Gravitação Universal e a História da Astronomia: de Ptolomeu a Newton em detalhes precisos

Observar o céu sempre foi parte do comportamento humano, uma prática comum que remonta a milhares de anos. Ao longo da história, pessoas em diferentes partes do mundo buscaram entender os padrões dos astros e as transformações no firmamento, seja por interesse religioso, agrícola ou científico. Em tempos modernos, o excesso de luz nas cidades ofusca essa visão, mas a curiosidade permanece.

Diversas civilizações dedicaram tempo e esforço para registrar e interpretar os ciclos do Sol, da Lua e das estrelas. Da Grécia Antiga às sociedades indígenas das Américas, passando por astronomia desenvolvida na China e no Oriente Médio, o conhecimento sobre os astros foi se acumulando e evoluindo, gerando os primeiros modelos de organização do cosmos.

Foi esse impulso de observação que iniciou a construção de teorias para explicar o movimento dos astros e, eventualmente, culminou na formulação das leis da física clássica. Neste artigo, percorremos as principais transformações desse conhecimento, partindo das ideias geocêntricas e alcançando a gravitação universal.

Modelos antigos e o céu visível

A percepção dos ciclos solares foi uma das primeiras formas de medição do tempo. O movimento do Sol no céu, com diferentes durações do dia ao longo do ano, levou à divisão das estações. Esse entendimento era essencial para povos agricultores, pois determinava o melhor período para semear e colher.

A Lua também oferecia um ciclo regular, com quatro fases que se repetem a cada 28 dias. Essa observação levou à criação das semanas de sete dias, integradas aos calendários. A combinação dos calendários solares e lunares gerou sistemas mistos que ainda hoje estão presentes no calendário moderno.

Além desses corpos celestes, as civilizações antigas notaram que algumas “estrelas” mudavam de posição ao longo dos dias, diferente das constelações fixas. Esses pontos móveis foram chamados de planetas. A aparição esporádica de cometas também chamou atenção, muitas vezes interpretada como sinal de eventos sobrenaturais.

A proposta geocêntrica de Ptolomeu

Na Grécia Antiga, o modelo que predominava era o geocentrismo, defendido por Cláudio Ptolomeu. Nesse modelo, a Terra era o centro do universo e os astros percorriam órbitas circulares perfeitas ao seu redor. O céu era considerado eterno e imutável, separado do mundo terrestre, que era imperfeito.

Ptolomeu enfrentava dificuldades para explicar certos comportamentos dos planetas, como o movimento retrógrado, que faz com que eles pareçam inverter sua trajetória temporariamente. Para contornar o problema, ele introduziu os epiciclos: pequenos círculos sobre os quais os planetas se moviam, enquanto percorriam um círculo maior ao redor da Terra.

Mesmo com essas complexidades, o modelo geocêntrico se manteve dominante por séculos. A Igreja Católica adotou essa estrutura como doutrina oficial durante a Idade Média. Questioná-la podia resultar em punições severas.

Copérnico e a nova organização celeste

No século XVI, Nicolau Copérnico propôs uma alternativa: um modelo heliocêntrico, no qual o Sol, e não a Terra, ocupa o centro do sistema. Os planetas, incluindo a Terra, orbitariam ao redor do Sol em círculos. Embora essa teoria não fosse nova, Copérnico conseguiu divulgá-la de forma mais sistemática e influente.

O livro De Revolutionibus Orbium Coelestium foi publicado postumamente, reunindo os argumentos de Copérnico em favor do heliocentrismo. Uma das vantagens do novo modelo era explicar com mais simplicidade o movimento retrógrado dos planetas, como no caso de Mercúrio, que se move mais rapidamente que a Terra.

Mesmo assim, o modelo de Copérnico ainda mantinha a ideia de órbitas circulares, o que gerava imprecisões nas previsões astronômicas.

As contribuições de Galileu e Bruno

Galileu Galilei foi um dos primeiros a usar lunetas para observar o céu. Suas anotações incluíam desenhos das crateras da Lua, desafiando a ideia de que os corpos celestes eram perfeitamente lisos. Também observou as luas de Júpiter, provando que outros planetas podiam ter satélites, não sendo a Terra única nesse aspecto.

