terça-feira, 26 de agosto de 2014

Como é calculada a idade da Terra e do universo?

Introdução

Astrônomos e geólogos determinaram que o universo e a Terra tem bilhões de anos. Essa conclusão não é baseada em apenas uma medida ou um calculo, mas em vários tipos de evidencia. Aqui nós vamos descrever apenas dois tipos de evidencias para uma Terra antiga e dois tipos de evidencia para um universo antigo; mais tipos podem ser encontrados no Leia Mais. Esses métodos são independentes um do outro, baseados em separar observações e argumentos, ainda todos os pontos para uma história muito maior do que 10.000 anos. Como Cristãos, nós acreditamos que Deus criou o mundo e que o mundo declara a sua gloria, então nós não podemos ignorar o que a natureza esta nos dizendo sobre sua história.


A Idade da Terra de anéis sazonais e camadas

Se você já viu uma fatia horizontal de uma arvore, você viu como a arvore forma um novo anel a cada ano. Em anos de seca, a arvore cresce menos rapidamente que o anel mais estreito; em estações melhores de crescimento o anel é mais espesso. A idade de uma arvore pode ser encontrada simplesmente contando os anéis. Ao comparar o padrão dos anéis grossos e finos com os registros de clima, cientistas podem verificar que o método é preciso. Esse método pode até mesmo ser usado em arvores mortas que caíram nas florestas muito tempo atrás. Por exemplo, os últimos 200 anéis de uma arvore morta pode coincidir com 200 anéis em cada ano de uma arvore viva, assim as duas arvores juntas podem contar muitos anos. Dessa forma, muitas arvores podem ser usadas para construir uma cronologia mestra para uma região florestal. Carvalhos Europeus foram usadas para construir uma cronologia de 12.000 anos.
As camadas de gelo anuais em geleiras nos dão um método similar que vai muito mais longe na história. Cada ano, a queda de neve varia pelas estações e uma camada anual é formada. Como os anéis das arvores, esse método pode ser verificado comparando com os registros históricos de clima, assim como o registro de erupções vulcânicas através do globo que deixam camadas finas de poeira nas geleiras. Cientistas perfuraram o núcleo de gelo das geleiras e descobriram gelo de até 123.000 anos em Greenland e 740.000 anos na Antártica. Essas camadas anuais vão muito alem de 10.000 anos defendidos pelos Criacionistas de Terra Jovem. A Terra tem que ter pelo menos 740.000 anos.

A Idade da Terra e o sistema solar por datação radiométrica

Em sua sala de aula de ciência, você deve ter visto um grande pôster da tabela periódica na parede. A tabela periódica mostra os tipos de átomos que fazem o mundo a nossa volta. Um elemento na tabela periódica pode vir em vários sabores chamados isótopos. Alguns isótopos são instáveis, e através do tempo esses isótopos “caem” para isótopos de outros elementos. Por exemplo, Potássio-40 é instável e cai para Argônio-40. Com o passar do tempo, uma rocha vai mais e mais Argônio-40 e menos Potássio-40. Datação radiométrica é possível porque essa queda ocorre em uma taxa conhecida, chamada “meia-vida” ou elemento radioativo. A meia-vida é o tempo que leva para metade da amostra radioativa mudar de um elemento para outro.
Alguns isótopos têm meia-vida curta de minutos ou anos, mas Potássio-40 tem meia-vida de 1.3 bilhões de anos. Datação radiométrica requer que alguém entenda a taxa inicial de dois elementos em uma amostra colhida por algum meio. Nesse caso, Argônio-40 é um gás que facilmente vira bolhas e escapa quando é é produzido em rocha derretida. Assim que a rocha endurece, no entanto, todo o Argônio-40 é colocado na amostra, nos dando um registro preciso de quanto Potássio-40 decaiu desde a ultima vez. Então, se nós encontramos rochas com partes iguais de Potássio-40 e Argônio-40, nós sabemos que metade do Potássio-40 tem decaído em Argônio-40 e que a rocha endureceu 1.3 bilhões de anos.
É difícil encontrar rochas na superfície da Terra que não foram alteradas pelo tempo. Muitas rochas antigas foram corroídas pelo vendo e água ou submergidas pelas placas continentais. A mais antiga formação de rochas datada esta em Greenland, onde diversos tipos de isótopos foram usados para chegar a idade de 3.6 bilhões de anos. Cientistas também dataram recentemente grãos zircônio (que resistem a erosão) no oeste da Austrália de 4.4 bilhões de anos. Para achar rochas mais antigas que não foram erodidas, nós precisamos olhar alem da Terra. Meteoritos são rochas do sistema solar que caíram na Terra recentemente e não sofreram erosão. Seu interior intocado nos da uma idade que data a sua formação no inicio do sistema solar. Praticamente todos os meteoritos têm a mesma idade radiométrica, 4.56 bilhões de anos. Então, o sistema solar, incluindo a Terra, tem aproximadamente 4.560.000.000 anos.

