Calculadora de Distância por Paralaxe

d (pc) = 1 / p (segundos de arco) — o método da paralaxe trigonométrica sustenta toda a escala de distâncias cósmicas.

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Lição

A teoria — Calculadora de Distância por Paralaxe

A distância por paralaxe é medida por triangulação, tendo a órbita da Terra como linha de base. Ao observar uma estrela próxima em janeiro e novamente em julho, ela parece deslocar-se em relação ao fundo distante; metade desse deslocamento total é o ângulo de paralaxe p, e é o ângulo sob o qual a distância Terra–Sol é vista a partir da estrela.

O que significa cada símbolo

p
o ângulo de paralaxe em segundos de arco — metade do movimento anual de vai e vem, e não a totalidade do mesmo. Um segundo de arco é 1/3600 de um grau, e nenhuma estrela tem um valor desse tamanho: a maior paralaxe real no céu é inferior a 0.8″.
d
a distância, que é simplesmente o inverso do ângulo. Reduzindo o ângulo a metade, a distância duplica: 0.1″10 pc, 0.02″50 pc.
pc
o parsec, que não é tanto uma unidade de comprimento independente, mas sim uma escolha de conveniência — a distância à qual a paralaxe resulta exatamente em 1″. Essa definição é a única razão pela qual a fórmula não contém qualquer constante.
ly
o ano-luz, a mesma distância na unidade utilizada por não astrónomos. Um parsec corresponde a 3.2616 anos-luz, pelo que a segunda linha é sempre a primeira multiplicada por esse valor.

De onde vem a fórmula

  1. A distância Terra–Sol de 1 AU é o lado menor de um triângulo retângulo muito estreito, e a distância à estrela é o lado maior. O ângulo na estrela é p.
  2. Para um triângulo estreito, pela aproximação de pequenos ângulos, tan p ≈ p quando p está em radianos, e o erro dessa substituição é menor do que qualquer paralaxe alguma vez medida. Assim, d = 1 AU / p, com p em radianos.
  3. Os segundos de arco são mais convenientes do que os radianos, e a conversão introduz uma constante — o número de segundos de arco num radiano, cerca de 206265. Assim, d = 206265 AU / p″.
  4. Em vez de carregar essa constante para sempre, os astrónomos deram-lhe um nome: um parsec é 206265 AU. Dividindo a equação, a fórmula simplifica-se para d = 1/p, que é a expressão que a linha superior apresenta. Defina o ângulo como 1 e a distância indica exatamente 1 pc.

Como ler o que vê

O inverso é mais fácil de observar reduzindo o ângulo a metade do que lendo um único valor: 0.77″1.2987 pc, 0.1″10 pc, 0.02″50 pc. A linha do ano-luz acompanha a primeira rigidamente com 3.2616 anos-luz por parsec — 10 pc indica 32.6156 ly —, por isso não contém informação que a primeira linha não forneça, apenas uma mudança de unidade.

Pressupõe
Que o deslocamento medido é a paralaxe e não o movimento próprio da estrela no céu, e que reduziu o movimento anual a metade em vez de usar a sua totalidade. Ambos os erros multiplicam a resposta por um fator exato, o que os torna difíceis de detetar numa única medição.
Falha quando
A fórmula nunca falha; a medição é que falha, e fá-lo com a distância e não com um valor da fórmula. Como d = 1/p, um erro fixo no ângulo torna-se num erro na distância que cresce com o quadrado da distância — a 0.02″, uma incerteza de 0.002″ representa 10% do ângulo, mas altera a resposta para um valor entre cerca de 45 e 55 pc. É por isso que a paralaxe é o primeiro degrau da escada de distâncias e não a sua totalidade.

O ângulo é tão pequeno que quase afundou o heliocentrismo 🖖

Se a Terra realmente se move, as estrelas próximas devem parecer deslocar-se ao longo do ano. Copérnico sabia disso em 1543, e seus críticos também: eles apontavam que nenhum deslocamento desse tipo havia sido visto e concluíam que a Terra está parada. Eles raciocinavam corretamente a partir das evidências — os ângulos são simplesmente minúsculos. Até Proxima Centauri, a estrela mais próxima que existe, tem uma paralaxe de apenas 0,7685 segundo de arco, mais ou menos a largura de uma moeda vista de três quilômetros. Ninguém conseguiu medir isso por quase três séculos. Friedrich Bessel finalmente conseguiu em 1838 com 61 Cygni, em cerca de 0,31 segundo de arco, e a paralaxe estelar deixou de ser uma objeção ao heliocentrismo para se tornar o primeiro degrau da escada de distâncias.

