Conteúdo

Introdução
O Universo: Uma Visão Geral
O Processo da Ciência
O Universo Velho
   A Idade do Universo em Expansão
   A Idade das Estrelas Mais Velhas
   A Idade da Luz de Galáxias Distantes
   A Idade dos Elementos Químicos
O Universo em Transformação
   Mudanças no Sistema Solar
   Mudanças nas Estrelas
   Mudanças no Universo
Ciência e Religião
Guia de Consulta
Atividades

Introdução

Uma pequena, mas clamorosa, minoria dentre os religiosos vêm exigido uma revisão profunda no modo como a evolução é ensinada nas escolas dos E.U.A. Baseados em suas crenças pessoais, encontram problemas não somente na evolução biológica, mas também nas modernas idéias astronômicas sobre a idade, a expansão e a evolução do universo. Eles têm insistido ativamente em sua causa nas arenas política, educacional e da mídia, e seus argumentos veementes às vezes encobrem outras perspectivas, incluindo a ciência.

Muitos e bons livros e artigos foram publicados por professores a respeito das bases científicas das idéias evolucionistas na biologia. Mas muito pouco está disponível para ajudar os professores a explicar a seus alunos como sabemos que as galáxias, as estrelas e os planetas são realmente velhos. Nesta edição especial de The Universe in the Classroom [O Universo na Sala de Aula], queremos dar a você um panorama de como os cientistas têm sido capazes de medir idades tão vastas que a história humana se torna um mero piscar de olhos em comparação. Também indicamos algumas referências a atividades de sala de aula que você pode fazer com seus alunos, e recursos para aprofundar a exploração de algumas das idéias astronômicas que discutimos.

Como parte de nossa discussão, queremos enfatizar os métodos pelos quais os cientistas estudam a idade e a evolução cósmicas, e como isso se relaciona com a estrutura do conhecimento científico. Observamos que a ciência e a religião lidam com diferentes aspectos da existência humana. Por exemplo, a ciência não pode responder questões tais como por que existe um universo ou o que aconteceu antes de o universo, como nós o conhecemos, existir. Entretanto, no que a ciência é muito boa é buscar leis físicas que descrevam o comportamento da matéria e da energia no universo, e descobrir como tais leis tornam possíveis as estrelas, os planetas e estudantes de 7th grade [sétima série no Brasil?].

Tem havido uma grande preocupação, tanto na comunidade educacional quanto na científica, em relação a tentativas de abolir o ensino da evolução em nossas escolas. Os astrônomos compartilham desta preocupação, pois o termo evolução - que significa simplesmente mudança com o tempo - é um tema que transpassa toda a ciência. A evolução não somente é um conceito de unificação na biologia, mas também descreve o modo como os planetas, as estrelas, as galáxias e o universo mudam ao longo de grandes períodos de tempo.

Evidências de uma série de observações astronômicas, que iremos discutir abaixo, apóiam fortemente a grande idade destes objetos, assim como o fato de que eles mudam significativamente ao longo dos bilhões de anos da história cósmica. Os estudantes deveriam ter a chance de aprender sobre tais mudanças e o significado destas para o desenvolvimento da vida na Terra.

Preocupados com a tendência de desenfatizar o ensino da evolução, o Presidente e o Conselho da Sociedade Astronômica Americana lançou uma declaração formal em nome da comunidade astronômica em 2000. A Sociedade, que é o corpo principal dos astrônomos profissionais nos E.U.A., inclui homens e mulheres de uma ampla diversidade de etnias, culturas e religiões. Diz um trecho da declaração:

"A pesquisa… tem produzido evidências claras, convincentes e amplamente aceitas de que os objetos e sistemas astronômicos evoluem. Ou seja, suas propriedades variam com o tempo, freqüentemente em escalas de tempo bastante longas. Especificamente, a evidência científica claramente indica que o Universo tem de 10 a 15 bilhões de anos, e começou com um estado denso e quente que chamamos Big Bang.

Dada a ampla evidência de que a mudança com o tempo é uma propriedade crucial dos planetas, incluindo o nosso próprio, das estrelas, das galáxias e do Universo como um todo, é importante para as crianças da nação em idade escolar aprender sobre a grande idade dos sistemas astronômicos e suas mudanças, bem como suas propriedades presentes. . . .

Crianças cuja educação é privada dos benefícios desta expansão em nossa compreensão do mundo que nos cerca estão sendo privadas de parte de sua herança intelectual. Elas podem também estar em desvantagem competitiva em um mundo onde a alfabetização científica e tecnológica está se tornando mais e mais importante econômica e culturalmente.

Sinceramente,
Presidente Robert D. Gehrz
em nome da Sociedade Astronômica Americana"

Vamos das uma olhada nas descobertas científicas que estão por trás da declaração da Sociedade.

O Universo: Uma Visão Geral

A astronomia é cada vez mais recomendada como uma parte integral do currículo de ciências escolar. O estudo da astronomia é profundamente enraizado na cultura e na filosofia. Ela direciona nossa curiosidade, nossa imaginação e um censo de exploração e descoberta compartilhada, e é também uma área de grande interesse para pessoas de todas as idades - especialmente crianças. Com novos e melhores telescópios em terra e no espaço, a astronomia é uma das ciências mais excitantes e de rápido crescimento nos dias de hoje.

