Capítulo 2: A luz é uma mensageira do passado

Noite 8: Duas horas na esteira

No oitavo dia na estação, Noor já tinha encontrado o seu ritmo. Ela acordava quando o alarme vibrava baixinho dentro do saco de dormir, abria o zíper e saía flutuando para o corredor estreito. Escovava os dentes com uma pasta que pode ser engolida, porque não há pia onde cuspir. Lavava o rosto com um pano úmido e o cabelo com um xampu que não precisa de enxágue. O café da manhã era um pacote de mingau, completado com água quente de uma pequena torneira, e uma bolsinha de café tomado de canudo.

Depois, como todos os dias, vinham os exercícios. Na ausência de peso, o corpo logo percebe que não precisa mais carregar a si mesmo. Os ossos perdem parte da força, e os músculos, sobretudo os das pernas e das costas, ficam mais fracos. Para desacelerar esse processo, cada pessoa na estação se exercita por cerca de duas horas por dia. Noor começou pela esteira. Como ela simplesmente sairia flutuando de cima dela, usava um arnês com duas tiras elásticas que a puxavam para baixo, em direção à lona da esteira. As tiras apertavam os quadris e os ombros dela, e correr parecia, de um jeito estranho, pesado e leve ao mesmo tempo.

Depois da esteira vinha a bicicleta, que não tem rodas e tem um selim em que ninguém de fato se senta, e então uma máquina de levantar peso. A máquina não usa pesos, porque um peso não cairia. Em vez disso, ela puxa os braços e as pernas de Noor com uma força constante, para que ela possa fazer agachamentos e levantamentos como faria numa academia na Terra. No final, a camiseta dela estava úmida. Na ausência de peso, o suor não escorre pelo corpo. Ele se junta em pequenas manchas brilhantes sobre a pele, e ela o enxugava com uma toalha. Mais tarde, as máquinas da estação recolheriam essa umidade do ar e a transformariam de novo em água potável.

O resto do dia foi de manutenção: trocar um filtro, verificar uma bomba, seguir uma longa lista de verificação enviada pelas equipes em solo. Naquela noite, antes de dormir, Noor foi até a janela grande. A estação tinha acabado de entrar na sombra da Terra. Com as luzes da salinha apagadas, os olhos dela foram se acostumando devagar, e as estrelas apareceram uma a uma. Ela reparou numa coisa sobre a qual já tinha lido, mas que nunca tinha visto. As estrelas não cintilavam. Cada uma era um ponto calmo e firme.

Na Terra, as estrelas cintilam porque a luz delas atravessa o ar em movimento acima de nós, que a desvia um pouco para cá e um pouco para lá. Acima do ar, não há nada que perturbe a luz. Noor olhou por muito tempo para uma estrela brilhante e pensou numa pergunta que Sami tinha mandado na noite anterior: “Quando olho para uma estrela, estou vendo a estrela como ela é agora?” Ela sabia que a resposta era não. E sabia que isso era a chave de toda a história do começo.

A mensageira mais rápida

A luz é a coisa mais rápida que conhecemos. Ela viaja a cerca de 300.000 quilômetros por segundo. É rápido o bastante para dar mais de sete voltas na Terra num único segundo. Se você acende uma lâmpada na cozinha, a luz chega à parede do outro lado tão depressa que parece instantânea. Para quase tudo na vida cotidiana, podemos tratar a luz como se ela chegasse no mesmo instante em que sai.

Talvez você já conheça um jeito de sentir a diferença entre uma mensageira rápida e uma mais lenta. Numa tempestade, você vê primeiro o clarão do relâmpago e só depois ouve o trovão. A luz chega quase na hora, enquanto o som, que viaja quase um milhão de vezes mais devagar, leva alguns segundos para cada quilômetro. Muita gente conta os segundos entre o clarão e o estrondo para calcular a que distância está a tempestade. Os astrônomos fazem algo parecido apenas com a luz, mas os segundos deles viram minutos, anos e milhões de anos.

Mas a luz não é instantânea. Ela leva tempo, e na escala do espaço esse tempo se torna bem perceptível. Esse é um dos fatos mais úteis de toda a astronomia. Quase tudo o que sabemos sobre estrelas e galáxias sabemos por causa da luz que elas nos enviam. A luz é a mensageira que traz notícias do resto do universo. E, como todo mensageiro que viajou muito, ela traz notícias que já não são totalmente frescas.

