ISAAC NEWTON E A ASTRONOMIA

Newton e a Astronomia

Seu trabalho mais importante foi em mecânica celeste, que culminou com a Teoria da Gravitação Universal. Em 1666 Newton tinha versões preliminares de suas tres leis do movimento. Ele descobriu a lei da força centrípeta sobre um corpo em órbita circular. O cometa brilhante que apareceu em 1664 foi observado por Adrien Auzout no Observatoire de Paris, Christian Huygens (1629-1695) na Holanda, Johannes Hevelius em Danzig, e Robert Hooke na Inglaterra. Qual seria sua órbita? Tycho Brahe tinha suporto circular, Kepler dizia que era em linha reta, com a curvatura devido à órbita da Terra, mas as observações indicavam que a órbita fosse intrinsecamente curva, e Johannes Hevelius propôs que fosse elíptica. Em 1665 o francês Pierre Petit, em seu Dissertação sobre a Natureza dos Cometas propôs pela primeira vez que suas órbitas fossem fechadas, e que os cometas de 1618 e 1664 poderiam ser o mesmo cometa. Vinte anos mais tarde Halley especulou sobre o problema da gravitação em relação aos cometas. Sem conseguir resolver o problema, em agosto de 1684 ele propôs o problema a Newton. Newton disse que já havia resolvido o problema muitos anos antes, e que todos os movimentos no sistema solar poderiam ser explicados pela lei da gravitação. Um cometa na constelação de Virgem em 1680 tinha uma órbita claramente curva. Em 1682 um cometa ainda mais brilhante, que mais tarde levaria o nome de Halley, pode ter sua órbita bem determinada, confirmando o pensamento de Newton. A idéia genial de Newton em 1666 foi imaginar que a força centrípeta na Lua era proporcionada pela atração gravitacional da Terra. Com sua lei para a força centrípeta e a terceira Lei de Kepler, Newton deduziu a lei da atração gravitacional. Em 1679 Newton provou que a Lei das Áreas de Kepler é uma consequência da força centrípeta, e também que a órbita é uma elipse, para um corpo sob uma força central em que a dependência radial varia com o inverso do quadrado da distância ao centro. Halley persuadiu Newton a escrever um trabalho completo sobre sua nova física e sua aplicação à astronomia, e em menos de 2 anos Newton tinha escrito os dois primeiros volumes do Principia, com suas leis gerais, mas também com aplicações a colisões, o pêndulo, projéteis, frição do ar, hidrostática e propagação de ondas. Somente depois, no terceiro volume, Newton aplicou suas leis ao movimento dos corpos celestes. Em 1687 é publicado o Philosophiae naturalis principia mathematica ou Principia, como é conhecido.

O Principia é reconhecido como o livro científico mais importante escrito. Newton analisou o movimento dos corpos em meios resistentes e não resistentes sob a ação de forças centrípetas. Os resultados eram aplicados a corpos em órbita, e queda-livre perto da Terra. Ele também demonstra que os planetas são atraídos pelo Sol pela Lei da Gravitação Universal, e generalizou que todos os corpos celestes atraem-se mutuamente.

Newton explicou uma ampla gama de fenônemos até então não correlatos: a órbita excêntrica dos cometas; as marés e suas variações; a precessão do eixo da Terra; e o movimento da Lua perturbado pela gravidade do Sol. Newton já explicava que o movimento de tres corpos sob uma força central só pode ser resolvido por aproximação, que a Lei da Gravitação Universal trata os corpos como pontos, e que os planetas não são pontos, nem ao menos esféricos, que o movimento das marés introduz perturbações no cálculo das órbitas, que precisam ser calculadas por

Newton e a Maçã
A história popular de que Newton inspirou-se na queda de uma maçã para a sua teoria da gravitação envolve humor e reflexão. Muitas charges sugerem que a maçã bateu realmente na cabeça do Newton e que seu impacto fez com que, de algum modo, ele ficasse ciente da força da gravidade. A pergunta não era se a gravidade existiu, mas se estendeu assim longe da Terra que poderia também ser a força que prende a Lua à sua órbita. Newton mostrou que se a força diminuísse com o quadrado inverso da distância, poderia então calcular corretamente o período orbital da Lua. Ele supôs ainda que a mesma força seria responsável pelo movimento orbital de outros corpos, nomeando a partir deste momento, o conceito de “gravitação universal”. O escritor contemporâneo William Stukeley e o poeta antigo Voltaire foram duas personalidades que citaram a tal maçã de Newton em alguns de seus textos.

