Basicamente as agências espaciais norte-americana (NASA) e europeia (ESA), que foram as responsáveis pela construção do TEH, com maiores contribuições financeiras da norte-americana.

O telescópio é controlado por comandos emitidos via ondas de rádio, enviados a partir Centro Goddard Space Flight da NASA, que fica na cidade de Greenbelt, no estado de Maryland dos EUA. Astrônomos indicam ao TEH para onde deve apontar, e computadores controlando os equipamentos acoplados a ele gravam então o resultado das observações.

O Instituto de Ciência do Telescópio Espacial (STScI - Space Telescope Science Institute) é o responsável pela operação científica do telescópio e pela distribuição dos dados produzidos para os astrônomos que os requisitaram. O STScl é operado pela Associação de Universidades para a Pesquisa em Astronomia (AURA - Association of Universities for Research in Astronomy) que fica localizada em Baltimore, também no estado de Maryland, EUA. A operação do TEH é monitorada 24 horas por dia por 4 equipes de controladores de vôo.

Quando o TEH foi lançado em órbita, os dados que ele colhia eram armazenados em hoje antiquados gravadores em fita magnética, os quais foram substituídos por chamados SSD, sigla do inglês solid-state drive, que significa unidades de estado sólido, durante as missões de manutenção 2 e 3A. Aproximadamente duas vezes por dia, o TEH envia seus dados para um satélite geoestacionário chamado TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System). O TDRSS envia os dados científicos para uma das duas antenas de microondas, de 18 metros de diâmetro, localizadas no White Sands Test Facility que fica na região de White Sands, no estado do Novo México, EUA. De lá, eles são enviados ao Goddard Space Flight Center e finalmente para o STScl para arquivamento. Esses dados são, finalmente, transmitidos ao Centro de Controle do Telescópio Espacial (STOCC - Space Telescope Operations Control Center) localizado na cidade de Greenbelt.

Para saber mais, veja estes sites:

http://hubble.nasa.gov/operations/capture-image.php
http://hubble.nasa.gov/operations/control-center.php

Ao longo desses 20 anos, como foi feita a manutenção do TEH?

O TEH é o único telescópio espacial já desenvolvido pensando-se na possibilidade de ser feita manutenção por astronautas. A última missão de manutenção realizada foi lançada no dia 11 de Maio de 2009. Nela foram incorporados novos equipamentos ao TEH, com o que de há de mais moderno em termos de produção de imagem e de análise de luz. O TEH passou a literalmente ter novos olhos para observar o Universo, tornando-se assim capaz de obter imagens ainda melhores do que conseguia anteriormente. No total houve 5 missões de serviço como essa, desde quando o TEH foi colocado em órbita em 1990, sendo que a de 2009 foi a última de reparos e atualizações. A próxima, caso houver, será para desativar o TEH. A princípio, espera-se que o TEH funcione bem até o ano de 2014, mas não será surpresa se, mesmo alguns anos depois, ele ainda continuar a fornecer dados úteis e importantes para a comunidade científica internacional.

Que tipo de telescópio é o TEH?

Óticamente, o TEH é uma refletor Cassegrain, com design Ritchey-Chrétien, da mesma forma que a maioria dos grandes telescópios. Tal design, com dois espelhos hiperbólicos, é conhecido pelo boa performance em produção de imagens que cubram largos campos de visão, com a desvantagem de que os espelhos têm formas que são difícies de se fabricar e se testar. Seu espelho principal precisou ser polido com uma acurácia de apenas 10 nanômetros (1 nanômetro = 1/1.000 micrômetros = 1/1.000.000 milímetros = 1/1.000.000.000 metros), o que corresponde a cerca de 1/65 do comprimento de onda da luz vermelha.

O Hubble será resgatado quando deixar de funcionar plenamente?

O ônibus espacial Atlantis deixou o TEH em 19 de Maio de 2009, depois de todos os reparos realizados com sucesso, e uma próxima missão de manutenção será somente para retirar o TEH de órbita quando ele já não estiver mais em condições de funcionar de forma plena.

O TEH foi originalmente desenhado para retornar à Terra a bordo de um ônibus espacial. Mas com o fim do Programa de Ônibus Espaciais, isso não será mais possível. Nessa última visita em 2009, os astronautas acoplaram ao TEH um sistema de recaptura e recondução à Terra (SCRS - Soft Capture and Rendezvous System), desenvolvido pelos engenheiros da NASA, que parece com um anel, e que foi acoplado à parte traseira do TEH. Tal sistema fará então ser possível trazê-lo de volta por, ou uma missão tripulada, ou uma missão robótica.

Assista a seguir um documentário, dividido em 5 partes, produzido pelo Discovery Channel, a respeito do Telescópio Espacial Hubble:

http://www.youtube.com/watch?v=zVhMYZ-wNVk&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=7kXnww5--lg&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=3VbXTVid1-4&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=ghpKuPEhxGE&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=lDrNkIaYaFM&feature=related

O início da construção propriamente dita do TEH, por sua vez, pode ser marcada pelo início do polimento de seu espelho principal, feito na Perkin-Elmer Corporation, na cidade de Danbury, no estado Connecticut dos EUA, em Maio de 1979.

Veja nestes sites imagens do espelho principal do TEH enquanto estava sendo polido:

Site 1
Site 2
Site 3

Por que o TEH também pode ser chamado de Observatório?
Porque ele leva consigo vários instrumentos, que lhe permitem realizar diversas coisas além de simplesmente coletar luz (visível aos olhos humanos), em seu conjunto de espelhos. Ao longo desses 20 anos, o TEH carregou consigo vários instrumentos que já foram desativados. Em missões de manutenção em 1993, 1997, 1999, 2002 e 2009, foram acoplados novos aparelhos ao TEH. Atualmente ele conta com 6 instrumentos, que são basicamente câmeras, que obtém imagens, e espectrógrafos, que analisam a luz: NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer, uma câmera infravermelha/espectrômetro); ACS (Advanced Camera for Surveys, câmera para mapeamento de luz visível); WFC3 (Wide Field Camera 3, uma câmera de luz visível com campo de visão largo); COS (Cosmic Origins Spectrograph, um espectrógrafo de luz ultravioleta); STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph, um espectrógrafo e câmera de luz visível); FGS (Fine Guidance Sensors, três sensores que servem para monitorar ?estrelas guias? e manter assim o TEH apontado para a direção correta).

Quais as vantagens e desvantagens de se colocar um telescópio no espaço?
A principal vantagem é que a luz que vem do espaço não precisa atravessar a atmosfera terrestre antes de chegar ao espelho do telescópio. A atmosfera causa ligeiros desvios no rumo da luz, o suficiente para impedir que objetos que tenham tamanho muito, muito pequeno no céu possam ser vistos claramente. Suas imagens acabam ficando ?borradas?. Estando fora da atmosfera, só objetos muito, muito, muito, muito pequenos ainda ficam borrados, os ?só? muito, muito pequenos já são visíveis claramente. Além disso, mesmo o Sol não estando no céu, a presença da atmosfera faz com que o céu do lado da Terra em que está noite seja ?ligeiríssimamente? não completamente escuro, olhando-se a partir da superfície terrestre. A luz que está iluminando o lado onde está dia acaba se espalhando por toda a atmosfera, e uma pequeníssima parte dessa luz consegue ?iluminar? o céu do lado em que está noite. Estando acima da atmosfera, o fundo ?preto? do céu é preto mesmo!

