Quando Johannes Kepler nasceu no final do século 16, as pessoas pensavam que os planetas do sistema solar viajavam em órbitas circulares ao redor da Terra.

Um problema ocasional, como Marte parecendo inverter repentinamente o curso, foi resolvido pela adição de círculos em miniatura, ou epiciclos, aos caminhos planetários. Mas Kepler não apenas defendeu veementemente a ideia de que os planetas orbitam o sol, ele também revelou que seus caminhos não eram círculos perfeitos. Suas descrições dos movimentos planetários ficaram conhecidas como leis de Kepler. Hoje, essas leis não apenas descrevem o movimento planetário, mas também determinam as órbitas de satélites e estações espaciais.

Correspondência codificada

Nascido em dezembro de 1571, em Weil der Stadt, na Suábia, no sudoeste da Alemanha, o jovem Johannes Kepler era um filho doente de pais pobres. Ele recebeu uma bolsa de estudos para a Universidade de Tübingen, onde estudou para se tornar um ministro luterano. Enquanto estava lá, ele conheceu o trabalho de Nicolau Copérnico, que havia escrito que os planetas orbitavam o Sol em vez da Terra.

Em 1594, Kepler tornou-se professor de matemática em um seminário em Graz, Áustria, além de matemático de distrito e fabricante de calendários. Em seu tempo livre, ele continuou a estudar astronomia e astrologia (que eram praticamente a mesma coisa naquela época). Em 1596, Kepler escreveu a primeira defesa pública do sistema copernicano. Esta foi uma posição perigosa, visto que em 1539, Martinho Lutero, fundador da Igreja Luterana, zombou da teoria quando a ouviu pela primeira vez, enquanto a Igreja Católica considerou tal posição herética em 1615 (mais tarde submeteram o astrônomo Galileo Galilei à prisão domiciliar pela sua publicação sobre o assunto, embora a prisão possa ter tido mais a ver com o fato de que ele insultou o papa).

O astrônomo alemão Johannes Kepler usou a matemática para calcular a trajetória dos planetas, descobrindo que eles viajavam não em círculos, como se esperava, mas em elipses. Crédito da imagem: Johnnes Kepler Gesammelte Werke, CH Beck, 1937

"A era em que Kepler viveu foi de tremendas turbulências e mudanças", disse Dan Lewis, curador de história da ciência e tecnologia da Biblioteca Huntington em San Marino, Califórnia, no site JPL da NASA. "Os líderes religiosos estavam relutantes em abandonar suas ideias sobre os céus. Conversas de astrônomos sobre um céu cheio de objetos se movendo em órbitas não circulares e outros fenômenos que iam contra um modelo centrado na Terra ameaçavam suas crenças."

Na verdade, a motivação de Kepler não era perturbar a igreja. Em vez disso, sua defesa do modelo copernicano não se baseava em fundamentos físicos ou matemáticos, o argumento de Kepler era religioso, escreveu o astrofísico Paul Sutter em uma coluna “Vozes de especialistas” da Space.com . De acordo com Sutter, Kepler disse que, uma vez que o filho de Deus estava no centro da fé cristã, o sol deveria estar no centro do universo. 

No entanto, de acordo com Lewis, Kepler e sua primeira esposa, Bárbara, criaram um código para escrever cartas um para o outro, de modo que a correspondência não os colocasse em risco de perseguição.

Em busca das notas mais detalhadas sobre os caminhos dos planetas, Kepler contatou o astrônomo Tycho Brahe. Um nobre dinamarquês rico, Brahe construiu um observatório em Praga onde rastreou os movimentos dos planetas e manteve as observações mais precisas do sistema solar da época. Em 1600, Brahe convidou Kepler para trabalhar com ele.

Brahe, no entanto, ficou desconfiado e não quis compartilhar suas anotações com seu assistente. Em vez disso, ele designou Kepler para resolver o mistério de Marte, um dos problemas mais intrigantes da astronomia na época. Ironicamente, os registros detalhados do planeta desafiador eram as ferramentas de que o Kepler precisava para entender como o sistema solar funcionava.

Quando Brahe morreu em 1601, Kepler conseguiu adquirir as observações de Brahe antes que sua família pudesse usá-las em seu benefício financeiro.

Suspeito de assassinato

Em 1901, os cientistas abriram o túmulo de Brahe e afirmaram ter encontrado mercúrio em seus restos mortais. Kepler foi postumamente acusado de envenenar seu benfeitor para obter suas notas bem guardadas. Mas quando o corpo de Brahe foi exumado novamente em 2010, testes revelaram que o conteúdo de mercúrio em seu corpo não era alto o suficiente para matá-lo.

"Na verdade, análises químicas dos ossos indicaram que Tycho Brahe não foi exposto a uma carga anormalmente alta de mercúrio nos últimos cinco a dez anos de sua vida", o pesquisador Kaare Lund Rasmussen, professor associado de química da Universidade do Sul da Dinamarca que analisou os níveis de mercúrio na barba e nos ossos de Brahe, disse em um comunicado.

