Paralaxe é o deslocamento observado de um objeto causado pela mudança do ponto de vista do observador.

A paralaxe permite que os astrônomos meçam as distâncias de estrelas distantes usando trigonometria. Crédito da imagem: ESA

Em astronomia, é uma ferramenta insubstituível para calcular distâncias de estrelas distantes.

Observado da Terra, o céu noturno parece bidimensional. Mas é tudo menos isso. No entanto, os astrônomos levaram milhares de anos para descobrir como medir as distâncias das estrelas do nosso planeta e criar mapas tridimensionais reais refletindo a distribuição de estrelas e galáxias no universo. Um dos principais métodos que eles usam é a chamada paralaxe, que conta com o mesmo efeito que a visão estereoscópica. 

Funciona assim: Estenda a mão, feche o olho direito e coloque o polegar estendido sobre um objeto distante. Agora, troque os olhos, de modo que seu olho esquerdo fique fechado e seu olho direito aberto. Seu polegar parecerá se deslocar ligeiramente em relação ao fundo. Medindo essa pequena mudança e conhecendo a distância entre os olhos, você pode calcular a distância até o polegar. Isso é trigonometria. 

Quando se trata de medir distâncias de outras estrelas, não há dois olhos que possam fazer o truque. Em vez disso, a órbita da Terra ao redor do Sol fornece a linha de base para esses cálculos.

A cada seis meses, o planeta muda sua posição em relação ao universo circundante em 300 milhões de quilômetros (186 milhões de milhas). Como estamos fazendo esse movimento junto com a Terra, podemos (teoricamente) observar seu efeito como pequenos círculos que as estrelas realizam no céu todos os anos. Devido às vastas distâncias até mesmo das estrelas mais próximas, esses círculos são quase imperceptíveis, então detectá-los e medi-los é extremamente difícil. 

A HISTÓRIA DAS MEDIÇÕES DE PARALAXE EM ASTRONOMIA

A primeira medição astronômica conhecida usando paralaxe não envolveu uma estrela e a lua. O antigo astrônomo grego Hiparco teria usado observações de um eclipse solar de dois locais diferentes para calcular a distância do companheiro celestial da Terra.

Em 1672, o astrônomo italiano Giovanni Cassini e seu colega Jean Richer fizeram observações simultâneas de Marte, com Cassini em Paris e Richer na Guiana Francesa. Cassini posteriormente usou essas medições para calcular a paralaxe que determina a distância de Marte à Terra. 

A primeira pessoa a conseguir medir a distância de uma estrela usando o método de paralaxe foi o astrônomo alemão Friedrich Bessel em 1838. Com base em suas observações, Bessel calculou que a estrela 61 Cygni, uma das estrelas da constelação de Cygnus, deve ter cerca de 10 anos-luz de distância da Terra. Este foi o início do longo e tedioso processo de construção de um mapa tridimensional do universo. 

No final da década de 1830, os contemporâneos e rivais de Bessel, Wilhelm Struve e Thomas Henderson, forneceram uma medida de paralaxe cada um, elevando o número total para três. No início do século 20, a lista de estrelas com paralaxe medida cresceu para algumas centenas, principalmente graças ao trabalho do astrônomo holandês Jacobus Kapteyn.

Nas décadas seguintes, os astrônomos, auxiliados pelas melhorias na tecnologia dos telescópios, gradualmente aumentaram os catálogos de distâncias estelares usando o método de paralaxe. Em 1924, o astrônomo americano Frank Schlesinger publicou um catálogo com as paralaxes de quase 2.000 estrelas, sondando distâncias estelares de algumas dezenas de anos-luz da Terra. Seu catálogo foi estendido para cerca de 6.000 estrelas por Louise Freeland Jenkins em 1952 e para mais de 8.000 estrelas por William van Altena em 1995. Mas o efeito cintilante causado pela atmosfera da Terra e a distorção das observações do telescópio causados pela gravidade da Terra impediram os astrônomos de atingir uma precisão melhor do que cerca de 0,01 segundo de arco (um segundo de arco é uma medida angular igual a 1/3600 de um grau).

