quinta-feira, 18 de junho de 2009

Entenda como os cientistas sabem a composição química dos planetas e estrelas


Como é possível determinar de que são feitas as estrelas ou atmosfera de Planetas se apenas sua tênue luz chega até nós?
A composição química dos objetos celestes é quase sempre feita através de uma técnica chamada espectroscopia, que nada mais é do que a análise do "espectro" produzido pela luz da estrela após passar por um prisma ou uma rede de difração, capaz de decompor a luz vinda do espaço em suas cores primárias.
Para entender como funciona o processo é preciso voltar um pouco no tempo e lembrar que em 1665 o físico Isaac Newton demonstrou que a luz branca, ao passar por um prisma de vidro se decompõe em diferentes cores, formando o um espectro contendo as cores do arco-íris.
Mais de um século depois, em 1802, William Wollaston repetiu o experimento de Newton, mas descobriu que quando a luz do Sol passa por uma fenda antes de passar pelo prisma, produz uma série de linhas escuras em algumas partes do espectro colorido.
Hoje sabemos que essas linhas escuras são as imagens da própria fenda vistas em diversos comprimentos de onda, mas na ocasião foram interpretadas pelo próprio Wollaston como sendo os limites entre as cores vistas no espectro.
O tempo passou e até o ano de 1820 um fabricante de instrumentos óticos chamado Joseph von Fraunhofer já havia observado mais de 570 linhas escuras em diversas regiões do espectro colorido.
Na ocasião, Fraunhofer apontou seu equipamento ainda rudimentar para as estrelas Sírius, Castor, Pollux, Capella, Betelgeuse e Procyon e também observou raias escuras sobre os espectros formados. O problema é que ainda não se sabia o que gerava as linhas.

Surge a Espectroscopia
O grande salto para a explicação das linhas observadas nos espectros aconteceu em 1856, após a invenção do bico de Bunsen, aquele bico de gás usado nos laboratórios de química e que tem a chama incolor. Como se sabe, quando se vaporiza algum material no bico de Bunsen, a cor emitida é a da própria substância e não a da chama do bico.
Robert Wilhelm Bunsen, o inventor do bico de Bunsen, tinha como colaborador um jovem físico chamado Gustav Robert Kirchhoff, já famoso por ter formulado as leis que governam o comportamento dos circuitos elétricos e que levam seu nome.

Kirchhoff sugeriu a Bunsen que a cor da chama vaporizada no bico de gás seria melhor observada se fosse passada através de um conjunto de lentes e um prisma. Durante muitos dias os dois cientistas vaporizaram diversas substâncias sobre a chama do bico, entre eles o sódio, mercúrio e cálcio. Cada elemento que era vaporizado produzia raias em diferentes posições do espectro.
Após muitas observações Kirchhoff e Bunsen concluíram que cada elemento químico produzia suas próprias linhas, o que significava que vistos através do prisma, cada um tinha uma assinatura própria, inconfundível.

Leis de Kirchhoff
Após muito pesquisar Kirchhoff formulou as três leis básicas da espectroscopia, necessárias para determinação da composição química de uma mistura de elementos.
1 - Um corpo opaco quente produz um espectro contínuo, seja sólido, líquido ou gasoso.
2 - Qualquer gás transparente produz um espectro de linhas brilhantes, atualmente chamadas de "linhas de emissão", sendo que o número e a posição destas raias dependem unicamente dos elementos químicos presentes no gás.
3 - Se a luz de um sólido (que produz espectro contínuo) passar por um gás com temperatura mais baixa, o gás frio causa o aparecimento de linhas escuras, atualmente chamadas de "linhas de absorção", sendo que a quantidade dessas linhas depende apenas dos elementos químicos presentes no gás.



Descobre-se o Hélio
Com base no trabalho de Kirchhoff, o astrônomo inglês Joseph Norman Lockyer descobriu, em 1868, uma nova linha no espectro solar que ainda não havia sido explicada. Como cada elemento tem uma assinatura espectroscópica própria, Lockyer batizou o novo elemento de "Helio", que em grego significa Sol.
O Hélio só veio a ser descoberto na Terra 27 anos depois, quando o químico inglês William Ramsay descobriu na vaporização do urânio uma linha na mesma posição espectral daquela encontrada por Norman no espectro do Sol.

Espectroscopia na Astronomia
Depois que Kirchhoff e Bunsen descobriram que cada elemento natural produz linhas espectrais próprias e Joseph Lockyer descobrir o elemento Hélio apenas observando o espectro solar, os astrônomos passaram a apontar seus "espectroscópios" para diversas estrelas, planetas e nebulosas e diversas propriedades dos objetos celestes se tornaram conhecidas.Atualmente a análise espectral não é feita apenas no seguimento visível da luz, que vai de 400 a 700 nanômetros, mas também nos comprimentos de onda do infravermelho e ultravioleta, onde os gases e sólidos apresentam propriedades diferentes. Além disso, os espectroscópios não usam mais os prismas para decompor a luz e sim redes de difração, uma espécie de anteparo com milhares de riscos que espalham os diversos comprimentos de onda da luz.

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