esfera celeste -Celestial sphere

Terra girando dentro de uma esfera celeste geocêntrica de raio relativamente pequeno . Aqui são mostradas as estrelas (branco), a eclíptica (vermelho, a circunscrição da trilha anual aparente do Sol) e as linhas de ascensão reta e círculos de declinação (ciano) do sistema de coordenadas equatorial .

Em astronomia e navegação , a esfera celeste é uma esfera abstrata que tem um raio arbitrariamente grande e é concêntrica à Terra . Todos os objetos no céu podem ser concebidos como sendo projetados sobre a superfície interna da esfera celeste, que pode estar centrada na Terra ou no observador. Se centrada no observador, metade da esfera se assemelharia a uma tela hemisférica sobre o local de observação.

A esfera celeste é uma ferramenta conceitual usada na astronomia esférica para especificar a posição de um objeto no céu sem considerar sua distância linear do observador. O equador celeste divide a esfera celeste em hemisférios norte e sul .

Introdução

Esfera Celeste, século XVIII. Museu do Brooklyn .

Como os objetos astronômicos estão a distâncias tão remotas, a observação casual do céu não oferece informações sobre suas distâncias reais. Todos os objetos celestes parecem igualmente distantes , como se estivessem fixados no interior de uma esfera com um raio grande, mas desconhecido, que parece girar para o oeste; enquanto isso, a Terra sob os pés parece permanecer imóvel. Para fins de astronomia esférica , que se preocupa apenas com as direções dos objetos celestes, não faz diferença se esse é realmente o caso ou se é a Terra que está girando enquanto a esfera celeste está estacionária.

A esfera celeste pode ser considerada infinita em raio . Isso significa que qualquer ponto dentro dele, inclusive aquele ocupado pelo observador, pode ser considerado o centro . Isso também significa que todas as linhas paralelas , sejam elas a milímetros de distância ou através do Sistema Solar umas das outras, parecerão cruzar a esfera em um único ponto, análogo ao ponto de fuga da perspectiva gráfica . Todos os planos paralelos parecerão cruzar a esfera em um grande círculo coincidente (um "círculo de fuga").

Por outro lado, observadores olhando para o mesmo ponto em uma esfera celeste de raio infinito estarão olhando ao longo de linhas paralelas, e observadores olhando para o mesmo grande círculo, ao longo de planos paralelos. Em uma esfera celeste de raio infinito, todos os observadores veem as mesmas coisas na mesma direção.

Para alguns objetos, isso é simplificado demais. Objetos que estão relativamente próximos do observador (por exemplo, a Lua ) parecerão mudar de posição contra a esfera celeste distante se o observador se mover o suficiente, digamos, de um lado do planeta Terra para o outro. Este efeito, conhecido como paralaxe , pode ser representado como um pequeno deslocamento de uma posição média. A esfera celeste pode ser considerada centrada no centro da Terra, no centro do Sol ou em qualquer outro local conveniente, e os deslocamentos das posições referidas a esses centros podem ser calculados.

Desta forma, os astrônomos podem prever posições geocêntricas ou heliocêntricas de objetos na esfera celeste, sem a necessidade de calcular a geometria individual de qualquer observador em particular, e a utilidade da esfera celeste é mantida. Observadores individuais podem calcular seus próprios pequenos deslocamentos a partir das posições médias, se necessário. Em muitos casos em astronomia, os deslocamentos são insignificantes.

A esfera celeste pode, portanto, ser pensada como uma espécie de abreviação astronômica , e é aplicada com muita frequência pelos astrônomos. Por exemplo, o Almanaque Astronômico de 2010 lista a posição geocêntrica aparente da Lua em 1º de janeiro às 00:00:00.00 Hora Terrestre , em coordenadas equatoriais , como ascensão reta 6 h 57 m 48,86 s , declinação +23° 30' 05,5" . Está implícito nesta posição que ela é projetada na esfera celeste; qualquer observador em qualquer local olhando nessa direção veria a "Lua geocêntrica" ​​no mesmo lugar contra as estrelas. Para muitos usos aproximados (por exemplo, calcular uma fase aproximada da Lua), esta posição, vista do centro da Terra, é adequada.

