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HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

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Page 1: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

HISTÓRIA DA CIÊNCIA

IFSC - USP

Astronomia Antiga

Page 2: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Linha do tempo (a.C.)

Aristóteles (384-322)Aristarchos (aprox. 310-230)Arquimedes (287-212)Eratosthenes (aprox. 275-

195) Hipparchos (séc. II a.C.)

Ptolemaios (séc. II d.C.)

Século I a.C.

Século IV a.C.

Século III a.C.

Século II a.C.

Século I d.C.

Page 3: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Aristarchos de Samos

Até a época de Aristóteles (séc. IV a.C.) ninguém havia medido as distâncias da Terra aos astros

Houve sugestões anteriores, sem base observacional

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Aristarchos de Samos

Anaximandro (séc. VI a.C.): distância à Lua = 19 raios terrestres, distância ao Sol = 27 raios terrestres

Aristarchos, 3 séculos depois, tentou medir as distâncias dos astros à Terra

Page 5: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Aristarchos

Objetivo: medir relações (proporções) entre distâncias

Comparação entre distância Terra-Lua e Terra-Sol: triângulo retângulo quando a Lua está exatamente no quarto crescente ou minguante

Page 6: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Aristarchos

Segundo Aristarchos, quando a Lua está nessa fase, o ângulo Sol-Terra-Lua é de 87°

Analisando o triângulo, conclui-se que a a distancia Terra-Sol é 19 vezes a distância Terra-Lua

Page 7: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Aristarchos

Observação: O método de cálculo era correto, mas a medida estava errada.

É difícil realizar a medida (momento exato, ângulo).

O ângulo correto é de 89°51’ e não 87°Distância Terra-Sol = 400 vezes distância

Terra-Lua

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Aristarchos

Aristarchos não obteve valores iguais aos modernos, mas encontrou métodos corretos de medir algumas distâncias astronômicas.

Page 9: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Tamanho da Terra

As medidas de Aristarchos estabeleciam relações com o tamanho da Terra

Antes de Aristarchos, Aristóteles havia afirmado que a circunferência da Terra seria de 400.000 estádios

Após Aristarchos, Arquimedes afirmou que o valor da circunferência da Terra era de 300.000 estádios

Não se sabe de onde eles tiraram esses valores

Page 10: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Tamanho da Terra

Pouco tempo após o trabalho de Aristarchos, Eratosthenes de Alexandria mediu o tamanho da Terra, baseando-se em observações de sombras

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Tamanho da Terra

Ao meio-dia no dia do solstício de verão, o Sol ficava a pino em Syene, e ficava a 7,2° do zênite em Alexandria

Essas duas cidades ficam no mesmo meridiano, e o ângulo entre elas e o centro da Terra seria também de 7,2°

Page 12: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Tamanho da Terra

Syene e Alexandria ficam no mesmo meridiano, a uma distância de 5.000 estádios, correspondentes a 7,2°.

Cada grau da circunferência da Terra corresponde portanto a cerca de 700 estádios, e a circunferência toda corresponde a 252.000 estádios

Page 13: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Tamanho da Terra

Os “estádios” de Eratosthenes parecem corresponder a 157,5 metros atuais.

Portanto, a circunferência da Terra estimada por ele (252.000 estádios) seria equivalente a 39.700 km [valor correto: 40.000 km]

Método correto, valor correto por acaso

Page 14: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Voltando a Aristarchos...

Aristarchos defendeu que o Sol estava parado e a Terra se movia em torno do Sol e girava em torno de seu eixo [talvez por causa do tamanho do Sol]

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Aristarchos

Não são conhecidos os detalhes do modelo de Aristarchos, nem se sabe se ele fazia cálculos sobre os movimentos dos planetas

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Movimento da Terra

A grande maioria dos astrônomos e filósofos da Antigüidade aceitava o sistema geocêntrico e geostático, mas alguns propuseram sistemas com a Terra em movimento:

Pitágoras (580-500 a.C.)Herakleides de Pontos (388-321 a.C.)Aristarchos (310-230 a.C.)

