Iniciação Científica 1º e 2º ano
COLEGIO ESTADUAL ERALDO TINOCO DE MELO
INICIAÇÃO CIENTÍFICA – 1º e 2º ano Ensino Integral
Johannes Kepler
Johannes Kepler (Weil der Stadt, 27 de dezembro de 1571 — Ratisbona, 15 de novembro de 1630) foi um astrônomo, astrólogo [2] e matemático alemão.
Considerado figura-chave da revolução
científica do século XVII, é todavia célebre por ter formulado
as três leis fundamentais da mecânica
celeste, denominadas por Leis de Kepler,
tendo estas sido codificadas por astrônomos posteriores com base nas suas
obras Astronomia
Nova, Harmonices Mundi, e Epítome da Astronomia de Copérnico.
Essas obras também forneceram uma das bases para a teoria da gravitação
universal de Isaac Newton.
Durante sua carreira, Kepler foi professor de
matemática em uma escola seminarista em Graz, Áustria, um
assistente do astrônomo Tycho Brahe, o matemático imperial
do imperador
Rodolfo II e de seus dois sucessores, Matias
I e Fernando II. Também foi professor de matemática em Linz, Áustria, e conselheiro do general
Wallenstein. Adicionalmente, fez um trabalho fundamental no campo
da ótica,
inventou uma versão melhorada do telescópio
refrator (o telescópio
de Kepler) e ajudou a legitimar as descobertas telescópicas de
seu contemporâneo Galileu Galilei.
Kepler viveu numa época em que não havia
nenhuma distinção clara entre astronomia e astrologia, mas
havia uma forte divisão entre a astronomia (um ramo da matemática dentro
das artes
liberais) e a física (um
ramo da filosofia
natural). Kepler também incorporou raciocínios e argumentos religiosos
em seu trabalho, motivado pela convicção religiosa de que Deus havia criado o
mundo de acordo com um plano inteligível, acessível através da luz natural da razão. Kepler
descreveu sua nova astronomia como "física celeste",[4] como
"uma excursão à Metafísica de Aristóteles" e
como "um suplemento de Sobre o Céu de
Aristóteles", transformando a antiga tradição da cosmologia física ao
tratar a astronomia como parte de uma física matemática universal.
Johannes Kepler nasceu em 27 de dezembro de
1571, na cidade
imperial livre Weil der Stadt (agora parte da Região
de Estugarda no estado alemão Baden-Württemberg,
30 km a oeste do centro de Estugarda). Seu avô, Sebald Kepler, tinha sido
lorde-prefeito daquela cidade, mas, quando Johannes nasceu, tinha dois irmãos e
uma irmã e a fortuna da família Kepler estava em declínio. Seu pai, Heinrich
Kepler, ganhava a vida de maneira precária como um mercenário, e
deixou a família quando Johannes tinha cinco anos de idade. Acreditava-se que
tinha morrido na Guerra
dos Oitenta Anos nos Países Baixos. Sua
mãe, Katharina
Guldenmann, a filha de um dono de hospedaria, era uma curandeira e herbolária que mais tarde foi julgada por bruxaria.
Nascido prematuramente, Johannes disse ter sido uma criança fraca e doente. Ele
foi, no entanto, uma criança brilhante; e frequentemente impressionava
viajantes na pousada de seu avô com sua fenomenal capacidade matemática.
Kepler foi apresentado à astronomia quando
criança, e desenvolveu um amor por ela que manteve por toda sua vida. Aos seis
anos de idade, observou o Grande Cometa de 1577, deixou escrito que
"foi levado por sua mãe para um local elevado para vê-lo." Aos
nove anos, observou um outro evento astronômico, um eclipse lunar em
1580, registrando que se lembrava de ter sido "chamado para fora"
para observá-lo e que a lua "parecia
bastante vermelha". No entanto, varíola durante a infância o deixou
com a visão fraca e alguma invalidez nas mãos, limitando sua habilidade para os
aspectos observacionais da astronomia.
Em 1589, depois de ter passado pela escola
primária, escola de latim, e seminário em Maulbronn,
Kepler começou a assistir as aulas de Tübinger Stift na Universidade
de Tubinga. Lá, estudou filosofia, tendo Vitus
Müller como professor e teologia tendo Jacob
Heerbrand como professor (um estudante de Philipp Melanchthon em
Wittenberg), que também ensinou Michael Maestlin quando
esse era um estudante. Kepler provou ser um matemático excepcional e
ganhou uma reputação de astrólogo hábil, fazendo horóscopos para
colegas estudantes. Sob a instrução de Michael Maestlin, professor de
matemática de Tübingen de 1583 até 1631, ele aprendeu tanto o sistema
ptolomaico quanto o sistema copernicano dos
movimentos planetários. Ele se tornou um copernicano na época. Em um debate
estudantil, defendeu o heliocentrismo de uma perspectiva tanto teórica quanto
teológica, mantendo que o Sol era a principal fonte de poder motriz
no Universo.[] Apesar
de seu desejo de se tornar um ministro, perto do fim de seus estudos Kepler foi
recomendado para uma posição de professor de matemática e astronomia na escola
protestante de Graz (mais tarde a Universidade
de Graz). Ele aceitou a posição em abril de 1594, quando tinha
23 anos de idade.