Vivemos em um universo maravilhoso. Ele inspirou artistas e poetas através das eras, da Grécia antiga à atual série de televisão Jornada nas Estrelas. A astronomia, o estudo do universo, revela um cosmo vasto, variado e belo. O céu é nossa janela para este universo. O universo está lá para que todos o vejam em qualquer noite límpida, e tudo isso está em torno de nós.

Saturno com Algumas Luas

Quando os astrônomos falam sobre o universo, eles querem dizer tudo o que é acessível às nossas observações. O universo inclui tudo para o qual podemos fazer levantamentos ou experimentos, desde a lua que órbita nosso próprio planeta até as mais distantes ilhas de estrelas na vastidão do espaço. Uma vez que não podemos visitar a maior parte do universo, usamos a informação que ela pode nos mandar. Felizmente, recebemos uma enorme quantidade de informação cósmica todo o tempo, codificado nas ondas de luz e outras formas de energia que chegam até nós de objetos a diversas distâncias. A missão principal da astronomia é decodificar esta informação e construir um quadro coerente do cosmos.

Localmente, nosso planeta é um dentre nove que orbitam a agradavelmente energética estrela que chamamos o Sol. O sistema solar também inclui dúzias de luas e incontáveis fragmentos de rocha e gelo, remanescentes da época em que o sistema se formou. Os astrônomos agora têm muitas amostrar destes outros mundos para analisar, incluindo as rochas que os astronautas trouxeram da Lua, os meteoritos (pedaços de rocha) que caem do espaço, incluindo uns poucos que foram ejetados de Marte há muito tempo atrás, e a poeira cósmica que podemos apanhar a grandes altitudes na atmosfera.

O Processo da Ciência: Como Sabemos?

Um Meteorito Marciano

A natureza do universo, sua idade, seu nascimento e história de vida, têm sido deduzidos através do processo científico. Este processo tem muitos aspectos e estágios. No caso da astronomia, ele começa usualmente fazendo-se observações e medidas cuidadosas - algo que seus alunos podem começar a fazer através da inspeção de imagens astronômicas e da observação direta do céu. Junto com nosso conhecimento das leis da física, desenvolvidas em laboratórios aqui na Terra, estas observações fornecem a base de nossa compreensão do universo. De observações contínuas, os astrônomos desenvolvem modelos e teorias para explicar como as coisas funcionam no reino dos planetas, estrelas e galáxias.

Na ciência, testamos nossas idéias fazendo mais observações e experimentos. Todas as sugestões (hipóteses) devem ao final ser confirmadas testando-se estas contra as evidências do mundo real. Tanto quanto for possível, devemos deixar nossas predileções e preferências do lado de fora do laboratório ou da porta do observatório. Quando os experimentos e as observações tiverem falado, devemos aceitar seus resultados.

Quando os cientistas mediram a idade do universo (como iremos descrever em breve), eles não torcem ou nutrem esperanças para que este tenha uma certa idade particular, nem tentam fazer os resultados serem um reflexo destes desejos. Em vez disso, eles fizeram o melhor que puderam para compreender a natureza e então divulgaram o que suas observações indicaram.

Universo Velho

Com tudo isso em mente, vamos agora olhar para o que revelaram nossas observações e experimentos sobre a idade do universo e seu conteúdo. Examinamos cada linha de evidência separadamente, mas veremos que todas elas se juntam e refletem as idades que discutimos acima.

a) A Idade do Universo em Expansão

Os astrônomos podem estimar a distância de cada galáxia de um certo tipo a partir de seu tamanho ou brilho aparentes. Quando menor e mais débil parece uma galáxia, comparada com galáxias similares, mais distante deve estar. Experimentamos o mesmo efeito aqui na Terra - quanto mais distante está um carro, mais próximas e débeis parecem seus faróis. Além disso, existem outras formas de medir a distância até as galáxias, usando estrelas especiais que servem de marcadores de distância.

Os astrônomos também podem determinar a velocidade com a qual uma galáxia está se movendo separando sua luz em suas cores componentes, como no arco-íris. Chamamos essa luz separada de "espectro" e ele é algo cujas propriedades os astrônomos são muito bons em medir. Christian Doppler mostrou em 1842 que quando uma fonte de luz está se afastando de nós, o movimento estica as ondas, mudando levemente as cores que vemos no espectro. Este Efeito Doppler, que se aplica a todos os tipos de onda, também explica por que uma sirene policial que está se aproximando de nós parece ter um som mais agudo, e a que está se afastando parece ter um som mais grave.

Quando medimos a luz de galáxias distantes, encontramos que suas ondas são sempre esticadas, indicando que as galáxias estão se afastando de nós. Medindo seu esticamento, podemos determinar a velocidade das galáxias. Os astrônomos vêm fazendo tais medidas desde a primeira década do século XX.

Nos anos 1920, o astrônomo Edwin Hubble fez a notável descoberta de que a velocidade com a qual as galáxias estão se afastando de nós não é randômica, mas seguem um padrão. Quando mais distante está a galáxia, mais rápido está se afastando. Este padrão é agora chamado "o universo em expansão", já que todo o universo de galáxias parece estar se afastando.

Os astrônomos logo perceberam que poderiam usar esta informação para medir há quanto tempo atrás começou a expansão. Para ver como fazemos isso, imagine por um instante que você está em um almoço de fim de ano com seus colegas professores. No fim do almoço, todos os professores entram em seus carros e se afastam do almoço em diferentes direções.

