Capítulo 3: O universo era maior do que se pensava

Noite 19: Alface sob uma luz cor-de-rosa

No seu décimo nono dia, Noor passou a manhã como jardineira. Num canto da estação há uma pequena câmara de cultivo, mais ou menos do tamanho de um armário de cozinha, onde se cultivam plantas sob luzes coloridas. A luz é uma mistura de vermelho e azul, o que faz a câmara brilhar em cor-de-rosa. O vermelho e o azul são as cores que as folhas mais usam para crescer, então não há por que gastar energia com as outras. Lá dentro, uma fileira de pés de alface jovens brotava de pequenas almofadas de tecido cheias de um material de cultivo parecido com argila e de fertilizante.

A tarefa dela era examinar cada planta, tirar fotografias, medir as folhas e acrescentar uma quantidade bem calculada de água por um tubo fino. Na ausência de peso, a água não se infiltra para baixo como faz no solo da Terra. Ela pode formar uma bola e ficar parada em cima, ou escorrer pela lateral da almofada, então precisa ser dada devagar. As raízes também têm um problema estranho. Na Terra, as raízes crescem para baixo porque sentem a atração da gravidade. Aqui não existe um “para baixo” que elas possam sentir, então as plantas se guiam principalmente pela direção da luz. As folhas se estendem em direção às lâmpadas, e as raízes crescem na maior parte para o lado oposto, para dentro do material de cultivo úmido.

Noor gostava desse trabalho. Parecia próximo da vida comum, como cuidar de uma hortinha na varanda. Os cientistas em solo estudariam as fotografias e as medições dela para descobrir como as plantas poderiam um dia alimentar tripulações em viagens longas, e dali a algumas semanas a tripulação teria permissão para comer algumas das folhas. Ade já tinha anunciado que levaria o sal.

À tarde, Tomás pediu ajuda a ela numa tarefa diferente: guardar equipamento usado e lixo numa nave de carga que mais tarde deixaria a estação e se queimaria sem causar danos nas camadas altas do ar. Era o tipo de trabalho que todo lugar de trabalho tem, o tipo que ninguém fotografa. Cada saco tinha de ser etiquetado, pesado num aparelho especial e preso no seu lugar com correias, para que nada se deslocasse quando os motores da nave fossem acionados. Quando terminaram, a pequena cabine da nave de carga parecia um caminhão de mudança bem arrumado, e os braços de Noor estavam cansados de empurrar sacos pesados que não pesavam nada.

Naquela noite, depois de concluída a última lista de verificação, Noor foi até a janela. A estação entrou na escuridão sobre um oceano, onde não havia nenhuma luz de cidade. À medida que os olhos dela se acostumavam, ela viu uma faixa pálida de luz atravessando o céu, irregular e suave, como um rastro de neblina. Era a Via Láctea. Na Terra, ela a tinha visto só algumas vezes, longe das cidades, mas aqui ela era nítida e larga. Lembrou que, há apenas cerca de cem anos, muitos astrônomos acreditavam que essa faixa, junto com as estrelas em volta dela, formava o universo inteiro.

Quando escreveu para Sami naquela noite, começou com uma pergunta dela. “Você sabe qual era o tamanho do universo em 1900? Não o universo de verdade. O universo em que as pessoas acreditavam.”

Um universo de uma galáxia só

A faixa pálida da Via Láctea é a nossa própria galáxia, vista de dentro. Uma galáxia é uma enorme família de estrelas, gás e poeira, mantida unida pela gravidade. A nossa galáxia tem mais ou menos a forma de um disco achatado com um volume no meio. O Sol é uma estrela nesse disco, bem afastada do centro, mais ou menos na metade do caminho até a borda. Quando olhamos ao longo do disco, vemos tantas estrelas distantes amontoadas que elas se fundem numa faixa suave. Quando olhamos para fora do disco, vemos menos estrelas e mais escuridão.

Uma imagem simples pode ajudar. Imagine-se de pé no meio de uma floresta grande e plana. Se você olha para a frente, em qualquer direção rente ao chão, as árvores se sobrepõem tão densamente que você vê uma parede de troncos. Se olha direto para cima, vê só alguns galhos e depois o céu aberto. Vivemos dentro do disco da nossa galáxia como uma pessoa dentro dessa floresta. Olhando ao longo do disco, vemos uma parede cheia de estrelas, a faixa pálida. Olhando para cima, para fora do disco, vemos o espaço aberto.

