Astronomia na Idade Antiga

de José Maria Filardo Bassalo

Consistia em observar os movimentos dos astros, o Sol, a Lua, estrelas, e os planetas vistos a olho nu.

Os Primeiros Milênios a.C.

Por volta de 3500 a.C., no Egito e na Mesopotâmia, apareceram pessoas que começaram a estudar de modo mais detalhado o movimento do Sol e, em conseqüência, construíram os primeiros relógios de Sol - Gnomon - construídos, basicamente, de uma haste fincada na vertical, em pedra ou madeira. Assim, de acordo com o comprimento da sombra desta haste, a pessoa tinha uma idéia do tempo.

Por volta de 3000 a.C., os egípcios estabeleceram o ano solar de 365 dias. Por essa mesma época, os chineses descobriram o Saros: intervalo de 18 anos, 11 dias e 8 horas, após o qual a Terra, o Sol e a Lua retornam, aproximadamente, às mesmas posições relativas. Nesse intervalo, ocorrem cerca de 43 eclipses solares e 28 lunares. Em 2608 a.C., o imperador chinês Houng-Ti construiu um observatório para elaborar um calendário.

Por volta de 2377 a.C., sob o império do chinês Yao, o zodíaco (Kyklos zokiakos, do grego que significa círculo de animais) foi dividido em 28 constelações.
Durante a Dinastia de Hammurabi (1800-1400), os astrônomos babilônios realizaram observações das transições de Vênus através do Sol, das fases da Lua e organizaram um calendário lunisolar.

Por volta de 1507 a.C., parece que houve um dos primeiros registros sobre a aparição do cometa Halley.
Sob o Império dos Kassites e dos Assírios (1400-900), organizou-se uma lista de constelações helíacas (que acompanham o Sol), assim como foram elaboradas as primeiras regras aritméticas para o cálculo da duração do dia e da noite.

Por volta de 1400 a.C., os egípcios usavam relógio de água. Estes eram, basicamente, recipientes na forma de balde com um pequeno furo na base por onde a água se escoava. Escalas uniformes de tempo foram marcadas no interior do balde, uma para cada mês, por causa da variação das noites e, também, devido às estações do ano.

Em 735 a.C., segundo a lenda, Romulus e Remus (filhos de Rhea Silvia, filha de Numitor, rei de Alba Longa) fundaram a cidade de Roma, iniciando-se, então, o calendário Romano. Segundo esse calendário, o ano civil constava de 304 dias divididos em 10 meses dos quais seis tinham 30 dias e quatro, 31. Março era o primeiro mês do ano, seguindo-se Abril, Maio, Junho, Quintilis, Sextilis, Setembro, Outubro, Novembro e Dezembro.

Por volta de 740 a.C., Acaz, rei da Pérsia, parece haver sido o primeiro a possuir um relógio de Sol, que funcionava com boa precisão.
Foi Numa Pompilius (f.c.700 a.C.), o segundo rei de Roma, quem introduziu os meses de Janeiro e Fevereiro ao calendário Romano e, desse modo, o ano civil passou a ter 355 dias, começando em Março e terminando em Fevereiro.

Século VI a.C.

O filósofo grego Tales de Mileto (624-546) acreditava que a Terra era plana e que, por sua vez, flutuava no ar que, para ele, era considerado como substância primordial do Universo.

O filósofo grego Anaximandro de Mileto (c.610-c.545) concebeu os planetas como sendo rodas de fogo girando em torno da Terra, considerada como um cilindro que repousava sobre um eixo orientado no sentido leste-oeste e cuja altura correspondia a um terço de seu diâmetro. O filósofo grego Pitágoras de Samos (c.560-c.480) admitiu a esfericidade da Terra, assim como parece haver sido o primeiro a reconhecer que a estrela matutina (estrela Dalva) e a estrela vespertina (Vésper ou Hésper) eram o mesmo planeta Vênus. Observou ainda que o Sol, a Lua e os planetas não possuíam o mesmo movimento uniforme das estrelas, e que a órbita da Lua não se situava no plano do equador celeste. Havendo descoberto a relação harmoniosa entre os comprimentos das cordas dos instrumentos musicais e as tensões aplicadas nelas (relação essa que produziam combinações harmônicas de sons: 2/1, corresponde à oitava, 3/2 à quinta, e 4/3 à quarta), Pitágoras afirmou que as distâncias dos planetas ao Sol devem ser harmoniosas, isto é, devem estar na mesma razão que os comprimentos das cordas (sob tensões iguais) que produzem as sete notas básicas da Lira, que era o instrumento musical nacional da Grécia.

