Astronomia

SOL

O Sol é o objeto mais prominente em nosso sistema solar. É o maior objeto e contém aproximadamente 98% da massa total do sistema solar. Cento e nove Terras seriam necessárias cobrir o disco do Sol, e em seu interior caberiam 1,3 milhões de Terras. A camada externa visível do Sol é chamada fotosfera, e tem uma temperatura de 6.000°C. Esta camada tem uma aparência turbulenta devido às erupções energéticas que lá ocorrem.

A energia solar é gerada no núcleo do Sol. Lá, a temperatura (15.000.000° C) e a pressão (340 bilhões de vezes a pressão atmosférica da Terra ao nível do mar) são tão intensas que ocorrem reações nucleares. Estas reações transformam quatro prótons ou núcleos de átomos de hidrogênio em uma partícula alfa, que é o núcleo de um átomo de hélio. A partícula alfa é aproximadamente 0,7 porcento menos massiva do que quatro prótons. A diferença em massa é expelida como energia e carregada até a superfície do Sol, através de um processo conhecido como convecção, e é liberada em forma de luz e calor. A energia gerada no interior do Sol leva um milhão de anos para chegar à superfície. A cada segundo 700 milhões de toneladas de hidrogênio são convertidos em cinza de hélio. Durante este processo 5 milhões de toneladas de energia pura são liberados; portanto, com o passar do tempo, o Sol está se tornando mais leve.

Diagrama do Sol

A cromosfera está acima da fotosfera. A energia solar passa através desta região em seu caminho desde o centro do Sol. Manchas (faculae) a explosões (flares) se levantam da cromosfera. Faculae são nuvens brilhantes de hidrogênio que aparecem em regiões onde manchas solares logo se formarão. Flares são filamentos brilhantes de gás quente emergindo das regiões das manchas. Manchas solares são depressões escuras na fotosfera com uma temperatura típica de 4.000°C.

A coroa é a parte mais externa da atmosfera do Sol. É nesta região que as prominências aparecem. Prominências são imensas nuvens de gás aquecido e brilhante que explodem da alta cromosfera. A região exterior da coroa se extende ao espaço e inclui partículas viajando lentamente para longe do Sol. A coroa pode ser vista durante eclipses solares totais. (Ver a Imagem do Eclipse Solar).

O Sol aparentemente está ativo há 4,6 bilhões de anos e tem combustível suficiente para continuar por aproximadamente mais cinco bilhões de anos. No fim de sua vida, o Sol comecará a fundir o hélio em elementos mais pesados e se expandirá, finalmente crescendo tão grande que engolirá a Terra. Após um bilhão de anos como uma gigante vermelha, ele rapidamente colapsará em uma anã branca -- o produto final de uma estrela como a nossa. Pode levar um trilhão de anos para ele se esfriar completamente.

Estatísticas do Sol
Massa (kg)	1,989x1030
Massa (Terra = 1)	332 830
Raio equatorial (km)	695 000
Raio equatorial (Terra = 1)	108,97
Densidade média (gm/cm^3)	1,410
Período de rotação (dias)	25-36*
Velocidade de escape (km/sec)	618,02
Luminosidade (ergs/seg)	3,827x1033
Magnitude (Vo)	-26,8
Temperatura média à superfície	6 000°C
Idade (biliões de anos)	4,5
Principal composição química Hidrogénio Hélio Oxigénio Carbono Nitrogénio Néon Ferro Silício Magnésio Enxofre Todos os restantes	92,1% 7,8% 0,061% 0,030% 0,0084% 0,0076% 0,0037% 0,0031% 0,0024% 0,0015% 0,0015%

* O período de rotação do Sol à superfície varia de aproximadamente 25 dias no equador a 36 dias nos polos. Na profundidade, abaixo da zona de convecção, parece ter uma rotação com um período de 27 dias.

Proeminências do Sol
Esta imagem foi obtida da estação espacial Skylab da NASA em 19 de dezembro de 1973. Mostra um dos mais espectacular flares solares já gravados, impulsionado por forças magnéticas, se elevando do Sol. Ela abrange mais de 588.000 km da superfície solar. Nesta fotografia os polos solares são distinguíveis pela relativa ausência de supergranulação, e um tom mais escuro do que as porções centrais do disco.