Newton e sua relação com Deus
Deus é essencial para a natureza e a perfeição do espaço.Em Principia ele declarou: "Este magnífico sistema do sol, planetas e cometas, poderia proceder somente do conselho e domínio de um Ser inteligente e poderoso. E, se as estrelas fixas são os centros de outros sistemas similares, estes, sendo formados pelo mesmo conselho sábio, devem estar todos sujeitos ao domínio de Alguém; especialmente visto que a luz das estrelas fixas é da mesma natureza que a luz do sol e que a luz passa de cada sistema para todos os outros sistemas: e para que os sistemas das estrelas fixas não caiam, devido à sua gravidade, uns sobre os outros, Ele colocou esses sistemas a imensas distâncias entre si.".

Polêmica envolvendo Newton
O físico e matemático inglês Sir Isaac Newton (1642-1727) chegou em Cambridge em 1660 e recebeu, em 1665, o grau de Bacharel em Artes, sem qualquer distinção especial. Porém, como nesse ano uma grande peste assolou Londres, ele foi obrigado a refugiar-se com sua mãe em uma fazenda em Woolsthorpe. Durante os tempos em que lá ficou (junho de 1665-março de 1666, junho de 1666-abril de 1667), foi o período mais profícuo de seu gênio inventivo, pois, por essa época fez suas principais descobertas, tais como: a potência de um binômio e sua redução a uma série (binômio ou série de Newton); o método das tangentes (fórmula da interpolação de Newton); o método direto e indireto das fluxões (cálculo diferencial e cálculo integral); a decomposição espectral da luz branca do Sol (prisma e disco de Newton); o telescópio refletor; e a célebre Lei da Gravitação Universal, ao comparar a força com que a Terra mantém a Lua em sua órbita, com a força com que a Terra atrai um corpo em suas proximidades. Dessa comparação advém a mundialmente conhecida lenda de que ele chegara a essa lei depois de haver observado (certo dia na primavera de 1662, para uns, ou um certo dia de 1666, para outros) a caída de uma maçã, ou em sua cabeça, segundo uns, ou perto de seu pé, quando sentado junto ao pé de uma macieira, segundo outros. Essa história foi contada ao mundo científico pelo famoso escritor francês François-Marie Arouet (Voltaire) (1694-1778), ao divulgar em França, a obra de Newton, por intermédio de seu livro Élements de philosophie de Newton, publicado em 1738. Nesse livro, Voltaire conta que uma sobrinha de Newton, Catherine Barton, que se tornou madame John Conduitt (uma mulher de beleza surpreendente e perspicácia incomum, com quem Voltaire parece haver tido um caso amoroso), foi quem lhe deu a informação de que a idéia de Newton sobre a atração universal lhe foi sugerida pela queda de uma fruta em sua fazenda. Aliás, é oportuno registrar que a matemática, física e filósofa francesa Gabrielle-Émilie Le Tonnelier de Breteuil (1706-1749), a Marquesa/Madame Du Châtelet, amante de Voltaire e que traduziu o Principia, escreveu um livro no qual divulgou Newton para as madames. O primeiro Astrônomo Real, isto é, o Diretor do Observatório de Greenwich (localizado nos subúrbios de Londres) foi o astrônomo inglês John Flamsteed (1646-1720), por nomeação do Rei Carlos II Stuart (1630-1685). Em 1675, esse astrônomo começou a construção desse observatório. Porém, como a verba destinada a essa construção era muito reduzida, Flamsteed construiu a maioria dos instrumentos e passou a trabalhar sozinho nesse observatório. Quando seu salário atingiu o menor valor, ele começou a brigar com os seus amigos, pois que eles exigiam mais do que Flamsteed poderia produzir, de vez que trabalhava sozinho, possuía saúde precária e era perfeccionista. Newton era um desses amigos. Por ser Presidente da Royal Society of London (eleito no dia 12 de abril de 1704), Newton cobrava bastante do Astrônomo Real, pois acreditava que ele tinha de lhe servir sempre. Por causa disso, os dois brigaram, e como represália, Newton retirou o nome de Flamsteed das duas edições de seu Principia, em 1713 e 1726. É oportuno destacar que, dois séculos depois da construção desse observatório, quando as nações do m undo resolveram adotar um sistema internacional de meridianos e paralelos, o meridiano que passa por Greenwich foi escolhido como o marco zero (0o 0' 0'') da longitude, em homenagem ao trabalho perfeito que Flamsteed realizou nesse Observatório. Destaque-se, também, que Flamsteed foi o primeiro astrônomo a usar sistematicamente o relógio. Detalhes dessas histórias e de outras relacionadas com Newton, aparecem em vários livros. Destaco apenas alguns deles: Cortés Pla, Isaac Newton (Espasa-Calpe, 1945); Pierre Lepape, Voltaire: Nascimento dos Intelectuais no Século das Luzes (Jorge Zahar, 1995); Richard S. Westfall, A Vida de Isaac Newton (Nova Fronteira, 1995); Paolo Casini, Newton e a Consciência Européia (EDUNESP, 1995); Marco Braga, Andréia Guerra, Jairo Freitas e José Claúdio Reis, Newton e o Triunfo do Mecanicismo (Atual 1999); David Berlinski, O Dom de Newton: Como Sir Isaac Newton Desvendou o Sistema do Mundo (Globo, 2002) (aliás, neste livro, há a informação de que Newton teria se apaixonado por Catherine Storer, filha adotiva de um farmacêutico); Stephen Hawking e Leonard Mlodinow, Uma Nova História do Tempo (Ediouro, 2005).