Page 17: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Aristarchos

Embora a proposta de Aristarchos seja semelhante ao modelo que achamos correto, na época havia bons motivos para rejeitar sua proposta.

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Movimento da Terra

Além dos argumento de Aristóteles, existiam outros contra o movimento da Terra.

Se ela se movesse em torno do Sol, nunca veríamos a metade das constelações.

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Teorias astronômicas

Astrônomos posteriores a Aristarchos: aceitavam que a Terra estava parada no centro do universo.

Procuravam explicar os detalhes dos movimentos dos astros (“salvar os fenômenos”)

Principais: Apollonios, Hipparchos, Ptolemaios

Page 20: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Apollonios

Um dos objetivos era explicar os movimentos de “ida e volta” dos planetas (movimento direto e retrógrado).

movimento retrogrado

Page 21: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Apollonios

Parece ter sido Apollonios de Rodhes quem introduziu o uso de círculos excêntricos e epiciclos para explicar os movimentos dos planetas

Terra

Page 22: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Apollonios

Um astro que se mova em torno da Terra em um círculo excêntrico com velocidade constante parece ter uma velocidade variável

Terra

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Apollonios

Um astro que se mova em um epiciclo que se desloca sobre um deferente com velocidades constantes parece ter movimento irregular

Terra

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Apollonios

Para ver como o epiciclo produz movimentos de ida-e-volta, visto da Terra.

(Animação)

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Hipparchos

Não são conhecidos os detalhes do trabalho de Apollonios sobre os movimentos dos planetas.

O astrônomo Hipparchos de Nicaea (165-127 a.C.) utilizou todos os recursos matemáticos de Apollonios.

Page 26: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Hipparchos

Hipparchos fez medidas dos ângulos entre as estrelas, e fez também medidas precisas dos movimentos dos planetas.

Page 27: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Hipparchos - Sol

O movimento do Sol em relação às

constelações, visto da Terra, é bastante simples: ele percorre uma trajetória plana, correspondente ao círculo da eclíptica, em 365 dias, 14/60 dias, 48/60² dias

Page 28: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Hipparchos - Sol

O movimento do Sol ao longo da eclíptica, visto da Terra, não mantém uma velocidade angular constante.

Page 29: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Hipparchos - Sol

Quatro das posições do Sol ao longo da eclíptica correspondem aos equinócios (de

primavera e outono) e aos solstícios (de inverno e verão). Essas posições dividem a eclíptica em 4 quadrantes.

SOL

TERRA

Page 30: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Hipparchos - Sol

Os tempos necessários para o Sol passar pelos quatro quadrantes são diferentes:

equinócio de primavera ao trópico de verão [solstício] – 94½ dias

do trópico de verão ao equinócio de outono – 92½ dias

equinócio de outono ao trópico de inverno – 88 dias e um oitavo

trópico de inverno ao equinócio de primavera – 90 dias e um oitavo

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Hipparchos - Sol

Hipparchos explicou o movimento do Sol utilizando um único círculo excêntrico e supondo que a velocidade do Sol ao longo do excêntrico é constante.92½ dias

94½ dias

88 1/8 dias

90 1/8 dias

primavera

verão

outono

inverno

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Hipparchos - Sol

A análise de Hipparchos para o movimento do Sol dá resultados excelentes.

Esses cálculos são conhecidos através de Ptolomeu, pois as obras de Hipparchos foram perdidas.

N

93° 9’

91° 11’

88° 50’

86° 52’

H

P

K E

F

O L

Q

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Hipparchos - Sol

Ao estudar o movimento do Sol, Hipparchos utilizou muitas determinações antigas dos equinócios e solstícios.

Notou que a posição desses pontos estava mudando ao longo dos anos.