“Hoje, com tecnologias avançadas, como óptica adaptativa e interferometria, podemos alcançar precisões de algumas dezenas de micro-segundos de arco em grandes telescópios terrestres”, segundo Jos de Bruijne, astrônomo da Agência Espacial Europeia (ESA) em um comunicado.

O efeito de paralaxe faz com que as estrelas aparentemente realizem pequenos círculos no céu todos os anos. Como as estrelas também se movem no espaço em suas próprias trajetórias, esses círculos se transformam em uma espiral. Crédito da imagem: ESA

AVANÇO EM MEDIÇÕES DE PARALAXE E MAPEAMENTO DE GALÁXIAS

Um verdadeiro avanço na medição de paralaxe e, portanto, na determinação de distâncias de estrelas em nossa galáxia, a Via Láctea, veio com uma missão chamada Hipparchos, em homenagem ao antigo astrônomo grego que usou pela primeira vez o método para estimar a distância da lua.

Esta missão, lançada pela ESA em 1989, mediu as posições e paralaxes, bem como os movimentos próprios (o movimento de uma estrela no céu observado ao longo dos anos que não é causado pela paralaxe, mas reflete o movimento real da estrela no espaço), por quase 120.000 estrelas. A espaçonave orbitou a Terra por cerca de quatro anos, permitindo que os astrônomos sondassem a vizinhança do Sol até uma distância de 300 anos-luz com a precisão de 0,001 segundo de arco.

Duas décadas após o fim da missão Hipparchos, outro avanço chegou. Em 2013, a ESA lançou um telescópio chamado Gaia que mapeia as posições, paralaxes e movimentos próprios de mais de um bilhão de estrelas. Esse número representa apenas cerca de 1% do número real de estrelas na galáxia, mas é o suficiente para os astrônomos extrapolarem as observações para entender como a Via Láctea se comporta como um todo. 

Usando os dados do Gaia, eles puderam, pela primeira vez, criar uma linha do tempo dinâmica da vida da galáxia ao longo de bilhões de anos, revelando eventos passados, mas também projetando o que acontecerá no futuro.

"Hipparcos tinha um detector com apenas um pixel e só podia observar uma estrela de cada vez", disse de Bruijne, que é vice-cientista do projeto da ESA para a missão Gaia. "Gaia, por outro lado, tem quase um bilhão de pixels em seus detectores e pode observar milhares de estrelas ao mesmo tempo".

Os espelhos do Gaia são 20 vezes maiores e, portanto, coleta luz com muito mais eficiência do que seu antecessor, vendo muito mais profundamente na galáxia.

O QUE MAIS VOCÊ PODE APRENDER COM A PARALAXE?

O método de paralaxe, no entanto, é apenas o primeiro degrau na escada de distância cósmica, uma sucessão de métodos que os astrônomos usam para estimar distâncias de objetos no universo. Em algum momento, estrelas e galáxias ficam muito distantes para ter sua paralaxe medida mesmo pelas tecnologias mais sensíveis disponíveis. Mas os astrônomos podem usar informações derivadas das medições de paralaxe das estrelas mais próximas para estimar as distâncias das mais distantes.

Por exemplo, medindo as distâncias de várias estrelas próximas, os astrônomos conseguiram estabelecer relações entre a cor de uma estrela e seu brilho intrínseco, o brilho que ela aparentaria ter se vista de uma distância padrão. Essas estrelas então se tornam o que os astrônomos chamam de "velas padrão". Ao comparar a cor e o espectro das estrelas com as "velas padrão", os astrônomos podem determinar o brilho intrínseco da estrela, disse Mark Reid, astrônomo do Harvard Smithsonian Center for Astrophysics. 

Ao comparar o brilho intrínseco com o brilho aparente da estrela, podemos obter uma boa medida da distância da estrela aplicando a regra 1/r². A regra 1/r² afirma que o brilho aparente de uma fonte de luz é proporcional ao quadrado de sua distância. Por exemplo, se você projetar uma imagem de um pé (0,3048 metros) quadrado em uma tela e, em seguida, mover o projetor duas vezes mais para longe, a nova imagem terá 2 pés por 2 pés, ou 4 pés quadrados. A luz está espalhada por uma área quatro vezes maior e será apenas um quarto do brilho de quando o projetor estava a metade da distância. Se você mover o projetor três vezes para mais longe, a luz cobrirá 9 pés quadrados e parecerá apenas um nono mais brilhante.  

