As escuras noites de inverno

Colunista explica como a escuridão do céu noturno está relacionada ao início do universo

(Adilson de Oliveira [UFSCar] - Ciência Hoje) Na próxima segunda-feira, 22 de junho, no início da madrugada, começará o inverno para nós que vivemos no hemisfério Sul. Essa estação é lembrada pelos dias mais frios, principalmente para quem mora nas regiões Sul e Sudeste do Brasil. Nessa época, devido à posição da Terra em relação ao Sol e ao fato de o eixo de rotação do nosso planeta ser inclinado em aproximadamente 23 graus em relação a uma reta perpendicular ao plano de sua órbita, ocorre uma menor incidência de luz solar em comparação com as demais estações do ano. Por causa dessa mudança, os dias costumam ser mais frios e secos, as chuvas, escassas, e os períodos de iluminação, menores.

Em locais onde há pouca poluição atmosférica e luminosa, em uma noite sem Lua – como teremos neste ano na noite de início do inverno – podemos observar milhares de estrelas. Um fato que nos salta aos olhos é que entre as estrelas há escuridão, exceto em uma região esbranquiçada do céu – próximo à constelação de Sagitário –, onde há uma grande concentração de estrelas, que indica a direção do centro da nossa galáxia, a Via Láctea.

Ao olhar para o céu, desde o despertar da consciência humana, tentamos compreender não somente os pontos luminosos que brilham lá no alto, mas também a negritude da noite. As estrelas sempre inspiraram poetas e apaixonados a expressarem seus sentimentos. Já a escuridão da noite quase sempre inspira medo e solidão. Mas, na negritude do céu noturno, existem segredos que a maioria das pessoas sequer imagina.

O astrônomo alemão Johannes Kepler (1571-1630) foi um dos primeiros a perceber que a escuridão do céu noturno poderia ser algo estranho. Por volta do ano de 1600, ele imaginava que o universo era infinito e preenchido por infinitas estrelas. Logo, todas essas infinitas estrelas deveriam transformar o céu noturno em algo muito brilhante.

No século 19 – mais precisamente em 1823 –, outro astrônomo alemão, Heinrich. W. M. Olbers (1758-1840), formalizou mais diretamente o problema da escuridão do céu noturno, que ficou conhecido como o “paradoxo de Olbers”. A resposta para essa questão, em um primeiro momento, parece óbvia. O céu noturno é escuro porque o Sol não o ilumina. Contudo, se for feita uma reflexão mais profunda, podemos chegar a outra perturbadora resposta.

Imagem usada para ilustrar o paradoxo de Olbers, segundo o qual devemos encontrar uma estrela sempre que olharmos para qualquer direção do céu – da mesma forma que, em uma floresta muito densa, encontraríamos uma árvore bloqueando nosso campo de visão em qualquer direção que olhássemos (foto: Wikimedia Commons).

Universo estático e infinito
Na época de Olbers, acreditava-se que o universo era estático e infinito. Se fosse assim, deveriam existir infinitas estrelas no firmamento. Para qualquer direção do céu que olhássemos deveríamos encontrar uma estrela – da mesma forma que, em uma floresta muito densa, encontraríamos uma árvore bloqueando nosso campo de visão em qualquer direção que olhássemos. Portanto, o céu noturno deveria ser completamente iluminado e muitas vezes mais brilhante do que o dia! Mas, ao contrário, não observamos isso. Qual seria a explicação?

Um argumento que poderia contestar esse fato seria o de que a luz das estrelas mais distantes ficaria mais tênue à medida que chegasse até nós. Essa foi a resposta que Olbers propôs para o paradoxo. A luz das estrelas é uma forma de radiação eletromagnética que perde intensidade proporcionalmente ao quadrado da distância do observador.

Entretanto, o volume do universo e, portanto, o número total de estrelas, aumenta de acordo com o cubo da distância (o volume da esfera depende do cubo do raio). Logo, embora as estrelas esmaecessem com o aumento da distância, esse efeito seria compensado pelo número crescente de estrelas.

