Olhando para o céu em uma noite clara e sem lua, você pode ver por volta de duas mil estrelas. No segundo século a.C., Hiparcos, um antigo astrônomo grego, olhou para o céu e viu as mesmas estrelas. Hiparcos gastou anos observando cuidadosamente as estrelas e se tornou uma das primeiras pessoas a fazer um mapa do céu. Usando seu mapa, juntamente com observações feitas pelos antigos babilônios, ele descobriu que se você olhar para as posições das estrelas no primeiro dia da primavera de cada ano, elas terão se deslocado um pouco em relação ao ano anterior. Sua descoberta é classificada como uma das maiores da história da astronomia. Mas ele não poderia ter feito essa descoberta sem seu mapa.

Hoje em dia, astrônomos estão prestes a fazer muitas outras excitantes descobertas. Eles têm encontrado objetos chamados quasares, que possuem o tamanho do Sistema Solar mas mais brilhantes do que uma galáxia inteira e são os mais distantes objetos do Universo. Eles têm encontrado estrelas fracassadas fracamente brilhantes chamadas anãs marrons, um elo perdido na evolução estelar. E eles estão construindo um mapa de todo o Universo que poderá esclarecer as origens do Universo há quinze bilhôes de anos atrás. Mas, assim como Hiparcos, astrônomos modernos não podem continuar a fazer essas descobertas sem um mapa preciso. Nos próximos anos, o Sloan Digital Sky Survey fará o mais detalhado mapa na história da Astronomia, um mapa que astrônomos usarão por décadas.

Observatório de Tycho Brahe

A História dos Mapeamentos do Céu

Mapeamentos do céu têm tido uma longa história e têm levado a algumas das mais importantes descobertas na Astronomia. O próximo maior mapeamento sistemático do céu não começara a até 1700 anos depois de Hiparcos. Tycho Brahe, um nobre dinamarquês do século 16, estudou os movimentos dos planetas a partir de um observatório em sua propriedade. Brahe e seus assistentes fizeram observações a olho nu com a ajuda de um grande sextante, uma ferramenta que marinheiros usavam para encontrar estrelas. O mapeamento de Brahe levou décadas e era mais preciso do que qualquer outro anterior. Depois da morte de Brahe, dados do seu mapeamento foram deixados para seu assistente, Johannes Kepler. Usando os dados de Brahe, Kepler deduziu que todos os planetas viajam ao redor do Sol em órbitas elípticas - deixando para trás para sempre a idéia de que a Terra era o centro do Universo - e derivou suas três famosas leis do movimento planetário. O trabalho de Kepler, baseado inteiramente no mapa de Brahe, figura como um dos mais importantes feitos intelectuais da ciência.

Durante os 300 anos após a época de Kepler, astrônomos pensavam que o Universo se consistia apenas de estrelas da nossa Via Láctea, juntamente com alguns objetos fracos, difusos e misteriosos que eles chamavam de "nebulosas". Muitos astrônomos acreditavam que esses objetos eram entremeados entre as estrelas. Mais tarde, foi descoberto que a maioria desses objetos eram na verdade galáxias independentes que se encontram a centenas de milhões de anos-luz da Terra. Telescópios primitivos eram incapazes de diferenciar estrelas individuais das mais distantes galáxias, então elas apareciam apenas como pequenas manchas nebulosas no céu.

Nossa galáxia Via Láctea é similar de muitas maneiras a esta, encontrada pelo SDSS.

Em 1917, um novo telescópio foi construído no Mount Wilson na Califórnia. O telescópio de Mount Wilson foi o maior já contruído na época e revelou uma imagem inteiramente nova do nosso lugar no Universo. Usando este telescópio, que era então considerado gigante, astrônomos descobriram que muitas das nebulosas eram outras galáxias como a nossa própria Via Láctea. Mapas posteriores mostraram que o Universo contém centenas de bilhões de galáxias. Menos de uma década depois dessa descoberta surpreendente, astrônomos descobriram outra supresa ainda maior: não apenas o Universo é formado de bilhões de outras galáxias, mas também está se expandindo e mudando com o passar do tempo.

