O universo e sua história
O universo é composto por bilhões de galáxias; cada galáxia contém bilhões de estrelas; o Sol é uma estrela na Via Láctea. A gravidade molda todas as órbitas, as estrelas nascem e morrem segundo padrões definidos por sua massa, e o desvio para o vermelho das galáxias distantes indica que todo o universo está em expansão — evidência de um início: o Big Bang.
Edexcel International GCSE Physics 4PH1, Seção 8 (afirmações 8.1–8.18P). As afirmações sufixadas com P são extensões exclusivas de Física (Prova 2P).
Movimento no universo
Universo → bilhões de galáxias → cada uma com bilhões de estrelas → nosso sistema solar situa-se na Via Láctea. A intensidade do campo gravitacional g varia conforme massa e tamanho — mais fraca na Lua, mais forte em Júpiter. A gravidade mantém todas as órbitas: luas orbitam planetas, planetas e cometas orbitam o Sol, satélites artificiais orbitam a Terra.
As órbitas planetárias são quase circulares; as órbitas cometárias são altamente excêntricas — rápidas perto do Sol, lentas longe dele. A velocidade orbital provém de circunferência ÷ período:
Exemplo resolvido. Um satélite em raio orbital 7000 km (r medido a partir do centro da Terra) com período 5800 s: $v = 2\pi \times 7.0 \times 10^6/5800 \approx 7580$ m/s ≈ 7.6 km/s.
Evolução estelar
Estrelas são classificadas por cor, que segue a temperatura superficial: azul mais quente → vermelha mais fria. Uma estrela semelhante ao Sol percorre nebulosa → sequência principal (fusão equilibra a gravidade por bilhões de anos) → gigante vermelha → anã branca; uma estrela mais massiva que o Sol percorre nebulosa → sequência principal → supergigante vermelha → supernova → estrela de nêutrons ou buraco negro.
(P) O brilho de uma estrela é comparado usando magnitude absoluta a uma distância padrão; o diagrama Hertzsprung-Russell traça magnitude absoluta contra temperatura, com a sequência principal, gigantes e anãs brancas como suas faixas principais.
Cosmologia (P)
Uma fonte de ondas em movimento altera o comprimento de onda observado (desvio para o vermelho para afastamento). O desvio para o vermelho das galáxias aumenta com a distância, e a relação é quantificada como:
Exemplo resolvido. Uma linha espectral em 500 nm aparece em 505 nm numa galáxia distante: $\Delta\lambda/\lambda_0 = 5/500 = 0.01$, logo $v = 0.01c = 3000$ km/s.
O aumento do desvio para o vermelho com a distância significa que as galáxias se afastam mais rapidamente quanto mais distantes estão — o universo está expandindo, o que remete a um início quente e denso: o Big Bang. A radiação cósmica de micro-ondas (CMB) — micro-ondas fracas vindas de todas as direções — é o resfriado remanescente dessa radiação inicial, a segunda pilar de evidência.
Verifique você mesmo
- Ordene por tamanho: galáxia, sistema solar, universo, estrela.
- Por que g difere entre a Terra e a Lua?
- Nomeie as duas formas orbitais de cometas e planetas.
- Calcule a velocidade orbital de um satélite em r = 42 000 km com T = 24 horas.
- Cite as duas fases após a sequência principal para uma estrela semelhante ao Sol.
- O que a cor de uma estrela indica?
- (P) Quais duas grandezas o diagrama HR plotam?
- (P) Uma linha em 400 nm desloca-se para 404 nm. Calcule v/c.
- (P) Cite as duas evidências do Big Bang.
- (P) Por que o desvio para o vermelho aumenta com a distância?
Respostas: 1 estrela (menor) → sistema solar → galáxia → universo (maior); 2 g depende da massa e raio do corpo — a Lua é menor e menos massiva, logo seu g é cerca de 1.6 N/kg; 3 planetas — quase circulares; cometas — elipses altamente excêntricas; 4 $r = 4.2 \times 10^7$ m, $T = 86\,400$ s; $v = 2\pi \times 4.2\times10^7/86\,400 \approx 3060$ m/s ≈ 3.1 km/s; 5 gigante vermelha, depois anã branca; 6 sua temperatura superficial — azul mais quente, vermelho mais frio; 7 (P) magnitude absoluta contra temperatura (ou cor); 8 (P) $\Delta\lambda/\lambda_0 = 4/400 = 0.01 = v/c$; 9 (P) o aumento do desvio para o vermelho das galáxias com a distância e a radiação cósmica de fundo micro-ondas; 10 (P) quanto maior a distância da galáxia, maior a velocidade de recessão — o próprio espaço se expande, assim a velocidade de recessão cresce com a distância, deslocando a luz mais para o vermelho.