Cometa SOHO-6 e os Flares Polares do Sol
Esta imagem da coroa solar foi registrada em 23 de Dezembro de 1996 pelo instrumento LASCO na nave espacial SOHO. Mostra a faixa interior no equador solar, onde se origina e é acelerado o vento solar de baixa latitude. Acima das regiões polares, podem-se ver os flares solares afastando-se até o limite do campo visível. O campo visível desta imagem da coroa estende-se a 8,4 milhões de quilômetros (5,25 milhões de milhas) da heliosfera interior. Esta imagem foi escolhida para mostrar o Cometa SOHO-6, um dos sete que se aproximaram do Sol descobertos até agora por LASCO, quando ele entra na região do vento solar equatorial. Provavelmente acabou por mergulhar no Sol. (Cortesia ESA/NASA)

Origens do Vento Solar?
"Plumas" de gás quente fluindo para fora da atmosfera do Sol podem ser uma das fontes do "vento" solar de partículas carregadas. Estas imagens, obtidas em 7 de março de 1996, pelo Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), mostram (em cima) campos magnéticos na superfície do Sol perto do polo sul solar; (meio) uma imagem ultravioleta de uma pluma com 1 milhão de graus da mesma região e (em baixo) uma imagem ultravioleta de uma região "quieta" da atmosfera solar próxima da superfície. (Cortesia ESA/NASA)

O Sol Eruptivo
Esta sequência de imagens do Sol em luz ultravioleta foi obtida pela espaçonave Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) em 11 de fevereiro de 1996 de um ponto único de gravidade neutra "L1" a 1,6 milhões de km da Terra, na direção do Sol. Uma "prominência eruptiva" ou bola de gás a 60.000°C, maior que 130.000 km, foi ejetada com uma velocidade maior que 24.000 km/hr. A bola gasosa aparece à esquerda em cada imagem. Estas erupções ocorrem quando uma quantidade significativa de plasma frio e denso ou gás ionizado escapa do campo magnético de baixo nível da atmosfera do Sol, normalmente fechado e confinante. O gás escapa ao meio interplanetário, ou héliosfera. Erupções deste tipo podem produzir grandes distúrbios do meio perto da Terra, afetando comunicações, sistemas de navegação e mesmo redes de luz. (Cortesia ESA/NASA)

Um Novo Olhar Sobre o Sol
Esta imagem de gás a 1.500.000°C na camada externa, rarefeita (coroa) da atmosfera do Sol foi obtida em 13 de março de 1996 pelo Extreme Ultraviolet Imaging Telescope a bordo da espaçonave Solar and Heliospheric Observatory (SOHO). Cada elemento da imagem traça uma estrutura do campo magnético. Em virtude da alta qualidade do instrumento, mais detalhes do campo magnético podem ser vistos do que em qualquer outra imagem. (Cortesia ESA/NASA)

Imagem em Raios-X
Imagem do Sol em raio-x obtida em 21 de fevereiro de 1994. As regiões brilhantes são fontes de emissão de raio-x mais intensas. (Cortesia Calvin J. Hamilton, e Yohkoh)

Disco Solar em H-Alpha
Esta é a imagem do Sol como visto em H-Alfa. H-Alfa é uma banda estreita em comprimento de onda da luz vermelha emitida e absorvida (característica) do hidrogênio. (Cortesia National Solar Observatory/Sacramento Peak)

Flares Solares em H-Alpha
Esta imagem foi obtida em 26 de fevereiro de 1993. As regiões escuras são locais de polaridade magnética positiva a as regiões claras são de polaridade magnética negativa. (Cortesia GSFC NASA)

Campos Magnéticos Solares
Esta imagem foi obtida em 26 de fevereiro de 1993. As regiões escuras são locais de polaridade magnética positiva a as regiões claras são de polaridade magnética negativa. (Cortesia GSFC NASA)

Manchas Solares
Esta imagem mostra a região de uma mancha solar. Note a aparência multi-color. Esta granulação é causada pela erupção turbulenta de energia na superfície. (Cortesia National Solar Observatory/Sacramento Peak)

Eclipse Solar
Esta foto mostra o eclipse solar de 1977.

Eclipse Solar de 1991
Foto do eclipse solar total de 11 de julho de 1991 como visto da Baja California. Este é um mosaico digital derivado de cinco fotografias individuais, cada uma exposta corretamente para um raio diferente da coroa solar. (Cortesia Steve Albers)

Eclipse Solar de 1994
Esta fotografia do eclipse solar de 1994 foi obtida em 3 de Novembro de 1994, com a câmara de luz branca do High Altitude Observatory, no Chile. (Cortesia HAO eclipse team)

Investigando e ouvindo o ambiente

Produção do Som

Fixemos uma lâmina de aço muito fina para que ela possa oscilar conforme indica a figura ao lado.

Quando deslocamos a lâmina, sua extremidade livre começa a oscilar para a direita e para a esquerda.
Se a lâmina vibrar com rapidez, produzirá um som sibilante, mostrando que os sons são produzidos pela matéria em vibração.
À medida que a lâmina oscila para a direita, ela realiza trabalho nas moléculas do ar, comprimindo-as, transferindo a elas energia na direção da compressão. Ao mesmo tempo, as moléculas do ar, situadas à esquerda, se expandem e se tornam rarefeitas, o que retira energia delas.
Quando a lâmina se move no sentido inverso, ela transfere energia para as moléculas do ar situadas à esquerda, enquanto as da direita perdem energia.
O efeito combinado de compressão e rarefação simultâneo transfere energia das moléculas do ar da esquerda para a direita, ou da direita para a esquerda na direção do movimento da lâmina, produzindo ondas longitudinais, nas quais as moléculas do ar se movimentam para frente e para trás, recebendo energia das moléculas mais próximas da fonte e transmitindo-a para as moléculas mais afastadas dela, até chegarem ao ouvido.
No ouvido, as ondas atingem uma membrana chamada tímpano. O tímpano passa a vibrar com a mesma freqüência das ondas, transmitindo ao cérebro, por impulsos elétricos, a sensação denominada som.


