A escala do Universo: comparando distâncias

A matéria que nos forma

A matéria que forma todos os corpos que existem no Universo é muito vazia.

  • o átomo é 100000 vezes maior do que o seu núcleo
  • se o núcleo do átomo tivesse o raio de 1 centímetro os elétrons estariam em órbita a uma distância de cerca de 1 quilômetro

Precisamos conhecer muito bem as propriedades da matéria para podermos entender o que acontece no interior das estrelas e de outros objetos do Universo.

O Universo em que vivemos

Nosso Universo também é muito vazio.

  • se o Sol tivesse um raio de 7 centímetros a Terra seria uma cabeça de alfinete a 15 metros de distância.
Uma viagem real pelo espaço
Com a velocidade de um este é o tempo que você levaria para chegar a Júpiter este é o tempo que você levaria para chegar a Saturno este é o tempo que você levaria para chegar à estrela mais próxima, Alpha Centauri C
carro 120 km/hora 600 anos 1200 anos 38 milhões de anos
jato comercial 804 km/hora 90 anos 180 anos 6 milhões de anos
supersônico Concorde
(Mach 2)
2173 km/hora 33 anos 66 anos 2 milhões de anos
uma espaçonave com as características da Voyager 64372 km/hora 1,5 anos 3 anos 70000 anos

As unidades de medida de distância usadas na astronomia

ano-luz

É a distância que a luz viaja em um ano no vácuo. Sua abreviação é a.l..

Qual é o valor de um ano-luz?

Para obter este valor basta você calcular o número de segundos que existem em um ano e multiplicar o resultado pelo valor exato da velocidade da luz no vácuo, que é 299792458 metros por segundo.

Um ano-luz equivale a 9460530000000 km, o que é, aproximadamente, 9500 bilhões de quilômetros!

Exercício
O valor exato do ano-luz é 9460528410545436,2688 metros ou 9460528410545,4362688 km. Usualmente escrevemos 9460530000000 km. Faça o cálculo desta distância, multiplicando o número de segundos do ano pelo valor exato da velocidade da luz dado acima. Eu posso quase apostar que o seu resultado não dará este valor! Por quê?

Usando a notação científica podemos escrever que 1 ano-luz = 9,46053 x 1012 km. Comumente aproximamos o resultado dizendo que um ano-luz é equivalente a 1013 km.Também usamos sub-unidades do ano-luz tais como a hora-luz, o minuto-luz e o segundo-luz.
Uma hora-luz é a distância percorrida pela luz em uma hora. Ela corresponde a 1 079 252 820 km
Um minuto-luz é a distância percorrida pela luz em um minuto. Ele corresponde a 17 987 547 km.
Um segundo-luz é a distância percorrida pela luz em um segundo. Ele corresponde a 299 792 km.

Importante: o ano-luz e seus submúltiplos, hora-luz, minuto-luz e segundo-luz, são unidades de medida de distância e não de tempo.

“Viajamos 250 anos-luz.” certo
“Viajamos durante 250 anos-luz.” ERRADO
unidade astronômica

A unidade astronômica é definida como a distância média entre a Terra e o Sol. Sua abreviação é U.A. (sempre em letras maiúsculas).
Uma unidade astronômica equivale a 149597870,691 km mas, em geral, consideramos o valor aproximado de 150 milhões de quilômetros.
Uma unidade astronômica é equivalente a, aproximadamente, 499 segundos-luz.
Um feixe de luz leva aproximadamente 8,3 minutos para viajar uma unidade astronômica.

parsec

Para medir distâncias às estrelas e galáxias os astrônomos usam, frequentemente, uma unidade de medida chamada parsec. Sua abreviação é pc. O parsec é definido como a distância na qual um objeto celeste, como por exemplo uma estrela, teria uma paralaxe de um segundo de arco (mais tarde definiremos o que é paralaxe). No momento a preocupação é apenas com os valores numéricos definidos.
O parsec corresponde a 206265 unidades astronômicas e a 3,26 anos-luz. Isto significa que um parsec = 3,085678 x 1013 km = 3,08 x 1018 cm.
Usamos bastante dois múltiplos do parsec:1 kiloparsec = 1 kpc = 1000 parsecs = 103 pc
1 megaparsec = 1 Mpc = 1 milhão de parsecs = 106 pc

Resumindo os valores das três unidades dadas acima vemos que:

ano-luz parsec unidade astronômica
ano-luz = 1 0,3066 63239
parsec = 3,26 1 206265
unidade astronômica = 8,3 minutos-luz
ou 498 segundos-luz
4,848 x 10-6 1

