Sobre relógios e átomos – parte 1

Publicado: 24 de março de 2011 em Geral

http://bulevoador.haaan.com/2010/07/05/sobre-relogios-e-atomos-%e2%80%93-parte-1/

Autor: Homero Ottoni

Nos dias de hoje marcamos o tempo com tal facilidade, que parece algo natural – e fácil – saber as horas com precisão. Olhamos no relógio de pulso, no celular ou ao redor, procurando um relógio de parede. Podemos ver as horas na tela da TV ou perguntar a alguém ao lado, e rapidamente descobrimos o quanto estamos atrasados para os compromissos de nossa vida moderna.

Mas marcar o tempo, saber as horas, foi um grande problema por quase toda nossa história. Ou pelo menos, a partir do momento em que saber as horas tornou-se importante para nossa espécie.

O problema de saber as horas com precisão tornou-se dramático no tempo das grandes navegações. Saber as horas significava saber onde se estava, no mundo, e poder voltar para casa com segurança.

“Mapas têm sido desenhados desde a antiguidade, cada vez mais complexos e precisos”

Para entender esse problema, sério problema, precisamos entender como sabemos onde estamos em termos de espaço, no mundo. Onde eu estou, onde você está, e como podemos determinar isso com precisão? E, claro, sem um GPS..:-)

Eu estou em Atibaia, e você, se souber onde está e onde fica Atibaia (um mapa serviria), pode me encontrar ou me dizer como encontrar você. Mas, em terra firme e com um mapa, e com posições conhecidas, é fácil. Claro que desenhar o mapa e as posições conhecidas levou tempo e esforço, mas não exige muito mais que tempo e esforço. Mapas têm sido desenhados desde a antiguidade, cada vez mais complexos e precisos.

Mas se você estiver perdido na mata, uma região desconhecida, e conseguir usar seu telefone celular para contactar alguém, como explicaria para essa pessoa onde está? Como daria as instruções para ser resgatado? Evidentemente você não sabe onde está, ou poderia voltar para casa sozinho.

“Como voltar? Ou mesmo para onde ir?”

Esse era o problema principal de navegadores no passado: como saber, em uma região desconhecida, em pleno mar aberto, onde se estava, para saber como voltar? Ou mesmo, para onde ir? Sem marcos conhecidos, sem montanhas ou elementos de paisagem que permitissem identificar sua posição.

Na verdade a dificuldade era “meia” dificuldade. Há muito tempo que viajantes e navegantes sabiam determinar sua posição em relação ao eixo norte/sul do planeta, depois conhecida como latitude. No hemisfério norte, bastava observar a estrela polar. Esta estrela se posiciona sobre o polo norte (por isso o nome) e indica com precisão onde você está em relação a ele.

Por exemplo, se estiver exatamente no polo Norte, verá a estrela polar sobre sua cabeça, 90 graus em relação ao horizonte. Se estiver na linha do Equador, verá a estrela quase no horizonte, zero graus (não exatamente, claro). Em qualquer posição entre o Equador e o polo Norte, o grau do angulo da estrela Polar com o horizonte lhe dirá em que latitude está (norte/sul).

Se você estiver perdido em uma mata no hemisfério norte, poderá dizer à pessoa do outro lado do telefone, qual a altura da estrela polar em relação ao horizonte, e ela saberá em que latitude está, com bastante precisão. Quanto mais preciso você for em relação a esta altura/angulo (se tiver um transferidor será ótimo), mais precisão o resgate saberá sua posição em termos de latitude.

Apenas isto, entretanto, não basta. Precisa informar a longitude, como fazem os GPS, para que o resgate o encontre. Mas como saber sua longitude, sua distância em relação ao meridiano de Greenwich?

Não existem estrelas fixas sobre o Leste ou o Oeste. O céu noturno se move, e a cada hora (minuto, segundo) as estrelas e constelações se movem, e isso varia também com relação à data do ano. Dessa forma, dizer ao resgate que estrelas ou constelações vê no céu e a que altura, não ajuda muito (não ajuda em nada), a não ser que diga que horas são, com precisão.

Se disser as horas, minutos e segundos, com precisão, e determinar a altura de uma estrela qualquer ou constelação reconhecível, o resgate poderá buscá-lo rapidamente. Com um mapa estelar, ou melhor ainda, um computador ou GPS, sua latitude e longitude será determinada com precisão e você será resgatado.

“Não havia relógios capazes de serem levados em navios”

Voltemos aos navegantes, sem celular, sem telefones ou comunicação de qualquer tipo, sem GPS. Sem nada que indicasse hora ou minuto, não havia modo de determinar sua longitude com qualquer precisão. Muitos navios naufragaram, afundaram, perderam-se e não voltaram, submersos em um imenso oceano sem rotas ou marcos de indicação.