O filósofo grego Anaxímenes de Mileto (c.570-c.500), discípulo de Anaximandro, concebeu os astros celestes como corpos fixos a esferas de revolução, bem como acreditava que o Sol era um corpo plano e parece haver feito, pela primeira vez, a distinção entre planeta e estrela.

Século V a.C.

O filósofo grego Philotaus de Tarento (ou de Crotona) (c.480-?) elaborou a hipótese da existência de um fogo central representando o centro de seu Universo esférico. Esse fogo d'Hestia (Hestia era a Deusa da lareira sagrada, nas casas e nos edifícios públicos) era invisível, pois estava sempre encoberto pelo Sol. Além do mais, ele era envolvido por dez esferas concêntricas representando, respectivamente: Terra, Sol, Lua, Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter, Saturno, anti-Terra (antichthon - planeta sempre oculto para os terráqueos e situado do outro lado do Sol) e estrelas. Para Philolaus, o Sol (visível) era um reflexo do fogo central (invisível), e cada uma dessas esferas girava de oeste para leste, completando uma revolução no período correspondente ao do astro que a mesma representava.

O astrônomo babilônio Nabu-Rimani (f.c.491 a.C.) elaborou uma tabela de efemérides contendo o registro das posições da Lua, do Sol e dos planetas em dado momento.
Ele também calculou o intervalo do mês sinódico (de Lua Nova a Lua Nova) como sendo de 29,530614 dias (valor real: 29,530596) e do ano solar em 365 dias, 6 horas, 15 minutos e 41 segundos. O filósofo grego Hicetas de Siracusa (f.c. Século 5 a.C.) modificou o sistema de Philolaus postulando um movimento de rotação diurna da Terra em torno de seu eixo.

Século IV a.C.

O filósofo grego Ecphantus de Siracusa (f.c.399 a.C.) substituiu pela Terra, o fogo central defendido por Philolaus.
O astrônomo babilônio Kiddinu (f.c.397 a.C.) recalculou o mês sinódico e o mês solar, bem como descobriu a precessão dos equinócios, decorrente de uma ligeira rotação do eixo da Terra. O equinócio representa o ponto de intersecção da eclíptica (trajetória aparente do Sol entre as estrelas) com o equador celeste (círculo na esfera celeste que coincide com o equador terrestre), no qual os dias e as noites têm a mesma duração. Há dois equinócios, o de outono, que ocorre cerca de 23 de Setembro, e o da primavera, que ocorre cerca de 21 de Março. No movimento aparente do Sol, há dois outros pontos notáveis: os solstícios, que são pontos nos quais o Sol se encontra mais afastado do equador celeste e, por isso, os dias são mais longos. O solstício de verão acontece cerca de 21 de Dezembro, e o solstício de inverno ocorre cerca de 21 de Junho. (As datas desses pontos notáveis da trajetória aparente do Sol são relativas ao hemisfério norte.) Em 365 a.C., o astrônomo chinês Gan De parece haver observado o satélite Ganimedes do planeta Júpiter.