Por outro lado, pelo fato de sua órbita ficar numa região em que a atmosfera é rarefeita, mas não totalmente inexistente, a atmosfera fica constantemente mudando suas propriedades, de uma forma que não é possível prever perfeitamente. A sua densidade, na altitude onde o TEH fica, varia de acordo com muitos fatores, o que faz, por exemplo, com que a previsão da posição do TEH em 6 semanas já poderia conter um erro de até 4.000km (!), o que faz ser necessário um monitoramente constante de sua trajetória e das propriedades de seu movimento.

Tomar a decisão entre construir um telescópio fixo em solo, e um espacial como o TEH, atualmente e principalmente nos próximos anos e décadas, é algo bem complexo. Mesmo antes de o TEH ter sido lançado, técnicas especiais em telescópios fixos, tais como a Aperture Masking Interferometry, já obtinham resolução de imagem, em luz visível e luz infravermelha, melhores do que o TEH poderia atingir. Desde então, avanços em Ótica Adaptativa, tem melhorado ainda mais a capacidade de obter imagens de alta resolução, principalmente com luz infravermelha. Mas a escolha de se usar a óptica adaptativa de um telescópio fixo, e um telescópio como o Hubble, depende muito dos detalhes específicos que se esteja pesquisando. Na luz visível, a ótica adaptativa só serve na prática para se obter imagens em relativamente pequenos campos de visão, enquanto que o TEH consegue obter imagens em luz visível de alta resolução em campos de visão bem largos. Também apenas uma fração pequena de objetos astronômicos é acessível à produção de imagens de alta-resolução por telescópios fixos. Em contraste, o TEH pode produzir imagens de alta resolução de qualquer parte do céu noturno, e de objetos de luminosidade extremamente baixa.

O TEH já ?usou óculos??

Sim! Depois de algumas semanas do lançamento do telescópio, as imagens que eram obtidas mostravam que havia um sério problema com o sistema ótico. Embora as primeiras imagens pareciam ser mais nítidas do que as imagens obtidas por telescópios fixos em solo, o telescópio falhava em conseguir uma focalização perfeita, e a melhor qualidade de imagem que se obtinha era dramaticamente menor do que a esperada.

O espelho era achatado demais nas bordas, por uma questão de apenas 2,2 micrômetros (1 micrômetro = 1/1.000 milímetro). Apesar de aparentemente pequena, essa diferença foi catastrófica, pois introduziu grandes aberrações esféricas, um defeito no qual os raios de luz refletidos nas bordas do espelho focavam num ponto diferente do que os raios que refletiam no centro do espelho.

Como o TEH foi projetado para permitir missões de manutenção, os astrônomos começaram imediatamente a pensar possíveis soluções para o problema, que pudessem já ser implementadas na primeira missão de manutenção, agendada para 1993. Apesar de as empresas Kodak e Itek terem cada uma um espelho de reserva para o TEH, seria impossível trocar o espelho em órbita, e também seria muito caro e levaria muito tempo trazer o TEH de volta à Terra para o reparo.

Ao invés disso, pelo fato de o erro cometido na produção do espelho ser tão bem conhecido, foi implementada a idéia de produzir um novo componente ótico, uma lente, cujos parâmetros podiam ser perfeitamente calculados (teriam o mesmo ?erro? de formato do espelho, mas de forma oposta), de maneira a fazer com que todos os raios de luz que passassem por essa lente, convergissem para o mesmo ponto, depois de serem refletidas pelo espelho principal, produzindo assim imagens perfeitas. Os astronautas do ônibus espacial Endeavour instalaram o dispositivo em 1993, o qual funcionou perfeitamente, como planejado.
 

A coluna Enquanto Isso no Universo presta a sua homenagem, trazendo para você diversas informações a respeito deste verdadeiro monumento da ciência moderna, cujo legado para sempre será lembrado: Hubble, O Telescópio Espacial!

Por que o Telescópio Espacial Hubble (TEH) tem esse nome?
O nome Hubble é uma homenagem ao astrônomo norte-americano Edwin Powell Hubble, que fez contribuições fundamentais para a Astronomia no início do século 20, dentre as quais: ter sido o primeiro a verificar que a galáxia de Andrômeda, e outras galáxias, são objetos que estão fora da nossa Galáxia (até aquela época, achava-se que nossa Galáxia continha tudo que existia no Universo - ela era o Universo -, pois não se conseguia medir com precisão as distâncias de objetos muito distantes. Tanto os muito distantes, como os muito, muito, muito distantes, pareciam estar à mesma distância, entende?); ter sido o primeiro a perceber e mensurar que o Universo está se expandindo (ele viu que todas as galáxias mais distantes estão se afastando da Terra, o que hoje interpretamos como uma expansão do próprio espaço entre as galáxias. Ou seja, elas não estão simplesmente se afastando, o espaço entre todas elas está aumentando de tamanho!); ter sido o primeiro a verificar que há galáxias de diferentes formas, que podem ser agrupadas em famílias (simploriamente podemos dividir as galáxias em lenticulares (S0), espirais (S), espirais barradas (SB), elípticas (E) e irregulares (IRR) ou peculiares (PEC).

Qual o dia e horário em que o TEH foi lançado ao espaço?
O ônibus espacial Discovery, que levou o TEH ao espaço, decolou no dia 24 de abril de 1990, às 09h33 da manhã, horário de Brasília. O Discovery voltou a aterrissar em chão firme no dia 29 de abril de 1990, às 10h50 da manhã, horário de Brasília.

A que distância o Telescópio Espacial Hubble (TEH) se encontra da superfície terrestre?
Sua distância à superfície terrestre varia, mas sempre fica entre 561km e 566km. Vale lembrar que o raio da Terra é de cerca de 6.300km, e que a distância do centro da Terra ao centro da Lua é de cerca de 384.000km.

Quantos pesa o TEH?
O TEH pesa cerca de 11 toneladas ou 11 mil quilos.

Quais as dimensões do TEH?
O comprimento do tubo principal do telescópio é de cerca de 13,1 metros (um gol de futebol de campo possui cerca de metade disso, 7m de largura). O espelho principal possui um diâmetro de 2,4 metros. Comparado com outros telescópios existentes em solo, o TEH pode ser considerado um telescópio de porte médio. Os famosos telescópios Gemini possuem cada um, por exemplo, espelhos com diâmetro de cerca de 8m.

Quantas voltas o TEH completa ao redor da Terra por dia?
Ele completa em média cerca de 15 voltas por dia. Assim, demora cerca de 96 min, ou 01h36 min, para completar uma volta ao redor do planeta.