Essas descobertas foram consideradas problemáticas para a doutrina vigente. Giordano Bruno, contemporâneo de Galileu, foi ainda mais longe: defendia que o universo era infinito, com inúmeras estrelas e corpos celestes, algumas com luz própria. Foi condenado por heresia e executado.

Galileu, por sua vez, foi julgado e condenado à prisão domiciliar por sustentar a teoria copernicana. Mesmo assim, seu trabalho foi fundamental para a consolidação de uma nova astronomia baseada em observações e instrumentos.

Kepler e a precisão matemática das órbitas

Johannes Kepler deu continuidade às ideias de Copérnico, mas com uma grande diferença: introduziu as órbitas elípticas. Com base nos registros de Tycho Brahe, Kepler formulou três leis fundamentais do movimento planetário.

• Os planetas descrevem órbitas elípticas com o Sol em um dos focos.
• O segmento que liga o planeta ao Sol varre áreas iguais em tempos iguais.
• O quadrado do período orbital de um planeta é proporcional ao cubo do semi-eixo maior da órbita.

Essas leis permitiram previsões muito mais precisas sobre o movimento dos planetas. A principal inovação foi a constatação de que as órbitas não eram circulares, mas elípticas, com velocidades variáveis ao longo do percurso.

A gravitação universal de Newton

Isaac Newton abordou dois problemas que pareciam distintos: o movimento dos planetas e a trajetória de objetos na Terra, como uma maçã caindo. Sua descoberta foi que ambos são regidos pela mesma força: a gravidade.

Segundo a Lei da Gravitação Universal, dois corpos se atraem com uma força proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles. Essa força explica tanto a queda de objetos quanto as órbitas planetárias.

Com essa fórmula, Newton conseguiu explicar por que os corpos celestes não colapsam uns sobre os outros: eles estão em constante queda, mas também em movimento lateral, formando órbitas.

Energia cinética e órbitas

Um corpo em órbita mantém um equilíbrio entre energia potencial gravitacional e energia cinética. Se a energia cinética for baixa, o objeto cairá; se for alta demais, ele escapará da atração gravitacional. Esse balanço determina se a órbita é fechada (como a da Lua) ou aberta (como a de cometas que não retornam).

O conceito de energia potencial gravitacional foi essencial para explicar o funcionamento das órbitas. Quando um corpo se aproxima de outro, sua energia potencial diminui e a cinética aumenta, e vice-versa.

Newton desenvolveu o cálculo diferencial para resolver as equações envolvidas na gravidade. Esse sistema matemático ainda é a base de boa parte da física moderna.

O cometa de Halley e a comprovação

Edmund Halley foi o primeiro a prever o retorno de um cometa, utilizando as leis de Newton e os dados das passagens anteriores de 1531, 1607 e 1682. Constatou que se tratava do mesmo corpo celeste, cuja órbita se repetia a cada 75 anos. O cometa foi batizado com seu nome.

Essa previsão bem-sucedida foi uma das provas mais marcantes da validade da física newtoniana. Halley também incentivou Newton a publicar seu trabalho no livro Principia Mathematica, marco na história da ciência.

A partir daí, a física passou a ser aplicada com sucesso tanto ao movimento terrestre quanto ao celeste.

Consolidação do modelo e novas descobertas

Com as ferramentas deixadas por Newton e Kepler, astrônomos começaram a investigar anomalias nos planetas conhecidos. A órbita de Urano, por exemplo, apresentava desvios. Esses desvios foram interpretados como causados por outro planeta ainda não observado: Netuno.

A descoberta de Netuno, exatamente onde os cálculos previam, confirmou novamente a capacidade das leis de Newton em descrever o universo físico. Esse modelo continuaria sendo usado com sucesso até o surgimento da relatividade no século XX.

A ideia central estabelecida por Newton — de que as mesmas leis regem os céus e a Terra — continua sendo um dos fundamentos da ciência moderna.

Fonte: Wikipedia e Exame.