Acusado de assassinato muito depois de sua morte, o nome de Kepler foi finalmente limpo.

Leis de kepler

O problema marciano, que Kepler disse que resolveria em oito dias, demorou quase oito anos. Os astrônomos há muito lutavam para descobrir por que Marte parecia andar periodicamente para trás no céu noturno. Nenhum modelo do sistema solar, nem mesmo o de Copérnico, poderia explicar o movimento retrógrado.

Usando as observações detalhadas de Brahe, Kepler percebeu que os planetas viajavam em círculos "estendidos" conhecidos como elipses. O sol não estava exatamente no centro de sua órbita, mas sim ao lado, em um dos dois pontos conhecidos como foci. Alguns planetas, como a Terra, tinham uma órbita muito próxima a um círculo, mas a órbita de Marte era uma das mais excêntricas, ou amplamente alongada. O fato de os planetas viajarem em trajetórias elípticas é conhecido como Primeira Lei de Kepler.

Marte pareceu se mover para trás quando a Terra, em uma órbita interna, saiu de trás do planeta vermelho, então o alcançou e o ultrapassou. Copérnico sugeriu que as observações feitas a partir de uma Terra em movimento (em vez de uma localizada centralmente) poderiam ser a causa do movimento retrógrado, mas as órbitas circulares perfeitas que ele postulou ainda exigiam epiciclos para explicar os caminhos dos planetas. Kepler percebeu que dois planetas, viajando em elipses, criariam a aparência do movimento para trás do planeta vermelho no céu noturno.

Kepler também lutou com as mudanças nas velocidades dos planetas. Ele percebeu que um planeta se movia mais devagar quando estava mais longe do sol do que quando estava próximo. Uma vez que ele entendeu que os planetas viajavam em elipses, ele determinou que uma linha invisível conectando o Sol a um planeta cobria uma área igual no mesmo período de tempo. Ele postulou isso, sua Segunda Lei, junto com a primeira, que publicou em 1609.

A Terceira Lei de Kepler foi publicada uma década depois e reconheceu que a relação entre o período de dois planetas, o tempo que levam para orbitar o sol, está conectada à sua distância do sol. Especificamente, o quadrado da proporção do período de duas posições é igual ao cubo da proporção de seu raio. Enquanto suas duas primeiras leis se concentram nas especificidades do movimento de um único planeta, a terceira é uma comparação entre a órbita de dois planetas.

"Foi essa lei, não uma maçã, que levou Newton à sua lei da gravitação. Kepler pode realmente ser chamado de o fundador da mecânica celeste", diz a NASA em sua biografia do Kepler.

Outras descobertas notáveis

Embora Kepler seja mais conhecido por definir leis sobre o movimento planetário, ele fez várias outras contribuições notáveis para a ciência. Ele foi o primeiro a determinar que a refração impulsiona a visão no olho e que o uso de dois olhos permite a percepção de profundidade. Ele criou óculos para miopia e hipermetropia e explicou como um telescópio funcionava. Ele descreveu imagens e ampliação, e compreendeu as propriedades do reflexo.

Kepler afirmou que a gravidade era causada por dois corpos, ao invés de um, e como tal, a lua era a causa do movimento das marés na Terra. 

"Se a Terra deixasse de atrair as águas do mar, os mares subiriam e fluiriam para a lua", escreveu Kepler, de acordo com Michael Fowler, professor de física da Universidade da Virgínia. "Se a força atrativa da lua atingir a Terra, seguirá a força atrativa da Terra, ainda mais, estendendo-se até a lua e ainda mais longe."

Ele sugeriu que o sol gira e criou a palavra "satélite". Ele tentou usar seu conhecimento da distância que a Terra viaja para medir a distância até as estrelas. Kepler também calculou o ano de nascimento de Cristo.

Em reconhecimento à sua contribuição para a nossa compreensão do movimento dos planetas, a NASA nomeou seu telescópio de localização de planetas em homenagem ao astrônomo alemão.

Recursos adicionais

• Johannes Kepler: sua vida, suas leis e tempos (NASA)
• Outra página da NASA sobre Johannes Kepler
• Johannes Kepler, de Michael Fowler, da Universidade da Virgínia
• Informações sobre Johannes Kepler, de Martin Wilson

Junte-se aos nossos Canais Espaciais para continuar falando sobre o espaço nas últimas missões, céu noturno e muito mais! Siga-nos no facebook e no twitter. E se você tiver uma dica, correção ou comentário, informe-nos aqui ou pelo e-mail: gaiaciencia@gaiaciencia.com.br

Referência:

TILLMAN, Nola Taylor. Johannes Kepler: Unlocking the Secrets of Planetary Motion. Space, 20, nov. 2017. Disponível em: <https://www.space.com/15787-johannes-kepler.html>. Acesso em: 24, dez. 2021.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.