O Universo em Expansão

Em dois mil anos de Astronomia, ninguém jamais havia pensado que o Universo pudesse estar se expandindo. Para os antigos astrônomos e filósofos gregos, o Universo era tido como sinônimo da perfeição. O céu era realmente um paraíso - imutável, permanente e geometricamente perfeito. No início do século 17, Isaac Newton desenvolveu sua lei da gravidade, mostrando que o movimento no céu poderia ser explicado usando as mesmas leis dos movimentos na Terra.

No entanto, Newton se deparou com um problema quando tentou aplicar sua teoria da gravidade para todo o Universo. Como a gravidade é sempre atrativa, sua lei previa que toda a massa do Universo deveria eventualmente se colapsar em uma grande esfera. Newton sabia que isso não era o caso e assumiu que o Universo tinha ficado estático. Então, ele conjecturou que o Criador colocara as estrelas de tal modo que elas estavam "a distâncias imensas umas das outras".

A Teoria da Relatividade de Albert Einstein é a base para nossos modelos cosmológicos do espaço e do tempo.

Em 1916, Albert Einstein se deparou com o mesmo problema de Newton. Einsteins tinha acabado de completar sua Teoria Geral da Relatividade, que explicava gravidade de uma forma diferente da lei de Newton. Como a teoria de Newton, a Relatividade Geral previa que o Universo deveria se colapsar em uma esfera. Como Einstein assumiu que o Universo deveria ser estático, ele adicionou um termo constante em suas equações para contrabalancear a gravidade em escalas grandes de distância. Alguns anos mais tarde, alguém sugeriu que as equações de Einstein poderiam ter outra solução na qual o Universo deveris estar se expandindo, mas Einstein continuou a trabalhar com seu termo constante, acreditando que o Universo estivesse estático.

Então, em 1924, Edwin Hubble do Carnegie Observatories em Pasadena, Califórnia, fez um novo mapa. Ele observou uma série de galáxias distantes e descobriu que a luz dessas galáxias eram deslocadas na direção do vermelho (redshifted) - ou seja, que ondas de luz eram esticadas da mesma forma que ondas sonoras em uma sirene se movendo. Quanto mais longe a galáxia, Hubble descobriu, maior era o deslocamento para o vermelho (redshift). As obsevações de Hubble mostraram que o Universo estava se expandindo, o que significava que tinha começado em um único ponto chamado Big Bang, por volta de 15 bilhões de anos atrás. Quando Einstein ficou sabendo da descoberta de Hubble, ele percebeu que suas equações previam todo o tempo um Universo em expansão e chamou aquele termo constante de seu "maior erro". Hoje em dia, a idéia do Universo em expansão se constitui na base para toda a astronomia moderna.

Mapeando o Céu - O que isso significa?

Desde a época de Hubble, outros poucos mapeamentos foram realizados. Mas a maioria da pesquisa científica se focou em observar um número pequeno de objetos individuais, geralmente escolhidos porque apresentavam, de algum modo, uma aparência incomum. Escolhendo objetos incomuns, astrônomos estavam tentando observar e catalogar uma grande diversidade de fenômenos celestes para descobrir e restringir os limites do "o que há lá fora". Mas alguns astrônomos, usando este método de pesquisa, descobriram que os cálculos que eles achavam serem simples e diretos eram, na verdade, difíceis. Por exemplo, eles descobriram que era particularmente difícil determinar a taxa de expansão do Universo (chamada de constante de Hubble), a densidade do Universo, como as galáxias se aglomeravam e até mesmo qual era a estrutura da maior parte da matéria do Universo. As razões para essas dificuldades eram claras: astrônomos tinham poucos dados para trabalhar. Era como se eles estivessem tentando estudar os oceanos, mas vendo apenas uma pequena porção do Atlântico Norte. Astrônomos perceberam que era hora de se fazer um outro mapa de todo o céu, um que pudesse ver grandes porções do céu a distâncias de até vários bilhões de anos-luz. Agora que a tecnologia tem se tornado suficientemente avançada, este mapa está sendo criado pelo Sloan Digital Sky Survey.

