A Origem dos Problemas Empíricos Astronômicos no Longevo Contexto Investigativo Grego

## A ORIGEM DOS PROBLEMAS EMPÍRICOS ASTRONÔMICOS NO LONGEVO CONTEXTO INVESTIGATIVO DA TRADIÇÃO DE PESQUISA GREGA

## THE ORIGIN OF THE ASTRONOMIC EMPIRICAL PROBLEMS IN THE LONG GREEK INVESTIGATIVE CONTEXT

Carlos A. S. Batista 1 , Luiz O. Q. Peduzzi 2

1 Universidade Federal de Santa Catarina/Programa de Pós-Graduação em Educação Científica e Tecnológico/casbatistauesc@gmail.com - Bolsista CAPES

2 Universidade Federal de Santa Catarina/Departamento de Física/luizpeduzzi@gmail.com

## Resumo

Como um pequeno recorte de pesquisa, este trabalho apresenta uma narrativa histórica sobre a origem dos problemas empíricos astronômicos (PEA) responsáveis pelo desenvolvimento da astronomia e da cosmologia no longevo contexto investigativo da tradição de pesquisa grega. Sua principal justificativa perpassa pela necessária compreensão estudantil da relação Terra e Universo, preconizada pelos documentos oficiais da educação brasileira. Para o ensino da astronomia, da cosmologia e da física, destaca-se na literatura que alguns assuntos são fundamentalmente relevantes para tal entendimento: o movimento de rotação da Terra, o fenômeno do dia e da noite, o movimento de translação dos planetas, as estações do ano, as distâncias orbitais dos planetas, as fases da Lua, os modelos cosmológicos e a construção de calendários. Em face disso, procura-se metodologicamente fornecer uma contextualização desses assuntos, mediante o conceito de problemas empíricos e de tradição de pesquisa fundamentados pela visão de ciência como uma atividade de solução de problemas, da epistemologia de Larry Laudan. Com isso, espera-se contribuir com: a instrumentalização de professores e estudantes na abordagem desses temas; a ampliação da exploração de episódios históricos mediante esse referencial; e a comunicação dos resultados de pesquisa à comunidade do ensino de física e da educação científica em geral.

Palavras-chave : epistemologia, história da ciência, ensino de astronomia, ensino de ciências, ensino de física.

## Abstract

As a small piece of research, this work presents a historical narrative about the origin of the empirical astronomical problems (PEA) responsible for the development of astronomy and cosmology in the long-lived investigative context of the Greek research tradition. Its main justification goes through the necessary student understanding of the relationship between Earth and Universe, advocated by the official documents of Brazilian education. For the teaching of astronomy, cosmology and physics, it is highlighted in the literature that some subjects are fundamentally relevant to such understanding: the rotation of the Earth, the phenomenon of day and night, the translation movement of the planets, the seasons,

the orbital distances of the planets, the phases of the Moon, the cosmological models and the construction of calendars. In view of this, we seek to methodologically provide a contextualization of these issues, through the concept of empirical problems and research tradition based on the view of science as a problem solving activity, from Larry Laudan's epistemology. With this, it is expected to contribute to: the instrumentalization of teachers and students in addressing these themes; the expansion of the exploration of historical episodes using this framework; and communicating research results to the physics and science education community in general.

Keywords : epistemology, history of science, astronomy education, science education, physics education.

## Introdução

Como um pequeno recorte de pesquisa, este trabalho apresenta uma narrativa histórica sobre a origem dos problemas empíricos astronômicos (PEA) responsáveis pelo desenvolvimento da astronomia e da cosmologia (AC) no longevo contexto investigativo da tradição de pesquisa grega (TPG). Suas justificativas encontram-se na relevância dos benefícios de se ensinar sobre a história da ciência (HC), preconizados pela literatura do ensino de ciências (EC) e pelos documentos oficiais (DO) da educação brasileira.