Se uma estrela medida dessa maneira for parte de um aglomerado distante, podemos supor que todas essas estrelas estão à mesma distância e podemos adicioná-las à biblioteca de velas padrão. 

USANDO PARALAXE PARA IMAGENS 3D

Outra aplicação da paralaxe é a reprodução e exibição de imagens 3D. A chave é capturar imagens 2D do objeto de dois ângulos ligeiramente diferentes, semelhantes aos olhos humanos, e apresentá-las de tal forma que cada olho veja apenas uma das duas imagens. 

Por exemplo, um estereóptico, ou estereoscópio, que era um dispositivo popular no século 19, usa paralaxe para exibir fotografias em 3D. Duas imagens montadas lado a lado são vistas através de um conjunto de lentes. Cada foto é tirada de um ponto de vista ligeiramente diferente que corresponde ao espaçamento dos olhos. A imagem da esquerda representa o que o olho esquerdo veria, e a imagem da direita mostra o que o olho direito veria. Através de um visualizador especial, o par de imagens 2D se fundem em uma única fotografia 3D. O brinquedo moderno View-Master usa o mesmo princípio.

Outro método de captura e visualização de imagens 3D, o Anaglyph 3D, separa as imagens fotografando-as através de filtros coloridos. As imagens são então visualizadas usando óculos coloridos especiais. Uma lente geralmente é vermelha e a outra ciano (azul-verde). Esse efeito funciona para filmes e imagens impressas, mas a maioria ou todas as informações de cores da cena original são perdidas. 

Alguns filmes conseguem um efeito 3D usando luz polarizada. As duas imagens são polarizadas em direções ortogonais, ou em ângulos retos entre si, normalmente em um padrão X, e projetadas juntas na tela. Os óculos 3D especiais usados pelos membros da plateia bloqueiam uma das duas imagens sobrepostas em cada olho. 

A maioria das televisões 3D de hoje usa um esquema de obturador ativo para exibir imagens para cada olho que se alternam em 240 Hz. Óculos especiais são sincronizados com a TV para bloquear alternadamente as imagens esquerda e direita de cada olho. 

Os headsets para jogos de realidade virtual, como o Oculus Rift e o HTC Vive, produzem ambientes virtuais 3D projetando uma imagem de um ângulo de visão diferente para cada olho para simular um efeito de paralaxe.

Há também muitos usos para imagens 3D na ciência e na medicina. Por exemplo, tomografias computadorizadas, que são imagens 3D reais de regiões dentro do corpo, não apenas um par de projeções 2D, podem ser exibidas para que cada olho veja a imagem de um ângulo ligeiramente diferente para produzir um efeito de paralaxe. A imagem pode então ser girada e inclinada enquanto está sendo visualizada. Os cientistas também podem usar imagens 3D para visualizar moléculas, vírus, cristais, superfícies de filmes finos, nanoestruturas e outros objetos que não podem ser vistos diretamente com microscópios ópticos porque são muito pequenos ou estão embutidos em materiais opacos.

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— Este artigo foi atualizado em 09 de abril de 2022 pelo editor da Gaia Ciência

RECURSOS ADICIONAIS E LEITURA:

Você pode aprender mais sobre a paralaxe estelar no Departamento de Física e Astronomia da Georgia State University ou assistir a uma breve aula sobre o ângulo de paralaxe da NASA. Depois de dominar o básico, você pode usar os princípios da paralaxe para criar projetos estereoscópicos do Scratch Studios do MIT.

BIBLIOGRAFIA

• Parallax https://sci.esa.int/web/gaia/-/60236-parallax (ESA, 2018)
• Por que era tão difícil estudar a Via Láctea antes do Gaia? https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia/Why_was_it_so_difficult_to_study_the_Milky_Way_before_Gaia (ESA)

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Referência:

LUCAS, Jim; PULTAROVA, Tereza. What Is Parallax? Space, Nova York, 11, jan. 2022. Disponível em: <https://www.space.com/30417-parallax.html>. Acesso em: 09, abr. 2022.

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.