O Trânsito de Vénus

 

NUNO CRATO

Reproduzido da Gazeta de Matemática 146, Janeiro de 2004

 

Dia 8 de Junho de 2004 observaremos uma passagem de Vénus em frente ao Sol, aquilo a que os astrónomos chamam trânsito. Durante algumas horas, ver-se-á um pequeno ponto negro atravessar o disco da nossa estrela. É um fenómeno a que já se tem chamado eclipse, mas impropriamente, pois a passagem do planeta nem obscurece significativamente o Sol nem é visível a olho nu. Como o diâmetro aparente de Vénus é apenas de 58 segundos de arco, portanto cerca de 33 vezes menor que o do Sol, para ver Vénus é necessário olhar cuidadosamente para o disco solar com óculos especiais ou com binóculos e telescópios munidos de filtros apropriados.

O fenómeno não é espectacular, mas é curioso. O que o transforma num evento especial é a sua raridade. Até hoje apenas foram observados cinco trânsitos de Vénus, o último dos quais em Dezembro de 1882. Não há nenhum ser vivo sobre o nosso planeta que alguma vez tenha visto Vénus atravessar-se em frente do Sol. E quem não tenha a sorte de o ver em 2004 terá de deslocar-se ao Oriente para o observar em 2012. Depois disso, o planeta só voltará a interpor-se entre nós e o Sol em 2117. Demasiado tarde para todos nós.

Trânsitos de planetas em frente ao Sol podem observar-se para Vénus e para Mercúrio, e só para estes, pois os restantes planetas nunca se interpõem entre nós e o Sol. O primeiro astrónomo a prever um destes fenómenos foi Johannes Kepler (1571–1630), que nas suas Tabelas Rudolfinas de 1627 anunciou um trânsito de Mercúrio em 7 de Novembro de 1631 e um de Vénus em 6 de Dezembro do mesmo ano. Este último, contudo, não seria visível da Europa, pois ocorreria a horas em que o Sol estava abaixo do horizonte para observadores neste continente.

Antes de Kepler e da sua descoberta das órbitas elípticas dos planetas, não se tinha conseguido atingir precisão suficiente no cálculo das posições dos astros para se poder fazer tais previsões. O grande astrónomo polaco morreu em 1630, mas o francês Pierre Gassendi (1592–1655) seguiu as suas indicações e observou a passagem de um pequeno ponto em frente ao Sol, apenas com algumas horas de diferença em relação às previsões de Kepler. Tratava-se de Mercúrio, e Gassendi tornar-se-ia assim no primeiro ser humano a registar um trânsito planetário.

Passados poucos anos, um jovem inglês com especial talento para a matemática, de nome Jeremiah Horrocks (1619?–1641), refez os cálculos de Kepler, aperfeiçoando as estimativas. Horrocks tomou em consideração as dimensões do nosso planeta, coisa que o astrónomo polaco não tinha feito pois, numa primeira abordagem, bastava considerar a Terra como um ponto material. Horrocks descobriu assim que, em 4 Dezembro de 1639, Vénus passaria de novo em frente do disco solar. Escreveu a William Crabtree (1610–1644), um jovem amigo com idêntico interesse pela matemática. No dia previsto, Horrocks e Crabtree testemunharam a passagem do planeta. Foram certamente as duas primeiras pessoas a observar o pequeno ponto escuro do planeta Vénus passar pelo Sol.

Passaram-se os anos e Edmond Halley (1656–1742) tem uma ideia genial: os trânsitos de Vénus poderiam ser aproveitados para medir a distância da Terra ao Sol, que na altura se conhecia com grande imprecisão. A sua ideia baseava-se numa engenhosa medida de paralaxe, ou seja, de desfasamento da posição do astro quando observado de locais diferentes. Mercúrio também poderia ser aproveitado para o mesmo efeito, mas como se encontrava muito mais perto do Sol, usá-lo era mais difícil.

Foi preciso esperar mais de um século pelo próximo trânsito, que teve lugar em 1761. Na altura, mais de uma centena de cientistas de todo o mundo estavam preparados para tomar partido do evento. O esforço internacional foi centralizado em Paris pelo astrónomo Joseph-Nicolas Delisle (1688–1768). Em Portugal, Teodoro de Almeida e Miguel António Ciera fazem e registam observações.

Este primeiro esforço resultou numa medida de paralaxe de 8,43’’, bastante perto dos 8,78’’ que hoje se estimam. Oito anos depois, quando se registou o trânsito de 1769, os astrónomos ampliaram o esforço internacional iniciado por Delisle. O célebre Capitão Cook fez nessa altura a sua primeira grande viagem, precisamente para observar o trânsito do Taiti, num local ainda hoje conhecido como Ponto Vénus. Como resultado obteve-se uma medida ainda mais exacta: 8,80’’.

Desde esse século heróico na história da astronomia, registaram-se dois outros trânsitos de Vénus, em 1874 e 1882, aperfeiçoando-se a medida de paralaxe para 8,79’’. Entretanto desenvolveram-se outros métodos de medida, nomeadamente aproveitando a oposição de Marte. A astronomia de posição obteve resultados tão precisos que o próximo trânsito de Vénus não oferece já uma oportunidade para medir o sistema solar. Mas será certamente uma oportunidade histórica que nenhum de nós quererá perder.

 

A medida de paralaxe

Em astronomia, define-se paralaxe do Sol como o desfasamento de posição angular desse astro quando observado sobre a Terra em dois pontos que distam entre si de um raio terrestre. Alternativamente, pode ser visto como metade do diâmetro angular da Terra se observada do Sol. Conhecendo a paralaxe solar e o raio terrestre, é possível calcular a distância da Terra ao Sol por simples triangulação.

A ideia de Halley para medir a paralaxe através de um trânsito pode ser visualizada através do gráfico que apresentamos. Acima e à esquerda aparece a Terra; à direita, o Sol. A posição de Vénus, V,  observada de dois pontos diferentes, A e B, projecta-se sobre o disco solar em dois pontos diferentes, A’ e B’. Ao longo do trânsito, esses dois pontos descrevem dois segmentos de recta, de A’1 a A’2 e de B’1 a B’2, conforme se vê no semicírculo desenhado mais abaixo. O segredo do método está no conhecimento da razão entre a distância da Terra ao Sol, dTS, e da Terra a Vénus, dTV, ou de Vénus ao Sol, dVS, razão que se pode obter através da Terceira Lei de Kepler (quadrados dos períodos orbitais proporcionais aos cubos das distâncias).

Se a distância entre os pontos A e B sobre a Terra for de um raio terrestre, o ângulo β será precisamente a paralaxe solar, como atrás definida. De qualquer maneira, basta conhecer a distância de A a B e o ângulo β para calcular a distância entre os dois astros, dTS. O método de cálculo que Halley propôs é tão simples quanto engenhoso.

Como os ângulos são muito pequenos, sin θ ≈ θ, na sua medida em radianos. Assumindo essa igualdade aproximada, vem dTS = b / β e dTV = b / δ ,  de onde β = dTV δ / dTS . Por outro lado, α = AB’ / dTS = dVS δ / dTS , de onde β = α dTV / dVS . Então, usando esta expressão para β na primeira equação de dTS, vem dTS = (b / α)( dVS / dTV).  Estimando dVS / dTV pela Terceira Lei de Kepler, vem dTS = 2.611 b / α .