O filósofo grego Platão de Atenas (c.427-c.347) em seus famosos diálogos Timaeus, Phaedo, República e Epinomis, considerava que a Terra, então considerada imóvel, era envolvida por quatro capas esféricas. A primeira, de espessura igual a dois (2) raios terrestres, era composta do elemento água. A segunda era composta do elemento ar, com a espessura de cinco (5) raios celestes, e constituindo a atmosfera. Em seguida, há uma camada do elemento fogo de dez (10) raios terrestres, tendo em sua parte superior a quarta capa esférica na qual se encontravam as estrelas. Os sete (7) planetas então conhecidos (Lua, Sol, Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e Saturno) evoluíam entre a atmosfera e as estrelas. O astrônomo e matemático grego Eudoxo de Cnido (c.408-c.355), discípulo de Platão, formulou um modelo planetário segundo o qual, basicamente, o movimento dos astros no Universo era conseqüência de um conjunto de 27 esferas homocêntricas à Terra, seguindo o esquema: 4 para cada um dos planetas (Mercúrio (Me), Vênus (V), Marte (Ma), Júpiter (J) e Saturno (S)), 3 para o Sol, 3 para a Lua, e 1 para as estrelas fixas. Essas esferas eram assim distribuídas: o planeta se encontra fixo no equador de uma esfera que gira em torno da Terra. Por sua vez, os pólos dessa esfera são deslocados por uma segunda esfera que gira em torno de um eixo normal ao plano da eclíptica. Uma terceira esfera, exterior às duas antecedentes, dá o movimento do planeta em relação ao céu das estrelas fixas. Por fim, uma quarta esfera era necessária (para o caso dos planetas propriamente ditos (Me, V, Ma, J, S)) para explicar o seu movimento retrógrado, isto é, o movimento no qual o planeta, no céu das estrelas fixas, se move num determinado sentido até um "ponto estacionário"; depois, volta no sentido oposto até outro "ponto estacionário", retornando então ao primeiro sentido, e assim por diante, formando laços (cúspides). É oportuno registrar que Eudoxo inventou a curva hipópede (resultante da intersecção de uma esfera com um colindro) com o objetivo de explicar esse modelo planetário.

O astrônomo grego Calipo de Cízico (c.370-c.300), aluno de Eudoxo, aperfeiçoou o modelo de seu mestre, adicionando mais 8 esferas, com o objetivo de explicar os complicados movimentos de Mercúrio e de Vênus, já que estes tinham um afastamento limitado em relação ao Sol: ~24o e ~48o, respectivamente. O filósofo grego Aristóteles de Estagira (384-322) aperfeiçoou ainda mais o modelo de Calipo-Eudoxo, acrescentando-lhe outras esferas homocêntricas, perfazendo um total de 55. Aristóteles admitiu ainda que além da esfera das estrelas fixas existia o Primum Mobile (Primeiro Móvel), acionado por Deus, o motor primordial e imóvel, e que além dele não havia nem movimento, nem tempo e nem lugar. Contudo, as esferas consideradas por Aristóteles destinavam-se a impedir que o movimento de um dado planeta se transmitisse ao seu vizinho, já que, ao que parece, as considerava como reais, ao contrário de Eudoxo que as considerava apenas como auxiliares de seus cálculos. Aristóteles era ainda partidário da esfericidade da Terra bem como da teoria platônica sobre as quatro capas envolventes de nosso planeta. Essas idéias foram defendidas no Livro II de seu De Caelo (Dos Céus).

O astrônomo grego Heráclides de Pontos (c.388-c.310) formulou um modelo geoheliocêntrico para explicar as anomalias dos movimentos de Mercúrio e Vênus. Segundo esse modelo, esses dois planetas giravam em torno do Sol e este, juntamente com os demais planetas (incluindo a Lua), giravam em torno de uma Terra também girante, porém em torno de seu eixo, de oeste para leste, e diariamente.

Século III a.C.

O astrônomo babilônio Berossus (f.c.290 a.C.) construiu um relógio de Sol num bloco cúbico de pedra ou madeira, no qual foi cortada uma abertura hemiesférica tendo uma haste no centro da mesma, cujo caminho percorrido por sua sombra era, aproximadamente, um arco de círculo. O comprimento e a posição do arco variavam com as estações do ano.

O inventor grego Ctesíbio de Alexandria (285-247) construiu uma clepsidra (do grego: kleptein - roubar; hydor - água). Basicamente, ela continha um mecanismo movido a água que operava um cilindro rotativo, no qual estavam dispostas as horas desiguais do dia e da noite. Ele foi, também, o precursor do relógio de cuco, pois algumas de suas clepsidras eram dotadas de um fluxo constante de água que operavam toda espécie de alavancas e peças automáticas, assim como sinos, bonecos movediços e pássaros canoros.