Na literatura, constata-se que ensinar sobre (HC) e do pensamento científico tem contribuído substantivamente para a melhoria do EC, especialmente, para o ensino de física (EF). Justamente porque a abordagem dos conteúdos científicos torna-se mais contextualizada em diversos aspectos. Especificamente, professores e estudantes têm adquirido um melhor entendimento e significado de conceitos, leis, modelos, princípios e teorias científicas e de suas funções em uma estrutura teórica (MATTHEWS, 2018). Coadunando com esses benefícios, os DO preconizam como objetivo de aprendizagem à necessária compreensão estudantil sobre a relação Terra e Universo (TU), em vista do desenvolvimento de competências e habilidades para 'interpretar leis, teorias e modelos, aplicando-os na resolução de problemas individuais, sociais e ambientais' (BNCC, 2018, p. 548). Em face disso, defende-se também que a contextualização histórica da ciência permite a superação da simples exemplificação de conceitos e fatos científicos. Uma vez que seus desdobramentos implicam na valorização estudantil desses conhecimentos e suas aplicações 'na vida individual, nos projetos de vida, no mundo do trabalho e no enfrentamento de questões de consumo, energia, segurança, ambiente, saúde, entre outras' (BNCC, 2018, p. 549).

Nessa direção, o trabalho de Lameu e Langhi (2018), fruto da análise dos DO (ensino fundamental e médio), destaca alguns assuntos, temas e/ou tópicos importantes para o ensino da relação TU, a saber: o sistema solar; o planeta Terra; o movimento de rotação terrestre; os fenômenos do dia e a da noite, o movimento de translação dos planetas; as estações do ano; os modelos cosmológicos geocêntricos e heliocêntricos; os pontos cardeais; a construção de calendários; o relógio solar; as fases da Lua; a esfera celeste; as constelações; distâncias entre os corpos celestes; a gravidade; e as galáxias. A luz da BNCC, no ensino médio, esses tópicos devem ser aprofundados para permitir que os estudantes possam investigar e discutir situações-problema que emergem de diferentes contextos socioculturais. Desta

forma, metodologicamente, procura-se contextualizar historicamente alguns desses assuntos, mediante a operacionalização dos conceitos de problemas empíricos (PE) e de tradição de pesquisa (TP) da visão epistemológica de Larry Laudan. Com isso, espera-se contribuir com: a instrumentalização de professores e estudantes na abordagem desses temas; a ampliação da exploração de episódios históricos mediante esse referencial (BATISTA & PEDUZZI, 2019); e a comunicação dos resultados de pesquisa à comunidade do EF e da educação científica de modo geral.

## Aspectos gerais da visão de ciência laudaniana como atividade de solução de problemas

Em sua obra mais importante, O Progresso e seus Problemas: rumo a uma teoria do crescimento científico , a principal tese do físico e filósofo da ciência Larry Laudan, é a de que 'a ciência é, acima de tudo, uma atividade intelectual de solução de problemas' (Laudan, 2011, p. 20), isto é, as perguntas da ciência e o foco do pensamento científico. Metodologicamente, Laudan analisa a ciência e a produção de conhecimento científico por uma via cognitiva internalista, fazendo uso de vários exemplos da HC, para referendar seus conceitos, ideias e pressupostos filosóficos. Em termos gerais, ele defende que: o conhecimento científico é produto de um empreendimento racional coletivo; o progresso científico não ocorre por acúmulo de conhecimentos, mas por aspirações intelectuais da ciência e; a existência de teorias rivais dentro de um contexto investigativo é regra, não exceção. Pertencente ao grupo dos historicistas da racionalidade , Laudan acredita que a racionalidade da ciência está ligada à escolha de teorias progressivas, isto é, as que resolvem mais PE do que suas antecessoras e rivais, e se deparar com pouca ou nenhuma anomalia. Ele acredita também que para vislumbrar uma imagem diferente da natureza da ciência e da produção do conhecimento científico, é preciso abrir mão dos conceitos e linguagens filosóficas, tais como, grau de confirmação, conteúdo explicativo, corroboração e afins, que levaram ao fracasso a análise tradicional da ciência.