Qual a velocidade do TEH e a que intensidade de aceleração ele está submetido?
A velocidade orbital do TEH é de cerca de 7.500m/s, ou 27.000km/h. Na altitude em que se encontra, a aceleração (que é centrípeta) a que o TEH, devido à atração gravitacional do planeta, é de cerca de 8,2m/s².

Qual é a área coletora de luz que o TEH possui?
A área coletaora de luz do TEH é de cerca de 4.5m², devido à forma do seu espelho principal, que não é um círculo completo (se o fosse, a área coletora seria de ?r² = 3,14159.(2,4)² = 18,09557m².

Qual a distância focal do espelho principal do TEH?
A distâncial focal F do espelho principal do TEH é de cerca de 57,6m.

O TEH só consegue observar luz visível aos olhos humanos?
Não. Seu espelho e os aparelhos acoplados foram projetados de tal maneira a lhe permitir conseguir ?enxergar? luz infravermelha e ultravioleta também.

Quanto custou o TEH?
O custo inicialmente estimado para o projeto era de cerca de US$ 400 milhões. Só para concluir a construção do TEH, foram gastos em torno de US$ 2,5 bilhões. O gasto total dentro desses 20 anos de funcionamento estima-se que é da ordem de US$ 7 bilhões.
 

Para finalizar a discussão, falta falarmos a respeito dos movimentos de outros astros no céu. Se formos construir ampulhetas utilizando o nascer ou pôr de outros astros, será que elas vão ter a mesma quantidade de areia que as primeiras que construímos?

A resposta é não! Isto porque os astros se movem no céu, uns em relação aos outros! E de um dia para outro, alguns desses movimentos são suficientemente perceptíveis, de maneira que as ampulhetas construídas - cada uma usando um astro diferente de referência - teriam quantidade de areia notavelmente diferentes.

Os astros que se movimentam mais em relação aos demais existentes no céu, além do Sol, são a Lua e os planetas do sistema solar. Se você quisesse construir ampulhetas para medir a duração do dia, utilizando alguns desses astros, certamente teria um bocado de trabalho para conseguir construir uma ampulheta média, a periodicidade das quantidades de areia seriam bem irregulares.

Mas ainda nos restam as estrelas e os objetos muito distantes no céu! Todos estes se movimentam muitíssimo pouco de um dia para o outro. Na verdade leva-se milhares de anos para se notar a mudança da posição de uma estrela em relação às demais. E quanto mais distante está um astro de nós, mais tempo se leva para notar algum movimento próprio que ele tenha no céu.

Note que assim podemos afirmar que o movimento das estrelas no céu, dia após dia, é, com excelente aproximação, somente devido à rotação da Terra. E nada mais. Assim, se construirmos ampulhetas baseando-nos no movimento delas, estaremos indiretamente utilizando a rotação do nosso planeta como referência.

Certo, mas uma ampulheta construída usando o nascer ou pôr de uma estrela vai ter alguma diferença de uma construída usando o nascer ou pôr do Sol Médio? Sim, sempre haverá diferença de quantidade de areia, e ela será sempre a mesma! De 4 minutos solares médios! (4 minutos no seu relógio...).

Quer ver como é simples de entender o porquê dessa diferença? Veja então a figura ao lado. Nela temos uma representação, fora de escala, da Terra (em azul) transladando ao redor do Sol (em amarelo). As flechas curvadas indicam os movimentos de rotação e translação da Terra.

As flechas não curvadas indicam a posição do Sol, vista a partir da Terra, e a posição de uma estrela hipotética, usada como referência, que está muitíssimo distante (que é o caso de todas as que vemos no céu à noite!), do lado esquerdo da imagem.

Na posição 1, um observador na Terra, vendo o Sol nascer, nota que ele e a estrela hipotética estão exatamente na mesma direção. Isso significa que ambos estão nascendo exatamente ao mesmo tempo.

A Terra se movimenta, girando ao redor de si mesma, mas também transladando ao redor do Sol. No instante em que chega à posição 2, a Terra completa uma volta em torno de si mesma. Note que a estrela hipotética e o Sol não estão mais na mesma direção! A estrela hipotética nasce então antes do Sol neste novo dia!

Só depois que a Terra girar mais um pouquinho - e chegar então na posição 3 -, é que o Sol voltará a nascer para o observador. E o tempo que leva para a Terra girar mais este pouquinho é de aproximadamente 4 minutos (solares médios...).

Note que quando a Terra chega à posição 3, volta-se à condição da posição 1, a não ser pelo fato de existir outra(s) estrela(s) hipotética(s) na direção do Sol, de maneira que em todos os dias ocorre esse ?atraso? do Sol de 4 minutos em relação às estrelas.

Se você tomar então como referência o movimento do Sol na contagem da passagem do tempo - se você usar então o seu relógio de pulso! -, verá que todos os dias, todas as estrelas nascem 4 minutos mais cedo do que no dia anterior.

Chegamos então à conclusão que o tempo que a Terra leva para completar uma volta ao redor de si mesma é de menos do que 24 horas solares médias: é de 23h56min solares médios. A esse intervalo de tempo os astrônomos dão o nome de dia sideral.

Por ser um intervalo de tempo importante (é o tempo que leva pro nosso planeta dar uma volta em torno de si!), um dia sideral também é muito usado de referência, de maneira que também define-se que ele possui 24 horas, mas daí essas horas são chamadas de horas siderais (cada uma delas é um pouco mais curta do que a hora solar média).

Concluímos assim que, se você construir uma ampulheta para marcar a passagem do tempo, usando as estrelas como referência, a quantidade de areia será menor do que a existente dentro da ampulheta que marca duração de dias solares médios.

Uma conseqüência interessante dessa história toda é perceber que, durante um ano, a Terra dá 366 voltas em torno de si, e não 365! Nosso calendário é dividido em 365 dias, porque esse é o número de vezes que o Sol cruza o céu, durante o tempo em que a Terra dá uma volta ao redor dele.

Mas como vimos, cada vez que passa um dia solar, a Terra já deu uma volta em torno de si, e ainda girou um pouco mais. Esse um pouco mais, multiplicado por 365 vezes, dá exatamente uma volta completa a mais! Assim, se um dia lhe perguntarem quantas voltas a Terra dá em volta de si, em um ano, dê a resposta certa: 366!

É isso aí! Um abraço e até a próxima!
 

Para finalizar a discussão, falta falarmos a respeito dos movimentos de outros astros no céu. Se formos construir ampulhetas utilizando o nascer ou pôr de outros astros, será que elas vão ter a mesma quantidade de areia que as primeiras que construímos?

A resposta é não! Isto porque os astros se movem no céu, uns em relação aos outros! E de um dia para outro, alguns desses movimentos são suficientemente perceptíveis, de maneira que as ampulhetas construídas - cada uma usando um astro diferente de referência - teriam quantidade de areia notavelmente diferentes.

Os astros que se movimentam mais em relação aos demais existentes no céu, além do Sol, são a Lua e os planetas do sistema solar. Se você quisesse construir ampulhetas para medir a duração do dia, utilizando alguns desses astros, certamente teria um bocado de trabalho para conseguir construir uma ampulheta média, a periodicidade das quantidades de areia seriam bem irregulares.