Por volta de 290 a.C., o astrônomo grego Aristarco de Samos (c.320-c.250) formulou pela primeira vez um modelo heliocêntrico. No entanto, para defender seu modelo, teve de fazer duas suposições. A primeira delas era no sentido de justificar por que as estrelas pareciam fixas, isto é, por que suas posições aparentes não mudavam em conseqüência do movimento da Terra em torno do Sol. Essa imobilidade, afirmou Aristarco, decorria da imensa distância em que se encontravam as estrelas em relação à Terra. A sua segunda suposição não era original, já que havia sido considerada por Heráclides de Pontos, qual seja, a rotação da Terra em torno de seu eixo. Em seus estudos sobre Astronomia, Aristarco preocupou-se também em determinar as distâncias Terra-Sol e Terra-Lua, bem como a relação entre os diâmetros desses três astros; tais medidas foram apresentadas em seu livro Sobre os Tamanhos e as Distâncias do Sol e da Lua. Para fazer essas medidas, Aristarco usou os conhecimentos geométricos de Tales de Mileto e do matemático grego Euclides de Alexandria (f.c.300 a.C.) pois, ao observar que quando a metade da Lua está iluminada pelo Sol, este, a Terra e seu satélite Lua, formam um triângulo retângulo, sendo a hipotenusa a distância Terra-Sol. Assim, medindo a distância angular entre a Lua e o Sol, tendo a Terra como vértice, Aristarco encontrou 87o (valor atual: 89o51'). De posse desse resultado e por meio de uma construção geométrica simples, estimou em 8.000.000 km a distância Terra-Sol (hoje: 149.600.000), bem como observou que a relação entre as distâncias Terra-Lua e Terra-Sol era de 1/20 (a relação correta é 1/400). Por outro lado, das observações dos eclipses da Lua e lançando mão, também, de construções geométricas simples, Aristarco concluiu que as relações entre os diâmetros da Lua e da Terra e da Terra e do Sol valiam, respectivamente, 1/3 e 1/7. (Hoje, os valores corretos são: 1/3,67 e 1/109.)

O matemático grego Arquimedes de Siracusa (c.287-212), no prefácio de seu livro A Ampulheta, referiu-se ao modelo heliocêntrico. (Registre-se que Arquimedes era filho do astrônomo e matemático Fidias.) O astrônomo Timocharis, por volta de 283 a.C., parece haver sido o primeiro a preparar um mapa celeste.

O astrônomo grego Eratóstenes de Cirena (c.276-c.196), por volta de 240 a.C., foi o primeiro a calcular o diâmetro da Terra, usando o fato de que no solstício de verão, na cidade de Siene, atual Assuã, o Sol fica a pino ao meio-dia. No entanto, nessa mesma hora em Alexandria, a sombra de uma torre era projetada de um ângulo de ~7o. Assim, consultando os mapas oficiais, verificou que a distância entre as duas cidades egípcias era de ~5000 estádios (~798 km). Desse modo, foi fácil para Eratóstenes calcular a circunferência da Terra como sendo 39.425 km. (O valor atual é de 40.075 km.) Esse astrônomo calculou ainda a obliqüidade da eclítica, desenhou um mapa celeste com cerca de 675 estrelas, e teve a idéia do ano bissexto, com o intuito de ajustar o calendário egípcio às estações.

O matemático grego Apolônio de Perga (c.261-c.190) explicou o movimento dos planetas no céu das estrelas fixas usando para isso o sistema epiciclo-deferente, sistema em que o centro de um círculo menor (epiciclo) se desloca ao longo de um círculo maior (deferente). O epiciclo representa o movimento circular do planeta e do deferente é um círculo em cujo centro situa-se o astro em torno do qual orbita o planeta. Em 240 a.C. houve o primeiro registro da aparição do cometa de Halley.

Séculos II e I a.C.

O astrônomo babilônio Seleuco (c190 - ?) foi um defensor do modelo heliocêntrico. O filósofo grego Possidônio de Apaméia (c.135-c.51) calculou a circunferência da Terra usando, para isso, a posição da estrela Canopo em lugar do Sol. Contudo, talvez por não levar em consideração o deslocamento da posição da estrela devido à refração atmosférica, encontrou o valor de ~30.000 km. Possidônio também calculou a distância Terra-Sol como sendo ~64.000.000 km.