Telescópio Refletor de Newton
O primeiro trabalho de Newton como professor Lucasiano foi em óptica. Ele havia concluído durante os dois anos de peste que a luz branca não é um entidade simples, como acreditavam todos desde Aristóteles. Embora o fato de que a luz solar produz várias cores ao passar por um prisma fosse conhecido, Giambattista della Porta, em seu De Refracione, publicado em Nápoles em 1558, usava a concepção de Aristóteles para dizer que as cores apareciam por modificação da luz. A aberração cromática (anéis coloridos em volta da imagem) de uma lente de telescópio convenceu Newton do contrário. Quando ele passava um feixe de luz solar por um prisma de vidro, um espectro de cores se formava, mas ao passar a luz azul por um segundo prisma, sua cor não mudava. Newton argumentou que a luz branca era na verdade uma mistura de diferentes tipos de raios que eram refratados em ângulos ligeiramente diferentes, e que cada tipo de raio diferente produz uma cor espectral diferente. Newton concluiu, erroneamente, que telescópios usando lentes refratoras sofreriam sempre de aberração cromática. Ele então propôs e construiu um telescópio refletor, com 15 cm de comprimento.

Newton colocou um espelho plano no tubo, a 45°, refletindo a imagem para uma ocular colocada no lado. O telescópio de Newton gerava imagens nove vezes maior do que um refrator quatro vezes mais longo. Os espelhos esféricos construídos naquela época produziam imagens imperfeitas, com aberração esférica. Newton foi eleito membro da Sociedade Real em 1672 após doar um telescópio refletor. Ainda em 1672, Newton publicou seu primeiro trabalho científico sobre luz e cor, no Philosophical Transactions of the Royal Society . Seu livro Opticks só foi publicado em 1704, tratando da teoria da luz e cor e com (i) investigações da cor em películas finas (ii) anéis de interferência de Newton e (iii) difração da luz.