ONC · Astronomia

Questões de Galáxias, Universo e escalas de distância da ONC

18 questões oficiais da ONC sobre Galáxias, Universo e escalas de distância, de 2019 a 2025, com gabarito e resolução comentada. Dificuldade estimada: 7 fáceis, 9 médias, 2 difíceis.

Treine Galáxias, Universo e escalas de distância com 18 questões da ONC

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Treinar Galáxias, Universo e escalas de distância

6 questões de Galáxias, Universo e escalas de distância resolvidas

Questão 1 · ONC 2025 · 8º e 9º anos · Questão 11média

Um estudante montou para uma Feira de Ciências um modelo Terra-Lua em escala, tanto de tamanho, quanto de distância. Ele sabe, por já ter participado de uma oficina de astronomia, que se a Terra for representada por uma bola de isopor de 15 cm de diâmetro, a Lua será bem representada por uma bola de tênis de mesa de 4 cm de diâmetro, nesta mesma escala. Ele também sabe que entre a Terra e a Lua caberiam 30 “Terras”, como podemos ver na imagem a seguir, em escala.

Fonte: NASA (modificado).

Sendo assim, na Feira de Ciências, ele posicionou a Terra (a bola de isopor) no chão da quadra e a Lua (a bola de tênis de mesa) a 4,5 m de distância (30 × 15 cm = 450 cm).

O avaliador dos trabalhos gostou muito da ideia de mostrar a Terra e a Lua em suas escalas e desafiou o estudante perguntando a que distância ficaria o Sol e qual o diâmetro da bola que o representaria nessa mesma escala.

O estudante, que já havia se preparado para perguntas como essas, pegou seu caderno com suas anotações e rapidamente fez as contas:

● diâmetro aproximado da Terra: 12.500 km

● distância aproximada Terra-Sol: 150.000.000 km

● diâmetro aproximado do Sol: 110 vezes o diâmetro da Terra (D_Sol = 110 D_Terra)

Baseado em seus conhecimentos e nessas anotações, assinale a opção que traz a resposta do estudante às duas perguntas do avaliador.

A
1,10 km; 45,0 m
B
1,25 km; 15,0 m
C
1,80 km; 16,5 m
D
1,80 km; 15,0 m
E
180 m; 16,5 m

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Gabarito: C (elaborado pelo Treinamento 101)

Na escala do modelo, a Terra (12.500 km) virou uma bola de 15 cm.

1. Distância do Sol
Quantas Terras cabem entre a Terra e o Sol?
150.000.000 ÷ 12.500 = 12.000 Terras
12.000 × 15 cm = 180.000 cm = 1,80 km

2. Diâmetro do Sol
110 × 15 cm = 1.650 cm = 16,5 m

Resposta: C (1,80 km; 16,5 m)

Por que as outras atraem: 180 m sai de errar a conversão de cm para km; 15,0 m usaria 100 Terras no diâmetro do Sol, e não 110.

Dica: em modelos em escala, conte quantos "diâmetros da Terra" cabem na distância real e multiplique pelo tamanho da bola que representa a Terra.

Questão 2 · ONC 2024 · 6º e 7º anos · Questão 9fácil

A imagem a seguir traz um belíssimo registro feito em 3 julho de 2024 pelo astrofotógrafo Paulo Régis, em Paramoti/CE. Nela foram identificados cinco objetos celestes, entre eles a estrela Aldebaran, a mais brilhante da constelação do Touro.

Fonte: Paulo Régis (adaptado).

Baseado em seus conhecimentos, assinale a opção que registra a ordem correta de afastamento desses objetos de nós, ou seja, do mais próximo até o mais distante.

A
Lua, Júpiter, Marte, Urano e Aldebaran.
B
Lua, Marte, Júpiter, Urano e Aldebaran.
C
Marte, Lua, Júpiter, Urano e Aldebaran.
D
Aldebaran, Urano, Júpiter, Marte e Lua.
E
Lua, Marte, Urano, Júpiter e Aldebaran.

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Gabarito: B (elaborado pelo Treinamento 101)

Na foto, os cinco objetos parecem estar juntos, mas estão a distâncias muito diferentes. Ordene do mais perto para o mais longe:

Lua: o satélite da Terra, a cerca de 384 mil km.
Marte: o planeta vizinho, logo depois da Terra no Sistema Solar.
Júpiter: o quinto planeta, bem mais longe que Marte.
Urano: o sétimo planeta, ainda mais distante.
Aldebaran: uma estrela fora do Sistema Solar, a dezenas de anos-luz, muito mais longe que qualquer planeta.