Pense numa carta mandada pelo correio por uma amiga que mora longe. Quando você a abre, lê sobre o que a sua amiga estava fazendo e sentindo no dia em que escreveu. Quando você a lê, ela pode já ter se mudado, trocado de emprego ou esquecido o que escreveu. A carta é verdadeira, mas é um retrato verdadeiro do passado. A luz do céu é como essa carta. Ela sempre diz a verdade sobre o momento em que partiu, e nunca sobre o momento em que chega.

Com a luz, o atraso depende da distância. Quanto mais longe algo está, mais tempo a sua luz passou viajando e mais velhas são as notícias que ela traz. Perto de nós, o atraso é minúsculo. Longe, ele se torna enorme. Essa ideia simples quer dizer que, quando olhamos para o céu, não estamos olhando para um único momento. Estamos olhando para muitos momentos diferentes do passado, todos de uma vez, sobrepostos como as páginas de um livro.

A Lua de um instante atrás, o Sol de minutos atrás

Vamos começar perto de casa. A Lua fica a cerca de 384.000 quilômetros da Terra. A luz dela, que na verdade é luz do Sol refletida pela sua superfície cinzenta, leva cerca de 1,3 segundo para chegar até nós. Então, quando você olha para a Lua, você a vê como ela era pouco mais de um segundo atrás. É um atraso pequeno demais para importar, mas é real. Quando astronautas falaram um dia com a Terra a partir da Lua, havia uma pausa curta em cada conversa, porque as vozes deles, levadas por ondas de rádio que viajam à velocidade da luz, precisavam desse tempo para atravessar a distância, ir e voltar.

O Sol está muito mais longe, a cerca de 150 milhões de quilômetros. A luz dele leva cerca de 8 minutos para chegar até nós. Isso quer dizer que o Sol que você vê no céu da manhã é o Sol de 8 minutos atrás. Se o Sol mudasse de repente de algum jeito, só saberíamos depois de cerca de 8 minutos. Nada desse tipo vai acontecer, mas é um pensamento marcante. Cada nascer do sol que Noor assiste da estação, dezesseis vezes por dia, é na verdade um retrato do Sol como ele estava alguns minutos antes.

Os planetas entre nós e as estrelas mostram o mesmo atraso de um jeito muito prático. Os veículos robóticos que exploram a superfície de Marte não podem ser dirigidos como um carrinho de controle remoto. Um sinal de rádio leva vários minutos para chegar até eles, às vezes mais de vinte minutos, dependendo de onde Marte e a Terra estão nos seus caminhos em volta do Sol. Quando uma imagem do robô chega à Terra, ele já está parado ali há minutos. Por isso, as equipes que os conduzem planejam com antecedência os movimentos de cada dia e mandam uma lista de instruções, como um gerente que deixa bilhetes para o turno da noite.

Além do Sol, as distâncias dão um salto enorme. A estrela mais próxima depois do Sol está tão longe que a luz dela leva um pouco mais de quatro anos para chegar até nós. A luz dela que chega esta noite saiu de lá há cerca de quatro anos. A maioria das estrelas que você consegue ver a olho nu numa noite limpa está muito mais longe do que isso. A luz delas partiu há dezenas, centenas ou até alguns milhares de anos. Parte da luz das estrelas que chega aos seus olhos esta noite começou a viagem antes de os seus avós nascerem.

E depois vêm as galáxias. A grande galáxia chamada Andrômeda, que vamos conhecer direito na próxima noite deste livro, fica a cerca de 2,5 milhões de anos-luz. A manchinha fraca de luz que você consegue ver de um lugar muito escuro saiu de lá há cerca de 2,5 milhões de anos. Em outras palavras, a luz que chega aos seus olhos vinda de Andrômeda está viajando há mais tempo do que a nossa própria espécie existe. As galáxias mais distantes que os grandes telescópios conseguem ver mandam uma luz que saiu delas há bilhões de anos.

Um enigma de relojoeiro no céu

Durante muito tempo, muitos pensadores acreditaram que a luz viajava de fato instantaneamente. Outros desconfiavam que ela levava tempo, mas ninguém conseguia medir, porque na Terra ela é simplesmente rápida demais. A primeira boa evidência de que a luz leva tempo veio do céu, e do trabalho paciente de um jovem astrônomo chamado Ole Rømer, em 1676.