Hoje sabemos que a Via Láctea tem cerca de 100.000 anos-luz de diâmetro e contém centenas de bilhões de estrelas. Isso já é um tamanho quase impossível de imaginar. A luz, a mensageira mais rápida, precisa de cerca de 100.000 anos só para atravessá-la de um lado ao outro. Mesmo assim, no começo do século XX, muitos astrônomos achavam que isso era tudo. No quadro deles, o universo era uma grande ilha de estrelas flutuando num mar escuro sem fim, sem nada além dela.

Havia um enigma nesse quadro. Com telescópios, os astrônomos tinham encontrado muitas manchas de luz fracas e difusas espalhadas pelo céu. Eles as chamaram de nebulosas, de uma palavra antiga para nuvens ou névoa. Algumas dessas nebulosas eram claramente nuvens de gás brilhando entre as estrelas. Mas outras eram diferentes. Muitas tinham uma bela forma de espiral, como a água girando ao descer por um ralo, e pareciam feitas de uma luz suave que nenhum telescópio da época conseguia separar em estrelas individuais. Elas foram chamadas de nebulosas espirais.

O que eram elas? Alguns astrônomos achavam que eram pequenas nuvens dentro da nossa própria galáxia, talvez novos sistemas de estrelas nascendo. Outros achavam que podiam ser galáxias inteiras, tão distantes que os seus bilhões de estrelas se misturavam numa névoa, assim como acontece com a Via Láctea para nós. A ideia de que poderiam existir outras galáxias, outros “universos-ilhas”, não era nova. Alguns pensadores a tinham sugerido mais de um século antes. Mas ninguém conseguia provar nem uma coisa nem outra, porque ninguém conseguia medir a que distância estavam as nebulosas espirais.

Essa é a dificuldade central da astronomia. Quando você olha para uma luz no céu, não é fácil saber se é uma luz fraca e próxima ou uma luz forte e distante. Uma vela do outro lado de uma sala e um farol num litoral distante podem parecer igualmente brilhantes. Para medir o tamanho do universo, os astrônomos precisavam de um jeito de saber o quanto uma luz é brilhante de verdade. Precisavam do que às vezes se chama de vela-padrão: um tipo de luz cujo brilho verdadeiro é conhecido, de modo que a sua distância possa ser calculada a partir do brilho que ela aparenta ter.

A mulher que media as estrelas

A chave veio de uma mulher chamada Henrietta Leavitt. No começo dos anos 1900, ela trabalhava num observatório, numa equipe de mulheres contratadas para estudar chapas fotográficas. Eram placas de vidro cobertas com uma camada sensível à luz, colocadas na ponta de um telescópio para registrar as estrelas. Noite após noite, o telescópio tirava fotografias. Dia após dia, as mulheres as examinavam com lupas, mediam o brilho das estrelas, comparavam chapas feitas em noites diferentes e anotavam tudo com cuidado.

Era um trabalho lento e paciente, e não era bem pago. As mulheres muitas vezes eram chamadas de computadoras, porque o trabalho delas era fazer cálculos, numa época em que nenhuma máquina os fazia. Muitas eram astrônomas muito competentes, embora na época raramente recebessem esse título. A tarefa de Leavitt era encontrar estrelas cujo brilho mudava com o tempo. Ela estudou chapas de duas galáxias pequenas, parecidas com nuvens, que podem ser vistas da metade sul da Terra. Nelas, encontrou mais de mil estrelas desse tipo.

Entre elas havia um tipo especial de estrela que fica mais brilhante e mais fraca num ritmo constante, como uma batida lenta do coração, num período que vai de cerca de um dia a várias semanas. Essas estrelas se chamam cefeidas. Leavitt reparou numa coisa notável sobre elas. As cefeidas mais brilhantes demoravam mais para completar o seu ritmo. As mais fracas pulsavam mais depressa. E, como todas as estrelas de uma daquelas galáxias pequenas estão mais ou menos à mesma distância de nós, a diferença de brilho tinha de ser real, e não apenas efeito de algumas estrelas estarem mais perto.

Ela publicou esse resultado em 1912. Ele significava que o ritmo de uma cefeida revela o seu brilho verdadeiro. Meça quanto tempo a estrela leva para pulsar e você sabe o quanto ela é brilhante de verdade. Compare isso com o brilho que ela aparenta ter e você consegue calcular a que distância ela está. Uma cefeida era exatamente a vela-padrão que faltava aos astrônomos. Depois que algumas cefeidas próximas foram medidas por outros métodos, a regra de Leavitt pôde ser usada como uma fita métrica estendida pelo céu.