Para aplicações que exigem precisão (por exemplo, cálculo do caminho da sombra de um eclipse ), o Almanaque fornece fórmulas e métodos para calcular as coordenadas topocêntricas , ou seja, vistas de um determinado local na superfície da Terra, com base na posição geocêntrica. Isso reduz bastante a quantidade de detalhes necessários em tais almanaques, pois cada observador pode lidar com suas próprias circunstâncias específicas.

história grega em esferas celestes

As esferas celestes (ou orbes celestes) foram concebidas como entidades perfeitas e divinas inicialmente por astrônomos gregos como Aristóteles (384 aC a 322 aC). O filósofo grego, Aristóteles, compôs um conjunto de princípios chamados de física aristotélica que delineava a ordem natural e a estrutura do mundo. Como outros astrônomos gregos, Aristóteles também pensava na "... esfera celeste como o quadro de referência para suas teorias geométricas dos movimentos dos corpos celestes" (Olser, pg. 14). Com a adoção da teoria de Eudoxo por Aristóteles, Aristóteles descreveu os corpos celestes dentro da esfera Celestial para serem preenchidos com pureza, perfeição e quintessência (o quinto elemento que era conhecido por ser divino e pureza de acordo com Aristóteles). Significativamente, Aristóteles considerou o Sol, a Lua, os planetas e as estrelas fixas como esferas perfeitamente concêntricas que são divididas em duas regiões; a região sublunar e a região superlunar. Aristóteles havia afirmado que esses corpos (na região supralunar) são perfeitos e não podem ser corrompidos por nenhum dos quatro elementos; fogo, água, ar e terra. Os elementos corruptíveis estavam contidos apenas na região sublunar e os elementos incorruptíveis estavam na região supralunar do modelo geocêntrico de Aristóteles. Aristóteles tinha a noção de que o comportamento dos orbes celestes deve se mover em movimento celeste (um movimento circular perfeito) que dura por toda a eternidade. Ele também argumentou que o comportamento e a propriedade seguem estritamente um princípio de lugar natural onde o elemento quintessência só se move livremente da vontade divina enquanto outros elementos; fogo, ar, água e terra são corruptíveis à mudança e imperfeição. Os conceitos-chave de Aristóteles baseiam-se na natureza dos cinco elementos que distinguem a Terra e os Céus na realidade astronômica com a aplicação do modelo de Eudoxo para definir as esferas como fisicamente reais.

Numerosas descobertas de Aristóteles e Eudoxo (aproximadamente 395 aC a 337 aC) provocaram diferenças em ambos os modelos e compartilharam propriedades semelhantes simultaneamente. Aristóteles e Eudoxo reivindicaram duas contagens diferentes de esferas nos céus. Segundo Eudoxo, havia apenas 27 esferas nos céus, enquanto existem 55 esferas no modelo de Aristóteles. Eudoxo tentou construir seu modelo matematicamente a partir de um tratado conhecido como On the Velocities (traduzido do grego para o inglês) e afirmou que a forma do hipopede ou lemniscate estava associada ao retrocesso planetário. Aristóteles enfatizou que a velocidade dos orbes celestes é imutável, como os céus, enquanto Eudoxo enfatizou que os orbes estão em uma forma geométrica perfeita. As esferas de Eudoxo produziriam movimentos indesejáveis ​​para a região inferior dos planetas, enquanto Aristóteles introduziu desenroladores entre cada conjunto de esferas ativas para neutralizar os movimentos do conjunto externo, ou então os movimentos externos serão transferidos para os planetas externos. Aristóteles mais tarde observaria "... os movimentos dos planetas usando as combinações de esferas aninhadas e movimentos circulares de maneiras criativas, mas outras observações continuaram desfazendo seu trabalho" (Olser pg. 15).

Além de Aristóteles e Eudoxo, Empédocles deu uma explicação de que o movimento dos céus, movendo-se em velocidade divina (relativamente alta), coloca a Terra em posição estacionária devido ao movimento circular impedindo o movimento descendente por causas naturais. Aristóteles criticou o modelo de Empédocles, argumentando que todos os objetos pesados ​​vão em direção à Terra e não o próprio redemoinho que vem para a Terra. Ele ridicularizou e afirmou que a declaração de Empédocles era extremamente absurda. Qualquer coisa que desafiasse o movimento do lugar natural e os céus imutáveis ​​(incluindo as esferas celestes) foi criticado imediatamente por Aristóteles.