Prática

Verifique você mesmo

Preveja primeiro a resposta e depois use os controlos acima para confirmar. Revele a solução só depois de se ter comprometido com um palpite — é isso que torna isto prática.

  1. A perspetiva 1 diz que Friedrich Bessel mediu 61 Cygni em cerca de 0.31 segundos de arco em 1838, a primeira distância estelar alguma vez obtida. Escreva-a. A que distância fica, e como se compara com os 0.7685″ de Próxima Centauri?

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    3.2258 pc, ou 10.5212 ly. Próxima com 0.7685″ marca 1.3012 pc e 4.2441 ly, portanto a estrela de Bessel está cerca de duas vezes e meia mais longe. Ele não apontava à estrela mais próxima: escolheu 61 Cygni por se deslocar depressa no céu, uma pista diferente e boa — uma estrela com grande movimento próprio costuma ser uma estrela próxima.
  2. A caixa do ângulo pára nos 2 segundos de arco. Ponha-a aí. Que distância devolve, e o que está errado nesse quadro?

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    0.5 pc, ou seja 1.6308 ly — e ali não há nada. A estrela mais próxima do Sol é Próxima Centauri, a 4.2441 ly, de modo que tudo acima de 0.7685″, a metade superior desta caixa, nomeia uma região do espaço sem uma única estrela. A fórmula iria ainda mais longe: d = 1/p não tem distância mínima. A caixa pára antes de a resposta se tornar absurda, não porque a aritmética pare.

Problema resolvido na íntegra

  1. Distância de uma estrela que se desloca 0,1 segundos de arco à medida que a Terra se move 5 passos

    Uma estrela desloca-se 0.1 arcseconds à medida que a Terra se move ao longo da sua órbita. Encontre a sua distância — depois encontre a distância em que este método deixa de funcionar, e porquê.

    1. A paralaxe é um triângulo com uma base conhecida: o raio orbital da Terra. Ao longo de seis meses, a linha de base é de 2 AU, e metade do deslocamento total é o ângulo de paralaxe p. Para estes ângulos, a tangente é o próprio ângulo em radianos, o que torna a aritmética trivial.

    2. O parsec é definido para a tornar trivial: é a distância à qual 1 AU subtende um segundo de arco. Escolha essa unidade e a relação é um inverso sem qualquer constante.

    3. A conversão é apenas gestão de unidades, e a calculadora acima mostra todas estas três para p = 0.1″.

    4. Agora a parte que a ferramenta não mostra. Como a relação é um inverso, o erro relativo na distância é igual ao erro relativo no ângulo. Uma medição de 1% no ângulo dá 1% na distância.

    5. Mas o ângulo diminui à medida que a distância aumenta, enquanto o erro de medição não o faz. Avance até p = 0.001″ com o mesmo instrumento de ±0.001″ e o erro relativo atinge 100% — a medição já não diz nada.

    Resposta

    10 parsecs, 32.6156 light-years. O inverso é o que torna a paralaxe ao mesmo tempo exata e de curto alcance: o erro cresce em proporção com a distância, pelo que cada levantamento de paralaxe tem um horizonte definido pela sua precisão angular e não pelo quão fraco consegue observar. O Hipparcos mediu até cerca de 0.001″ e alcançou algumas centenas de parsecs; o Gaia atinge ~0.00002″ e assim obtém dezenas de milhares. Além desse horizonte, a astronomia tem de mudar totalmente de método — e é por isso que a escada de distâncias tem degraus.

Percurso de aprendizagem

A que distância se encontra?

Conduz a Luminosidade solar a própria distância em parsecs, obtida unicamente por triangulação.

Referências (3)

Problemas de exemplo

  • Estrela próxima (paralaxe grande) - p = 0.77″ → 1.2987 pc, ou 4.2358 ly: o sistema estelar mais próximo, e mesmo esse desloca-se menos de um segundo de arco
  • Estrela semelhante ao Sol a 10 pc - p = 0.1″ → exatamente 10 pc e 2062650 AU — um décimo do ângulo dá dez vezes a distância, sem constante pelo meio
  • Alvo distante e fraco - p = 0.02″ → 50 pc, e o aviso indica que abaixo de cerca de 0.01″ a atmosfera dilui o deslocamento