Rømer estava estudando as luas do planeta Júpiter. Júpiter tem várias luas grandes, vistas pela primeira vez com um telescópio no começo do século XVII, e elas giram em volta do planeta como os ponteiros de um relógio muito regular. Uma delas, a mais interna das luas grandes, dá a volta em Júpiter em menos de dois dias. Cada vez que passa por trás do planeta, ela some na sombra de Júpiter e depois reaparece. Como esses desaparecimentos acontecem com tanta regularidade, os astrônomos esperavam usá-los como um relógio no céu, que marinheiros e cartógrafos pudessem consultar de qualquer lugar.

Mas havia um problema. Os desaparecimentos da lua não marcavam o tempo com perfeição. Ao longo dos meses, eles pareciam se adiantar alguns minutos em certas épocas do ano e se atrasar alguns minutos em outras. Rømer reparou que os atrasos seguiam um padrão. Quando a Terra, no seu próprio caminho em volta do Sol, estava se afastando de Júpiter, os desaparecimentos aconteciam cada vez mais tarde. Quando a Terra estava se aproximando de Júpiter, eles aconteciam mais cedo.

A explicação de Rømer foi simples e ousada. A lua estava marcando o tempo com perfeição. O que mudava era a distância que a luz precisava percorrer para chegar até nós. Quando a Terra estava do lado mais distante do seu caminho, a luz vinda do sistema de Júpiter tinha alguns minutos a mais de viagem, e por isso a notícia de cada desaparecimento chegava atrasada. A luz, concluiu ele, não era instantânea. Ela tinha uma velocidade. Os cálculos feitos a partir do trabalho dele deram um valor um pouco menor do que o atual, mas da ordem de grandeza certa. Pela primeira vez, as pessoas tinham uma noção da velocidade com que a mensageira viaja.

Há algo muito humano nessa história. Rømer não estava tentando fazer uma grande descoberta sobre a luz. Estava tentando fazer um relógio melhor, para um trabalho prático. Ele percebeu que o relógio estava errado e, em vez de ignorar o pequeno erro, levou-o a sério. Muitas descobertas na história do universo começam assim, com uma pessoa que presta atenção a uma coisinha que não se encaixa.

Olhar longe é olhar para trás

Como a luz leva tempo, os astrônomos medem as grandes distâncias do espaço pelo tempo que a luz leva para atravessá-las. A mais famosa dessas medidas é o ano-luz. Um ano-luz é a distância que a luz percorre em um ano. São cerca de 9,5 trilhões de quilômetros. Esse número é tão grande que fica difícil imaginá-lo, mas a ideia por trás dele é fácil: um ano-luz é o quanto a mensageira mais rápida avança em um ano de viagem sem descanso.

Usar anos-luz dá a distância e o tempo juntos. Se uma galáxia está a 10 milhões de anos-luz, a luz dela está viajando há 10 milhões de anos. Se uma galáxia está a um bilhão de anos-luz, a luz dela partiu há um bilhão de anos. Então, sempre que os astrônomos olham mais fundo no espaço, também olham mais para trás no tempo. Um telescópio capaz de ver galáxias muito fracas e muito distantes é também um telescópio capaz de ver o universo quando ele era mais jovem.

É por isso que o estudo do começo do universo é possível. Não podemos voltar 13 bilhões de anos. Mas uma luz de 13 bilhões de anos atrás ainda está chegando hoje, vinda de lugares muito distantes. Ao recolhê-la, os astrônomos podem observar galáxias como elas eram quando o universo era jovem, compará-las com galáxias perto de nós e ver como as coisas mudaram. É um pouco como ter fotografias de uma cidade tiradas ao longo de muitos anos, todas chegando pelo correio no mesmo dia.

Imagine que você trabalha no turno da noite num lugar grande e chega bem quando os funcionários do dia estão saindo. Você nunca vê o dia de trabalho deles. Mas pode ler os bilhetes que deixaram, ver quais máquinas estão quentes, quais caixas mudaram de lugar e quais tarefas estão pela metade. A partir desses vestígios, você consegue montar um bom retrato do que aconteceu enquanto você não estava. Os astrônomos são um pouco como esse trabalhador da noite. Eles chegam muito depois de o universo primitivo ter passado, mas a luz que ele deixou para trás permite montar o dia dele.

Há um limite para o quanto a luz pode nos levar para trás, e vamos chegar a ele numa noite mais adiante. Antes de certo momento, o universo inteiro estava cheio de uma névoa quente e brilhante que a luz não conseguia atravessar livremente. A luz mais antiga que pode chegar até nós vem do momento em que essa névoa se dissipou. Para além disso, precisamos usar outras pistas. Mas a ideia é sempre a mesma: o universo nos deixou mensagens, e as mensagens continuam chegando.