Sistemas de coordenadas celestes

Esses conceitos são importantes para a compreensão dos sistemas de coordenadas celestes , estruturas para medir as posições dos objetos no céu . Certas linhas e planos de referência na Terra , quando projetados na esfera celeste, formam as bases dos sistemas de referência. Estes incluem o equador , o eixo e a órbita da Terra . Em suas interseções com a esfera celeste, estes formam o equador celeste , os pólos celestes norte e sul e a eclíptica , respectivamente. Como a esfera celeste é considerada arbitrária ou infinita em raio, todos os observadores veem o equador celeste, os pólos celestes e a eclíptica no mesmo lugar contra as estrelas de fundo .

A partir dessas bases, as direções para objetos no céu podem ser quantificadas construindo sistemas de coordenadas celestes. Semelhante à longitude e latitude geográficas , o sistema de coordenadas equatoriais especifica as posições relativas ao equador celeste e aos pólos celestes , usando ascensão reta e declinação . O sistema de coordenadas eclípticas especifica posições relativas à eclíptica ( órbita da Terra ), usando longitude e latitude eclíptica . Além dos sistemas equatorial e eclíptico, alguns outros sistemas de coordenadas celestes, como o sistema de coordenadas galácticas , são mais apropriados para fins específicos.

História

Os antigos assumiram a verdade literal de estrelas ligadas a uma esfera celeste, girando em torno da Terra em um dia, e uma Terra fixa. O modelo planetário eudoxano , no qual se basearam os modelos aristotélico e ptolomaico , foi a primeira explicação geométrica para o "errante" dos planetas clássicos . Acreditava-se que a mais externa dessas "esferas de cristal" carregava as estrelas fixas . Eudoxo usou 27 sólidos esféricos concêntricos para responder ao desafio de Platão : "Pela suposição de que movimentos uniformes e ordenados podem ser explicados os movimentos aparentes dos planetas?" Anaxágoras em meados do século 5 aC foi o primeiro filósofo conhecido a sugerir que as estrelas eram "pedras de fogo" muito distantes para que seu calor fosse sentido. Idéias semelhantes foram expressas por Aristarco de Samos . No entanto, eles não entraram na astronomia convencional do final do período antigo e medieval. O heliocentrismo copernicano acabou com as esferas planetárias, mas não excluiu necessariamente a existência de uma esfera para as estrelas fixas. O primeiro astrônomo do Renascimento europeu a sugerir que as estrelas eram sóis distantes foi Giordano Bruno em seu De l'infinito universo et mondi (1584). Essa ideia estava entre as acusações, embora não em posição de destaque, feitas contra ele pela Inquisição. A ideia tornou-se popular no final do século XVII, especialmente após a publicação de Conversations on the Plurality of Worlds , de Bernard Le Bovier de Fontenelle (1686), e no início do século XVIII era a suposição de trabalho padrão na astronomia estelar.

Globo estelar

Globo celeste de Jost Bürgi (1594)

Uma esfera celeste também pode se referir a um modelo físico da esfera celeste ou globo celeste. Esses globos mapeiam as constelações do lado de fora de uma esfera, resultando em uma imagem espelhada das constelações vistas da Terra. O exemplo sobrevivente mais antigo de tal artefato é o globo da escultura do Atlas Farnese , uma cópia do século II de uma obra mais antiga ( período helenístico , cerca de 120 aC).

Corpos além da Terra

Observadores em outros mundos, é claro, veriam objetos naquele céu sob as mesmas condições – como se fossem projetados em uma cúpula. Sistemas de coordenadas baseados no céu daquele mundo poderiam ser construídos. Estes poderiam ser baseados no equivalente "eclíptica", pólos e equador, embora as razões para construir um sistema dessa maneira sejam tanto históricas quanto técnicas.

Veja também

Notas

Referências

links externos