Observando o Céu Como Galileu Galilei

Oficina ”Observando o Céu como Galileu”

Observatório Astronômico da UFES

Coordenador: Prof. Sérgio M. Bisch.
Departamento de Física.
Autor: Fábio Bianchi de Moura.

1. Introdução:

A astronomia na antiguidade ficava restrita a apenas a observação a olho nu e por muito tempo isso se manteve. Assim as concepções de mundo eram baseadas no que se observava diretamente. Segundo essas concepções antigas, a Terra seria plana e o céu uma abóbada ou formado por esferas cristalinas concêntricas com a Terra no centro do universo (geocentrismo).
A astronomia deu um grande salto graças ao desenvolvimento da ótica que permitiu ao homem observar outros mundos e assim perceber o quanto fomos pretenciosos em achar que poderíamos ser o centro do universo.
Começava a conquista do universo quando Hans Lipperhey inventou a luneta, em 1608, para fins que não eram a Astronomia, mas sim a navegação. Pouco tempo depois, Galileu Galilei, ao saber da notícia, construiu ele mesmo sua própria luneta, sendo o primeiro homem a apontá-la para o céu. Com ela mostrou que nem todos os corpos giravam ao redor da Terra e que as teorias cosmológicas deveriam ser revistas.

2. Objetivo da Oficina: Promover uma iniciação à observação astronômica e à história da ciência moderna usando para isso a realizaçào de observações semelhantes às feitas por Galileu Galilei, com sua luneta, no início do Século XVII.

3. Noções Preliminares de Ótica e Montagem da Luneta.

3.1 Poder Separador ou Poder Resolvente da Visão Humana.

Os nossos olhos têm uma aptidão limitada para distinguir pormenores num objeto. Em condições de boa iluminação, uma pessoa com visão muito boa só consegue ver distintamente dois pontos (ou dois traços) desde que a distância angular entre eles seja, pelo menos de 1’ (um minuto angular). A noite esse limite piora. Nesses casos, o diâmetro da pupila ocular (pupila do olho) aumenta e as imperfeições do sistema ótico do globo ocular fazem baixar o poder separador para cerca de 4’. Diz-se ”fazem baixar” porque quanto maior for o ângulo que estabelece o limite de separação angular, pior será esse poder separador. Os valores indicados referem-se a um indivíduo com boa visão, ou bem corrigida com óculos.

3.2 A Luneta Astronômica e o seu funcionamento.

Em princípio, parece não ser difícil compreender uma Luneta, pois é composta apenas de um tubo, em que de um lado temos a objetiva e do outro a ocular. A complicação começa quando se entra nos detalhes de cada um desses componentes.
A objetiva é um sistema ótico convergente, de grande distância focal, cujo valor dependerá do porte da luneta ou telescópio refrator como também é chamada.
Tal sistema tem como finalidade fornecer uma imagem real de uma estrela situada no infinito. Essa imagem vê-se formada no plano focal, que é onde os raios se concentram para formar a imagem, que é chamada de imagem primária.
A distância entre a imagem formada e a objetiva se chamará distância focal, quanto maior for a distância focal da objetiva, maior será a imagem, que será quase sempre invertida, a não ser que se tenha, uma outra objetiva, somente para tornar a imagem direta, mas este é um detalhe nada importante, quando se trata de observar os astros.
A imagem primária obtida pela objetiva é ampliada através de uma lupa especial, denominada Ocular, cuja distância focal deve ser curta, a fim de que, o aumento seja elevado.
A focalização: a função da ocular é ampliar. Mas contudo deverá se manter a nitidez, pois um aumento demasiado incorrerá numa imagem pouco nítida. Para isso é preciso que ela seja deslocada com relação a imagem primária. Essa operação é feita dentro de certos limites. Podendo ser feita manualmente.
O aumento (A): em poucas palavras é a razão entre o diâmetro aparente da imagem (i) com o diâmetro aparente do objeto (a):

A = i / a

Este diâmetro aparente é o tamanho que efetivamente vemos um objeto, isto é, uma pessoa vista de uma distância de 20 m, terá seu tamanho facilmente definido por alguns milimetros que corresponderão ao tamanho real visto daquela distância.
Este aumento também pode ser obtido, dividindo-se a distância focal da objetiva (F) pela distância focal da ocular (f):