Digamos que sua casa fica a 200 quilômetros do lugar onde se deu o almoço, e que você dirige a 100 quilômetros por hora. Quando você chega em casa às 5 da tarde, você se dá conta de que esqueceu de olhar no seu relógio para ver quando o almoço acabou. Ainda assim, você tem toda a informação de que precisa para descobrir quando todos os professores começaram a se "expandir" a partir do almoço. Como você viajou 200 quilômetros a 100 quilômetros por hora, sua viagem levou 2 horas. Portanto você pode calcular que você, e todos os outros professores, devem ter saído às 3 da tarde. (Para checar, você pode telefonar para outros professores e pedir que estes façam os mesmos cálculos para sua viajem para casa. Eles podem ter viajado uma distância diferente, a uma velocidade diferente, mas o tempo será o mesmo.)

Da mesma forma, podemos descobrir aproximadamente quando as galáxias começaram sua expansão dividindo suas distâncias pela sua velocidade. Encontramos que a idade do universo em expansão está entre 10 e 15 bilhões de anos.

b) A Idade das Estrelas Mais Velhas

O Sol

O Sol e outras estrelas brilham convertendo hidrogênio superaquecido do núcleo em hélio, em um processo chamado fusão termonuclear. Sob o calor e a pressão intensos no núcleo da estrela, os átomos de hidrogênio se fundem e produzem núcleos de hélio - e energia. Este é o mesmo processo que ocorre na bomba de hidrogênio na Terra. Podemos determinar quanto tempo uma estrela pode brilhar por este processo da seguinte forma: sabemos quanta energia provém da fusão de cada átomo de hidrogênio, a quantidade de hidrogênio no centro da estrela, e o quão rápido a estrela usa esta energia. Podemos assim calcular quanto tempo ela vai durar até ficar sem combustível. A resposta para o Sol é de cerca de 10 bilhões de anos para seu tempo total de vida. Sabemos a partir de medidas da idade do sistema solar - veja abaixo - que o Sol possui agora cerca de 4,5 bilhões de anos. Portanto nossa estrela está na metade de seu tempo de vida.

Outras estrelas podem ser diferentes tempos de vida. Estrelas menores (menos massivas) que o Sol têm vidas mais longas porque fundem seu hidrogênio de forma bem mais lenta. De forma similar, um carro compacto pode ter um tanque de combustível menor do que um carro de grande porte, mas pode ser capaz de rodar muito mais com um tanque cheio, porque usa seu combustível mais lentamente.

Quando uma estrela esgota todo o hidrogênio disponível em seu centro, se expande e se torna uma "gigante vermelha". Quando encontramos tais estrelas gigantes, sabemos que já esgotaram todo seu hidrogênio. Se pudermos estimar sua massa inicial, e com isso sua potência inicial, podemos estimar seu tempo de vida, e sabemos assim sua idade. Isso é equivalente a dizer que, se vemos um carro que acabou de ficar sem combustível, e se sabemos sua potência, seu gasto de combustível e sua capacidade de armazenamento, podemos descobrir quanto tempo ele esteve rodando desde o último abastecimento de combustível antes de ficar sem combustível.

Desta forma, podemos medir as idades de certas estrelas. Quando aplicamos este método para as estrelas mais velhas que podemos encontrar, obtemos idades de 10 - 15 bilhões de anos.

c) A idade da Luz das Estrelas Mais Distantes: O Efeito do "Tempo de Máquina"

Os astrônomos podem medir as distâncias a outras galáxias a partir de seu tamanho ou seu brilho aparentes, e de muitas outras formas. Estas distâncias são tão grandes que bilhões de anos são necessários para que sua luz nos alcance. Portanto estamos vendo na verdade estas galáxias não como elas são hoje, mas como eram há bilhões de anos atrás.

A luz viaja a 299.792,458 quilômetros por segundo (300.000 km/s é uma aproximação conveniente). Durante o último século, este número tem sido medido com uma notável precisão, e se mostrou constante. Mas mesmo à velocidade extraordinária de 300.000 quilômetros por segundo (186.000 milhas por segundo), a luz leva um tempo considerável para nos alcançar vindo de objetos distantes. A luz do Sol, por exemplo, leva oito minutos para nos alcançar, de forma que vemos o Sol tal como era há oito minutos atrás. De forma similar, vemos as estrelas no céu noturno como elas eram há décadas, séculos e mesmo milhares de anos atrás.

Um exemplo do "efeito tempo de máquina" na vida cotidiana é ouvir o som mais lento do trovão que acompanha um relâmpago; se o trovão acompanha o relâmpago com 10 segundos de atraso, então ele foi emitido a 3km de nós; se o trovão e o relâmpago são simultâneos - a tempestade deve estar exatamente sobre nós! Outro exemplo: para uma nave espacial que sonda o sistema solar exterior, são necessárias muitas horas para que seus sinais de rádio (que viajam à velocidade da luz) cheguem à Terra; a nave não pode ser controlada remotamente da Terra porque o tempo de comunicação seria muito longo. É por isso que as instruções da nave devem ser carregadas em seu computador de bordo.

O "Hubble Deep Field"

As galáxias, entretanto, são tão distantes que sua luz pode levar bilhões de anos para nos alcançar. Então quando olhamos profundamente no espaço estamos olhando para o passado, através de vastos abismos de tempo. Quando estudamos galáxias distantes, encontramos que suas estrelas ainda estão nascendo do gás disperso a partir do qual as galáxias se formaram. Quando estudamos galáxias ainda mais distantes, as vemos como elas eram há 10 bilhões de anos ou mais. Nestas galáxias de muito tempo atrás, vemos que as estrelas estão somente começando a se formar.