Mas ainda nos restam as estrelas e os objetos muito distantes no céu! Todos estes se movimentam muitíssimo pouco de um dia para o outro. Na verdade leva-se milhares de anos para se notar a mudança da posição de uma estrela em relação às demais. E quanto mais distante está um astro de nós, mais tempo se leva para notar algum movimento próprio que ele tenha no céu.

Note que assim podemos afirmar que o movimento das estrelas no céu, dia após dia, é, com excelente aproximação, somente devido à rotação da Terra. E nada mais. Assim, se construirmos ampulhetas baseando-nos no movimento delas, estaremos indiretamente utilizando a rotação do nosso planeta como referência.

Certo, mas uma ampulheta construída usando o nascer ou pôr de uma estrela vai ter alguma diferença de uma construída usando o nascer ou pôr do Sol Médio? Sim, sempre haverá diferença de quantidade de areia, e ela será sempre a mesma! De 4 minutos solares médios! (4 minutos no seu relógio...).

Quer ver como é simples de entender o porquê dessa diferença? Veja então a figura abaixo.
 

Nela temos uma representação, fora de escala, da Terra (em azul) transladando ao redor do Sol (em amarelo). As flechas curvadas indicam os movimentos de rotação e translação da Terra.

As flechas não curvadas indicam a posição do Sol, vista a partir da Terra, e a posição de uma estrela hipotética, usada como referência, que está muitíssimo distante (que é o caso de todas as que vemos no céu à noite!), do lado esquerdo da imagem.

Na posição 1, um observador na Terra, vendo o Sol nascer, nota que ele e a estrela hipotética estão exatamente na mesma direção. Isso significa que ambos estão nascendo exatamente ao mesmo tempo.

A Terra se movimenta, girando ao redor de si mesma, mas também transladando ao redor do Sol. No instante em que chega à posição 2, a Terra completa uma volta em torno de si mesma. Note que a estrela hipotética e o Sol não estão mais na mesma direção! A estrela hipotética nasce então antes do Sol neste novo dia!

Só depois que a Terra girar mais um pouquinho - e chegar então na posição 3 -, é que o Sol voltará a nascer para o observador. E o tempo que leva para a Terra girar mais este pouquinho é de aproximadamente 4 minutos (solares médios...).

Note que quando a Terra chega à posição 3, volta-se à condição da posição 1, a não ser pelo fato de existir outra(s) estrela(s) hipotética(s) na direção do Sol, de maneira que em todos os dias ocorre esse ?atraso? do Sol de 4 minutos em relação às estrelas.

Se você tomar então como referência o movimento do Sol na contagem da passagem do tempo - se você usar então o seu relógio de pulso! -, verá que todos os dias, todas as estrelas nascem 4 minutos mais cedo do que no dia anterior.

Chegamos então à conclusão que o tempo que a Terra leva para completar uma volta ao redor de si mesma é de menos do que 24 horas solares médias: é de 23h56min solares médios. A esse intervalo de tempo os astrônomos dão o nome de dia sideral.

Por ser um intervalo de tempo importante (é o tempo que leva pro nosso planeta dar uma volta em torno de si!), um dia sideral também é muito usado de referência, de maneira que também define-se que ele possui 24 horas, mas daí essas horas são chamadas de horas siderais (cada uma delas é um pouco mais curta do que a hora solar média).

Concluímos assim que, se você construir uma ampulheta para marcar a passagem do tempo, usando as estrelas como referência, a quantidade de areia será menor do que a existente dentro da ampulheta que marca duração de dias solares médios.

Uma conseqüência interessante dessa história toda é perceber que, durante um ano, a Terra dá 366 voltas em torno de si, e não 365! Nosso calendário é dividido em 365 dias porque esse é o número de vezes que o Sol cruza o céu, durante o tempo em que a Terra dá uma volta ao redor dele.

Mas como vimos, cada vez que passa um dia solar, a Terra já deu uma volta em torno de si, e ainda girou um pouco mais. Esse um pouco mais, multiplicado por 365 vezes, dá exatamente uma volta completa a mais! Assim, se um dia lhe perguntarem quantas voltas a Terra dá em volta de si, em um ano, dê a resposta certa: 366!

É isso aí! Um abraço e até a próxima!
 

Muito bem, na semana passada vimos que, construindo uma ampulheta pra marcar a duração do dia, tomando como referência o tempo que leva pro Sol cruzar o horizonte leste (poderia ser o oeste também) duas vezes consecutivas, temos um problema: dependendo do dia do ano em que fizermos isso, a quantidade de areia dentro da ampulheta será diferente.

Vale dizer que isso independe do local de observação. Se você e um amigo na Europa, p. ex., construírem ampulhetas no mesmo dia, ambas terão a mesma quantidade de areia.

A razão para a quantidade de areia dentro da ampulheta ser diferente, de um dia para outro, é que de fato o tempo que leva para o Sol completar uma volta no céu é variável. Haverá ampulhetas que marcam durações para o dia com até meia hora de diferença!

As duas causas para esse fenômeno são: a órbita da Terra ao redor do Sol não é uma circunferência perfeita, mas sim uma elipse; o eixo de rotação da Terra é inclinado em relação à direção vertical ao plano de sua órbita ao redor do Sol (ela não fica ?em pezinha? enquanto translada ao redor do Sol, fica um ligeiramente inclinada...).

Se quiser saber mais sobre isso, entender bem como essas duas coisas interferem na duração do dia, não deixe de acessar o site www.analemma.com. Ele é excelente! Repleto de animações e ilustrações pra facilitar a compreensão e o entendimento.

Mas quer dizer então que eu fiquei lá, dias e dias, construindo um monte de ampulhetas, e esse trabalho todo não serviu de nada? Não consegui construir um instrumento que seja útil realmente pra marcar com precisão a passagem do tempo?

Calma! Se você tiver paciência e perseverança, verá que, depois de construídas 365 delas, dia após dia, cada ampulheta a partir daí terá exatamente a mesma quantidade de areia que a construída 365 dias antes!

Passou-se um ano! Ou seja, a Terra completou uma volta ao redor do Sol, e voltou a passar pelas mesmas posições, em sua órbita, que em um ano antes. Nada mais justo do que a quantidade de areia nas ampulheta ser a mesma, não é mesmo? O ciclo se iniciou novamente.

Pois aqui vem uma sacada: se você tirar uma média da quantidade de areia dentro das 365 ampulhetas, e construir uma com essa quantia média, ela poderá ser escolhida como representativa pra marcação da duração média do dia ao longo de um ano, não concorda?

Em média então, ao longo do ano, o Sol levou esse tempo, dada pela quantidade de areia dessa ampulheta média, pra completar uma volta no céu.