A = F / f

Que para nossa Luneta, os valores são: F = 600 mm e f = 20 mm, o que nos dá um aumento de 30 x.
O aumento de um instrumento, deve ser tal, que seja possível observar com nítidez o objeto desejado, entretanto quanto maior for o aumento, menor será a nítidez e o contraste, dificultando sua interpretação. Então o aumento ideal dependerá diretamente do diâmetro da objetiva, ou do espelho para um telescópio refletor. O aumento correspondente do diâmetro ao rendimento normal de um instrumento utilizado em condições atmosféricas satisfatórias é obtido multiplicando-se pelo coeficiente 2, o diâmetro da objetiva em milímetros. Na prática, entretanto, usa-se uma vez e meia. Exemplo: Um telescópio com uma objetiva com 200 mm de diâmetro, comumente chamado de abertura, poderá se trabalhar em teoria com um aumento de até 400x. Na prática com um aumento de 300x. Entretanto para uma melhor avaliação tem que se levar em conta a poluição luminosa, ou ainda, a proximidade dos grandes centros urbanos. Quanto maior for essa proximidade menor será esse coeficiente.
A poluição luminosa é possível de ser avaliada por meio da magnitude com a qual observamos os objetos celestes, por exemplo: aqui no Observatório Astronômico da Ufes, o aglomerado Ômega do Centauro, é visto quase sempre perto do limite visual, como se fosse um objeto de 6a magnitude, acontece que se trata na verdade de um objeto de 4a magnitude, o que caracteriza uma diminuição de 2 magnitudes. Portanto objetos de 5a e 6a magnitude não serão observados à olho nu, isto também se aplica aos outros equipamentos de observação, diminuindo também em duas magnitudes os objetos observáveis. Através desta avaliação é possível de se prever se um objeto é passível ou não de observação.
Uma informação também muito importante para o astrônomo amador sobre seu instrumento é o campo visual proporcionado pela sua ocular, pois terá uma idéia aproximada dos objetos que será capaz de observar com a sua Luneta e ainda de suas dimensões aproximadas. O campo visual pode ser medido, bastando apenas cronometrar o tempo necessário para que uma estrela percorra o campo visual da ocular, fazendo uma regra de três, temos: 12h está para 180o ,assim como o tempo gasto está para o campo visual que se quer calcular. Usando as devidas unidades de tempo e de campo, pode-se verificar os resultados da tabela abaixo:

Aumentos
Campo Visual
10x
240’
20x
120’
30x
80’
50x
48’
75x
36’
100x
24’
150x
16’
200x
12’
250x
10’
300x
8’

3.3 Montagem da Nossa Luneta Astronômica.

3.3.1 Especificações das Peças:

No
Peça
Função
1
Lente Maior
Lente Objetiva
2
Luva LR 32 x 1
Alojamento
3
Tubo 32 mm / 48 cm
Corpo da Luneta
4
Veludo com Adesivo
Bucha Deslizante
5
Tubo 25mm / 36 cm
Tubo de focalização
6
Luva LR 25 x1/2
Adaptador da Ocular
7
Arruela
Diafragma
8
Lente Menor
Lente da Ocular
9
Adaptador S.C. 20x1/2
Corpo da Ocular
10
Arruela Maior
Trava da Ocular

3.3.2 Descrições das peças que irão compor a nossa Luneta:

A peça no 1 é a Lente Maior que será a nossa Objetiva, tem a função de receber a Luz que vem do objeto observado, produzindo uma imagem muito nítida, que chamamos de imagem primária.
A peça no 2 (Luva LR 32 x 1) terá a função de alojar a objetiva. Que se chamará Alojadora da Objetiva.
A peça no 3 ( Tubo com 32 mm de diâmetro por 48 cm de comprimento), terá a função de, junto com o tubo de focalização, compor a distância necessária para se observar a imagem aumentada do objeto através da Luneta. Denominando-se Corpo da Luneta.
A peça no 4( Tubo com 25 mm de diâmetro por 36 cm de comprimento), possui a função de variar a distância da ocular à imagem primária, de modo a permitir a focalização da imagem, deslizando por dentro do tubo de maior diâmetro. Esta peça será chamada de Tubo de Focalização.
A peça no 5 é a Bucha deslizante que fará com que o deslizamento do Tubo de Focalização ocorra de forma suave e controlada, sendo em no de duas.
A peça no 6 (Lente Menor) é a nossa Ocular, tem a função de ampliar a imagem primária, funcionando como se fosse uma lupa.
A peça no 7 é um adaptador que conterá em seu interior a Ocular, chamando-se Corpo da Ocular.
A peça no 8 (Luva LR 25x1/2) será a junção entre o Tubo de Focalização e o Corpo da Ocular.
A peça no 9 ( Arruela Maior) servirá como trava da Ocular.
A peça no 10 ( Arruela Menor ) funcionando como diafragma, corrigirá a aberração de coma, que é basicamente a diminuição da nitidez da imagem a medida que é deslocada para próximo das bordas do campo visual. Portanto esta peça proporciona uma imagem mais nítida.