Henrietta Leavitt não viveu para ver o quanto a sua descoberta se tornou importante. Ela morreu em 1921, depois de muitos anos de trabalho silencioso, poucos anos antes de a sua regra ser usada para responder a uma das maiores perguntas da astronomia. A história dela é um bom lembrete de que grandes resultados muitas vezes nascem de um trabalho cuidadoso e sem glamour, feito por pessoas cujos nomes nem sempre são lembrados.

Uma discussão sem resposta

Em 1920, a questão das nebulosas espirais tinha se tornado tão importante que dois astrônomos de destaque apresentaram suas opiniões opostas numa reunião científica. Esse evento costuma ser lembrado como o Grande Debate. Um dos astrônomos defendeu que a nossa galáxia era enorme, muito maior do que se pensava, e que as nebulosas espirais eram objetos pequenos dentro dela ou perto dela. O outro defendeu que a nossa galáxia era menor e que as nebulosas espirais eram galáxias distantes, independentes.

O interessante desse debate é que cada lado estava em parte certo e em parte errado. O primeiro astrônomo tinha usado cefeidas e outras pistas para mostrar, corretamente, que a nossa galáxia era muito grande e que o Sol não ficava no centro dela. Foi um passo importante. O segundo astrônomo tinha razão ao dizer que as nebulosas espirais eram galáxias separadas, mas achava que a nossa própria galáxia era menor do que é de fato. Nenhum dos dois tinha evidências suficientes para resolver a questão.

O debate não foi uma competição com um vencedor anunciado no final. Cada astrônomo apresentou as suas evidências e, depois, os dois escreveram artigos mais longos explicando suas razões. Outros astrônomos os leram, discutiram sobre eles em cartas e em reuniões e voltaram aos seus telescópios. No fim, a questão não foi resolvida por quem falou de modo mais convincente. Foi resolvida, alguns anos depois, por uma medição. É assim que deveria ser na ciência, embora nem sempre seja tão rápido.

Isso acontece com frequência na ciência. Duas pessoas cuidadosas olham para evidências incompletas e chegam a conclusões diferentes. Nenhuma delas é tola. As duas estão fazendo o melhor que podem com o que têm. A própria discussão é útil, porque deixa claro de que evidência se precisa. Nesse caso, todos concordavam sobre o que resolveria a questão: uma medição confiável da distância até pelo menos uma nebulosa espiral. Se alguém conseguisse encontrar uma cefeida numa delas, a regra de Leavitt daria a resposta.

A dificuldade era prática. Uma cefeida numa nebulosa espiral distante seria extremamente fraca, fraca demais para que a maioria dos telescópios da época conseguisse distingui-la como uma estrela isolada. Para vê-la, um astrônomo precisaria de um dos maiores telescópios do mundo, de muita paciência e de muitas noites frias de trabalho.

Uma estrela em Andrômeda

Esse astrônomo foi Edwin Hubble. Em 1923 e 1924, trabalhando noite após noite num dos maiores telescópios da época, no alto de uma montanha longe das luzes das cidades, ele fotografou a maior e mais brilhante das nebulosas espirais, a que fica na constelação de Andrômeda. Comparando as suas chapas fotográficas, encontrou uma estrela cujo brilho subia e descia num ritmo constante. Era uma cefeida. Logo encontrou outras.

Um pequeno detalhe dessa história foi preservado. Quando Hubble viu a estrela pela primeira vez numa das suas placas de vidro, ele a marcou como uma possível estrela nova, do tipo que se acende de repente uma vez e depois se apaga. Quando a comparou com chapas mais antigas do mesmo pedaço do céu e viu que a luz dela subia e descia num ritmo que se repetia, riscou a primeira marca e escreveu uma nota curta dizendo que era uma estrela variável, uma estrela que muda de brilho. Essa chapa, com a nota corrigida, ainda está guardada. É um bonito lembrete de que até as grandes descobertas começam com uma pessoa corrigindo o próprio primeiro palpite.

Usando a regra de Leavitt, Hubble calculou a que distância estavam essas estrelas. A resposta era muito maior do que o tamanho da nossa própria galáxia, mesmo nas maiores estimativas da época. A nebulosa de Andrômeda não era uma pequena nuvem dentro da Via Láctea. Era outra galáxia, bem fora da nossa, formada por um número enorme de estrelas próprias. O resultado dele foi anunciado por volta do começo de 1925.

