descoberta do planeta HIP 116454b. Ele possui um diâmetro 2,5 vezes maior que o da Terra, orbita uma estrela menor e mais fria que nosso Sol e leva nove dias para efetuar uma volta completa. A distância até a Terra é de 180 anos-luz.

2015 — foi descoberto o Planeta Kepler-452b. Esse astro possui uma massa cerca de 60% maior que a da Terra, está a 1400 anos-luz do nosso planeta e possui uma posição em relação à sua estrela que favorece a existência de água no estado líquido.

2016 — a NASA divulgou que 4.302 possíveis planetas foram identificados. Destes, há 1284 que possuem chances reais de serem planetas e estavam sob pesquisa da Missão. Desses, aproximadamente 550 são rochosos como a Terra e nove estão em zonas consideradas habitáveis, tendo em vista a distância que orbitam seus sóis.

Em 30 de outubro de 2018, a NASA anunciou em uma coletiva de imprensa o fim da missão, por problemas técnicos irreparáveis ao telescópio da sonda.

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Como observamos, Johannes Kepler foi bastante influente no pensamento científico da Astronomia e sua contribuição permite que pesquisas e missões espaciais possam ser realizadas para descobrir mais sobre o Universo e a possibilidade de vida fora da Terra. Os avanços iniciais da época em que viveu, apesar dos limitados recursos tecnológicos, continuam frutificando. Reflita sobre a amplitude que esse astrônomo e matemático proporcionou à evolução da Humanidade e amplie você também os seus conhecimentos.

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