O que significa quando dizemos que o SDSS vai mapear o Universo: Para o SDSS, mapear significa medir posições e propriedades de todas as centenas de milhões de objetos celestes que o seu telescópio possa observar de forma adequada: mais de um quarto do céu do Hemisfério Norte. Para encontrar esses objetos, os astrônomos do SDSS devem primeiro usar seus telescópios para fotografar o céu sobre toda a área de mapeamento. A partir deste primeiro conjunto de observações, quase todos os objetos podem ser catallogados em tipos bem conhecidos como estrelas, galáxias e quasares. Este mapeamento também mede as posições dos objetos de forma bastante precisa. O mapeamento já é, de certa forma, um mapa do céu: diz aos astrônomos onde olhar para encontrar qualquer um dos objetos. Mas os astrônomos também estão interessados em medir as distâncias a esses objetos, para obter uma figura tridimensional do "o que está lá fora".

Medidas de distância é de grande interesse especialmente para cosmólogos, que estudam a origem e a estrutura do Universo. Para encontrar distâncias de objetos celestes, os astrônomos do SDSS devem voltar a cada galáxia detectada e obervar uma vez mais com um instrumento chamado espectrógrafo - basicamente um grande prisma que separa a luz nas cores que a compõe. O espectrógrafo analisa a intensidade de cada cor da luz vinda de um objeto em particular. Como o Universo está se expandindo, o comprimento de onda de toda a luz que vem de uma galáxia tem sido esticado conforme tem viajado. Este estiramento é chamado redshift (desvio para o vermelho) da luz. Medindo o redshift de cada galáxia, astrônomos podem determinar a distância dessas galáxias e fazer um mapa tridimensional completo das posições das galáxias. A tecnologia avançada do Sloan Digital Sky Survey é capaz de medir as distâncias para algo em torno de 600 galáxias em menos de uma hora. Em cinco anos, o mapeamento terá medido distâncias de mais de um milhão de galáxias.

Um espectro de uma galáxia, que mostra a intensidade de luz emitida por uma galáxia em diferentes cores. Este espectro está esticado (ou redshifted) relativamente ao que seria aqui na Terra. O número "z" na parte inferior da imagem mostra o grau de redshift.

O Futuro da Astronomia

Da crença de que a Terra era o centro do Universo para o entendimento de que nosso Sol é apenas um entre centenas de bilhões de estrelas que formam nossa Via Láctea, o conhecimento humano viajou bastante entre a Antiguidade e a Renascença. E assim como os grandes exploradores da Renascença, astrônomos na virada do último século se aventuraram mais longe do que nunca e descobriram que o Universo é um lugar de longe bem maior do que qualquer um imaginara previamente. Os astrônomos do século 20 descobriram buracos negros se escondendo nos centros das galáxias, estrelas possuindo a massa de uma montanha comprimida em um tamnaho de um cubo de açúcar, galáxias se colidindo, estrelas explodindo e quasares - grandes faróis luminosos que emitem luz como mais de 1000 Via Lácteas.

E assim como os exploradores europeus foram rapidamente seguidos por botânicos, geógrafos, geólogos e agrimensores que de forma completa e sistemática exploraram o "Novo Mundo", astrônomos de hoje estão seguindo a liderança dos exploradores astronômicos do último século, embarcando em suas próprias explorações, completas e sistemáticas, dos céus.

O Universo, no entanto, não entrega seus segredos facilmente. O Sloan Digital Sky Survey tem trabalhado em conjunto com astrônomos de todo o mundo. Astrônomos usarão dados do SDSS para descobrir muito mais coisas surpreendentes nos anos que estão por vir.