Gráfico onde temos: em verde, a contribuição para a variação da duração do dia solar, devida à inclinação do eixo de rotação da Terra, em relação à direção perpendicular de sua órbita ao redor do Sol; em azul, a contribuição devida ao fato dessa órbita ser elíptica, e não circular; em vermelho, a soma dos dois efeitos, chamada de Equação do Tempo, que corresponde assim à diferença entre a duração do dia solar e a do dia solar médio. O Zero no eixo dos minutos corresponde à duração de 24 horas solares médias. Note então que, em Novembro (~300), o dia solar chega a ter 16 minutos a mais de duração do que o dia solar médio, e em Fevereiro (~50), o dia solar chega a ter 14 minutos a menos.

Os astrônomos definem até a existência de um ?Sol Médio?. Seria um Sol que leva sempre o mesmo tempo para completar voltas ao redor do céu. É esse intervalo de tempo então, sempre igual, que dividimos em 24 partes, que dizemos durar 24 horas.

O seu relógio de pulso é baseado nesse intervalo de tempo: seu relógio marcas horas solares médias. Em geral fala-se só em horas solares mesmo, mas é importante se ter em mente que é um tempo relacionado a esse Sol Médio fictício existente no céu.

Muito bem, se usarmos então o Sol como referência, temos todo esse trabalho descrito até aqui. Mas e se usarmos outros astros no céu? E se formos construir ampulhetas utilizando o nascer ou pôr de outros astros, será que elas vão ter a mesma quantidade de areia que essas primeiras que já construímos?

Ficou interessado nessas perguntas? Quer saber as respostas? Então não deixe de acessar a nossa coluna Enquanto Isso no Universo na próxima semana, onde você encontrará a 3ª e última parte desta discussão!

Até lá!

Em particular, nosso entendimento sobre o que são as estrelas, como são seus interiores, como evoluem, como nascem e morrem aumentou de tal maneira, que se tornou talvez a teoria mais consolidada de toda a Astrofísica. No texto sobre se Nós somos mesmo Poeiras de Estrelas?", discutimos um pouco sobre esse tema, dê uma olhada.

Dentre incontáveis descobertas a respeito das estrelas, uma foi a de que as estrelas que observamos em nossa galáxia (e também em outras galáxias) podem ser divididas em dois grandes grupos, os quais foram chamados de Populações. Existem então as estrelas de População I e as de População II. Nosso Sol faz parte da População I.

Quais as diferenças entre os dois grupos? A tabela abaixo traz um bom resumo:

  Tabela 01: Sumário das propriedades das populações estelares. (Fonte: http://astro.if.ufrgs.br/vialac/node6.htm)

A idéia por trás da tabela é que as estrelas de População I nasceram mais recentemente (quando a Galáxia já tinha seu formato atual discoidal), a partir do material formado no interior de estrelas de População II que já não existiam mais, que haviam chegado ao final de suas vidas e explodido, provavelmente em explosões do tipo Supernova.

As estrelas de População II são aquelas que começaram a brilhar quando a nossa Galáxia acabara de se formar. Dentre elas, aquelas que duraram menos tempo (por possuírem mais massa, chegaram mais rapidamente ao estágio final de evolução; eram mais luminosas e possuíam coloração tendendo para o azul), acabaram por enriquecer o meio intergalático com elementos mais pesados (metais como o Ferro, por exemplo).

A segunda geração de estrelas que surgiu a partir de então, as que chamamos hoje de População I, já incorporaram durante sua formação, literalmente dentro de si, esse material mais enriquecido de metais.

Bom, mas há um detalhe. Logo após o Big Bang, pelo que se teoriza, só se formaram núcleos de átomos leves (H, He e Li). Não havia, portanto, metais pesados no início do Universo, espalhados por aí...

Naturalmente daí surge a questão: de onde vieram os metais que observamos existirem nas estrelas de População II ainda existentes? E que provavelmente existiam no interior das de População II que já se foram?

Resposta: teoricamente, deve ter existido pelo menos uma geração de estrelas anterior à de População II. A esse grupo hipotético de estrelas dá-se o nome de estrelas de População III.

Diz-se hipotético, simplesmente, porque ainda não foi observada nenhuma estrela com metalicidade zero, isto é, que não tenha em seu interior nenhum nucleozinho de metal que seja. Ou seja, em todas as estrelas, observadas até hoje, há restos mortais de estrelas que as precederam...

Uma estrela desse tipo, se ainda existir em nossa Galáxia, deve ter uma massa bem pequena, e, portanto, ser bem pouco luminosa, muito difícil então de ser encontrada.

Mas, apesar de serem estrelas hipotéticas, tem se encontrado evidências indiretas de que tenham realmente existido. Por conta disso, já existem inúmeros estudos teóricos sobre as estrelas de População III, e por isso já fazemos uma boa idéia de como elas podem ter sido, e de como afetaram a evolução do próprio Universo.

 
Concepção artística de como deve ter sido o Universo jovem, quando as
estrelas de População III começaram a aparecer. Para ver maior, clique aqui.

Provavelmente, as primeiras estrelas de População III surgiram entre 200 a 400 milhões de anos após o Big Bang. Suas massas podem ter chegado a valores descomunais, de até mil massas solares!

Quanto mais massivas, menores seus tempos de vida. Certamente as mais massivas não duraram mais do que milhões de anos. Seria impossível assim observar ainda hoje estrelas desse porte, surgidas há tanto tempo.

Mas essa possibilidade de massas tão grandes é contestada por alguns. Primeiramente, baseando-se em modelos de formação estelar, de um lado ficam os astrônomos que defendem essa teoria, dizendo que graças à não existência de elementos pesados, era muito fácil se formarem estrelas mais massivas do que as que observamos hoje.

E realmente, de acordo com as teorias atuais, deve ter sido muito difícil se formarem estrelas de baixa massa logo após o Big Bang. Isso por que elementos mais pesados que H e He são necessários para resfriar eficientemente as nuvens de gás que contraem para formar as estrelas.

Sem esse freio, era possível então uma aglomeração maior de matéria, o equilíbrio entre a gravidade e a pressão de radiação, no interior da estrela, podia ser alcançado tendo a estrela uma massa total bem maior.

Do outro lado, por sua vez, ficam os astrônomos que afirmam que a análise dos dados referentes às estrelas de População II com baixa metalicidade, metais esses oriundos das estrelas de População III, sugerem que estas últimas devem ter tido massas dentro de uma faixa bem específica, entre 10 e 100 massas solares.

Ou seja, não teria havido tanto estrelas hipermassivas, quanto estrelas de baixa massa, estas últimas que poderiam, a princípio, ser observadas hoje em dia. Isto explicaria então o porquê de até hoje não terem sido vistas estrelas com essas características em conjunto, baixa massa e metalicidade zero (a única combinação possível, como explicado acima).

Confirmações dessas duas teorias aguardam ansiosas os dados que o futuro Telescópio Espacial James Webb deverá coletar após ser lançado. Precisamos de melhores olhos para observar o Universo, para assim poder tirar conclusões mais sólidas e embasadas.

Uma coisa fundamental a se falar é a relação entre as estrelas de População III e a formação das primeiras galáxias do Universo. Muitos dos remanescentes de supernova dessas estrelas hipermassivas devem ter sido buracos negros. E, provavelmente, buracos negros hipermassivos!

