Sumário para o blogonauta
1. Big Bang (Sumário)
2. História milenar (Mitos da criação e começo da ciência com os gregos)
3. Modelo geocêntrico e o aperfeiçoamento do Telescópio
4. Teólogos, filósofos, poetas e astrónomos em debate
5. Máquina do Mundo (Lusíadas, Canto X)
6. Descobrimentos e a "ciência" (1)
7. Descobrimentos e a "ciência" (2)
8. Descobrimentos e a "ciência" (3)
9. Os Lusíadas: significado da epopeia
10. As "contra-epopeias"
11. A caminho do modelo heliocêntrico
12. O génio do "método experimental" (Tycho Brahe e Kepler)
12A. O génio do "método experimental" (Tycho Brahe e Kepler)
13. O génio do "modelo experimental" (Galileu) – Descobertas
14. Caso Galileu (1)
15. Caso Galileu (2)
16. A caminho das estrelas
17. Primeiras medições astronómicas
18. Desafio das Nebulosas
19. Medição das distâncias: Descoberta das Cefeidas
20. Medição das distâncias: Descoberta da Fotografia
21. Medição das distâncias: Cefeidas como Padrão de Medida
22. Medição das velocidades das galáxias (Efeito de Doppler)
23. Lei de Hubble, que apresenta provas experimentais da expansão do Universo
24. Modelos teóricos, que partem todos da Teoria da Relatividade
25. Modelo de Einstein
26. Modelo de Friedmann-Lemaître.
Imagem por post
O vulcão do Monte Teide não tem a forma piramidal, que a sua sombra parece sugerir. Este fenómeno é frequente noutras grandes montanhas e vulcões. Em primeiro plano, temos a espectacular cratera do Pico Viejo.
Como já devem ter reparado, particularmente no último post, nem sempre posso seguir uma ordem cronológica, pois há vários temas em desenvolvimento, e nalguns casos até se cruzam, o que dificulta a minha exposição. Mas como estou aqui para me divertir, tudo se há-de resolver em contemplação e alegria.
ESTRELAS VARIÁVEIS
Consideram-se Estrelas Variáveis aquelas cuja variação de brilho não resulta das flutuações normais nos movimentos turbilhonares das partículas que as formam, mas de variações regulares de brilho geradas por algum mecanismo interno.
O primeiro registo de variabilidade estelar deve-se a David Fabricius (1564-1617) que, em 1596, verificou que uma estrela na constelação da Baleia (Cetus) diminuía o seu brilho regularmente até desaparecer. Parece que esta sua variabilidade era já conhecida de babilónios, chineses e gregos. Contudo foi Fabricus quem, primeiro, a registou a 3.Ag.1596. Estava a observar o planeta Mercúrio e escolheu, como estrela de referência para a comparação de posições, esta estrela. A 21.Agosto, notou um novo um aumento de brilho, que voltou a desaparecer em Outubro. Ficou, portanto, convencido de que se tratava de uma “nova”, mas a 16.Fev.1609, tornou a vê-la.
Em 1638, J. Holwarda (1681-1651) determinou o período das suas “aparições” em 11 meses, pelo que há quem o considere como o descobridor da variabilidade desta estrela. Também Hevelius a observou e achou-a tão bonita, tão “maravilhosa” (mira, em latim) que a chamou de Mira Ceti no seu Historiola Mirae Stellae (1662). Mas foi Ismail Bouillaud (1605-1694) quem, em 1667, mediu o seu período como sendo de 333 dias (muito próximo do valor actual: 332), com o brilho a variar aproximadamente entre a 2ª e a 10ª magnitude.
Do que se conhece actualmente destaco duas notas.
1) Trata-se de um sistema binário formado por uma gigante vermelha (Mira A) e uma anã branca (Mira B), que está a sugar matéria da companheira A. A análise pelo Chandra X-ray confirma esta troca directa de massa entre as duas estrelas que estão separadas por cerca de 70 UA (Unidade Astronómica).
2) Apresenta uma “cauda de cometa” com 13 anos-luz de comprimento, fotografada, em 2007, pelo GALEX (Galaxy Evolution Explorer) na banda do Ultravioleta. Provavelmente composta de material expulso por Mira, ao longo dos últimos 30 000 anos, a sua formação poderá dever-se à sua maior velocidade relativamente às estrelas vizinhas: 130 km/s.