O "Hubble Deep Field" [Campo Profundo Hubble] é uma exposição de 10 dias feita pelo Telescópio Espacial Hubble. Quase todo objeto nesta imagem é uma galáxia distante, vista como era no passado - em épocas até 10 bilhões de anos atrás. É a partir de imagens como essa que podemos discernir a história do universo e determinar sua idade.

d) A Idade dos Elementos Químicos

Supernova 1987A

Logo após o Big Bang, o universo era feito quase inteiramente dos elementos mais simples: hidrogênio e hélio. Confirmamos isso olhando para as galáxias realmente muito distantes - e assim para muito tempo atrás. E, de fato, elas têm maiores proporções de hidrogênio e hélio. Os outros elementos químicos foram formados mais tarde - alguns em reações nucleares nos núcleos das estrelas, outros quando as estrelas mais massivas terminaram suas vidas em explosões fortíssimas que os astrônomos chamam uma supernova. (Uma supernova espetacular foi observada em 1987 em uma galáxia muito próxima de nós. Astrônomos observaram realmente alguns elementos recém-formados emergindo desta explosão).

Alguns isótopos (formas do elemento com diferentes números de neutros no núcleo) destes elementos são radioativos: eles se transformam em outros isótopos a uma taxa que pode ser medida com precisão no laboratório. Conforme o tempo passa, uma quantidade menor e menor do isótopo original ou "pai" se mantém, e mais e mais do isótopo produto ou "filho" pode ser encontrado na amostra. Comparando-se a quantidade de isótopo pai com a quantidade de isótopo filho, os astrônomos podem determinar quanto tempo se passou desde que o isótopo pai se formou. Desta forma, os astrônomos determinaram que, apesar de alguns isótopos radiativos (tais como os produzidos na supernova 1987) terem sido formados recentemente, os isótopos radiativos mais velhos no universo têm de 10 a 20 bilhões de anos.

A mesma técnica de datação radioativa nos permite medir as idades das rochas mais velhas na Terra, na Lua, e em meteoritos, pedaços de rocha do espaço que caem na Terra. Tais experimentos de datação mostraram que a idade do sistema solar (o Sol e seus planetas) é de cerca de 4.5 bilhões de anos, como mencionamos acima. O universo é bem mais velho do que nossa pequena vizinhança. Mais recentemente, a mesma técnica foi usada até mesmo para confirmar as idades das estrelas.

O ponto chave a ser notado é que todas as estimativas independentes da idade do universo estão em concordância considerável - nossa melhor estimativa sendo cerca de 14 bilhões de anos, com uma incerteza de medida de 10 por cento. Isso fortalece a visão dos astrônomos de que o universo, as galáxias e as estrelas são realmente velhos, e não criações recentes. Existem outras formas menos diretas de estimar as idades destes objetos, e a idade do sistema solar, e elas também estão em concordância.

O Universo em Transformação: A Evolução Acontece!

As observações científicas não somente revelaram que o universo é muito velho; mostraram também que ele muda com o tempo, ou - para usar a palavra que tem gerado tanta controvérsia - que ele "evolui". Estas mudanças cósmicas são freqüentemente muito difíceis de se observar, porque ocorrem muito lentamente. Viemos estudando o céu com telescópios potentes por somente cerca de um século, mas as mudanças astronômicas podem tomar milhões ou bilhões de anos. Devemos portanto combinar as observações de muitos objetos diferentes e usar nosso poder dedutivo para descobrir evidências de evolução cósmica. Por sorte, a natureza nos deixou uma ampla faixa de pistas sobre a evolução - em toda escala do universo - que podemos descobrir com um pouco de bom trabalho astronômico de detetive.

a) Mudanças no Sistema Solar

Por termos explorado nosso sistema solar (com pessoas aterrissando na Lua, e naves-robôs aterrissando ou voando próximas a maior parte dos planetas), temos muita informação a respeito da história dos nossos mundos vizinhos. É claro que todos os planetas passaram por profundas mudanças com o passar do tempo e têm uma origem comum na grande nuvem de matéria que formou o Sol há cerca de 5 bilhões de anos.

Podemos calcular quando os materiais da crosta terrestre se condensaram de lava derretida a rocha sólida (a geológica, não o estilo musical) [os autores referem-se à expressão inglesa hard rock]. Como mencionamos acima, podemos olhar para os elementos radioativos na rocha, e ver quanto do isótopo radioativo pai e quanto do isótopo estável filho temos na amostra. Nossos trabalhos de laboratório mostra que o processo da radioatividade não é afetado pela temperatura, pressão ou outros fatores externos, e se dá a uma taxa estipulada somente pelos pequenos relógios naturais construídos no núcleo do átomo. Já que muitas rochas tem mais de um elemento radioativo, elas realmente possuem muitos relógios nucleares funcionando ao mesmo tempo. Eles podem ser comparados para checar nossos resultados. Rochas individuais na Terra possuem idades medidas que vão da semana passada (para rochas que congelaram de fluxos de lava no Havaí) até mais de 4 bilhões de anos atrás.