Esses buracos negros podem ainda ter se aglutinado, dando origem a buracos negros colossais, com centenas de milhares e até mesmo milhões de massas solares...

Mas não é que se acredita hoje que, no centro de cada galáxia do Universo, existe um buraco negro hipermassivo, com milhões de massas solares?! Coincidência...?! Ao que parece, não...

Acredita-se muito hoje em tal possibilidade, que os restos das primeiras estrelas surgidas no Universo possam ter sido espécies de sementes gravitacionais, em torno das quais as primeiras galáxias (e provavelmente os quasares que se observam a imensas distâncias de nós) teriam então surgido.

 
 Concepção artística mostrando um quasar primordial, envolta por gás, poeira, estrelas e até um jovem aglomerado de estrelas. Para ver maior, clique aqui.

A existência de estrelas de População III é ainda um mistério. Há, por exemplo, teóricos que afirmam que elas podem até ter se formado, mas não teriam, de fato, brilhado, dá pra acreditar?

O que eles alegam é que o mecanismo possível de produção de energia naquela época, a fusão de núcleos de H, não é rápido o suficiente para produzir as enormes quantidades de energia necessárias, na taxa apropriada.

De maneira que o resultado seria o de que haveria um colapso da estrela diretamente num buraco negro. Sem ela então ter, de fato, produzido luz como uma estrela normal... Seria uma espécie de estrela nati-morta.

Por outro lado, tem sido observados, em quasares distantes, traços do elemento químico Ferro, o que categoricamente apontaria, de acordo com o nosso conhecimento atual, que deve ter havido uma geração de estrelas que produziu esse Ferro, antes da formação desses quasares. Um dado forte a favor das estrelas de População III.

Enfim, caro amigo leitor, a pergunta sobre quem veio primeiro, as estrelas ou as galáxias, está ainda um pouco longe de ser respondida satisfatoriamente pelos astrofísicos. Mas certamente é só uma questão de tempo, é muito provável que em poucos anos teremos muitas novidades sobre o tema! Muitas descobertas só estão aguardando para serem feitas! Mantenhamo-nos atentos e em alerta! =)

Um grande abraço e até a próxima!

Em particular, nosso entendimento sobre o que são as estrelas, como são seus interiores, como evoluem, como nascem e morrem aumentou de tal maneira, que se tornou talvez a teoria mais consolidada de toda a Astrofísica. No texto sobre se Nós somos mesmo Poeiras de Estrelas?", discutimos um pouco sobre esse tema, dê uma olhada.

Dentre incontáveis descobertas a respeito das estrelas, uma foi a de que as estrelas que observamos em nossa galáxia (e também em outras galáxias) podem ser divididas em dois grandes grupos, os quais foram chamados de Populações. Existem então as estrelas de População I e as de População II. Nosso Sol faz parte da População I.

Quais as diferenças entre os dois grupos? A tabela abaixo traz um bom resumo:

  Tabela 01: Sumário das propriedades das populações estelares. (Fonte: http://astro.if.ufrgs.br/vialac/node6.htm)

A idéia por trás da tabela é que as estrelas de População I nasceram mais recentemente (quando a Galáxia já tinha seu formato atual discoidal), a partir do material formado no interior de estrelas de População II que já não existiam mais, que haviam chegado ao final de suas vidas e explodido, provavelmente em explosões do tipo Supernova.

As estrelas de População II são aquelas que começaram a brilhar quando a nossa Galáxia acabara de se formar. Dentre elas, aquelas que duraram menos tempo (por possuírem mais massa, chegaram mais rapidamente ao estágio final de evolução; eram mais luminosas e possuíam coloração tendendo para o azul), acabaram por enriquecer o meio intergalático com elementos mais pesados (metais como o Ferro, por exemplo).

A segunda geração de estrelas que surgiu a partir de então, as que chamamos hoje de População I, já incorporaram durante sua formação, literalmente dentro de si, esse material mais enriquecido de metais.

Bom, mas há um detalhe. Logo após o Big Bang, pelo que se teoriza, só se formaram núcleos de átomos leves (H, He e Li). Não havia, portanto, metais pesados no início do Universo, espalhados por aí...

Naturalmente daí surge a questão: de onde vieram os metais que observamos existirem nas estrelas de População II ainda existentes? E que provavelmente existiam no interior das de População II que já se foram?

Resposta: teoricamente, deve ter existido pelo menos uma geração de estrelas anterior à de População II. A esse grupo hipotético de estrelas dá-se o nome de estrelas de População III.

Diz-se hipotético, simplesmente, porque ainda não foi observada nenhuma estrela com metalicidade zero, isto é, que não tenha em seu interior nenhum nucleozinho de metal que seja. Ou seja, em todas as estrelas, observadas até hoje, há restos mortais de estrelas que as precederam...

Uma estrela desse tipo, se ainda existir em nossa Galáxia, deve ter uma massa bem pequena, e, portanto, ser bem pouco luminosa, muito difícil então de ser encontrada.

Mas, apesar de serem estrelas hipotéticas, tem se encontrado evidências indiretas de que tenham realmente existido. Por conta disso, já existem inúmeros estudos teóricos sobre as estrelas de População III, e por isso já fazemos uma boa idéia de como elas podem ter sido, e de como afetaram a evolução do próprio Universo.

 
Concepção artística de como deve ter sido o Universo jovem, quando as
estrelas de População III começaram a aparecer. Para ver maior, clique aqui.

Provavelmente, as primeiras estrelas de População III surgiram entre 200 a 400 milhões de anos após o Big Bang. Suas massas podem ter chegado a valores descomunais, de até mil massas solares!

Quanto mais massivas, menores seus tempos de vida. Certamente as mais massivas não duraram mais do que milhões de anos. Seria impossível assim observar ainda hoje estrelas desse porte, surgidas há tanto tempo.

Mas essa possibilidade de massas tão grandes é contestada por alguns. Primeiramente, baseando-se em modelos de formação estelar, de um lado ficam os astrônomos que defendem essa teoria, dizendo que graças à não existência de elementos pesados, era muito fácil se formarem estrelas mais massivas do que as que observamos hoje.

E realmente, de acordo com as teorias atuais, deve ter sido muito difícil se formarem estrelas de baixa massa logo após o Big Bang. Isso por que elementos mais pesados que H e He são necessários para resfriar eficientemente as nuvens de gás que contraem para formar as estrelas.

Sem esse freio, era possível então uma aglomeração maior de matéria, o equilíbrio entre a gravidade e a pressão de radiação, no interior da estrela, podia ser alcançado tendo a estrela uma massa total bem maior.

Do outro lado, por sua vez, ficam os astrônomos que afirmam que a análise dos dados referentes às estrelas de População II com baixa metalicidade, metais esses oriundos das estrelas de População III, sugerem que estas últimas devem ter tido massas dentro de uma faixa bem específica, entre 10 e 100 massas solares.

Ou seja, não teria havido tanto estrelas hipermassivas, quanto estrelas de baixa massa, estas últimas que poderiam, a princípio, ser observadas hoje em dia. Isto explicaria então o porquê de até hoje não terem sido vistas estrelas com essas características em conjunto, baixa massa e metalicidade zero (a única combinação possível, como explicado acima).

