Heirich Wilhelm Olbers nasceu em 1758 na pequena cidade de Arbergen, na Alemanha. Seus trabalhos como astrônomo incluem a elaboração de um novo método para a determinação das órbitas de cometas; a descoberta de 6 cometas, um dos quais leva seu nome; vários estudos sobre os planetas e a descoberta de 2 dos maiores asteróides: Palas e Vesta. O PARADOXO DE OLBERS – POR QUE A NOITE É ESCURA? Nada mal para um astrônomo de sua época! Mas o que o tornou mais conhecido não foi a difícil observação dos asteróides ou os sistemáticos estudos dos planetas. Nem a descoberta de cometas ou seu elaborado método para calcular-lhes as órbitas. O que fez Olbers um nome conhecido até nossos dias entre os astrônomos foi uma singela pergunta que ele fez a si mesmo e para a qual nunca obteve uma resposta satisfatória:

Por quê a noite é escura?

UM UNIVERSO INFINITO E IMUTÁVEL Nos tempos de Olbers era ideia corrente que o Universo fosse infinito e que fossem também infinitas as estrelas. Espalhadas de maneira uniforme por todo o espaço, elas permaneceriam estáticas e imutáveis por toda a eternidade. Olbers, ao tentar responder a pergunta que se havia feito, percebeu que havia algo errado com essa idealização de Universo. Se ele fosse infinito e imutável, as noites deveriam ser claras… muito… muito claras! Infinitamente claras! E, mais do que isso: Os dias também deveriam ser infinitamente claros! Através de cálculos muito simples, Olbers concluiu que tanto as noites quanto os dias eram demasiadamente “escuros”. Em suas tentativas para explicar a enorme discrepância entre seus cálculos e suas observações, Olbers fez várias suposições que, mais tarde se mostraram errôneas. Por exemplo, ele imaginou que a luz da maioria das estrelas era absorvida por outras estrelas ou por matéria opaca existente entre as estrelas, e que, por isso, não chegava até nós. Isso não resolvia a questão, como chegou a pensar Olbers. Se assim fosse, as estrelas e a matéria opaca estariam recebendo energia luminosa e também iriam se aquecer até irradiarem, elas mesmas, tanta luz quanto estivessem recebendo. E, nesse caso, o céu inteiro deveria ser tão ou mais luminoso que a superfície do Sol!

Parte da Via-Láctea observada através de um pequeno telescópio.

Imagem fotográfica de uma região da Via-Láctea. Havia um mistério muito mais profundo do que Olbers imaginava no fato de as noites e os dias serem tão “escuros”. O UNIVERSO DE OLBERS No início do século XIX era comum imaginar o Universo com as 7 características enumeradas abaixo. Nem sempre elas eram explicitadas, mas estavam sempre presentes, implícitas nas conjecturas dos astrônomos da época. Para eles, o Universo:

1. Era INFINITO em extensão; 2. Era ESTÁTICO, sem grandes movimentos em grande escala; 3. Era HOMOGÊNEO, com infinitas estrelas distribuídas uniformemente por todo o espaço; 4. Era ISOTRÓPICO, isto é, suas estrelas tinham brilhos parecidos em todas as regiões e para onde quer que olhássemos, o aspecto geral do Universo seria o mesmo. 5. Era IMUTÁVEL, tendo suas características gerais inalteradas com o passar do tempo; 6. Era EUCLIDIANO, isto é, em todos os lugares a geometria euclidiana seria válida: o Teorema de Pitágoras poderia ser aplicado em qualquer porção do espaço; 7. Era FÍSICO, e não metafísico: as leis da Física valeriam em todo o Universo (e não apenas na Terra) e seriam sempre válidas, em quaisquer circunstâncias.