A Terra Vista do Espaço

Se você e seus alunos derem uma boa olhada em um mapa-múndi, vocês podem ver que os continentes "se ajustam" um ao outro como peças de um quebra-cabeça. A linha costeira da África, por exemplo, se ajusta bem à linha costeira da América do Sul. Isso ocorre porque estes continentes estavam conectados, mas foram separados. Há muito tempo no passado, a própria face de nosso mundo era diferente. Hoje em dia, os cientistas podem realmente medir a taxa com a qual os continentes estão se movendo - uns poucos centímetros por ano - e estimar quanto tempo levou para que eles se deslocassem até suas posições atuais.

b) Mudanças nas Estrelas

Uma das grandes descobertas da ciência moderna é que as estrelas (como as pessoas) vivem somente uma quantidade de tempo finita e então morrem. Apesar de que as vidas das estrelas são enormemente mais longas do que o tempo de uma vida humana, podemos aprender sobre a história de vida das estrelas estudando-as em muitos estágios diferentes de seu ciclo de vida, do nascimento à morte. Como uma analogia, imagine que uma raça hipotética de alienígenas visitasse a Terra por uma hora ou duas, e tivesse de fazer observações para descobrir o ciclo de vida dos humanos. O estudo de um ser humano ou mesmo três ou quatro neste curto período de tempo dificilmente daria a eles muita informação útil.

O truque seria examinar o maior número possível de tipos diferentes de humanos e deduzir os diferentes estágios de suas vidas. Por exemplo, alguns deles poderiam visitar uma maternidade, e ver humanos em um estágio pouco antes ou depois do nascimento. Eles poderiam até mesmo ver um nascimento ocorrendo. Outros no mesmo hospital poderiam testemunhar os estágios logo antes e após a morte. Alguns pelas ruas iriam observar pessoas de várias idades: jovens com seus pais, velhos com suas crianças, adolescentes e adultos em vários grupos.

O Aglomerado de Estrelas das Plêiades

Similarmente, os astrônomos (capazes de contemplar qualquer estrela por somente um "momento" de sua longa existência) devem examinar muitas estrelas e desejar encontrar uma parcela em cada estágio de vida. E temos sido capazes de fazer exatamente isso - encontramos estrelas jovens próximas a "maternidades" de gás e poeira onde nasceram. Podemos observar estrelas como nosso próprio Sol, que estão no estágio "adulto" de suas vidas. (Um bom número destas estrelas como o Sol próximas são circundadas por um ou mais planetas, exatamente como o Sol.) Podemos ver estrelas gigantes vermelhas em "crises de meia-idade", infladas por mudanças em seu interior. E estudando cadáveres estelares chamados anãs brancas e estrelas de nêutrons, observamos os efeitos posteriores da morte estelar.

Os processos lentos de vida e morte estelar podem ser deduzidos por agrupamentos de estrelas chamados aglomerados estelares, grupos de estrelas que nascem juntas e vivem suas vidas como um grupo. Um bom exemplo de tal grupo é o belo aglomerado das Plêiades, que pode ser visto nos céus de outono a inverno [o autor se refere ao hemisfério Norte; no hemisfério Sul, este aglomerado é visível na primavera e no verão]. Em um aglomerado desse tipo, diferentes estrelas vivem suas vidas em diferentes passos, e podemos encontrar estrelas que começaram juntas, mas estão agora em estágios muito diferentes de suas vidas.

Mudanças em como as estrelas vivem suas vidas podem ser observadas diretamente em uma classe especial de estrelas chamadas "estrelas variáveis pulsantes"; a Estrela do Norte - Polaris - é um exemplo. Esta estrela se expande e contrai em um ritmo específico, a cada 4 dias. Mas como ela cresce lentamente com a idade, o ritmo se altera, e a expansão e contração regular leva mensuravelmente mais tempo.

O que aprendemos do estudo das estrelas em diferentes estágios (e da simulação de seu comportamento e sua física em computadores de alta velocidade)? Encontramos que as estrelas evoluem de uma forma a outra - de jovens energéticas, a adultas estáveis, a gigantes infladas, até a morte, tornando-se um cadáver. Notamos (já que algumas estrelas explodem) que novas gerações de estrelas incluem alguns dos materiais produzidos por gerações anteriores e que o número de átomos mais complexos no universo está crescendo lentamente. Temos boas evidências de que nosso Sol (com seus planetas) não estava entre as primeiras estrelas que o universo produziu, mas se formou mais tarde a partir de materiais enriquecidos pelas mortes das gerações prévias.

Essa é uma idéia-chave em astronomia - que a evolução das estrelas gradualmente muda a constituição do cosmos. As estrelas não são meros enfeites para nossa existência na Terra - criaturas tão complexas como nós não poderiam ser formadas sem os materiais que as gerações anteriores de estrelas deixaram para o "poço de elementos" cósmico. Como o próprio Sol não irá durar para sempre, mas irá morrer um dia. Neste processo, ele vai eventualmente expandir e tornar a vida na Terra impossível, independentemente do que nós, humanos, façamos.

c) Mudanças no Universo

Como mencionamos, a luz leva um bom tempo para nos alcançar vinda das partes distantes do universo. Portanto, se olharmos para uma região distante, estamos olhando também à distância no tempo. Examinando a luz (e outras radiações) provenientes de diferentes épocas na história cósmica, podemos aprender sobre a evolução do universo inteiro.