Confirmações dessas duas teorias aguardam ansiosas os dados que o futuro Telescópio Espacial James Webb deverá coletar após ser lançado. Precisamos de melhores olhos para observar o Universo, para assim poder tirar conclusões mais sólidas e embasadas.

Uma coisa fundamental a se falar é a relação entre as estrelas de População III e a formação das primeiras galáxias do Universo. Muitos dos remanescentes de supernova dessas estrelas hipermassivas devem ter sido buracos negros. E, provavelmente, buracos negros hipermassivos!

Esses buracos negros podem ainda ter se aglutinado, dando origem a buracos negros colossais, com centenas de milhares e até mesmo milhões de massas solares...

Mas não é que se acredita hoje que, no centro de cada galáxia do Universo, existe um buraco negro hipermassivo, com milhões de massas solares?! Coincidência...?! Ao que parece, não...

Acredita-se muito hoje em tal possibilidade, que os restos das primeiras estrelas surgidas no Universo possam ter sido espécies de sementes gravitacionais, em torno das quais as primeiras galáxias (e provavelmente os quasares que se observam a imensas distâncias de nós) teriam então surgido.

 
 Concepção artística mostrando um quasar primordial, envolta por gás, poeira, estrelas e até um jovem aglomerado de estrelas. Para ver maior, clique aqui.

A existência de estrelas de População III é ainda um mistério. Há, por exemplo, teóricos que afirmam que elas podem até ter se formado, mas não teriam, de fato, brilhado, dá pra acreditar?

O que eles alegam é que o mecanismo possível de produção de energia naquela época, a fusão de núcleos de H, não é rápido o suficiente para produzir as enormes quantidades de energia necessárias, na taxa apropriada.

De maneira que o resultado seria o de que haveria um colapso da estrela diretamente num buraco negro. Sem ela então ter, de fato, produzido luz como uma estrela normal... Seria uma espécie de estrela nati-morta.

Por outro lado, tem sido observados, em quasares distantes, traços do elemento químico Ferro, o que categoricamente apontaria, de acordo com o nosso conhecimento atual, que deve ter havido uma geração de estrelas que produziu esse Ferro, antes da formação desses quasares. Um dado forte a favor das estrelas de População III.

Enfim, caro amigo leitor, a pergunta sobre quem veio primeiro, as estrelas ou as galáxias, está ainda um pouco longe de ser respondida satisfatoriamente pelos astrofísicos. Mas certamente é só uma questão de tempo, é muito provável que em poucos anos teremos muitas novidades sobre o tema! Muitas descobertas só estão aguardando para serem feitas! Mantenhamo-nos atentos e em alerta! =)

Um grande abraço e até a próxima!

Vídeo com uma animação em que é mostrado o Universo
conhecido, mapeado através de observações astronômicas

Reprodução

 
Ilustração de como evoluiu a Estrutura em Grande Escala do Universo, desde o passado (cubo mais à esquerda) até o presente (cubo mais à direita). Note os filamentos compostos por infindáveis galáxias, cubo mais à direita, os chamados super aglomerados de galáxias. Para ver maior, clique aqui.

E como todas essas estruturas se formaram? E voltando à nossa pergunta original, que está intimamente relacionada: o material que compõe as galáxias se juntou primeiro, fazendo as estrelas nascerem, ou as estrelas se formaram primeiro, juntando-se através de interação gravitacional até formarem as galáxias?

Alguns astrônomos acreditam que o Universo foi construído a partir de pequenos pedaços, tais como nuvens de gás e aglomerados de estrelas, que se juntaram formando as galáxias e seus aglomerados.

Outros teorizam que o Universo se quebrou primeiro em pedaços colossais, que continham material suficiente para formar as maiores estruturas hoje observadas – grandes paredes e camadas de milhões de galáxias – que se fragmentaram em incrivelmente menores aglomerações de matéria, que resultariam nas galáxias individuais.

Mas fato é que nenhuma das duas teorias dá conta de explicar todos os dados observacionais já coletados até hoje, apesar de a primeira, na qual o Universo começou a partir de pequenos pedaços, estar ganhando mais aceitação nos últimos tempos.

Um dos muitos problemas consiste em tentar construir um modelo que case, via simulações teóricas, as observações das galáxias mais próximas a nós (e, portanto, num estado mais recente de sua evolução) com aquelas que são observadas mais distantes (e, portanto, num estado mais inicial de sua evolução, devido àquela questão de a luz ter velocidade finita).

Hoje sabemos que existem galáxias quase tão velhas quanto o Universo. Já se conseguiu observar diretamente galáxias na época em que o Universo tinha cerca de 500 milhões de anos. Esta é outra condição importante: qualquer modelo tem que dar conta de explicar a existência de galáxias já depois de 500 milhões de anos após o Big Bang.

Animação mostrando em 3D o Hubble Ultra Deep Field (Campo ultra profundo), ou HUDF, que é uma imagem de uma pequena região do espaço, na constelação de Fornax, composta por dados do Telescópio Espacial Hubble no período de 3 de setembro de 2003 a 16 de janeiro de 2004. É a imagem mais profunda do Universo tirada em luz visível, vendo o passado mais de 13 bilhões de anos atrás (cerca de 500-800 milhões de anos após o Big Bang). Na imagem do HUDF, estima-se que haja 10.000 galáxias. A pequena região do céu em que as galáxias residem (pelo menos um décimo do diâmetro da Lua vista da Terra) foi escolhida porque há uma baixa densidade de estrelas brilhantes na região próxima.

Depois do Big Bang, o Universo, por um tempo, devia ser notavelmente homogêneo, como se consegue deduzir a partir da chamada Radiação Cósmica de Fundo em Microondas – as flutuações que se observa são de menos de uma parte em cem mil! Não havia praticamente nenhuma estrutura no Universo e, portanto, nenhuma galáxia. A questão então é se entender como um universo tão suavemente distribuído desenvolveu essa estrutura de aglomerados e super aglomerados de galáxias.

Reprodução

A teoria mais aceita é a de que todas as estruturas que observamos hoje foram formadas como consequência do crescimento de flutuações primordiais, pequenas variações de densidade do Universo, existentes em seu início, frações de segundo após o Big Bang. Graças à interações entre a Matéria Escura e a Matéria Comum, de que somos feitos, essas regiões de maior densidade tornaram-se sementes do que viriam a ser um dia as galáxias.

Nessa época, o Universo era ainda apenas composto por H e He (além da Matéria Escura). Logo após essas primeiras proto-galáxias se formarem, o H e o He dentro delas começou a se condensar, e formar as primeiras estrelas que viriam a constituir as galáxias. Ao mesmo tempo, como o Universo era muito violento no seu início, as galáxias cresceram rapidamente, graças a colisões com outras galáxias menores.

Apesar dos sucessos que esse modelo tem para explicar boa parte das condições atuais que se observa no Universo, ele não é suficiente para explicar, por exemplo, a variedade de estruturas que se vê nas galáxias. Elas aparecem numa grande variedade de formas, desde arredondadas galáxias elípticas, até achatadas galáxias espirais, sem contar as diversas de formatos irregulares.