Ainda seria possível argumentar que no universo, entre nós e as estrelas, existem nuvens de gás e poeira, conhecidas como nebulosas, que poderiam absorver a luz das estrelas. Contudo, com o passar do tempo, essas nuvens ficariam aquecidas e emitiriam luz, compensando esse efeito.

Universo em expansão

A solução atual para esse paradoxo é considerar que o nosso universo teve um início e não teve sempre a mesma forma. Os dados observacionais que possuímos atualmente indicam que o nosso universo foi criado há cerca de 14 bilhões de anos a partir de um evento que chamamos de “Big Bang”.

Essa hipótese começou a ser elaborada a partir das descobertas realizadas pelo astrônomo americano Edwin Hubble (1889-1953) na década de 1920. Hubble concluiu que as galáxias mais distantes estavam se afastando umas das outras a partir da constatação de que a luz emitida por essas galáxias tinha um deslocamento para o vermelho. Esse efeito, conhecido como Doppler, acontece tanto com as ondas eletromagnéticas como com as ondas sonoras. Quando ouvimos um carro com sirene se aproximar de nós em alta velocidade, por exemplo, ouvimos o som se tornar mais agudo; quando ele se afasta, o som fica mais grave. Da mesma maneira, quando um objeto viaja próximo à velocidade da luz, ao se afastar de nós há um deslocamento para o vermelho e, ao se aproximar, para o azul.

O afastamento das galáxias levou os cientistas a formularem a hipótese de que, em algum instante no passado, a matéria que hoje constitui as estrelas e galáxias estava muito concentrada e tinha densidade e temperatura infinitas. Então, nesse momento, houve o evento do Big Bang e o universo começou a se expandir.

Esse modelo atual baseia-se em um fenômeno chamado inflação cósmica, que propõe que o espaço expandiu-se exponencialmente no instante seguinte ao Big Bang. Isso resultaria em um universo perfeitamente uniforme, mas observações feitas por vários telescópios espaciais mostram que há grandes variações entre as diversas regiões do universo. Essa contradição, no entanto, ainda não é totalmente compreendida.

O diagrama acima representa a expansão do universo, que teve início com o Big Bang (foto: Wikimedia Commons).

A luz e a escuridão

Como podemos então explicar a escuridão da noite? Primeiro, é preciso levar em conta que somente podemos observar estrelas – e outros objetos cósmicos – que se encontram no máximo à distância de 14 bilhões de anos-luz (um ano-luz equivale a aproximadamente 10 trilhões de quilômetros). Essa distância, embora muito grande, é finita.

O volume observável do universo contém uma ordem de 400 bilhões de galáxias, sendo que cada galáxia possui aproximadamente 100 bilhões de estrelas. Portanto, estima-se que há cerca de um sextilhão de estrelas (10 21 estrelas – 10 seguidos de 21 zeros!). Embora esse número seja enorme, ele é finito. As galáxias, por sua vez, estão distribuídas, em grande escala, de modo uniforme no universo. Dessa forma, o universo existe há um tempo finito e tem finitas estrelas.

Outro fato que deve ser considerado para explicar a escuridão da noite é a expansão do universo. Nesse caso, as ondas eletromagnéticas têm seu comprimento de onda aumentado (ou as frequências diminuídas) à medida que o espaço entre as galáxias aumenta. Assim, as luzes estelares, vindas dos confins mais remotos do universo observável, são cada vez mais atenuadas e diminuem sua intensidade.

Portanto, quando olharmos para o céu e observarmos a escuridão entre as estrelas, podemos pensar que ela veio da luz. O Big Bang que deu início ao universo e à sua expansão faz com que as nossas noites sejam escuras. Podemos pensar nisso de uma maneira mais poética, recordando a letra da música de Lulu Santos e Nelson Motta: “Não haveria luz se não fosse a escuridão.”