Por exemplo, as observações revelam que os quasares, gigantes eventos energéticos nos núcleos das galáxias, são mais comuns a grandes distâncias do que o são nas proximidades. Concluímos assim que eles eram mais comuns no passado do que hoje em dia. Em um universo que não está evoluindo, devemos ver um mesmo número destes núcleos galácticos hiper-ativos em cada período da história cósmica. Mas se vemos mais no passado, isso implica que ao longo do tempo os quasares se tornaram menos comuns. A evidência mostra que eles são ativos quando as galáxias são jovens, mas geralmente tendem a enfraquecer conforme as galáxias envelhecem. Nossa galáxia da Via Láctea parece ter um quasar morto em seu centro, como várias outras galáxias em nossa vizinhança.

Da mesma forma, as observações mostram que as galáxias que estão a bilhões de anos luz de distância, e são portanto vistas como eram há bilhões de anos atrás, estão formando estrelas a uma taxa muito maior do que galáxias mais próximas e mais velhas. No início de suas vidas, as galáxias têm mais recursos para formar novas estrelas, enquanto se torna mais difícil criar novas estruturas das escassas matérias-primas conforme as galáxias envelhecem. Novamente, vemos que as próprias galáxias estão evoluindo.

Mapeamento da Radiação Cósmica de Fundo

Talvez a descoberta mais espetacular de todas foi um pequeno silvo de sinais de rádio vindo igualmente de todas as direções do universo. Este silvo de fundo tem um espectro (uma faixa de ondas) que somente podem ser produzidas por matéria comprimida a altas densidades e aquecida a enormes temperaturas. O que poderia ter enchido todo o universo com tal radiação? Nossas evidências mostram que ela é o fraco remanescente do inferno fulminante do Big Bang, agora resfriado pela expansão do universo. Esta descoberta fornece evidência direta de que, há muito tempo no passado, o universo era ultra-denso e ultra-quente, muito diferente do frio e bem mais espalhado universo que vemos hoje em dia. Muitas outras linhas de evidência também apontam um princípio quente para o cosmos.

Hoje em dia, os astrônomos estão mapeando esta "radiação rádio de fundo" em detalhes para aprender tudo o que pudermos sobre como o universo evoluiu nestes dias primordiais. Recentemente, estas mapas começaram a revelar as "sementes" da estrutura que vemos agora no universo - regiões mais densas de gás que subseqüentemente deram luz aos grandes grupos de galáxias que observamos em torno de nós.

Novamente, é claro que o universo mudou profundamente desde seus primeiros dias.

Ciência e Religião

A humanidade sempre se questionou a respeito da natureza, da origem e do objetivo do universo, e esses pensamentos têm sido partes importantes de muitas tradições religiosas. A ciência e a religião não estão necessariamente em conflito. De fato, muitos cientistas possuem fortes crenças religiosas. Um levantamento dos cientistas americanos conduzida em 1997 descobriu que 40% acreditava em um Deus pessoal, o mesmo número encontrado em levantamentos similares conduzidos em 1914 e 1933 (Ver o artigo na "Scientists and Religion in America", na edição de setembro de 1999 da revista Scientific American.) Muitas pessoas de uma variedade de crenças religiosas aceitam o testemunho da ciência, incluindo evidências para a grande idade do universo. Na realidade, eles podem achar que ela aprofunda sua compreensão da criação e reforça sua fé.

A abordagem que uma pessoa adota para relacionar a ciência e a religião provavelmente depende em sua experiência de vida e pressuposições. Quando falarmos com estudantes, devemos evitar defender que a ciência e a religião são necessariamente opostas entre si. Os estudantes não precisam desistir de sua fé para serem cientistas ou para apreciar a visão científica do universo.

Nem mesmo precisam rejeitar a ciência para manter sua fé. Devemos evitar dar respostas simplistas para questões sobre a relação entre a ciência e a religião. Tais questões são complexas, e pessoas de muitas crenças têm encontrado diferentes respostas a elas.

A reverência e o esplendor do universo inspiraram artistas e poetas tanto quanto o fizeram com cientistas. Planetas, estrelas, galáxias e suas histórias permanecem uma fonte de beleza e maravilha para pessoas de todas as idades e todos os credos. A iluminação trazida pela ciência pode reforçar todas as formas de espiritualidade - religiosa ou humanista. O entendimento, compreensão e apreciação das vastas escalas de espaço e tempo podem reforçar a vida de todos os nossos estudantes, sejam quais forem suas origens culturais ou crenças religiosas. Compartilhar o senso de pertencer ao universo com nossos estudantes pode ser uma das mais importantes missões de um professor. Nenhum de nós deveria sentir-se insignificante ou irrelevante quando olhamos para, ou pensamos sobre, o universo. Parafraseando o cientista francês Henri Poincaré: "a astronomia é útil porque mostra quão pequenos nossos corpos e quão grandes nossas mentes". Saber que somos parte de um universo vasto e em evolução, de bilhões de anos de idade, é parte dos direitos de nascença de cada ser humano no planeta Terra.

Agradecimentos

Agradecemos a Nalini Chandra (University of Toronto), Douglas Hayhoe (Toronto District School Board), e Eugenie Scott (National Centre for Science Education) por seus comentários produtivos.

Apêndice Um

Creationism Versus Evolution: An Astronomical Perspective
A Resource Guide for Teachers

The list below offers two kinds of resources: First, some examples of readings that explain how scientists determine the antiquity of the solar system, the stars, and the universe as a whole. And second, guides to creationist claims and the responses scientists make to them.

1. The Age and Evolution of the Cosmos and its Contents

a. General Readings

The Oct. 1994 issue of Scientific American magazine was devoted to "Life in the Universe" and has articles on the evolution of the universe, the Earth, and life.