Isso é algo estranho e maravilhoso. Você não precisa de nenhum equipamento especial para participar. Cada vez que olha para uma estrela, você está recebendo uma mensagem que viajou durante anos ou séculos. O passado não desapareceu por completo. Parte dele ainda está a caminho, atravessando a escuridão a cerca de 300.000 quilômetros por segundo.

Uma mensagem para Sami

Noor ficou flutuando na sala escura por mais um tempo, até que a estação voltou à luz do Sol e as estrelas sumiram atrás do clarão. Então voltou para a cabine, fechou-se no saco de dormir e escreveu para o irmão. “Resposta à sua pergunta: não. Você sempre vê uma estrela como ela era quando a luz dela partiu. O Sol, de 8 minutos atrás. A maioria das estrelas, de muitos anos atrás. As galáxias distantes, de milhões ou bilhões de anos atrás. Olhar longe é olhar para trás.”

Algumas horas depois, estacionado ao lado de uma estrada tranquila com um copo de café da garrafa térmica, Sami leu a mensagem e olhou para cima pelo para-brisa do caminhão. Não havia muitas estrelas, por causa das luzes da estrada, mas ele encontrou uma bem brilhante acima das árvores. Pensou em quanto tempo a luz dela tinha passado viajando até chegar ao para-brisa dele, às três da manhã, no meio da sua noite de trabalho.

Se você tiver um momento esta noite, pode fazer o mesmo. Olhe para qualquer estrela que conseguir ver. A luz dela partiu há muito tempo, antes de muitas das coisas que hoje preocupam você terem sequer começado. Ela vem viajando todo esse tempo e chega esta noite à sua janela, para você reparar ou não. Há um tipo silencioso de companhia nisso.

Equívocos comuns

Muita gente pensa que a maioria das estrelas que vemos à noite já morreu e que estamos vendo apenas a luz antiga delas. É verdade que a luz das estrelas é antiga, e é verdade que as estrelas não vivem para sempre. Mas as estrelas que você consegue ver a olho nu estão, em termos astronômicos, bem perto. Quase todas estão a menos de alguns milhares de anos-luz. Estrelas assim costumam viver milhões ou bilhões de anos. Então a luz delas é antiga para os padrões humanos, mas muito jovem comparada com a vida das próprias estrelas. Quase toda estrela que você vê esta noite ainda está brilhando.

Um segundo erro comum vem do nome do ano-luz. Como ele contém a palavra “ano”, muita gente pensa que é uma medida de tempo, como um mês ou uma década. Na verdade, um ano-luz é uma distância, cerca de 9,5 trilhões de quilômetros. Ele se chama ano-luz porque é a distância que a luz percorre em um ano. Se alguém diz que uma galáxia está a um milhão de anos-luz, está dizendo a que distância ela fica e, ao mesmo tempo, sem dizer, há quanto tempo a luz dela está viajando.

Algumas pessoas imaginam que os astronautas numa estação espacial estão muito mais perto das estrelas do que nós aqui embaixo. A estação fica a cerca de 400 quilômetros acima da Terra. A estrela mais próxima depois do Sol está a mais de quatro anos-luz. Comparados com essa distância, 400 quilômetros são muito menos do que a espessura de um fio de cabelo comparada com a largura de uma rua. Noor vê as estrelas com mais nitidez do que você, porque não há ar no caminho, e as vê sem cintilar. Mas ela não está, de nenhum modo que importe, mais perto delas. Da estação, as estrelas parecem tão distantes quanto parecem da porta da sua casa, e, em tudo o que importa, estão mesmo.

O que a estação dá a Noor é uma vista acima do ar, e é também por isso que alguns telescópios são enviados ao espaço: não para ficar mais perto das estrelas, mas para escapar do ar que borra e bloqueia a luz delas. O que importa é a própria luz, e ela é um registro honesto do lugar de onde veio. Na sua longa viagem, ela pode atravessar poeira ou ser um pouco desviada pela atração das galáxias, e os astrônomos aprendem a levar essas coisas em conta, mas nada disso muda o lugar onde a luz começou nem o que ela trouxe de lá. É por isso que os astrônomos confiam tanto nela, e é por isso que, na próxima noite deste livro, vamos segui-la até uma descoberta que de repente tornou o universo muito maior do que qualquer pessoa tinha imaginado.