Idade de galáxias do tempo de viagem da luz

E a idade das estrelas, galáxias e a idade de todo o universo? Um meio de medis essa idade é com o tempo de viagem da luz. Luz viaja incrivelmente rápido – 300.000 quilômetros por segundo ou 186.000 milhas por segundo. Na Terra, o atraso pelo tempo de viagem da luz é uma pequena fração de segundo. Mas no espaço, as distancias são tão vastas que a luz leva uma quantidade de tempo substancial para chegar até nós: 8,3 minutos do Sol, 4,3 anos da estrela mais próxima, e aproximadamente 8500 anos do centro da galáxia da Via Láctea. Essa decaída significa que nós não vemos esses objetos como eles são agora, mas como eles eram quando a luz os deixou. O universo na verdade trabalha como um tipo de “maquina do tempo”, no qual nós podemos ver o passado simplesmente olhando longe o bastante.
O calculo do tempo da viagem da luz é simples quando você sabe a velocidade da luz e tem a medida da distancia. A velocidade da luz é bem conhecida de experimentos na Terra, e várias observações astronômicas confirmam que a velocidade da luz não mudou através da história do universo. Mas medir distancia em astronomia não é trivial – você não pode simplesmente amarrar uma fita métrica daqui até o centro da galáxia! Ao invés disso, astrônomos usam vários métodos de bloqueios para determinar a distancia, como cálculos geométricos e medição de brilho. Por exemplo, algumas galáxias parecem bem menores e mais fracas do que outras do mesmo tipo, mostrando que elas estão mais longe.
A galáxia de Andrômeda, uma vizinha próxima de nossa galáxia Via Láctea, esta apenas a 2.3 milhões de anos luz daqui. Isso é, nós vemos ela como ela era a 2.3 milhões de anos atrás. Mas isso é apenas nossa vizinhança local. Em décadas recentes, astrônomos têm detectado galáxias localizadas diversos bilhões de anos luz daqui. Se a luz tem viajado bilhões de anos até chegar a nós, então o universo deve ser pelo menos tão velho quanto. Isso é completamente independente da datação radiométrica do sistema solar, mas ambos os métodos apontam para uma idade de bilhões de anos, não milhares.

A Idade do Universo da expansão

Astrônomos não podem apenas medir a distancia das galáxias, eles também podem medir como as galáxias estão se movendo. Galáxias não estão paradas no espaço, nem estão se movendo aleatoriamente. Algumas galáxias estão se movendo para seus vizinhos, atraídos por sua gravidade mutua. Mas o maior padrão que vemos é que as galáxias estão se afastando umas das outras. Esses movimentos de distanciamento não estão todos na mesma velocidade; na verdade eles seguem um padrão onde as galáxias que estão mais longe estão se movendo mais rápido.
Esse padrão particular indica que todo o universo esta se expandindo. Para ver por que, considere um pão de passas. As passas são como galáxias e a massa é como a fabrica de espaço no universo. Enquanto a massa cresce, ela carrega as passas ao longo, colocando eles mais distantes um do outro. Passas que começaram no lado oposto da massa vão estar alguns centímetros mais distantes depois da massa crescer, enquanto passas que começaram próximas uma da outra só moveram meio centímetro. Então, a velocidade de seu movimento é proporcional a separação entre eles. Da mesma forma, o espaço do universo coloca galáxias mais distantes enquanto o universo expande.
Astrônomos detectaram o movimento de galáxias olhando para seu espectro de luz. Quando uma galáxia é levada para longe pela expansão do espaço, suas ondas de luz são esticadas, fazendo parecer avermelhadas. A mudança na cor da galáxia é chamada de desvio vermelho, e pode ser usado para calcular sua velocidade. Da medição de varias galáxias, astrônomos podem medir precisamente a taxa de expansão do universo como um todo.
A idade do universo pode ser determinada pela imagem que o universo tinha no passado, “rebobinando” a expansão. No passado as galáxias deviam estar próximas, e no passado distante elas deviam estar embaladas em um ponto minúsculo. Se nós assumirmos que a taxa de expansão é constante pelo tempo, a idade do universo como um todo é próxima de 10 bilhões de anos. No entanto, astrônomos têm trabalhado nos últimos 20 anos para determinar como a taxa de expansão muda com o tempo. Nós agora sabemos que no começo do universo a expansão estava ficando lenta, mas agora esta acelerando. Usando medições cuidadosas dessa mudança na taxa de expansão, a idade do universo é agora conhecida quase precisamente como sendo 13.7+/-0.13 bilhões de anos.

Conclusão

Muitas medições cientificas diferentes e complementares foram estabelecidas com quase certeza que o universo e a Terra tem bilhões de anos. Camadas nas geleiras mostram uma história muito mais longa do que 10.000 anos e a datação radiométrica coloca a formação da Terra em 4.5 bilhões de anos. Luzes de galáxias estão chegando a nós bilhões de anos depois de sua partida, e a taxa de expansão do universo data sua idade para 13.7 bilhões de anos. Esses são apenas algumas amostras dos tipos de evidencias para a grande idade da Terra e do universo.


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