3.4 Procedimento de Montagem:

Pode-se começar de várias formas, a que normalmente tem sido adotada nas últimas oficinas é a montagem que sugerimos a seguir:
1. Começamos pela Objetiva, alojando a Objetiva na parte interna da Luva LR 32 x 1 e encaixando no Corpo da Luneta de forma a prender a objetiva.
2. Colocar as Buchas Deslizantes no Tubo de Focalização, uma delas numa extremidade e a outra, a mais ou menos 15 cm da primeira. Logo após se poderá colocar o Tubo de Focalização no interior do Corpo da Ocular e fazer deslizar o tubo de forma suave e controlada.
3. Acoplar a Luva LR 25 x ½ no Tubo de Focalização na extremidade que está sem a Bucha Deslizante, fazendo a junção entre o Corpo da Ocular e o Tubo de Focalização.
4. Colocar a Arruela Menor no interior da Luva LR 25 x ½ que funcionará como diafragma. Após então alojar a Ocular no Corpo da Ocular e travando-a com a Arruela Maior. Por fim enroscando o Corpo da Ocular na Luva 25 x 1/2.
Estamos neste momento com a Luneta quase pronta para a observação Astronômica, faltando apenas a sua calibração.

4.0 Calibração da Luneta para as Observações Astronômicas.

Quando o manuseio da Luneta se dá pela primeira vez, é um tanto trabalhoso, pois não é
tão simples apontar para um objeto de dimensões reduzidas, isso sem falar no processo de focalização, que deverá ser feito simultaneamente. O que dificulta enormemente o trabalho. Mas se, ao menos, você já tiver achado a distância ideal de focalização, a sua tarefa será bem menos árdua.
A calibração consiste, em achar a distância em que a ocular deve estar situada com relação à objetiva para focalizar objetos distantes, isto é, definir o quanto devemos afastar a Ocular da Objetiva, puxando o Tubo de Focalização.
Para encontrarmos esta ‘distância focal” deveremos apontar nossa Luneta para um objeto de fácil observação e que esteja bem distante, quanto mais distante melhor.
No primeiro momento, sua imagem se apresentará completamente turva e disforme e a medida que puxar ou empurrar o Tubo de Focalização, sua imagem irá ficar nítida, apresentando detalhes que, a olho nu, não seriam perceptíveis.
Após encontrar esta posição, faremos uma marca ao redor do Tubo de Focalização, junto ao Corpo da Luneta. Assim toda vez que for apontar para um astro, você deverá puxar o Tubo de Focalização até a marca.
No início teremos dificuldade em achar os astros dentro do campo visual da Luneta, mas com a prática, estas dificuldades serão contornadas e você se deslumbrará com imagens que seus olhos não podiam ver, como, por exemplo:
_Observar a evolução das fases de Vênus;
_Júpiter e o movimentodos dos seus satélites, que todos os dias vão se apresentar em posições diferentes;
_As nebulosas de Orion e da Tarântula, este último tratando-se do objeto mais brilhante da Grande Nuvem de Magalhães.
_Os aglomerados abertos, compondo o aspecto leitoso da Via Lactea, M7, M6 (Aglomerado Borboleta) próximos a cauda do escorpião. O Aglomerado do Presépio no centro de Câncer e as Plêades em Touro;
_Os aglomerados globulares, que estão fora do plano galáctico e que dão seu espetáculo a parte, o Aglomerado Ômega do Centauro, o Aglomerado 47 Tucano na Pequena Nuvem de Magalhães.
Lembrando que dependendo da poluição luminosa, alguns desses objetos não serão visíveis, ou até, sua localização dificultada. Aconselha-se portanto, a busca de locais adequados, para este fim, ou volte sua atenção para iluminação pública do local onde mora, de modo que ela seja eficaz sem que ilumine o céu, mas sim o chão, desperdiçando seu dinheiro e, ao contrário do que possa parecer, ofuscando ao invés de iluminar.

5. Problemas Encontrados no Uso de um Telescópio Refrator.

Nossa Luneta Também é chamada de telescópio Refrator, pois a imagem que obtemos dos objetos sofrem refração, isto é, quando um raio de Luz, passa de um meio para o outro, dizemos que este sofre refração, desviando o raio de sua direção original.
Decorrente disso, quando a luz branca sofre refração, também sofrerá decomposição, ou seja, separando as cores, semelhante a um arco-íris, porém com menor intensidade, formando imagens fantasmas coloridas que acompanharão o objeto observado.
Este efeito é chamado de aberração cromática, pois cada componente da luz, ao ser refratado, se desviará sob um ângulo diferente.
Para se atenuar esta aberração, usam-se oculares acromáticas, ou ainda apocromáticas que vão ser especialmente tratadas quimicamente com o objetivo de reduzir a ponto de se imperceptíveis essas distorções na observação de objetos celestes.

6. Bibliografia:

1- Manual do Astronômo Amador/ Jean Nicolini; 2a ed. rev. e ampl.-Campinas, SP; Ed. Papirus, 1991. ( Coleção Universus Vol.4).
2- Introdução à Astronomia e as Observações Astronômicas/ Máximo Ferreira e Guilherme de Andrade, 2a ed., Lisboa; Ed. Plátano, 1995.
3- Optovac.