A ordem é Lua, Marte, Júpiter, Urano e Aldebaran.

Resposta: B

Por que as outras atraem: o brilho engana. Júpiter brilha mais que Marte na foto, mas está mais longe. Ele é muito maior.

Dica: Lua < planetas (na ordem de distância ao Sol, para os planetas externos) < estrelas. Uma estrela, por mais brilhante que pareça, está sempre muito mais longe.

Questão 3 · ONC 2023 · 6º e 7º anos · Questão 10fácil

Qual é o nome dado à teoria que afirma que o Universo teve origem em uma grande explosão há cerca de 13,8 bilhões de anos?

Fonte: NASA (adaptada).

A
Teoria do Big Bang.
B
Teoria da Evolução.
C
Teoria da Gravitação Universal.
D
Teoria do Multiverso.
E
Teoria da Relatividade.

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Gabarito: A

A teoria segundo a qual o Universo começou há cerca de 13,8 bilhões de anos a partir de um estado extremamente quente e denso, e vem se expandindo desde então, é a Teoria do Big Bang. A figura mostra justamente essa expansão ao longo do tempo, como um "funil" que se alarga.

As outras teorias tratam de outros assuntos: a da Evolução explica a diversidade dos seres vivos; a da Gravitação Universal, de Newton, a atração entre massas; a da Relatividade, de Einstein, espaço, tempo e gravidade; o Multiverso é uma hipótese sobre a existência de outros universos.

Resposta: A

Dica: a "grande explosão" é uma imagem popular; o Big Bang descreve a expansão do próprio espaço, não uma explosão num ponto.

Questão 4 · ONC 2022 · 3º ano do ensino médio · Questão 9difícil

Um Buraco Negro é uma região do espaço-tempo em que o campo gravitacional é tão intenso que nada — nenhuma partícula ou radiação eletromagnética como a luz — pode escapar. O limite da região da qual não é possível escapar é chamado de horizonte de eventos.

No dia 12 de maio de 2022, uma rede global de radiotelescópios chamada Colaboração Event Horizon Telescope divulgou a primeira imagem do buraco negro supermassivo que se encontra no coração da nossa Galáxia, a Via Láctea. Este buraco negro, conhecido por Sagitário A* (lê-se “Sagitário A estrela”), situa-se a 27.000 anos-luz de distância de nós. Seu horizonte de eventos pode ser visto como a área sombreada central rodeada por um anel brilhante, na imagem da esquerda. O tamanho angular desta sombra no céu corresponde, aproximadamente, ao ângulo com que veríamos da Terra uma rosquinha na superfície da Lua.

Imagem: Colaboração EHT, ESO/M. Kornmesser, NASA (adaptada).

Se o tamanho angular da sombra de Sagitário A* é de 52 microssegundos de arco, assinale a opção que traz o tamanho aproximado do diâmetro, em cm, desta rosquinha na Lua.

Observação: na prática, a turbulência atmosférica impediria os telescópios na Terra de observarem esta rosquinha, mas este é apenas um cálculo teórico.

Dica: O tamanho angular de um objeto, ou o ângulo sob a qual o vemos, é a razão entre seu comprimento físico e a sua distância ao observador. Este ângulo é medido em radianos.

Dados:

● 1 ano-luz = 9,5 × 10¹⁵ m

● Distância entre os centros da Terra e da Lua D_TL = 384.000 km

● Raio da Terra R_T = 6.378 km

● Raio da Lua r_L = 1.738 km

A
9,3
B
9,5
C
9,7
D
10,0
E
10,4

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Gabarito: B

O tamanho angular (em radianos) é comprimento ÷ distância. A distância de Sagitário A* (27.000 anos-luz) não é usada: só precisamos do ângulo.

1. Ângulo em radianos

52 microssegundos de arco = 52 × 10⁻⁶ ″

1″ = (1/3600)° = π/(180 × 3600) rad ≈ 4,85 × 10⁻⁶ rad

θ ≈ 52 × 10⁻⁶ × 4,85 × 10⁻⁶ ≈ 2,52 × 10⁻¹⁰ rad

2. Distância do observador à rosquinha

O observador está na superfície da Terra e a rosquinha na superfície da Lua:

d = 384.000 − 6.378 − 1.738 = 375.884 km ≈ 3,76 × 10⁸ m

3. Diâmetro da rosquinha

D = θ × d ≈ 2,52 × 10⁻¹⁰ × 3,76 × 10⁸ ≈ 0,095 m ≈ 9,5 cm

Resposta: B

Por que as outras atraem: usando a distância entre os centros (384.000 km) sai cerca de 9,7 cm (C).