O astrônomo grego Hiparco de Nicéia (c.190-c.120) usou o conceito de excentricidade para explicar as variações das velocidades dos planetas em torno da Terra. Por exemplo, admitiu que o círculo descrito pelo Sol (considerado como um planeta) é excêntrico em relação ao centro da Terra, em torno da qual gira. Com essa hipótese, demostrou que essa excentricidade é equivalente ao sistema epiciclo-deferente utilizado por Apolônio, porém às avessas. Hiparco foi também um astrônomo experimental, já que preparou um catálogo de estrelas, a partir de 134 a.C., ano em que observou uma nova estrela na constelação de Escorpião. Ao concluir esse catálogo, em 129 a.C., havia registrado cerca de 1.080 estrelas, adotando a classificação por grandezas, indo até a sexta.
Nesse trabalho experimental, lançou mão dos instrumentos usuais de seu tempo (esfera armilar ou astrolábio esférico, mostrador circular e dioptre), tendo ainda acrescentado a esse conjunto de aparelhos, o astrolábio plano. De posse desse mapa celeste, redescobriu a precessão dos equinócios, ao comparar a diferença de tempo entre os anos sideral (tempo gasto para voltar à mesma estrela) e tropical (tempo gasto para chegar ao mesmo equinócio) do Sol. Desse modo, calculou o valor desse lento movimento circular dos equinócios, como sendo de 1o por século (valor atual: 1,38o), correspondendo a uma volta completa em cerca de 26.000 anos. Usando o método geométrico do eclipse lunar de Aristarco, Hiparco determinou as distâncias entre a Terra, o Sol e a Lua, bem como mediu seus tamanhos. Com efeito, observando esse eclipse, mediu o tempo de entrada e saída dos cones de penumbra e de sombra da Terra, usando uma tabela de cordas (ligando dois pontos localizados em um círculo de raio unitário) que havia construído, e a divisão do círculo de 360o (com as subdivisões do grau (o) em 60 minutos (') e estes em 60 segundos ("), como haviam considerado os babilônios), Hiparco encontrou os seguintes valores em função do raio terreste RT : distância Terra-Sol ~2.500 RT; distância Terra-Lua ~60 RT; raio do Sol ~12 RT e raio da Lua ~0,29 RT.
Hiparco utilizou ainda suas observações sobre os eclipses lunares e solares para calcular as latitudes e as longitudes geográficas. Enquanto a latitude de um determinado lugar era calculada medindo a relação entre o dia mais longo e o dia mais curto que acontecia nesse lugar, a longitude entre dois locais era determinada comparando-se os tempos ocorridos entre o mesmo eclipse que ocorria naqueles locais. Como esse método dependia da ocorrência de eclipses, Hiparco estabeleceu uma lista de futuros eclipses por um período de 600 anos. A observação dos eclipses lunares levou Hiparco a ser considerado o primeiro a medir a paralaxe de um astro, já que em 150 a.C., mediu a paralaxe da Lua: ~58' (valor atual: ~57'2,6"). Por fim, suas observações dos eclipses solares levaram-no a medir o ano solar com ótima precisão: 365,2467 dias (valor atual: 365,2422 dias).

O astrônomo egípcio Sosígenes de Alexandria (f.c.90 a.C.) aceitou a hipótese de que Mercúrio girava em torno do Sol.