Mysterium
Cosmographicum
O
primeiro grande trabalho sobre astronomia de Johannes Kepler, Mysterium
Cosmographicum (O Mistério Cosmográfico), foi a
primeira defesa publicada do sistema copernicano. Kepler afirmou ter tido
uma epifania em
19 de julho de 1595, enquanto ensinava em Graz, enquanto
explicava a conjunção periódica de Saturno e Júpiter no zodíaco;
ele percebeu que polígonos
regulares limitavam um círculo inscrito e um círculo
circunscrito em razões definidas, que, ele raciocinou, poderiam ser a base
geométrica do universo. Após não conseguir encontrar um arranjo único de
polígonos que se ajustasse às observações astronômicas conhecidas (mesmo com
planetas extras adicionados ao sistema), Kepler começou a experimentar
com poliedros,
figuras tridimensionais. Ele descobriu que cada um dos cinco sólidos
platônicos podia ser inscrito e circunscrito de forma
única por esferas
celestes; aninhando-se estes sólidos, cada um envolto por
uma esfera, cada um dentro do outro, produzia-se seis camadas, correspondentes
aos seis planetas conhecidos — Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter,
e Saturno.
Ao ordenar os sólidos corretamente —octaedro, icosaedro, dodecaedro, tetraedro, cubo— Kepler descobriu
que as esferas podiam ser posicionadas em intervalos correspondentes (dentro
dos limites de acurácia das observações astronômicas disponíveis) ao tamanho
relativo de cada trajetória planetária, assumindo-se que os planetas giram em
torno do Sol. Kepler também encontrou uma fórmula que relacionava o tamanho da
esfera de cada planeta com a duração de seu período
orbital: dos planetas interiores aos exteriores, a razão
de aumento do período orbital é o dobro da diferença entre os raios das
esferas. No entanto, mais tarde Kepler rejeitou esta fórmula, porque ela não
era precisa o suficiente.
Como
ele indicou no título, Kepler pensou que havia revelado o plano geométrico de
Deus para o Universo. Muito do entusiasmo de Kepler pelo sistema copernicano
vinha de suas convicções teológicas a
respeito da conexão entre o físico e o espiritual;
o próprio Universo era uma imagem de Deus, com o Sol correspondendo ao Pai, e a
esfera estelar ao Filho,
e o espaço intermediário entre eles ao Espírito Santo.
Seu primeiro manuscrito de Mysterium continha um extenso
capítulo reconciliando o heliocentrismo com passagens bíblicas que pareciam
sustentar o geocentrismo.
Com
o apoio de seu mentor Michael Maestlin,
Kepler recebeu permissão do senado da Universidade de Tübingen para publicar
seu manuscrito, pendendo remoção da exegese bíblica e a adição de uma descrição
mais simples e entendível do sistema copernicano assim como das novas ideias de
Kepler. Mysterium foi publicado nos finais de 1596, e Kepler
recebeu suas cópias e começou a enviá-las a proeminentes astrônomos e patronos
dos começos de 1597; não foi amplamente lido, mas estabeleceu a reputação de
Kepler como astrônomo muito habilidoso. A efusiva dedicação a patronos
poderosos, assim como aos homens que controlavam sua posição em Graz, também
forneceu uma porta de entrada decisiva para o sistema de patronagem.
Seção interna do modelo.
Apesar
dos detalhes terem sido modificados à luz de seus trabalhos posteriores, Kepler
nunca renunciou à cosmologia platonista poliédrica-esferista apresentada
em Mysterium Cosmographicum. Suas principais obras de astronomia
subsequentes foram de certa forma, apenas desenvolvimentos adicionais dela,
preocupados em encontrar dimensões interiores e exteriores mais precisas para
as esferas, por meio do cálculo das excentricidades das órbitas planetárias
dentro delas. Em 1621, Kepler publicou a segunda edição de Mysterium,
expandida, uma metade a mais que a primeira, detalhando em notas de rodapé as
correções e melhorias que ele tinha alcançado após 25 anos desde sua primeira
publicação.