Dica: para ângulos pequenos, tamanho = ângulo (em radianos) × distância; 1″ ≈ 4,85 × 10⁻⁶ rad.

Questão 5 · ONC 2021 · 1º ano do ensino médio · Questão 14média

A galáxia espiral NGC 6503 está localizada na borda de uma região do espaço chamada Vazio Local. A galáxia fica a aproximadamente 17 milhões de anos-luz de distância na direção da constelação do Dragão, no Hemisfério Celeste Norte.

Na imagem a seguir podemos ver as partes principais (morfologia) de uma galáxia espiral.

Fonte: Equipe ONC.

O gráfico a seguir traz a velocidade de rotação (em km/s) medida desta galáxia (pontos pretos) em função do seu raio (em quiloparsec, onde 1 parsec equivale a 3,26 anos-luz).

Fonte: Katherine Freese, EDP Sciences 2008.

O ajuste dos pontos observacionais (curva que passa pelos pontos pretos) é a combinação teórica da contribuição das velocidades do gás interestelar, das estrelas do disco e do halo da galáxia.

Analisando o gráfico, marque a opção correta.

A
A velocidade de rotação do disco da galáxia é sempre decrescente com o raio.
B
A 30.000 anos-luz do centro a velocidade de rotação é de 100 km/s.
C
A partir do seu centro, a velocidade de rotação aumenta até se estabilizar a, aproximadamente, 4 kpc de raio.
D
O gás gira em torno do centro da galáxia em velocidade constante.
E
A velocidade máxima de rotação do halo é de aproximadamente 120 km/s.

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Gabarito: C (elaborado pelo Treinamento 101)

No gráfico, os pontos pretos (velocidade medida) sobem rápido desde o centro e, a partir de cerca de 4 kpc, ficam praticamente constantes em ≈ 115 km/s até 22 kpc: é a curva de rotação plana.

A: a curva do disco sobe até ≈ 100 km/s perto de 2,5 kpc e só depois cai; não é sempre decrescente.
B: 30.000 anos-luz ÷ 3,26 ≈ 9.200 pc ≈ 9,2 kpc; nesse raio a velocidade é ≈ 115 km/s, não 100 km/s.
D: a curva do gás cresce de 0 até ≈ 28 km/s; não é constante.
E: a curva do halo chega a ≈ 105 km/s, não 120 km/s.

Resposta: C

Dica: a curva de rotação plana nas bordas das galáxias é a principal evidência da matéria escura no halo; com só a matéria visível, a velocidade cairia com o raio.

Questão 6 · ONC 2020 · 1º ano do ensino médio · Questão 9fácil

A Voyager 1 é uma sonda espacial estadunidense lançada ao espaço em 5 de setembro de 1977 para estudar Júpiter e Saturno e seguindo, posteriormente, para o espaço interestelar. Atualmente ela é o objeto fabricado pelo homem mais distante de nós.

Fonte: https://pa1.narvii.com/6301/7a7521ef61b175606033a20ba23da158469649ff_hq.gif

Dizer que a Voyager 1 está a 20 horas-luz significa que:

A
um sinal de rádio emitido por ela demora 20 horas para chegar à Terra.
B
a sonda só tem mais 20 horas de bateria para continuar acesa.
C
ela só recebe 20 horas de luz do Sol por dia.
D
a NASA recebe um sinal de rádio da sonda sempre às 20h.
E
a ascensão reta da sua localização no céu vale 20h.

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Gabarito: A

"Hora-luz" é uma unidade de distância, como o ano-luz: é o quanto a luz percorre em 1 hora, no vácuo, a cerca de 300 mil km/s.

300 000 km/s × 3600 s ≈ 1,08 bilhão de km por hora-luz

20 horas-luz ≈ 21,6 bilhões de km.

Ondas de rádio são ondas eletromagnéticas e viajam na velocidade da luz. Se a sonda está a 20 horas-luz, um sinal de rádio emitido por ela leva 20 horas para chegar à Terra.

Resposta: A.

Por que as outras atraem: as outras tratam "horas" como tempo de bateria, hora do relógio ou coordenada no céu (a ascensão reta também usa horas, mas é um ângulo, não uma distância).

Dica: ano-luz, minuto-luz e hora-luz medem distância: o tempo que a luz leva para percorrê-la.