Exercícios: A origem do universo

Explique em que consiste a teoria do Big Bang e indique há quanto tempo, aproximadamente, se situa a origem do universo.

Cite duas evidências que apoiam a teoria do Big Bang e explique resumidamente cada uma delas.

Observe a linha do tempo do universo (fora de escala): as letras A, B, C e D assinalam quatro acontecimentos — Big Bang, formação do Sol, formação da Terra e surgimento da vida — sem indicar a que corresponde cada um. Identifique que acontecimento corresponde a cada letra, ordene-os do mais antigo para o mais recente e indique há quanto tempo ocorreu cada um, aproximadamente.

Hubble observou que a luz das galáxias distantes se desloca para o vermelho. Explique o que é o desvio para o vermelho (redshift) e que conclusão sobre o universo se deduz dessa observação.

Descreva as etapas principais da formação do sistema solar a partir de uma nebulosa: colapso da nuvem de gás e poeira, formação do Sol no centro e disco protoplanetário.

O que é a radiação cósmica de fundo em micro-ondas? Explique por que razão a sua detecção é considerada uma prova fundamental do Big Bang.

Um colega de turma afirma: «Como a partir da Terra observamos que quase todas as galáxias se afastam de nós em qualquer direção, a Via Láctea deve ocupar o centro físico exato do universo onde ocorreu o Big Bang».

1. a) Apoie-se na analogia da superfície de um balão com pontos desenhados que se enche para rebater a afirmação: deduza o que um astrônomo situado em qualquer uma das outras galáxias observaria.
2. b) Identifique uma limitação importante dessa analogia: explique por que situar o Big Bang no «centro interior oco» do balão é um erro conceitual sobre a expansão do espaço.

O divulgador Carl Sagan popularizou a frase «somos poeira de estrelas». Analise a procedência dos átomos do seu corpo a partir destes dados: o hidrogênio representa cerca de $62\,\%$ do total de átomos, o oxigênio $24\,\%$, o carbono $12\,\%$ e o ferro $0,001\,\%$ (essencial na hemoglobina para transportar oxigênio).

1. a) Justifique por que o carbono, o oxigênio e o ferro tiveram de se formar no interior ou na morte de estrelas anteriores e não durante o Big Bang.
2. b) Deduza por que em torno das estrelas de primeira geração (População III, formadas pouco depois do Big Bang unicamente por hidrogênio e hélio) era impossível existirem planetas rochosos com vida como a nossa.

No «calendário cósmico», os $13\,800$ milhões de anos do universo condensam-se em um único ano de 365 dias (o dia 1º de janeiro às 00:00 h é o Big Bang e o dia 31 de dezembro às 24:00 h é o momento presente).

1. a) Calcule em que data aproximada (mês e dia) se formou a Terra (há $4\,600$ milhões de anos) e em que data e hora aproximadas apareceu o gênero humano (Homo, há cerca de $2,8$ milhões de anos). Mostre os cálculos.
2. b) Diante desses resultados, refute o argumento antropocêntrico de que o universo existe com o propósito principal de abrigar a espécie humana, comparando a fração de tempo que a nossa existência ocupa em relação à do cosmos.