Zimmer, C. "How Old Is It?" in National Geographic, Sept. 2001, p. 78. An excellent, up-to-date, profusely-illustrated resource.

Any modern textbook in astronomy can give you a good introduction to how we measure ages and how we view cosmic evolution. A list of currently available textbooks (and their web sites) is kept at: www.astrosociety.org/education/resources/educsites.html

b. The Age and Evolution of the Solar System

Dalrymple, G. Brent The Age of the Earth. 1991, Stanford U. Press. A discussion of how we measure the ages of objects in our solar system.

Hartmann, William "Piecing Together Earth's Early History" in Astronomy, June 1989, p. 24.

Wood, John "Forging the Planets" in Sky & Telescope, Jan. 1999, p. 36.

Wood, John "The Origin of the Solar System" in Beatty, J., et al., eds. The New Solar System, 4th ed. 1999, Sky Publishing/Cambridge U. Press.

c. The Age and Evolution of the Universe

Chown, Marcus The Magic Furnace: The Search for the Origin of Atoms. 2001, Free Press/Simon & Schuster. Readable history of the discovery of atomic structure and how stars build up atoms over time.

Davies, Paul "Everyone's Guide to Cosmology" in Sky & Telescope, March 1991, p. 250.
Ferris, Timothy The Whole Shebang. 1997, Simon & Schuster. See especially Chapter 7 on "Cosmic Evolution."

Glanz, James "On Becoming the Material World" in Astronomy, Feb. 1998, p. 44. On how the elements were made in the universe.

Roth, Joshua "Dating the Cosmos: A Progress Report" in Sky & Telescope, Oct. 1997, p. 42.

d. Measuring Cosmic Distances

Eicher, D. "Candles to Light the Night" in Astronomy, Sep. 1994, p. 33. On ways we use cosmic objects that have a standard brightness to measure distances.

Ferguson, Kitty Measuring the Universe: Our Historic Quest to Chart the Horizons of Space and Time.1999, Walker.

Reddy, F. "How Far are the Stars?" in Astronomy, June 1983, p. 6.

2. Responding to Creationist Claims

The literature examining this controversy is enormous; the list below is merely a representative sampling.

Books

Berra, T. Evolution and the Myth of Creationism: A Basic Guide to the Facts in the Evolution Debate. 1990, Stanford U. Press.

Futuyma, D. Science on Trial: The Case for Evolution. 1983, Pantheon. A leading evolutionary biologist explains the case for evolution that the creationists seek to deny.

Godfrey, L., ed. Scientists Confront Creationism. 1982, Norton. A useful collection of articles.

Kitcher, P. Abusing Science: The Case Against Creationism. 1982, MIT Press. A philosopher takes a critical look at the claims against evolution and illuminates the issues involved.

McGowan, C. In the Beginning: A Scientist Shows Why the Creationists are Wrong. 1984, Prometheus Books. A Canadian zoologist examines and refutes creationist arguments.

National Academy of Science. Teaching about Evolution and the Nature of Science. 1998, National Academy Press. A guide for teachers.

Ruse, M., ed. But Is It Science? 1996, Prometheus. A collection of articles about the creationism/evolution controversy, by scientists, philosophers, etc.

Strahler, A. Science and Earth History: The Evolution / Creation Controversy. 1987, Prometheus Books. A discussion from the geologist's point of view, with lots of information about dating the Earth's rocks.

Tuomey, C. God's Own Scientists: Creationists in a Secular World. 1994, Rutgers U. Press. An anthropologist examines the culture of creationism as if he were looking at far-away tribe.

Wilson, D., ed. Did the Devil Make Darwin Do It? Modern Perspectives on the Creation-Evolution Controversy. 1983, Iowa State U. Press. Interesting collection of essays, by historians, scientists, and educators, laying out the history of the controversy and the perspectives of the sciences.

Gould, Stephen Rocks of Ages: Science and Religion in the Fullness of Life. 1999, Library of Contemporary Thought. A well-known scientist and popularizer looks at the relationship between science and religion.

Articles

Abell, G. "The Ages of the Earth and the Universe" in Godfrey, Laurie, ed. Scientists Confront Creationism. 1983, Norton.

Asimov, I. "The Threat of Creationism" in the New York Times Magazine, June 14, 1981, p. 90.

Bobrowsky, M. "Teaching Evolutionary Processes to Skeptical Students" in The Physics Teacher, Dec. 2000, vol. 38, p. 565. Includes an astronomer's responses to creationist arguments.

Dutch, S. "A Critique of Creationist Cosmology" in Journal of Geological Education, 1982, vol. 30, p. 27.

Larson, E. & Witham, L. "Scientists and Religion in America" in Scientific American, Sept. 1999, p. 88. Deals with the range of scientists' religious views, and contains some useful insights on the issue of evolution.

Scott, E. "Antievolution and Creationism in the U.S." Annual Reviews of Anthropology, 1997, vol. 26, p. 263. A leading pro-evolution educator summarizes the issues.

Rusk, J. "Answers to Creationism" in The Planetarian (Journal of the International Planetarium Society), Sep. 1988, vol. 17, No. 3.

Magazines that Follow the Controversy

Reports of the National Center for Science Education, P.O. Box 9477, Berkeley, CA 94709. The center works to oppose the efforts of creationists and to assist educators who want to present the evolutionary perspective.