A primeira estimativa de Hubble para a distância era menos da metade do valor atual, por causa de erros na fita métrica que foram corrigidos mais tarde. Hoje se sabe que a galáxia de Andrômeda está a cerca de 2,5 milhões de anos-luz. Mas até o primeiro número dele já bastou. Em pouco tempo, o universo passou de uma galáxia só para incontáveis galáxias, espalhadas pelo espaço em todas as direções. A Via Láctea já não era o universo. Era uma ilha entre muitíssimas outras.

É difícil exagerar o tamanho dessa mudança. Dentro da vida profissional de uma geração, o universo conhecido ficou tão maior que o quadro antigo pareceu minúsculo. E isso era só o começo. Hubble e outros logo passaram a olhar mais de perto para a luz dessas galáxias e encontraram algo ainda mais estranho, que é a história da próxima noite deste livro.

Antes de dormir

Noor ficou na janela até a estação voltar para a luz do dia. Depois escreveu para Sami. “Em 1900, muitos astrônomos achavam que a nossa galáxia era o universo inteiro. Aí uma mulher que media estrelas em placas de vidro encontrou um jeito de medir distâncias, e um homem num telescópio grande usou esse jeito para mostrar que a nebulosa de Andrômeda é uma galáxia separada. De repente havia incontáveis galáxias. Lição de casa de hoje: se pegar uma noite escura, procure uma faixa pálida atravessando o céu. É a nossa galáxia, vista de dentro.”

Sami respondeu na manhã seguinte, antes de ir dormir depois do turno. Escreveu que uma vez, anos atrás, tinha visto a Via Láctea numa rota de entregas pelo interior, quando parou à beira de uma estrada sem nenhuma luz. Tinha achado que era uma nuvem fina. “Agora sei que eram algumas centenas de bilhões de estrelas”, escreveu. “Vou olhar de novo.”

Noor leu a mensagem no café da manhã, flutuando ao lado de Ade, que comia frutas secas de um pacote. Ela a mostrou a ele. Ade disse que gostava da ideia de um motorista de caminhão à beira de uma estrada escura olhando para algumas centenas de bilhões de estrelas e achando que eram uma nuvem. “A maioria das pessoas que já viveram pensou a mesma coisa”, disse ele. “Seu irmão está em boa companhia.”

Se você mora numa cidade, talvez raramente veja a Via Láctea, porque os postes de luz e as janelas acesas clareiam o céu. Não há motivo para ficar triste com isso. É apenas um motivo para, se um dia você viajar para longe das luzes numa noite limpa, olhar para cima por um tempo. A faixa pálida estará lá, como esteve em todas as noites da história humana, esperando por qualquer pessoa que tenha um momento para reparar nela.

Equívocos comuns

Muita gente pensa que a Via Láctea é a mesma coisa que o universo, ou que as duas palavras querem dizer quase o mesmo. Essa era, como vimos, a crença de muitos astrônomos há apenas um século. Mas hoje sabemos que a Via Láctea é uma galáxia entre um número imenso de galáxias, muitas demais para serem contadas uma a uma. A Via Láctea é a nossa galáxia, aquela dentro da qual vivemos. O universo é tudo: todas as galáxias, todo o espaço entre elas e tudo o mais que existe.

Algumas pessoas acreditam que outras galáxias só podem ser vistas com grandes telescópios. É verdade que a maioria delas é fraca demais para o olho. Mas algumas podem ser vistas sem instrumento nenhum. A galáxia de Andrômeda, numa noite limpa e escura, longe das luzes, aparece como uma manchinha fraca, um pequeno oval de luz suave. Ela não se parece com as fotografias em espiral dos livros, porque o olho só consegue ver o centro brilhante dela. Mesmo assim, se você a encontrar, estará vendo com os próprios olhos uma luz que saiu de outra galáxia há cerca de 2,5 milhões de anos. Da metade sul da Terra, as duas galáxias pequenas que Henrietta Leavitt estudou também podem ser vistas como duas nuvens pálidas num céu escuro.

Um terceiro equívoco diz respeito à palavra nebulosa. Hoje, os astrônomos a usam para nuvens de gás e poeira no espaço, como os lugares brilhantes onde nascem novas estrelas. No passado, a mesma palavra era usada para qualquer mancha fraca e difusa vista num telescópio, inclusive as nebulosas espirais que se revelaram galáxias. É por isso que os livros antigos falam da nebulosa de Andrômeda, enquanto os livros modernos falam da galáxia de Andrômeda. São o mesmo objeto. Só o nosso entendimento mudou. Mudanças assim, em que o nome fica mas o conhecimento cresce, fazem parte da história da ciência, e na próxima noite vamos ver como um olhar cuidadoso para as cores das galáxias mudou mais uma vez o nosso quadro do universo.