Bem, lendo até aqui, somos levados a entender que as galáxias é que vieram primeiro, que as estrelas de uma galáxia só surgem depois de o material que dará origem à galáxia já está todo reunido.

Todavia, hoje já existem forte indícios que levam a crer que antes de as galáxias começarem a se formar, os gases leves do Big Bang (H e He) devem ter sofrido certo processamento. Ou seja, ocorreram fusões de núcleos atômicos, que deram origem a outros elementos químicos mais pesados (leia mais sobre isso aqui). E se acredita então que isso foi feito por uma geração de estrelas gigantes: as chamadas estrelas de população III, as primeiras estrelas que surgiram no Universo.

Quer saber mais sobre as estrelas de população III, aquelas que possivelmente surgiram antes do que qualquer galáxia do Universo?! Então não perca a continuação da nossa conversa aqui na coluna Enquanto isso no Universo na semana que vem!

Um grande abraço e até lá!

Mesmo a velocidade da luz sendo muito grande, ela é finita: 300 mil km/s. Assim, estando o satélite a uma altura de cerca de 20 mil km, o sinal que vem dele leva, então, geralmente, em torno 0,07s pra chegar até o seu aparelho. Parece pouco, mas é graças a esse atraso que tudo funciona!

Isso porque a informação de horário que seu aparelho recebe de um satélite sempre estará atrasada em relação ao horário de recepção. Assim, se o satélite manda um sinal dizendo que são exatamente 12:57:00 segundos, quando seu aparelho receber essa informação, no satélite já terão passados por volta de 0,07s.

Se o seu aparelho GPS estiver perfeitamente sincronizado, bingo! Basta multiplicar esse atraso pela velocidade da luz, que você terá a distância exata do satélite até o aparelho!

Mas como garantir que o horário que consta no meu aparelho GPS coincide perfeitamente (note que tem que ser perfeita mesma a sincronia!) com o horário de cada um dos satélites GPS? Enfim, é aqui que aparece a necessidade de um 4º satélite!

Os relógios que ficam dentro de cada um dos satélites são o que de há de mais moderno e preciso em termos de contagem da passagem do tempo: são os chamados relógios atômicos. Custam a bagatela de cerca de 100 mil dólares...

Sua precisão é tão grande que eles demorariam cerca de 20 milhões de anos para se atrasar em 1 segundo! E todos os 28 relógios atômicos dentro dos satélites são então perfeitamente sincronizados entre si.

Bem, não dá pra se ter um relógio atômico no seu aparelhinho GPS, a não ser que você seja muito rico! Os aparelhos GPS são equipados com relógios comuns, desses de quartzo, que temos nos nossos comuns relógios de pulso.

Mas, graças ao 4º satélite no céu, ao comprar seu aparelinho de GPS, você acaba ganhando, de brinde, um portátil relógio atômico!!

Funciona assim. Tendo 4 satélites disponíveis (A, B, C e D), é possível se fazer 4 triangulações (ABC, ABD, ACD e BCD). Caso o relógio do seu aparelho não esteja sincronizado com os satélites, cada uma das 4 triangulações vai resultar numa posição diferente, concorda? Só se o relógio do aparelho estiver perfeitamente sincronizado é que as 4 darão o mesmo resultado.

Daí vem a simples e brilhante idéia: o pequeno aparelho vai mudando o horário do seu próprio relógio, atrasando-o ou adiantando-o, até que as 4 triangulações levem ao mesmo resultado! Assim, ele passa a mostrar exatamente o mesmo horário que marcam os relógios atômicos dos satélites do GPS, que se encontram a milhares de quilômetros de distância!! Muitos espertos os que bolarem esse sistema, não é mesmo? =)

Geralmente acaba-se por ter mais de 4 satélites no céu ao mesmo tempo. E daí, quanto mais satélites, maior o número de triangulações possíveis, e maior então é a precisão da posição e do horário fornecidos pelo pequeno aparelho de GPS.

  Ilustração do Sistema de Posicionamento Global GPS

É claro que um sistema complexo como esse precisa ser monitorado constantemente. Existem bases de monitoramento, em vários locais do planeta, que verificam a posição dos satélites, ao longo de suas órbitas, e enviam informações de eventual correção, para que os satélites reenviem aos aparelhos de GPS espalhados pelo mundo, a informação correta de suas posições.

Há vários fatores que podem também a levar a erros no resultado final obtido pelos aparelhos GPS. Como os sinais de rádio vindos dos satélites atravessam a atmosfera, estão sujeitos às variações de pressão e temperatura dela, de maneira que podem surgir desvios nos dados captados pelos aparelhos.

Sem contar a presença de obstáculos (montanhas, prédios), que também podem gerar interferências.

Existem estações de monitoramento que trabalham de forma inversa. Suas posições no planeta são perfeitamente conhecidas, de maneira que elas servem de verificação dos dados enviados pelos satélites.

Se a posição final obtida por um aparelho de GPS dentro da estação é diferente da posição conhecida dela, tal erro é determinado e enviado para todos os aparelhos de GPS existentes nas regiões próximas à estação.

Aqueles equipados para receber esses sinais de tais estações, conseguem então resultados ainda mais precisos de posicionamento e medida do tempo. É o chamado GPS Diferencial (DGPS).

Bem, pra finalizar, deixo abaixo algumas curiosidades rápidas a respeito deste grande avanço da ciência moderna, o Sistema de Posição Global GPS. Um abraço e até a semana que vem!

- o GPS foi idealizado pelo exército dos EUA na década de 70 do século passado; 

- o primeiro dos 28 satélites Navstar, produzidos pela empresa Rockwell, foi lançado em fevereiro de 1978; 

- o sistema foi declarado como operacional em 1995. Um 29º satélite foi colocado em órbita em novembro de 2004;

- o custo total do sistema foi de cercad de 10 bilhões de dólares;

- o período orbital de cada satélite é de 12h; 

- suas altitudes médias são de cerca de 20.200km; 

- suas velocidades médias são de cerca de 11.265km/h; 

- cada satélite, movido por luz solar, pesa cerca de 1,5 tonelada; 

- até o ano 2000, o departamento de defesa dos EUA acrescentava erros induzidos no sinal dos satélites, para garantir que aparelhos de uso civil operassem com precisão inferior a 90 metros. Com isso, garantiam que só o próprio exército podiam usufruir do sistema com interesses bélicos de maneira eficaz; 

- novos sistemas equivalentes ao GPS estão sendo desenvolvidos pela Europa (sistema Galileu), pela rússia (sistema Glonass) e pela China (sistema Compass); 

- estão cada vez mais populares os aparelhos GPS para automóveis atualmente. Além de fornecerem posição e velocidade dos automóveis, são equipados com mapas e programas que calculam rotas possíveis para se chegar a destinos pré-determinados, indicando então, curva após curva, os movimentos que o motorista deve executar para chegar ao local desejado;

Animação ilustrando um satélite Navstar