1 Minuto Astronomia

DOWNLOAD

Artigo por: Ana Mourão, CENTRA, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa

Apesar do seu aspecto sereno e imutável e do agradável calor que nos proporciona, o Sol é na verdade uma poderosa bola de fogo nuclear. Mas… como se formou? Que combustível alimenta este fogo? E o que irá acontecer ao Sol quando acabar o combustível? Ficará o céu sempre escuro?

Comecemos por referir que qualquer modelo teórico que pretenda explicar o Sol tem que estar de acordo com o que se pode facilmente determinar, nomeadamente o raio, a massa, a temperatura de superfície e a luminosidade (energia emitida por segundo). Vejamos então o que se sabe sobre o Sol para perceber a sua origem, evolução e morte.

A Terra dá uma volta em torno do Sol em aproximadamente 365 dias, a uma distância média de 150 milhões de quilómetros.  O tempo que um planeta leva a orbitar o Sol está relacionado com a distância a que ele se encontra deste. Ora a força gravitacional entre dois objectos é proporcional às massas desses objectos e inversamente proporcional ao quadrado das distâncias entre eles. Combinando estas informações podemos calcular a massa do Sol, equivalente a 330 mil vezes a massa da Terra.  É também possível determinar que o Sol tem um raio médio de 700 mil quilómetros, cerca de 110 vezes o raio médio da Terra  e uma temperatura de superfície de aproximadamente 5500ºC.

A energia emitida pelo Sol propaga-se em todas as direcções e dessa energia só uma pequena fracção chega à Terra. A cada metro quadrado das altas camadas da atmosfera terrestre chegam em média 1000 joules por segundo (watt). Recorde-se que 1000 W é a potência de um vulgar aquecimento a óleo. Esta informação é suficiente para determinar que a energia produzida pelo Sol, por segundo, equivale à energia produzida na explosão de muitos milhares de milhões de bombas nucleares.

Mas qual origem do Sol? Qual a fonte da energia solar? O Sol é constituído por hidrogénio (72%), hélio (26%) e ainda uma pequena percentagem de elementos mais pesados (2%). Esta era essencialmente a composição da nuvem de gás a partir da qual se terá formado.  De facto, como todas as estrelas, o Sol resultou da condensação e posterior colapso gravitacional de uma massa de gás e poeira que ocupava o espaço interestelar. Como resultado deste processo, formou-se uma esfera de gás. Por acção da força gravítica, essa esfera foi-se comprimindo o que deu origem a um aumento da pressão e da temperatura do gás. Sabe-se também que quando a temperatura de um gás de hidrogénio atinge cerca de 15 milhões de graus centígrados dá-se a ignição de reacções nucleares das quais resulta a fusão de hidrogénio com a produção de hélio e a libertação de energia. O colapso da massa de gás pára quando a nova fonte de energia é capaz de aquecer o gás e assegurar pressão suficiente para manter o sistema em equilíbrio, resistindo à pressão da força gravítica.

Assim, o combustível do Sol é o hidrogénio, o seu principal constituinte. Na parte central do Sol, o núcleo, a temperatura atinge os 15 milhões de graus centígrados. A esta temperatura ocorre a ignição de reacções nucleares da qual resulta a transformação de 4 núcleos de Hidrogénio em um núcleo de Hélio. Como a massa do núcleo de Hélio é cerca de 0,7% inferior à massa total dos 4 núcleos de Hidrogénio livres, aparentemente há uma quantidade de massa que desaparece. Na realidade o que se observa é a transformação desta “massa perdida” (m) em energia seguindo a conhecida a fórmula de Einstein: E=mc², onde E é a energia libertada e “c” a velocidade da luz no vácuo. Para assegurar a luminosidade solar estima-se que por segundo seja consumida uma quantidade de hidrogénio superior à transportada em 10 mil super-petroleiros carregados. A maior parte desse hidrogénio transforma-se em hélio mas 0,7% é transformada em energia solar.

Pela luminosidade que aparenta, pela massa e pela temperatura de superfície, diz-se que o Sol é uma estrela na sequência principal. Na Figura 2 apresenta-se o diagrama de Hertzsprung-Russell (diagrama HR)  que indica os valores conhecidos para as luminosidades e temperaturas de superfície de várias estrelas conhecidas. Este diagrama permite-nos também perceber qual a ligação entre as várias estrelas e como evoluem em função da massa, luminosidade e temperatura. Sabendo a massa do Sol e sabendo a velocidade a que ocorre a queima de hidrogénio, estima-se que o Sol continue mais 5 mil anos milhões de anos a queimar hidrogénio no centro. Apercebemo-nos entretanto que o combustível não vai durar para sempre…
À medida que o Hidrogénio é consumido no centro, a pressão tende a diminuir até que a parte central, não aguentando a pressão gravítica das camadas superiores, tenderá a contrair-se. Numa fase inicial vai ocorrer um aumento de temperatura e do brilho da estrela. Pelas novas características que passa a apresentar, a estrela move-se para fora da região onde se encontrava  no diagrama de Hertzsprung-Russell. Mas dois acontecimentos posteriores farão alterar esta situação. O colapso no centro faz aumentar a pressão, a densidade e a temperatura. Quando a temperatura atinge cerca de 80 milhões de graus centígrados e se dá a ignição do hélio, ocorre a queima (fusão) do hélio tendo como resultado a produção de carbono e oxigénio e a libertação de energia. Na camadas exteriores do núcleo continua entretanto a dar-se a fusão de hidrogénio e, posteriormente de hélio.
Parte da energia libertada pela contracção da estrela é absorvida pelas camadas externas que expandem. Nesta fase o Sol ficará mais brilhante porque o raio aumenta. Mas essa expansão consome energia, a temperatura do gás diminuirá e a estrela ficará avermelhada. O Sol irá transformar-se numa gigante vermelha engolindo pelo caminho Mercúrio, Vénus e provavelmente a Terra… As camadas superiores do Sol acabarão por ser expelidas para o espaço interestelar. No meio ficará uma estrela extremamente quente, chamada anã branca e constituída por carbono e oxigénio. A anã branca irá arrefecer lentamente à medida que for perdendo energia por radiação pois as reacções nucleares, que eram a fonte de energia, terminaram quando acabou o Hélio. O material expelido da estrela inicial formará uma nebulosa planetária em volta da anã branca, como a Nebulosa do Anel.

Glossário