Em 46 a.C., o Imperador romano Julius Caesar (100-44) encarregou o astrônomo Sosígenes para reformar o calendário Romano. Assim, admitindo que o ano trópico (intervalo de tempo entre duas passagens sucessivas do Sol pelo equinócio da Primavera ou Vernal) teria 365,25 dias, ele aconselhou a Julius Caesar que o ano deveria ter 365 dias. Como a fração de 0.25 de dia somaria 1 dia em cada 4 anos, ela deveria ser compensada com o acréscimo de um dia ao ano após cada 3 anos, que passaria, então, a ter 366 dias. (Essa idéia já havia sido considerada por Eratóstenes.) Julius Caesar considerou então o ano civil de 365 dias, dividido ainda em 12 meses. No entanto, como havia uma diferença de 10 dias em relação ao calendário Romano (que só tinha 355 dias), Julius Caesar determinou que esses dias fossem acrescentados aos vários meses, da seguinte maneira: Janeiro, Sextilis e Dezembro ganharam 2 dias, enquanto Junho, Setembro e Novembro ganhavam 1 dia. Como Fevereiro era o último mês do ano, Julius Caesar decidiu, também, que o dia extra a ser acrescentado ao ano, de 4 em 4 anos, seria inserido nesse mês.
Contudo, tendo Julius Caesar mandado colocar o dia extra entre o sétimo e o sexto dias antes das Calendas de Março, isto é, entre 24 e 23 de Fevereiro, e não querendo alterar a ordem da contagem dos dias, o sexto dia foi contado duas vezes; daí a origem do nome bissexto dado a esse dia e, posteriormente, aos anos de 366 dias. É oportuno registrar que os romanos dividiam o mês em três partes: Calendas, Nonas e Idos. As Calendas eram o primeiro dia do mês; os Idos eram o décimo terceiro dia, exceto em Março, Maio, Quintilius e Outubro quando eram o décimo quinto dia; as Nonas eram o oitavo dia anterior ao Idos. Registre-se, também, que o sexto dia para as Calendas de Março eram um dia célebre em Roma pois nele se realizava a festa da Regifuga, que comemorava a fuga de Lucius Tarquinius Superbus (f.c. 2.a metade do Século 6 a.C.), o sétimo e último rei de Roma, cujo reinado ocorreu em 534-510.
Esse calendário Juliano foi modificado por duas vezes: na primeira, por ordem do General e Cônsul romano Marcus Antonius (c.81-30), o mês Quintilius passou a ser chamado de Julius (Julho) em homenagem a Julius Caesar; na segunda, por ordem do Senado romano, o mês Sextilis passou a ser chamado de Augustus (Agosto) em homenagem a Caesar Augustus (63-14), o primeiro imperador de Roma. No entanto, a fim de que Agosto não tivesse menos dias que Julho (31), foi tirado um dia do mês de Fevereiro.

Os Primeiros Séculos A.D.

O matemático e inventor grego Heron de Alexandria (c.20 A.D.-?) descreveu, em seu livro Dioptra, um método gráfico para determinar a distância entre Alexandria e Roma, usando para tal a diferença de tempo ocorrida a um eclipse lunar observado nas duas cidades.

O astrônomo grego Cláudio Ptolomeu (85-165) retomou e sistematizou o sistema epiciclo-deferente-excêntrico de Apolônio-Hiparco em seu célebre Hè Mathèmatikè Syntaxis (A Compilação Matemática) (escrito no período 151-157), para poder explicar o movimento dos planetas e suas irregularidades (movimento retrógrado e não circularidade de suas órbitas). Essa obra é composta de 13 livros, e foi traduzida por volta do Século 9 de nossa era, pelos árabes, recebendo então o nome de Almagest, que é uma corruptela do nome hispano-árabe Al-Majisti (O Grande Tratado). Por outro lado, para explicar por que os planetas Mercúrio e Vênus aparecem juntos ao Sol, Ptolomeu admitiu que seus deferentes tinham o mesmo período do deferente do Sol. Por fim, para explicar as variações nas velocidades dos planetas, criou o artifício do equante; este era um ponto que não correspondia nem ao centro da Terra, nem ao centro do deferente e, de tal modo, que um objeto colocado nele veria o centro do epiciclo se deslocar com velocidade angular uniforme.
Nessa obra, Ptolomeu incluiu um catálogo de estrelas baseado nos trabalhos de Hiparco; listou 48 constelações cujos nomes dados às mesmas prevaleceram até hoje; descreveu e aperfeiçoou os instrumentos usados pelos astrônomos, tendo, inclusive, no livro 5 de seu Almagest, demonstrado como se constrói e usa um astrolábio; fez, também, uma descrição matemática detalhada dos movimentos do Sol e da Lua, o que lhe permitiu calcular com maior precisão as datas dos futuros eclipses solares e lunares.

José Maria Filardo Bassalo é Professor Titular do Departamento de Física da Universidade Federal do Pará