Física espacial
A gravidade congrega poeira em estrelas, as estrelas fundem os elementos e o desvio para o vermelho de galáxias distantes indica que todo o universo está se expandindo desde um início 14 mil milhões de anos atrás. O tópico final do OxfordAQA encerra o curso com ciclos de vida estelares, órbitas e evidências do Big Bang.
OxfordAQA International GCSE Physics 9203, topic 3.8 (Versão 5.1). Declarações marcadas (P) são apenas Paper-2-only.
Ciclo de vida de uma estrela
Estrelas formam-se quando a gravidade atrai poeira e gás (principalmente hidrogênio e hélio) juntos — aglomerados menores tornam-se planetas. Na longa sequência principal, o hidrogênio funde-se em hélio no núcleo e a gravidade equilibra as forças externas. Quanto mais massiva uma estrela, mais quente seu núcleo e mais pesados os núcleos que pode construir por fusão.
Quando o hidrogênio acaba, a massa decide o fim. Uma estrela semelhante ao Sol incha para uma gigante vermelha, perde suas camadas e o núcleo exposto esfria de anã branca para anã negra. Uma estrela massiva incha para uma supergigante vermelha, funde elementos cada vez mais pesados (carbono, nitrogênio, oxigênio), depois explode como uma supernova — espalhando os elementos (aqueles mais pesados que ferro são criados na própria explosão) — deixando uma estrela de nêutrons ou buraco negro. Fusão em estrelas e supernovas criou todos os elementos naturalmente existentes: o universo inicial continha apenas hidrogênio.
Sistema solar e movimento orbital
O sistema solar: oito planetas orbitando o Sol, além de luas, asteroides, planetas anões e cometas. A Via Láctea é uma de milhares de milhões de galáxias, cada uma com milhares de milhões de estrelas. Satélites artificiais orbitam a Terra em órbitas geostacionárias ou polares baixas.
A gravidade fornece a força centrípeta: atua em direção ao centro, alterando a direção do movimento (velocidade) sem alterar a rapidez. Maior separação significa gravidade mais fraca, logo menor velocidade orbital: para permanecer em um raio específico, um satélite deve mover-se à velocidade correspondente — alterar a velocidade muda o raio da órbita.
Desvio para o vermelho e universo em expansão (P)
A fonte de onda em movimento altera o comprimento de onda observado (o efeito Doppler): fontes que se afastam esticam as ondas — maior comprimento de onda, menor frequência. Quanto mais distante uma galáxia, mais rápido ela se afasta e maior é o desvio para o vermelho — o próprio espaço está se expandindo, apontando para um início muito pequeno: o Big Bang. A radiação cósmica de fundo — radiação que preenche o universo logo após esse início — é a segunda coluna; a teoria do Big Bang é atualmente a única que a explica.
Verifique você mesmo
- O que puxa poeira e gás para dentro das estrelas?
- O que acontece no núcleo de uma estrela da sequência principal?
- Liste as três etapas por que passa uma estrela semelhante ao Sol após a sequência principal.
- Quais estrelas se tornam supernovas?
- Onde são criados elementos mais pesados que o ferro?
- Nomeie os dois tipos de órbita artificial de satélite.
- Por que um satélite em órbita mais alta move-se mais lentamente?
- (P) O que acontece com o comprimento de onda de uma onda quando sua fonte se afasta?
- (P) Cite as duas evidências do Big Bang.
- (P) O que é a CMBR?
Respostas: 1 atração gravitacional; 2 núcleos de hidrogênio fundem-se em hélio, liberando energia, com a gravidade equilibrada; 3 gigante vermelha, anã branca, anã negra (três etapas após a sequência principal); 4 estrelas muito mais massivas que o Sol; 5 em explosões de supernova; 6 geostacionária e polar baixa; 7 a gravidade enfraquece com a distância, então a força centrípeta — e a velocidade que ela exige — é menor; 8 (P) aumenta (desvio para o vermelho), e a frequência observada cai; 9 (P) desvio para o vermelho das galáxias aumentando com a distância, e a radiação cósmica de fundo; 10 (P) radiação eletromagnética que preenche o universo, remanescente de pouco tempo depois do Big Bang.