Skeptical Inquirer Magazine, CSICOP, P.O. Box 703, Amherst, NY 14226. The official magazine of the Committee for the Scientific Investigation of Claims of the Paranormal, the leading skeptical group in the world; it seeks to educate teachers and the public about fantastic claims and how to test them.

A Few Helpful Websites:

National Center for Science Education [www.ncseweb.org] is the key organization working to oppose the efforts of creationists and to assist educators who want to present the evolutionary perspective. The site is full of excellent information and links.

Science and Creationism [bob.nap.edu/html/creationism] is a short booklet from the National Academy of Sciences, with a fine summary of the scientific perspective on evolution.

Teaching about Evolution and the Nature of Science [bob.nap.edu/html/evolution98 OR www.nap.edu/books/0309063647/html/index.html] is a short book from the National Academy with hints and resources for teachers.

Talk.Origins Archive [www.talkorigins.org] contains articles, essays, and discussion about all aspects of the creation/evolution controversy.

Questions and Answers about Creationism/Evolution: [www2.uic.edu/~vuletic/cefec.html] A nicely organized summary of creationist arguments and scientific responses.

Voyages through Time [www.seti.org/education/vtt-bg.html] is a curriculum for a one-year high school integrated science course centered on the unifying theme of evolution, being developed by the SETI Institute and others.

A Few Resources on Science and Religion:

The American Scientific Affiliation (http://www.asa3.org) is an organization of professional scientists who are Christians. This group has written a handbook for teachers: "Teaching Science in a Climate of Controversy" (http://www.asa3.org/ASA/resources.html), which includes activities for students, and teaching strategies. It emphasizes the remaining open questions in biological and cosmic evolution, as well as the solid evidence for the parts that we do understand.

There is also a web site and email list of professional astronomers who are Christians: http://www.calvin.edu/~dhaarsma/chr-astro.html. Many religions other than Christian, of course, may be represented among your students. The web site www.geocities.com/fourtyres contains a thoughtful article, by science teacher Dr. Douglas Hayhoe, about some possible relationships between science and religion.

Appendix Two

Activities for Teaching about the Age of the Universe and Its Contents

Below are a few activities that you can do with your students to show them how science works and how we have come to know about the age and evolution of the universe.

At the beginning of any discussion of the age and origin of the universe, it is helpful to have the students, working in small groups, discuss and write down their views on questions such as (a) How do you think the Universe began? (b) Where did you get this understanding? (c) Of the answers which your classmates gave for question (a), which do you think is the most correct? Why? This activity can be repeated at the end of the topic.

Cosmic Calendar

* Cosmic Calendar: www.astrosociety.org/education/astro/act2/cosmic.html
Students learn to scale the history of the universe since the Big Bang to a one-year calendar, noting where significant events (such as the formation of the Earth or the rise of humans) would fall in that year.

* Toilet Paper Geologic Time Scale: www.nthelp.com/eer/HOAtimetp.html
This activity uses a roll of toilet paper to measure out the 4.6-billion year time span since the Earth formed to scale. Includes a list of major events in biology and geology over that span.

* Exploring Mars: Old, Relatively: cass.jsc.nasa.gov/expmars/activities/oldrel.html
Students examine an image of part of the Mariner Valley complex on Mars with craters and landslides, to see which features formed in what order. (A similar activity using an image with outflow channels and craters is found at: cass.jsc.nasa.gov/expmars/channels.html)

* Hubble Deep Field Academy: amazing-space.stsci.edu/hdf-top-level.html
Students work with real images from the "Hubble Deep Field" - a long exposure view of the most distant galaxies - as they learn about galaxy classification and estimating galaxy distances. (Good use of real data!) Some of the "too-cute" web features may discourage older students, but hard-copy versions are available and can be down-loaded.

* The Expanding Universe: btc.montana.edu/ceres/html/uni1.html
An activity on Hubble's Law, which describes the expansion of the universe. Students measure the separation of dots on an expanding balloon and derive the relationship. Involves learning about cepheid variable stars and cosmic distance measurement.

* Direct Hit at the K-T Boundary in Exploring Meteorite Mysteries: spacelink.nasa.gov/Instructional.Materials/NASA.Educational.Products/Exploring.Meteorite.Mysteries/ Students search for evidence for an impact 65 million years ago that may have killed the dinosaurs (and as many as half of all species living on Earth) and study how such an impact might have affected global climate.

For more activities like this, see two collections of hands-on astronomy activities published by the non-profit Astronomical Society of the Pacific:

• Universe at Your Fingertips [www.astrosociety.org/education/astro/astropubs/universe.html]
• More Universe at Your Fingertips [www.astrosociety.org/education/astro/astropubs/moreuniverse.html]

You can call 1-800-335-2624 to order these books.

For a much longer list of good astronomy activities on the Web, see:
www.astrosociety.org/education/activities/astroacts.html

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Andrew Fraknoi (Foothill College), George Greenstein (Amherst College), Bruce Partridge (Haverford College) e John Percy (University of Toronto)

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© Copyright 2001, American Astronomical Society. Permission to reproduce in its entirety for any non-profit, educational purpose is hereby granted. For all other uses contact the publisher: Astronomical Society of the Pacific, 390 Ashton Ave., San Francisco, CA 94112.

A publicação foi autorizada pelo editor do ensaio original.

O ensaio base original está disponível em http://www.astrosociety.org/education/publications/tnl/56

Traduzido por: Sandro Rembold

Traduções para o espanhol e sugestões para correções na tradução e na gramática são bem-vindas.