Mas existe uma forma de determinar a posição com certa precisão, se for possível determinar as horas com precisão. Um relógio preciso poderia ser ajustado com a hora do porto de origem, e ser levado no navio. Comparando a posição das estrelas e constelações em determinado momento da noite, com a posição em que deveriam estar neste horário no porto de origem, seria possível determinar o quanto ao leste ou oeste o navio havia se deslocado. E, com isto, determinar a longitude, que com a latitude determinaria exatamente onde se estava.

Entretanto, não havia relógios capazes de serem levados em navios, não havia tecnologia disponível. Relógios da época, raros, caros e imprecisos, funcionavam com pêndulos, e pêndulos são inúteis em navios que balançam e se movem, e pendem, e atrasam e adiantam.

Até que relógios de mola interna, precisos e confiáveis, foram desenvolvidos. E, então, foi possível para navegantes que os possuíssem, saber onde estavam, em qualquer lugar do globo, desde que soubessem em que dia estavam, qual a data atual.

DATAÇÃO, CALENDÁRIOS E MAIS PROBLEMAS

Localizar-se no espaço sempre foi complicado. Determinar a hora, mais ainda. Determinar datas é algo que nossa espécie faz muito bem há muito tempo, provavelmente desde que começamos a cultivar plantas, desde a agricultura. Saber em que época estamos, qual a data atual e a próxima estação, quantos dias para a colheita, quantos dias para a estação chuvosa, quantos dias para plantar, etc, é fundamental para a agricultura.

Todos os povos desenvolveram alguma forma de marcar as datas e as estações. Infelizmente, cada um fez isso de uma forma diferente, o que nos leva a outro problema com datas e horários: como determinar eventos na história? Como “datar” algo?

Calendários são uma parte da resposta. Ao criar calendários, muitas culturas passaram a anotar os eventos a partir deles, e ficou mais fácil entender e acompanhar a linha de acontecimentos. Por exemplo, sabendo que a coroação da Rainha Vitória se deu em 28 de junho de 1838, podemos saber que outros eventos estavam ocorrendo na Europa ao mesmo tempo. E podemos determinar se outro evento se deu antes ou depois da coroação, se a abadia de Westminster foi construída antes ou depois da coroação, etc (antes, entre 1546 e 1556).

“No calendário gregoriano, o ajuste é feito com o ano bissexto”

Mas, e se descobrimos, por documentos históricos chineses, que um determinado imperador foi coroado como Imperador Wu, a partir do calendário Taichu, no ano 1 da Era Wu desse calendário, isso ocorreu antes ou depois da coroação da Rainha Vitória?

Esse é um dos principais problemas de determinação de datas com que se deparam historiadores: ajustar de forma precisa os calendários antigos ao calendário moderno.

Uma forma de fazer isso é usar eventos globais, cataclísmicos ou astronômicos, que foram anotados por ambas as culturas em seus respectivos calendários. Sabendo quando foi anotado em um deles, podemos determinar a que data se aplica ao outro.

Um caso clássico é a supernova de 1045. Em 4 de julho de 1045 DC, em nosso calendário, astrônomos (astrólogos) chineses notaram uma “estrela convidada” na constelação de Touro, muito mais brilhante que Vênus. Essa estrela estranha ficou visível por 23 dias, e depois desapareceu.

Como astrônomos europeus também anotaram o aparecimento desta estrela, e sua duração, posição, brilho, etc, podemos determinar que a data anotada pelos chineses, com base em seu calendário, equivale a nossa data de 4 de julho de 1045. E a partir desta informação determinar outras datas e eventos.

É interessante notar que esta supernova provavelmente foi vista, e anotada, pelos Anasazi, povos americanos que desenharam o evento em suas paredes, o que também tem ajudado os arqueólogos a datarem seus artefatos.

Não é, claro, tão simples assim, até porque calendários têm se modificado e ajustado com o tempo. Algumas culturas mudavam a forma de marcar o tempo a cada novo imperador ou rei, e começavam – sem um critério claro – as novas marcações, o que dificulta bastante. Outro problema é que o sistema solar não ajuda muito. O ano terrestre não tem duração divisível pela duração do dia, o que torna o tempo ao redor do Sol “quebrado”: são 365 dias, 5 horas, 48 minutos e 46 segundos.

Isso exige que, de tempos em tempos, seja necessário ajustar esses “quebrados”. No calendário gregoriano, o ajuste é feito com o ano bissexto, um dia a mais a cada 4 anos. Não, também não é tão simples assim, e deu trabalho para chegar nisso..:-)

As regras para o calendário gregoriano são:

· São bissextos todos os anos múltiplos de 400, p.ex: 1600, 2000, 2400, 2800

· Não são bissextos todos os múltiplos de 100 e não de 400, p.ex: 1700, 1800, 1900, 2100, 2200, 2300, 2500…

· São bissextos todos os múltiplos de 4 e não múltiplos de 100, p.ex: 1996, 2004, 2008, 2012, 2016…

· Não são bissextos todos os demais anos.