Mas, se existem infinitas estrelas espalhadas uniformemente pelo espaço, nós, aqui na Terra, deveríamos estar, a cada instante, recebendo a luz de todas elas simultaneamente! Com esse modelo de Universo em mente, era absolutamente necessária uma oitava e indesejada característica: os dias e as noites deveriam ser infinitamente luminosos. Como as noites são escuras e os dias são apenas suportavelmente claros, o modelo deveria estar errado. Herman Bondi, um grande físico do século XX, chamou a essa inconsistência de “Paradoxo de Olbers” e mostrou que, até então, ele ainda não estava completamente solucionado. É surpreendente como uma pergunta tão “infantil” pôde suscitar tantas outras questões e como a singela observação de que existem as noites e os dias pôde nos dar tantas respostas. Nesta, com em inúmeras outras vezes na história da Ciência, foi muito mais importante fazer a pergunta certa que encontrar a resposta para ela. Vamos ver o que podemos mudar no modelo de Universo de Olbers para tentar deixá-lo coerente, eliminado o “paradoxo”. UM UNIVERSO FINITO Num Universo finito teremos uma quantidade finita de estrelas, de modo que, no máximo, estaríamos recebendo aqui na Terra a luz procedente de todas elas, mas não de infinitas estrelas. Se supusermos que o Universo é finito, ele terá que ser muito pequeno para explicar a escuridão das noites e a fraca claridade dos dias. Atualmente, acredita-se que o Universo é finito, mas não tão pequeno a ponto de justificar e explicar completamente o “paradoxo” de Olbers. UM UNIVERSO (QUASE) VAZIO (NÃO HOMOGÊNEO) Independentemente de o Universo ser finito ou infinito, se supusermos que a quantidade de estrelas é bem pequena, podemos resolver o “paradoxo”. Entretanto, a quantidade de estrelas teria que ser muito… muito pequena mesmo! Os modelos de Universo atuais preveem que existam cerca de 10 bilhões de trilhões de estrelas irradiando energia sob forma luminosa. Só com isso, o céu deveria ser bem mais claro do que é. UM UNIVERSO HIERÁRQUICO (NÃO HOMOGÊNEO) Se a maioria das estrelas estiverem concentradas numa região do espaço, podemos explicar as noites e os dias. Nesse caso, a homogeneidade do Universo tem que ser abandonada, mas todas as observações já realizadas indicam que o Universo é, efetivamente, homogêneo em larga escala. UM UNIVERSO CURVO (NÃO EUCLIDIANO) Mesmo que não consideremos o Teorema de Pitágoras válido e o substituamos por outra regra, de outra geometria, o “paradoxo” não é eliminado. De nada adianta mudar a geometria do espaço. UM UNIVERSO DINÂMICO (NÃO ESTÁTICO) Na época de Olbers, a suposição de movimentos globais, em larga escala, no Universo, não implicava na solução do “paradoxo”. Em 1848, Armand Hippolyte L. Fizeau (1819-1896) aplicou à Óptica os princípios que Christian Doppler (1803-1853) usara na acústica para explicar a mudança na freqüência do som emitido por corpos em movimento. O Efeito Doppler, aplicável ao som, podia ser, então, aplicado à luz. Usando o Efeito Doppler-Fizeau podemos explicar a escuridão das noites supondo que a maioria das estrelas estão se afastando muito rapidamente de nós, de modo que a energia que elas emitem em nossa direção fica cada vez mais fraca. UM UNIVERSO DE ESTRELAS ESTRANHAS (NÃO ISOTRÓPICO) Se supusermos que a grande maioria das estrelas têm brilho muito menor que o do Sol, podemos ajeitar as coisas para que o céu seja escuro como o observamos. Entretanto, o Sol é considerado pelos físicos com uma estrela típica. Isto é, se pudéssemos determinar as características de todas as estrelas, tirar uma média e fazer uma estrela com as características médias, ela seria muito parecida com o Sol. Tanto os modelos teóricos quanto as observações indicam que as estrelas não são muito estranhas. UM UNIVERSO JOVEM (NÃO IMUTÁVEL) Se todas as estrelas forem muito jovens, pode ser que a luz das que estão mais distantes ainda não tenha chegado até nós. O “paradoxo” poderia ser resolvido com esta suposição, porém as teorias sobre a evolução das estrelas mostra que a maioria delas é velha o suficiente para que já as vejamos brilhando no céu. O Universo teria que ser muito mais jovem do que parece ser, com seus 15 bilhões de anos. UM UNIVERSO METAFÍSICO Talvez a maneira mais simples e mais eficiente de resolver o “paradoxo” de Olbers seja imaginar que as leis da física têm validade restrita à uma certa porção de espaço e num certo intervalo de tempo. Qualquer coisa seria possível e natural. Nada seria de estranhar. Apesar de ser muito mais eficiente, abrangente e completa essa forma de “driblar” o “paradoxo” de Olbers (e todos os demais paradoxos) é descartada pelos cientistas. Ela explica qualquer coisa; está de acordo com todas as observações já realizadas e com todas as que ainda serão feitas. Pena que não possamos tirar proveito dela. A EXPLICAÇÃO "OFICIAL" Os modernos modelos de Universo explicam a existência dos dias e das noites a partir de 3 pressupostos: 1. Existe um número finito de estrelas no Universo; 2. As estrelas "vivem" por um tempo limitado, isto é, elas não emitem radiação para sempre; 3. Todo o Universo está se expandindo e a luz da maioria das estrelas sofre uma significativa perda de energia antes de chegar à Terra. Este último pressuposto parece ser o principal responsável pela escuridão do céu noturno. A solução para o "paradoxo" de Olbers só foi possível através dos modernos modelos cosmológicos. Entretanto, antes de obter respostas satisfatórias, foi preciso formular as perguntas certas. Olbers não foi o primeiro a questionar-se sobre a escuridão da noite. Antes dele, vários outros físicos e astrônomos pensaram a respeito desse assunto: Thomas Digges (1576), William Gilbert (1600), Johannes Keppler (1610), Otto von Guericke (por volta de 1640), Edmund Halley (1721), Jean-Philip Loys de Cheseux (1744), e muitos outros. Às vezes, o limite está bem ali, diante de nós, à nossa frente. Quase tropeçamos nele, mas é preciso saber olhar para poder vê-lo. O PARADOXO DE OLBERS – POR QUE A NOITE É ESCURA?