Edward PIGOTT (1753-1825)
Trabalhando como astrónomo com seu pai Nathaniel, observou os satélites de Júpiter e o trânsito de Vénus de 3.Junho.1769. Descobriu uma nebulosa, em 1799, na constelação Coma Berenices, que mais tarde ficou conhecida como M64 (NGC 4826). Parecendo uma galáxia espiral normal, descobriu-se recentemente que o gás das regiões periféricas gira na direcção oposta à do gás e das estrelas interiores. A parte interna de 3.000 anos-luz de raio roça a borda interna do disco externo, que se estende até 40 000 anos-luz e gira à velocidade de 300 km/s. As colisões entre o gás nas regiões interiores e exteriores estão a produzir estrelas azuis muito quentes. Pensa-se que esta anomalia foi devida à colisão com uma galáxia satélite, talvez há mais de mil milhões de anos e cuja fusão ainda não terá terminado.
Contudo, E. Piggot é especialmente conhecido pela descoberta de várias estrelas variáveis. Estas estrelas eram então especialmente significativas porque contrariavam de forma directa a antiga crença da imutabilidade das estrelas. Daí o esforço não só para as catalogar, mas sobretudo para perceber o mecanismo responsável por estas variações.
Com pouco mais de vinte anos, tornou-se amigo de um jovem surdo muito interessado pela ciência, John Goodricke, e que veio a ter um papel fundamental na pesquisa das estrelas variáveis. As suas limitações auditivas agudizaram, como é habitual, a sua visão.
Tendo em conta este facto que viremos a encontrar noutros pesquisadores de estrelas, proponho que façamos um intervalo para falar um bocadinho desta característica do nosso cérebro
PLASTICIDADE DO CÉREBRO
O conhecimento dos mecanismos complexos que acontecem no nosso cérebro sofreu um forte desenvolvimento nos últimos anos, com a descoberta de várias técnicas de imagiologia funcional cerebral, a primeira das quais foi o PET (Tomografia por Emissão de Positrões) (1*), mas que rapidamente se multiplicaram.
À esquerda, o cérebro de uma pessoa normal; ao centro, o de um assassino com história de privação na infância; à direita, o de um assassino sem história de privação. As áreas a vermelho e amarelo mostram uma actividade metabólica mais alta; a preto e azul, uma actividade metabólica mais baixa. O cérebro de um sociopata (à direita) tem uma actividade muito baixa em muitas áreas.
Uma das mais utilizadas é a fMRI (Imagiologia de Ressonância Magnética funcional), que assenta na medição de um sinal BOLD (Blood-Oxygen-Level Dependent, “Dependente do nível de oxigénio sanguíneo”), sinal que reflecte as variações locais e transitórias da quantidade de oxigénio em função da actividade neuronal do cérebro. Nos Estados Unidos, começa a discutir-se se os resultados obtidos pela fMRI têm ou não valor de prova num julgamento.
Contudo, as suas aplicações a situações de controlo comportamental está em franca expansão. Dados fMRI mostram os níveis de auto-regulação da actividade cerebral em mulheres saudáveis, de controlo (à esquerda na imagem abaixo), e mulheres com Bulimia Nervosa (à direita). As áreas vermelhas e as azuis correspondem a experiências diferentes. Contudo, em ambos os casos, as mulheres “doentes” mostram uma menor actividade, o que pode ser responsável pela sua dificuldade no controlo de impulsos e de comportamentos relacionados com a Bulimia Nervosa (BN).
Evolução
A evolução, ao longo de gerações, do cérebro até chegar ao estádio actual é uma das maravilhas da natureza. Como não podia ser substituído, dado o seu papel coordenador e dinamizador de toda a actividade humana, cada nova “conquista” tinha de ser sobreposta às anteriores.
Evolução do cérebro humano
Fonte: Tear Encantado, p. 128
O Tronco Cefálico (dos Peixes) remonta, pelo menos, a 400 milhões de anos e constitui uma reminiscência do primeiro sistema nervoso centralizado surgido na história da vida.
O Cérebro dos Répteis, que terá começado a evoluir há 300 milhões de anos, contém os programas básicos de sobrevivência, relacionados com a fuga ao perigo, o pânico, a fome, a sede, a procriação e o instinto da territorialidade (posse). Carlos Sagan dizia que muitos políticos eram governados por este cérebro!!!
O Cérebro dos Mamíferos, mais recente (100 milhões anos) é o responsável pelo afecto parental.