Outras unidades de comprimento importantes para a astrofísica

micron

símbolo: µ
Corresponde a 10-6 de alguma grandeza física. Assim, 1 micrômetro = 1 µm = 10-6 metros.

nanômetro

Com a abreviação nm, o nanômetro é uma unidade de medida de grandezas muito pequenas.
São as seguintes as equivalências do nanômetro:
1 nanômetro = 10-9 metros
1 metro = 109 nanômetros

Ångstrom

símbolo: Å
Esta é uma unidade usada para medidas de comprimentos de onda de radiação eletromagnética. Seu símbolo, Å, é uma homenagem ao físico sueco Anders Jonas Ångstrom.
Um Ångstrom equivale a um centésimo milionésimo de um centímetro ou seja, 0,00000001 centímetros.
Com a notação científica este número tão pequeno pode ser escrito como 1 x 10-8 centímetros = 10-10 metros.
O Ångstrom é, realmente, uma unidade de medida bastante especial. Basta notarmos que uma folha de papel tem a espessura de, aproximadamente, 1 000 000 de Ångstrons. Temos também que 10000 Ångstroms correspondem a 1 micron.
Temos também as seguintes equivalências:
1 Ångstrom = 0,10 nanômetros = 0,10 nm = 10-1 nanômetros
1 nanômetro = 10 Ångstroms = 10 Å

femtômetro

abreviação : fm
O prefixo “femto” corresponde a 10-15 de alguma grandeza física, como vimos no capítulo 3. Assim, 1 femtômetro = 1 fm = 10-15 do metro


As dimensões do Sistema Solar
objeto celeste distância média ao Sol
Mercúrio 3,21 minutos-luz
Vênus 6,01 minutos-luz
Terra 8,30 minutos-luz
Marte 12,67 minutos-luz
Cinturão de Asteróides (mínima) 18,29 minutos-luz
Cinturão de Asteróides (máxima) 27,44 minutos-luz
Júpiter 43,27 minutos-luz
Saturno 1,32 horas-luz
Urano 2,66 horas-luz
Netuno 4,17 horas-luz
Plutão 5,47 horas-luz
Cinturão de Kuiper (mínima) 4,15 horas-luz
Cinturão de Kuiper (máxima) 6,93 horas-luz
Nuvem de Oort (mínima) 0,79 anos-luz
Viajando pelo Universo
objeto celeste distância
nossa Galáxia as 26 estrelas mais próximas da Terra Sol ~8,3 minutos-luz
Próxima Centauri 4,2 anos-luz
Alpha Centauri A 4,34 anos-luz
Alpha Centauri B 4,34 anos-luz
Barnard 6,0 anos-luz
Wolf 359 7,7 anos-luz
BD +36 2147 8,2 anos-luz
Luyten 726-8A 8,4 anos-luz
Luyten 726-8B 8,4 anos-luz
Sirius A 8,6 anos-luz
Sirius B 8,6 anos-luz
Ross 154 9,4 anos-luz
Ross 248 10,4 anos-luz
Epsilon Eridani 10,8 anos-luz
Ross 128 10,9 anos-luz
61 Cyg A 11,1 anos-luz
61 Cyg B 11,1 anos-luz
Epsilon Ind 11,2 anos-luz
BD +43 44 A 11,2 anos-luz
BD +43 44 B 11,2 anos-luz
Luyten 789-6 11,2 anos-luz
Procyon A 11,4 anos-luz
Procyon B 11,4 anos-luz
BD +59 1915 A 11,6 anos-luz
BD +59 1915 B 11,6 anos-luz
CoD -36 15693 11,7 anos-luz
aglomerado estelar das Pleiades 375 anos-luz
nebulosa do Orion 1500 anos-luz
nebulosa do Anel 5000 anos-luz
nebulosa do Caranguejo 6000 anos-luz
distância da Terra ao centro da nossa Galáxia 26000 anos-luz
a galáxia mais próxima de nós
Galáxia Anã do Cão Maior
~25000 anos-luz
a galáxia
Grande Nuvem de Magalhães
150000 anos-luz
a galáxia Andrômeda 2 milhões de anos-luz
galáxia Whirpool (M 51) 15 milhões de anos-luz
aglomerado de galáxias Virgo 50 milhões de anos-luz
aglomerado de galáxias Hércules 650 milhões de anos-luz
quasar 3C273 ~2 bilhões de anos-luz
o objeto mais distante no Universo visível 10 a 20 bilhões de anos-luz

Fonte: Observatório Nacional – Curso EAD 2013

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