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Aparentemente a primeira pessoa que reconheceu as implicações cosmológicas da escuridão noturna foi Johannes Kepler (1571-1630), em 1610. Kepler rejeitava veementemente a idéia de um universo infinito recoberto de estrelas, que nessa época estava ganhando vários adeptos principalmente depois da comprovação por Galileu Galilei de que a Via Láctea era composta de uma miríade de estrelas, e usou o fato de que o céu é escuro à noite como argumento para provar que o universo era finito, como que encerrado por uma parede cósmica escura. A questão foi retomada por Edmund Halley (1656-1742) no século XVIII e pelo médico e astrônomo Heinrich Wilhelm Mattäus Olbers (1758-1840) em 1826, quando passou a ser conhecida como paradoxo de Olbers. Olbers também descobriu os dois planetas menores Palas (1802) e Vesta (1807). O problema é o seguinte: suponha que as estrelas estejam distribuídas de maneira uniforme em um espaço infinito. Para um observador em qualquer lugar, o volume de uma esfera com centro nele aumentará com o quadrado do raio dessa esfera (dV = 4pR2 dr). Portanto, à medida que ele olha mais longe, vê um número de estrelas que cresce com o quadrado da distância. Como resultado, sua linha de visada sempre interceptará uma estrela seja lá qual for a direção que ele olhe. Uma analogia simples de fazer é com uma floresta de árvores. Se estou no meio da floresta, a meu redor vejo as árvores bem espaçadas entre si, mas quanto mais longe olho, mais diminui o espaçamento entre as árvores de forma que no limite da minha linha de visada as àrvores estão todas juntas e nada posso ver além delas. Portanto, o céu em média deve deveria ser tão brilhante quanto a superfície de uma estrela média, pois estaria completamente coberto delas. Mas obviamente não é isso que vemos, e portanto o raciocínio está errado. Por que? Algumas propostas de solução: 1. A poeira interestelar absorve a luz das estrelas. Foi a solução proposta por Olbers, mas tem um problema. Com o passar do tempo, à medida que fosse absorvendo radiação, a poeira entraria em equilíbrio térmico com as estrelas, e passaria a brilhar tanto quanto elas. Não ajuda na solução. 2. A expansão do universo degrada a energia, de forma que a luz de objetos muito distantes chega muito desviada pro vermelho e portanto muito fraca. O desvio para o vermelho ajuda na solução, mas os cálculos mostram que a degradação da energia pela expansão do universo não é suficiente para resolver o paradoxo. 3. O universo não existiu por todo o sempre. Essa é a solução atualmente aceita para o paradoxo. Como o universo tem uma idade finita, e a luz tem uma velocidade finita, a luz das estrelas mais distantes ainda não teve tempo de chegar até nós. Portanto, o universo que enxergamos é limitado no espaço, por ser finito no tempo. A escuridão da noite é uma prova de que o universo teve um início. Usando-se a separação média entre as estrelas de 1 parsec, obtém-se que o céu seria tão luminoso quanto a superfície do Sol se o Universo tivesse um raio de 2 ×1015 parsecs, equivalente a 6,6 ×1015 anos-luz. Como o Universo só tem 12 bilhões de anos, a idade finita do Universo é a principal explicação ao Paradoxo de Olbers.