O Córtex Cerebral, que corresponde a 90% do cérebro humano, é a sede da memória, da aprendizagem e do pensamento abstracto
Capacidade de Regeneração
É conhecida a notável capacidade do cérebro humano para multiplicar os seus neurónicos e suas ramificações, sobretudo nos primeiros anos da nossa vida.
Desenvolvimento das ramificações neuronais: A - num recém-nascido; B - aos 3 meses; C - aos 2 anos.
Fonte: Les Dossiers de La Recherche, nº 34 (Fev.2009), p. 24
Fonte: Les Dossiers de La Recherche, nº 34 (Fev.2009), p. 24
Mas, mesmo quando há uma perda definitiva de neurónios, ele pode reorganizar-se. Por exemplo, na sequência de uma hemiplegia, provocada por um AVC, o córtex motor sofre reorganizações funcionais: o comando da mão, normalmente situado na parte intermédia do córtex, desloca-se para a região responsável pela face, adaptando-se às novas funções (2*).
Adaptação neuronal a novas funções
Fonte: Les Dossiers de La Recherche, nº 40 (Ag.2010), p. 44.
Sabe-se que o bebé humano tem no cérebro uma rede cortical que lhe permite aprender a falar. Apesar das semelhanças com a rede auditiva de certos primatas, aquela distingue-se pela sua lateralidade (à esquerda) e pela resposta rápida e eficaz à palavra. A imagiologia cerebral revela que desde os dois meses, quando ouve frases na língua materna, a criança activa a mesma rede de áreas cerebrais que as de uma pessoa adulta (3*)
Contudo, a fala (ou linguagem) não levanta problemas estruturais do cérebro, pois já passou tempo suficiente para o cérebro poder ter desenvolvido uma rede neuronal específica, que foi depois transmitida geneticamente. Portanto com a fala não há problema.
O mesmo, porém, não acontece com a escrita.
Em primeiro lugar, é bom perceber que “a escrita é que foi a grande revolução. Temos muitas vezes a tendência para pensar que foi a introdução da linguagem: mas isso não é verdade. Os caçadores-recoletores já falavam e nada mudou na sua cultura: as crianças eram como os seus pais, que foram como os seus avós. Foi com a escrita que mudou a natureza do nosso conhecimento. Com a linguagem, as informações permanecem informais. Mas desde que dispomos da escrita, então podemos ler muitas vezes e verificar incoerências, generalizações, inferências. A partir da escrita, as informações informais tornam-se formais. O homem pode mudar o mundo e o mundo muda-o a ele. Então os filhos não são mais como os pais porque não crescem no mesmo mundo. Já não existem as tribos de caçadores-recolectores sem uma hierarquia económica, nas quais toda a gente se conhecia. (4*)
A escrita, como se sabe, surgiu na Mesopotâmia, há cerca de 5400 anos.
Tabelas administrativas
Fonte: Dossiers d'Archeologie, nº 260 (Fev.2001), pp. 16 e 18.
Datada de 3200 aC, na da esquerda temos uma espiga de cereal, representando uma certa quantidade de grãos; uma cabeça de bovídeo, figurando uma manada de bovinos; um triângulo público, símbolo da mulher.
A da direita (séc. XXIV aC) faz a listagem de um pequeno rebanho.
Fonte: Dossiers d'Archeologie, nº 260 (Fev.2001), pp. 16 e 18.
Datada de 3200 aC, na da esquerda temos uma espiga de cereal, representando uma certa quantidade de grãos; uma cabeça de bovídeo, figurando uma manada de bovinos; um triângulo público, símbolo da mulher.
A da direita (séc. XXIV aC) faz a listagem de um pequeno rebanho.
Este aparentemente longo tempo histórico é demasiado curto para que o cérebro pudesse criar e consolidar uma zona específica para a escrita.
Um dos primeiros a provar que a aprendizagem da leitura modificava a estruturação geral das áreas cerebrais da linguagem foi a equipa do português A. Castro Caldas, em 1998, ao comparar, por PET, a actividade cerebral de pessoas letradas e analfabetas num exercício de linguagem falada (5*).