Em
termos de impacto, Mysterium pode ser visto como um importante
primeiro passo na modernização da teoria copernicana. Não há dúvidas de que
objetivo de "De Revolutionibus" de Copérnico foi o de promover um
sistema heliocêntrico, mas nesse livro ele recorreu a artifícios ptolemaicos
(epiciclos e círculos excêntricos) a fim de explicar a mudança na velocidade
orbital dos planetas. Além disso, Copérnico continuou a usar como ponto de
referência o centro da órbita terrestre em vez da do Sol, como dito por ele,
"como um auxílio para as contas e a fim de não confundir o leitor por
divergir muito de Ptolomeu." Portanto, embora a tese do "Mysterium
Cosmographicum" estivesse errada, a astronomia moderna deve muito a esse
trabalho "uma vez que representa o primeiro passo na limpeza do sistema
copernicano dos remanescentes da teoria ptolomaica ainda agarrados a
ela."
Casamento com
Barbara Müller
Retratos de Kepler e sua esposa.
Em
dezembro 1595, Kepler foi apresentado a Barbara Müller, de 23 anos de idade,
viúva (duas vezes) e com uma filha pequena, Gemma van Dvijneveldt, e ele
começou a cortejá-la. Müller, herdeira dos bens de seus maridos falecidos,
também era a filha de um bem-sucedido dono de um moinho. Seu pai, Jobst,
inicialmente se opôs ao casamento, apesar da nobreza de Kepler; embora ele
tivesse herdado a nobreza de seu avô, sua pobreza fazia dele um partido
inaceitável. Jobst cedeu após Kepler completar sua obra Mysterium,
mas o acordo quase se desfez enquanto Kepler estava longe cuidando dos detalhes
para a publicação. No entanto, oficiais da igreja —que tinham ajudado a
estabelecer o casamento— pressionaram os Müllers a honrar com seu acordo.
Barbara e Johannes se casaram em 27 de abril de 1597.
Nos
primeiros anos do seu casamento, os Keplers tiveram dois filhos (Heinrich e
Susanna), que morreram na infância. Em 1602, eles tiveram uma filha (Susanna);
em 1604, um filho (Friedrich); e em 1607, outro filho (Ludwig).
Outras pesquisas
Após
a publicação de Mysterium e com a bênção dos inspetores escolares
de Graz, Kepler começou um ambicioso programa para estender e elaborar suas
obras. Ele planejou quatro livros adicionais: um sobre os aspectos
estacionários do Universo (o Sol e as estrelas fixas); um sobre os planetas e
seus movimentos; um sobre a natureza física dos planetas e a formação das
características geográficas (focado especialmente na Terra); e um sobre os
efeitos dos céus sobre a Terra, incluindo óptica atmosférica, meteorologia e
astrologia.
Ele
também procurou as opiniões de muitos dos astrônomos aos quais tinha
enviado Mysterium, entre eles Reimarus Ursus (Nicolaus
Reimers Bär) —o matemático imperial de Rodofo II e um
rival mordaz de Tycho Brahe. Ursus não respondeu
diretamente, mas republicou a carta lisonjeira de Kepler, a fim de vencer sua
disputa contra Tycho, a respeito da primazia do (como é agora chamado) sistema tychonico. Apesar disso,
Tycho também começou a trocar correspondências com Kepler, começando com uma
crítica severa, mas legítima, do sistema de Kepler; dentre uma série de
objeções, Tycho declarou ser um problema o uso de dados numéricos imprecisos
de Copérnico.
Através de suas cartas, Tycho e Kepler discutiram sobre uma ampla gama de
problemas de astronomia, entre eles, fenômenos lunares e a teoria copernicana
(particularmente, a sua viabilidade teológica). Mas sem os dados
significativamente mais precisos do observatório de Tycho, Kepler não tinha
como tratar de muitas dessas questões.
Em
vez disso, ele voltou sua atenção para a cronologia e
"harmonia", as relações numerológicas entre
a música, matemática e o mundo físico, e suas consequências astrológicas.
Assumindo que a Terra possuía uma alma (uma propriedade que mais tarde ele
invocaria para explicar como o Sol causa o movimento dos planetas), ele
estabeleceu um sistema especulativo que conectava aspectos astrológicos e
distâncias astronômicas ao clima e
outros fenômenos terrestres. Por volta de 1599, entretanto, novamente ele
sentiu seu trabalho limitado pela imprecisão dos dados disponíveis —assim como
uma crescente tensão religiosa que também estava ameaçando a continuação de seu
emprego em Graz. Em dezembro daquele ano, Tycho convidou Kepler a visitá-lo em Praga; em 1º de janeiro
de 1600 (antes mesmo de ele receber o convite), Kepler partiu na esperança de
que os patronos de Tycho poderia resolver seus problemas filosóficos assim como
os sociais e financeiros.
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