Isso corrige os quebrados e mantém o ano ajustado ao período ao redor do Sol. E porque se chama gregoriano? É uma história interessante, sobre os “10 dias que nunca existiram”.

“10 dias tiveram de desaparecer”

Quando o Papa Gregório XIII resolveu corrigir o calendário, havia ocorrido uma defasagem de datas entre os eventos religiosos, as datas do calendário e os eventos do movimento celeste. Era preciso, para ajustar tudo, que o equinócio caísse exatamente no dia 21 de março. Então, 10 dias tiveram de “desaparecer”, sendo que as pessoas foram dormir no dia 4 de outubro e acordaram no dia 15 de outubro de 1852.

Mesmo assim, mesmo corrigido, nem todo mundo europeu adotou o novo calendário gregoriano, em especial a igreja ortodoxa e países protestantes, que continuaram a usar o calendário anterior, o que tornou bem confusa a determinação de datas desse período. Ou em períodos posteriores, como a Russia, que só adotou o calendário gregoriano depois de 1917.

Se é complicado, trabalhoso e confuso para nosso próprio calendário, é mais ainda para outras formas de marcar as datas, e mais ainda quando se precisa determinar uma data para eventos ou coisas que não tem uma data marcada ou evidente. Um artefato, uma casa, um evento histórico conhecido apenas por relatos orais, etc.

ÁRVORES E MAIS ÁRVORES

Uma das formas mais interessantes, e desconhecidas do público, para determinar a idade das coisas, se chama dendrocronologia. E eu, pessoalmente, acho o método fascinante.

Dendrocronologia, como o próprio nome diz (brincadeira, embora o nome realmente signifique exatamente o que o processo faz..:-), é a datação baseada na contagem de anéis de troncos de árvores. E é uma das formas mais precisas já criadas para isso.

Pense em um carvalho de 500 anos, que morreu e precisou ser cortado. O que veremos em seu tronco cortado? Será algo parecido com isso:

Cada anel escuro representa um período de outono/inverno, cada anel claro representa um período de primavera/verão. Crescimento alternado por proteção.

Para nosso hipotético carvalho de 500 anos, veremos 1000 anéis, 500 escuros e 500 claros. Cada árvore tem um padrão próprio, mas o que torna tudo mais interessante, é que os anéis não são sempre iguais, mas respondem ao tipo de ano, de estação do ano, que tiveram. E o padrão é igual, para anos iguais, em todas as árvores.

“O resultado é como um ‘código de barras’ para cada período”

Não igual, exatamente igual, mas proporcionalmente iguais. Se pegar os primeiros 20 anéis de nosso carvalho hipotético, poderá ver neles exatamente como foram os 10 últimos anos, em termos de calor e frio anual, anéis claros mais largos para períodos bons, anéis claros mais curtos, para períodos ruins. Este padrão poderá ser reconhecido em qualquer outro conjunto de anéis, de outras árvores cortadas, de forma bem precisa.

O resultado é como um “código de barras” para cada período. Se encontrar uma construção arqueológica, e esta tiver madeira em sua estrutura, poderemos “ler” os anéis desta madeira, e comparar com o padrão de nosso carvalho. E determinar em que período esta árvore, que forneceu esta madeira, viveu e cresceu. E mais, podemos encontrar o registro de terremotos, glaciais, e muitos eventos climáticos (recifes de coral também são bastante úteis para datação pelo mesmo motivo).

Teremos um “relógio de datação” de 500 anos, a partir do carvalho. Mas não para por aí. Podemos comparar um trecho de nosso carvalho com outro tronco, cortado, digamos, 400 anos atrás, e que viveu também por 500 anos. Agora temos um padrão ininterrupto de 900 anos para determinar datas com precisão.

Mais, se compararmos este carvalho antigo, a outro tronco mais antigo ainda, podemos recuar mais e mais. Teoricamente, poderíamos datar milhões de anos. Teoricamente, porque temos um problema, a madeira não dura tanto assim. No momento, nosso limite com a dendrocronologia é de 11.500 anos.

Estes são apenas alguns dos muitos modos de determinar uma data. Sedimentos de lagos glaciais, gelo de camadas profunda no Ártico e Antártico, os já mencionados anéis de corais, etc, são alguns desses modos. Quanto mais formas de datação forem aplicada e comparadas entre si, mais precisa e segura será uma datação. Mesmo antes da descoberta das formas de datação radioativas, exisitiam muitas formas de determinar a data de um evento, artefato, cultura, ou mesmo fóssil.

Se camadas de sedimento, anéis de árvores, documentação histórica e outras formas de datação concordam em um resultado, podemos ter uma grande confiança de que é um bom resultado, um resultado correto. É como comparar a hora em vários relógios, isso garante que não percamos a hora.

E finalmente chegamos ao átomo e à datação radioativa. Mas isso fica para a segunda parte do artigo, que já ficou grande demais para um blog.

(continua…)

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comentários
  1. Ideraldo disse:

    Quando terá a segunda parte??? Interessante,,,

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