A partir daqui, experiências sucessivas acabaram por mostrar que as redes neuronais que descodificam as palavras teriam uma outra função antes de termos aprendido a ler; portanto, elas foram “recicladas”. Então o que descodificavam elas antes? Esta zona está muito próxima das zonas que tratam dos objectos e das caras. Em 2010, utilizando fMRI, foi possível verificar que as zonas da visão e da linguagem eram maiores nos letrados e tinham maior actividade na resposta a palavras escritas do que nos analfabetos. Portanto, explica F. Pegado, “as modificações causadas pela leitura são muito mais importantes do que esperávamos. Elas dizem respeito mesmo a zonas situadas na base da hierarquia do tratamento visual, as que tratam os traços básicos como a orientação das barras que compõem as letras” (6*). Isto é, o cérebro teve que encontrar uma zona específica para a função da leitura. Para isso serviu-se das zonas cuja função era semelhante e transformou parte delas, especializando-as de modo a responder com eficácia às novas "necessidades". Transformou parte das zonas que reconhecem as paisagens, as caras e os objectos e especilaizou-a na leitura de palavras
Resposta a uma função recente
Fonte: La Recherche nº 449 (Fev.2011), p. 46.
Aqui chegados, gostaria de voltar aos deficientes auditivos que vão ter um papel importante nesta fase de descobertas em astronomia.
Até há pouco tempo, supunha-se que os deficientes auditivos viam melhor, o que vinha sendo explicado por factores relacionados com o córtex visual, a região do cérebro onde se processa a visão. Isto é, haveria um reajustamento neuroral no cérebro. Contudo, cientistas ingleses descobriram a razão por que pessoas que nasceram surdas ou perderam a audição muito novas têm a visão periférica melhorada. Num artigo publicado no PLoS One (7*), os pesquisadores explicam que as pessoas deficientes auditivas apresentam diferenças na distribuição das células do nervo da retina. Este estudo é o primeiro a explicar que este aumento de visão deriva de diferenças no desenvolvimento da retina e não de factores neurológicos.
E para terminar este interlúdio, fica uma provocaçãozinha.
Estudos recentes parecem indicar que é o cérebro que nos torna conscientes das nossas decisões e não o inverso, conforme o esquema abaixo.
"Quem" toma as "nossas" decisões?
Fonte: La Recherche (peço desculpa, mas perdi a referência e não tenho paciência para percorrer os últimos cinquenta números. Como penitência, vou traduzir o que vem escrito em cada imagem.)
As três primeiras imagens referem-se ao comportamento inconsciente:
1ª) 0,0 s – a ordem é dada: o córtex parietal recebe a ordem do córtex frontal para preparar o movimento (de carregar num botão);
2ª) 0,2 s – o cérebro prepara a acção: o córtex parietal activa o córtex motor que vai mandar executar o movimento;
3ª) 0,55 s – tomamos consciência da nossa vontade de agir: o córtex motor reenvia uma mensagem de confirmação ao córtex parietal; assim entramos no comportamento consciente;
4ª) 0,75 s – a mão carrega no botão: o córtex motor dá ordem para executar a acção e a mão cumpre-a.
O gráfico de baixo dá-nos conta da variação da corrente eléctrica no cérebro até à execução do gesto: nele se vê que decorrem 0,55 s entre a mobilização do cérebro e a consciência de agir e depois passam 0,2 s para cumprir a ordem (tempo de reacção)
As perguntas que quero deixar são estas:
- há diferença entre o meu cérebro e “eu”?
- se há, qual ou quais?
- se não há, porque é que o meu cérebro “me” informa das “minhas” decisões?
Cuidado não fundam os circuitos, porque isto exige um QI muito elevado!?
John GOODRICKE (1764-1786)
Devido a ter tido escarlatina na infância, ficou completamente surdo. Talvez, por isso, desenvolveu uma grande acuidade e sensibilidade visual, o que fez dele um astrónomo extraordinário, apesar de ter morrido apenas com 22 anos. Era capaz de detectar a mais pequena variação no brilho de uma estrela de uma noite para outra, o que era muito difícil pois tinham de ser tidos em conta factores, como as condições atmosféricas, a variação do luar e outros.
Um dos seus primeiros trabalhos foi traçar o gráfico da variação de brilho da estrela Algol.
A variabilidade da Algol fora registada, pela primeira vez em 1667, por G. Montanari, mas é provável que esta propriedade já tivesse sido notada muito antes. J. Goodricke, entre Nov.1872 e Maio.1783, traçou um gráfico cuidadoso que indicava que os máximos de brilho estavam separados por 68h e 50m.
