Física espacial — apenas física (4.8)

Estrelas nascem, queimam e morrem; galáxias se afastam umas das outras; e a luz que nos enviam traz a notícia. Esta referência cobre Física AQA GCSE 8463, tópico 4.8 Física espacial.

Como o exame aborda este tópico:

• O tópico inteiro é apenas de física, situado na Prova 2.
• As três afirmações sobre movimento orbital são apenas de nível avançado (órbitas circulares, velocidade variando a velocidade constante, raio de órbita estável mudando).
• Os fatos devem ser exatos: a sequência do ciclo de vida, a história da fusão dos elementos e a cadeia do desvio para o vermelho.

O sistema solar: uma estrela (o Sol), oito planetas, os planetas anões orbitando o Sol e satélites naturais (lua) orbitando planetas. Nosso sistema solar é uma pequena parte da galáxia Via Láctea.

Formação do Sol: uma nuvem de poeira e gás (nebulosa) foi reunida por atração gravitacional. À medida que colapsava:

1. o centro denso aqueceu até que a fusão nuclear começou — uma estrela se acendeu;
2. a pressão externa da fusão equilibra a atração interna da gravidade — um equilíbrio que dura toda a fase de sequência principal da estrela.

O ciclo de vida é determinado pelo tamanho da estrela.

Estrela de tamanho solar: nebulosa → protostar → sequência principal (fusão de hidrogênio; equilíbrio) → gigante vermelha (hidrogênio esgota; hélio e elementos mais pesados fundem; a estrela incha) → anã branca (fusão cessa; o núcleo encolhe e esfria) → eventualmente uma anã negra.

Estrela massiva (muito mais massiva que o Sol): nebulosa → protostar → sequência principal → supergigante vermelha → supernova (explosão) → estrela de nêutrons, ou — para as mais massivas — um buraco negro.

De onde vêm os elementos (uma sequência favorita):

• A fusão em estrelas cria elementos até o ferro.
• Elementos mais pesados que o ferro formam-se em uma supernova.
• A supernova distribui os elementos por todo o universo — a matéria de planetas e pessoas.

A gravidade fornece a força centrípeta mantendo planetas e satélites em órbitas circulares.

• Planetas: orbitam o Sol. Luas: satélites naturais orbitando planetas. Satélites artificiais: feitos por nós, orbitando a Terra. Todos mantidos pela gravidade, distinguindo-se apenas pelo que orbitam e quem os criou.
• (Nível avançado) Uma órbita circular tem velocidade variando, mas velocidade escalar constante — a velocidade é um vetor, e a direção muda continuamente; a força gravitacional atua perpendicularmente ao movimento, alterando a direção, mas não a velocidade.
• (AV) Para uma órbita estável em velocidade diferente, o raio deve mudar: aumentar a velocidade e a órbita deve ser menor (ou a estrela te arrasta para fora do curso); diminuir a velocidade e ela deve ser maior.

A luz de maioria das galáxias distantes mostra um aumento no comprimento de onda — um desvio para o extremo vermelho: desvio para o vermelho.

• Quanto mais distante a galáxia, mais rápida é sua recessão e maior o desvio para o vermelho.
• O desvio para o vermelho indica que o universo está se expandindo. Revertendo, tudo já esteve em uma região muito pequena, extremamente quente e densa — o Big Bang.

A cadeia lógica creditada: desvio para o vermelho observado → galáxias se afastando → quanto mais longe, mais rápido → expansão do próprio espaço → Big Bang. E o ponto do método científico: as observações (pesquisas de desvio para o vermelho e, desde 1998, supernovas mostrando galáxias se afastando cada vez mais rápido) são as evidências nas quais a teoria se baseia; muito permanece desconhecido, ex.: matéria escura e energia escura.

• Liste os componentes do sistema solar e a formação do Sol a partir de uma nebulosa pela gravidade.
• Desenhe ou ordene ambos os ciclos de vida; indique onde cada elemento se forma.
• Explique órbitas com gravidade; (AV) explique a mudança de velocidade na velocidade constante e as alterações de raio em órbitas estáveis.
• Enuncie a cadeia do desvio para o vermelho e sua conclusão sobre o Big Bang, a observação da supernova 1998 e uma incógnita aberta.