As ondas sonoras são ondas longitudinais, isto é, são produzidas por uma seqüência de pulsos longitudinais.
As ondas sonoras podem se propagar com diversas freqüências, porém o ouvido humano é sensibilizado somente quando elas chegam a ele com freqüência entre 20 Hz e 20 000 Hz, aproximadamente.



Quando a freqüência é maior que 20 000 Hz, as ondas são ditas ultra-sônicas, e menor que 20 Hz, infra-sônicas.
As ondas infra-sônicas e ultra-sônicas não são audíveis pelo ouvido humano. As ondas infra-sônicas são produzidas, por exemplo, por um abalo sísmico. Os ultra-sons podem ser ouvidos por certos animais como morcego e o cão.
As ondas sonoras audíveis são produzidas por:
vibração de cordas
vibração de colunas de ar
vibração de discos e membranas


O som musical, que provoca sensações agradáveis, é produzido por vibrações periódicas. O ruído, que provoca sensações desagradáveis, é produzido por vibrações aperiódicas.




Transmissão do Som

A maioria dos sons chega ao ouvido transmitida pelo ar, que age como meio de transmissão.
Nas pequenas altitudes, os sons são bem audíveis, o que não ocorre em altitudes maiores, onde o ar é menos denso.
O ar denso é melhor transmissor do som que o ar rarefeito, pois as moléculas gasosas estão mais próximas e transmitem a energia cinética da onda de umas para outras com maior facilidade.
Os sons não se transmitem no vácuo, porque exigem um meio material para sua propagação.
De uma maneira geral, os sólidos transmitem o som melhor que os líquidos, e estes, melhor do que os gases.
Observe a tabela que apresenta a velocidade de propagação do som a 25°C.

Meio
Velocidade (m/s)
Ar
346
Água
1498
Ferro
5200
Vidro
4540


Qualidades do Som

Se a energia emitida pela fonte é grande, isto é, se o som é muito forte, temos uma sensação desagradável no ouvido, pois a quantidade de energia transmitida exerce sobre o tímpano uma pressão muito forte.
Quanto maior a vibração da fonte, maior a energia sonora, logo: Quanto maior a amplitude da onda, maior a intensidade do som.

Ondas periódicas

Onda e período
Imaginemos que alguém segura na ponta de uma corda e outra pessoa na outra ponta. Agora a corda é esticada ao máximo. Estando a fazer força para manter a corda tensa, se numa das pontas lhe dermos um toque deslocando essa ponta para cima e voltando à posição inicial, é imediatamente visível um impulso a deslocar-se na corda:

Fig. 1 - Impulso na corda.
O toque que demos na corda (ou Impulso) constitui a fonte da perturbação no meio (que é neste caso a corda). Se tirássemos fotografias em diferentes instantes era possível observar que a forma deste Impulso não se alteraria ao longo do tempo.
Se em vez de agitarmos a corda apenas uma vez, agitarmos várias vezes seguidas já não vemos somente um impulso:

Fig. 2 - Onda na corda.
Esta é uma onda que se desloca ao longo do tempo. Neste caso verifica-se a repetição de um padrão após um determinado intervalo de tempo ao qual se chama de período. Também se chamam a estas ondas, ondas periódicas.
A definição de uma onda é assim bastante flexível e aplicável a muitas situações. É, na sua essência:
um modo de transporte de energia de um ponto para outro no espaço. Isto acontece sem haver qualquer transporte de matéria.
No caso das ondas de um lago, há transporte de energia mas as moléculas de água voltam sempre à sua posição de equilíbrio. De outro modo, não haveria água no meio de um lago. O mesmo acontece com qualquer outro tipo de onda.

Ondas eletromagnéticas e mecânicas

Ondas mecânicas são aquelas que precisam de um meio material para poderem se propagar. A perturbação causada no dominó somente se moveu por causa dos dominós, sem eles ela nem existiria. Como exemplo temos as ondas no oceano, o som etc. Todas são perturbações causadas em meios materiais. Já as ondas eletromagnéticas não precisam de meios materiais para irem de um lugar para o outro. A perturbação é causada em campos eletromagnéticos e se propaga através deles. A luz é um bom exemplo deste tipo de onda. Note que a luz do Sol chega até nós mesmo existindo vácuo no espaço. Outros exemplos de ondas eletromagnéticas são as microondas, as ondas de rádio etc.