Foi ele também o primeiro a propor um mecanismo para esta variação, sugerindo que ou um corpo escuro passava em frente da estrela ou a própria estrela tinha uma zona escura que periodicamente se voltaria para a Terra. Por esta explicação foi condecorado com a Medalha Copley, um prémio atribuído pela Royal Society de Londres por "realizações proeminentes na pesquisa em qualquer ramo da ciência, alternando entre as ciências físicas e ciências biológicas". Em 1881, E. Charles Pickering mostrou que se tratava de uma binária eclipsante, isto é, um sistema de duas estrelas em que uma eclipsava a outra.
Esta descoberta sobre a Algol não acrescentou nada de especial ao problema da medição das distâncias. Foi um outro tipo de estrelas variáveis que veio revolucionar esta questão, já que tinham uma variação muito característica.
Olhando o tipo de variação, salta à vista uma diferença marcante entre as estrelas variáveis em geral, caso da estrela Algol (ver acima) com uma periodicidade simétrica, e um grupo particular cuja variação era em dente de serra.
Esta variação não se podia explicar com base num eclipse causado por uma das estrelas do binário, pelo que devia implicar algum mecanismo intrínseco à própria estrela. Por isso, lhes foi atribuído um nome específico: Variáveis Cefeidas ou simplesmente Cefeidas.
É curioso que tenham ficado conhecidas por Cefeidas e não por Aquileidas. É que, na noite de 10.Set.1784, Pigott descobriu uma destas estrelas, a Eta Aquilae, a Eta da Águia. E só um mês mais tarde (10.Out) é que Goodricke detectou também uma estrela de brilho análogo, a Delta Cephei, a Delta de Cefeu. Este tipo de variação ainda não fora detectado antes. Não encontrei resposta para a questão que coloquei sobre o nome. Mas é estranho já que a primeira a ser detectada foi a Eta da Águia. Seria pela notoriedade que entretanto Goodricke alcançara?
Houve várias tentativas para determinar esse tal mecanismo interno.
Hoje sabe-se o que se passa. A generalidade das estrelas estão num equilíbrio estável entre a força gravitacional que as comprime e a pressão da radiação que tende a expandi-las. Mais tarde, como já referi, veremos com mais pormenor o ciclo de vida das estrelas.
As Cefeidas, pelo contrário, estão em equilíbrio instável que causa a oscilação. Quando a estrela está relativamente fria, a pressão da radiação não consegue contrariar a acção da gravidade e a estrela contrai-se. Mas ao contrair-se, aumenta a temperatura, o que lhe permite intensificar as reacções nucleares, produzindo mais energia, que, ao superar a força da gravidade, faz a estrela expandir-se. Porém, ao expandir-se arrefece de novo, as reacções nucleares diminuem e este ciclo vai-se repetindo.
Voltando atrás, no século XIX, surgiram os caçadores de Cefeidas. Em 1888, S. C. Chandler publicou o primeiro catálogo com 225 estrelas variáveis; o segundo catálogo continha 260 estrelas e o terceiro, em 1896, 393. Os períodos variavam de uma semana a um mês. Mas havia dois problemas:
- a subjectividade do observador, sobretudo quando o fenómeno era fugaz e dependia da memória;
- o registo da observação só podia ser feito em palavras ou num esboço.
Foi então que se deu mais uma descoberta revolucionária: a da fotografia e a sua aplicação à astronomia.
Referências
(1*) Este é um método de análise que utiliza a anti-matéria: o positrão ou anti-electrão.
(2*) FRANÇOIS CHOLLET, Les circuits cérébraux contournent les obstacles, in Les Dossiers de La Recherche: Le cerveau. Comme il se réorganise sans cesse, nº 40 (Ag.2010), pp. 42-46. A imagem aparece na p. 44.
(3*) STANISLAS DEHAENE, Une intense communication cérébral, in La Recherche, nº 449 (Fev.2011), p. 40.
(4*) DAVID PREMACK, Il faut changer les bases de l’enseignement, in Les Dossiers de La Recherche: L’intelligence, nº 34 (Fev.2009), p. 70.
(5*) A. CASTRO-CALDAS et al., The illiterate brain: Learning to read and write during childhood influences the functional organization of the adult brain, in Brain 121 (1998), 1053-1063.
(6*) JACQUES ABADIE, La lecture recycle nos neurones, in La Recherche, nº 449 (Fev.2011), pp. 44-47. A imagem vem na p. 46.
(7*) CHARLOTTE CODINA et al., Visual Advantage in Deaf Adults Linked to Retinal Changes, in PLoS ONE.
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