Hipparchos: Mudança de 2 graus entre 290 a.C. e 129 a.C. = 45” por ano

Page 34: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Hipparchos - precessão

A posição dos equinócios é determinada pela interseção entre o equador celeste e o plano da eclíptica.

Page 35: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Hipparchos - precessão

Para explicar a mudança dos equinócios é preciso supor que o plano do equador ou o

da eclíptica (ou ambos) está sofrendo oscilações.

Page 36: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Hipparchos - precessão

Atualmente [no sistema heliocêntrico!] supomos que o plano do equador está sofrendo oscilações, porque o eixo da Terra oscila (movimento de precessão), como um pião.

Page 37: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Hipparchos - precessão

No sistema geocêntrico, o fenômeno foi explicado supondo-se que a esfera celeste tem uma precessão como um pião, enquanto a Terra e o plano da eclíptica são fixos.

Page 38: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Hipparchos - precessão

A análise cuidadosa do movimento do Sol e a descoberta da precessão dos equinócios mostra o enorme avanço da astronomia grega na época de Hipparchos

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Ptolomeu

250 anos depois de Hipparchos, Cláudio Ptolomeu (séc. II d.C.) desenvolveu o mais completo sistema astronômico da Antigüidade.

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Ptolomeu

Não há informações biográficas sobre Ptolomeu.

Sabe-se apenas que registrou observações astronômicas entre 127 e 150 d.C.

Escreveu também sobre geografia, óptica, harmonia e astrologia.

Page 41: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Ptolomeu

A principal obra astronômica de Ptolomeu, a “Composição metamática”, foi conservada.

É conhecida como “Almagesto”, que é um nome árabe, significando “o maior”.

Foi também conservada uma obra secundária, chamada “Hipótese dos planetas”.

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Ptolomeu

O Almagesto contém um tratamento matemático avançado de toda a astronomia

Ptolomeu utilizou muitos resultados de Hipparchos, e não se sabe quais partes de sua obra são realmente originais.

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Ptolomeu

Para descrever os movimentos dos planetas, Ptolomeu utilizou círculos excêntricos, epiciclos, e outros recursos matemáticos.

Terra

Page 44: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Ptolomeu

Epiciclos sobre epiciclos

Page 45: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Ptolomeu

Epiciclos sobre excêntricos

Terra

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Ptolomeu

Os “equantes”

Page 47: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Ptolomeu

Exatidão x Compreensão

não existe nada no centro do deferente, e o centro de rotação é um outro ponto vazio, que não é o centro geométrico do círculo.

Page 48: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Ptolomeu

O modelo astronômico de Ptolomeu não era plano e sim tridimensional.

Os epiciclos não ficavam no mesmo plano do deferente.

Page 49: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Ptolomeu

Se os epiciclos ficassem no mesmo plano do deferente, não poderiam explicar as “laçadas” dos movimentos dos planetas.

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Ptolomeu

Utilizando todos esses recursos, Ptolomeu conseguia explicar:

variações de velocidade angular dos planetas

movimento direto e retrógradovariação do tamanho das “laçadas”forma das “laçadas”

Também seria possível explicar variações de tamanho aparente (brilho) dos planetas, mas os astrônomos antigos não se preocuparam com isso.

Page 51: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Ptolomeu

Hipóteses dos planetas

Modelo do universo baseado em “orbes” encaixadas umas nas outras, para explicar os movimentos celestes.

Page 52: HISTÓRIA DA CIÊNCIA IFSC - USP Astronomia Antiga

Ptolomeu

Esse modelo permitia compreender de forma mecânica os movimentos dos planetas e eliminar o problema de círculos abstratos girando no espaço vazio em torno de pontos onde não existe nada.

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Ptolomeu

Os epiciclos seriam esferas encaixadas no espaço entre dois orbes

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Ptolomeu

O sistema astronômico de Ptolomeu era coerente e detalhado, os cálculos correspondiam às observações, e sua teoria cobria todos os fenômenos astronômicos conhecidos.