Fornecendo uma taxonomia dos problemas científicos, Laudan classifica-os em PE e os problemas conceituais (PC). Os PE são definidos como 'questões substantivas acerca dos objetos que constituem o domínio de determinada ciência' (LAUDAN, 2011, p. 23). Por exemplo, à astronomia, à cosmologia e à física cabe explicar o movimento retrógrado dos planetas, a queda dos corpos; a estrutura do Universo e todos os fenômenos celestes e terrestres em seus domínios. É válido destacar que os PE se desdobram em três tipos, os empíricos não resolvidos , resolvidos e anômalos , mas apenas se tratará aqui dos astronômicos considerados não resolvidos, que serão contextualizados. Já os PC são definidos como questões acerca das estruturas lógicas das teorias concebidas para resolver os PE (LAUDAN, 2011), esses também são subdivididos em conceituais internos e conceituais externos ( intracientífico, normativo e de visão de mundo ), que não serão operacionalizados devido ao objetivo e extensão deste trabalho. Destarte, os PC se manifestam respectivamente: como incompatibilidades lógicas dentro da própria teoria; entre teorias de diferentes áreas do saber; entre uma teoria e a regra metodológica predominante; e no conflito entre uma teoria e a visão de mundo pertencente ao quadro conceitual geral. Por exemplo, o conflito de visão de mundo

entre o sistema heliocêntrico copernicano e a visão de mundo geocêntrica pitagórica incorporada por Platão, Aristóteles, Ptolomeu e seus defensores, do início da Idade Média até século XVI. Por fim, Laudan postula o conceito de TP como 'um conjunto de afirmações e negações ontológicas e metodológicas', que proporcionam diretrizes para o desenvolvimento de teorias específicas, cuja finalidade é resolver os PE (LAUDAN, 2011, p.113). No contexto investigativo grego foram desenvolvidos os modelos cosmológicos (MC) e as teorias planetárias para tentar explicar os PEA. Portanto, a ideia principal do conceito de TP é mostrar que os problemas da ciência estão diretamente ligados a um contexto científico marcado por compromissos ontológicos e metodológicos, que determinam as perguntas, os métodos de investigação e orientam a elaboração de modelos e teorias visando à solução de problemas. Além disso, esse conceito pode ser compreendido como uma ideia alternativa ao paradigma kuhniano, em período de ciência normal, ou ao programa de pesquisa lakatosiano.

## A origem e a contextualização de alguns dos principais problemas empíricos astronômicos no contexto da tradição de pesquisa grega

Operacionalizando os conceitos de Laudan na história da astronomia e da cosmologia grega (HACG), a contextualização dos PEA perpassa por situar sua fonte de origem, a partir da contribuição da civilização babilônica. Por volta de 700 a 800 anos antes de Cristo, os astrônomos babilônicos sistematizaram um amplo registro de observações celestes sobre as posições dos planetas, as fases da Lua, os eclipses, confeccionando, inclusive, calendários (NEUGEBAUER & SACHA, 1966). Posteriormente, herdado pela civilização grega, Laudan (2011) afirma que esse amplo registro permitiu, dentro do contexto da TPG, a prescrição dos PEA que fomentaram o desenvolvimento da astronomia e da cosmologia grega (ACG). Ratificando essa afirmação, Aaboe (1958) revela que, além da prática da astronomia na Babilônia está associada às necessidades básicas da vida cotidiana, a objetivos religiosos e místicos astrológicos. Não existem evidências acerca de nenhuma preocupação dos babilônios em fazer qualquer conexão entre seus conhecimentos celestes e a estrutura do Universo. Com efeito, é justamente essa preocupação que se torna evidente no empreendimento científico iniciado pelos gregos, especialmente, no século VI a. C, mediante os fundamentos conceituais, filosóficos e metafísicos encontrados na visão cosmológica de Pitágoras de Samos (570 - 495 a. C). Este filósofo e matemático desenvolveu um MC esférico para a estrutura do Universo, fundamentado em sua teoria da harmonia das esferas (KOESTLER, 1989). Posteriormente, essa teoria foi incorporada e desenvolvida por seu discípulo Filolau de Crotona (470 - 385 a. C), pelo astrônomo Heráclides de Ponto (390 - 310 a. C) e por Aristarco de Samos (310 - 230 a. C), autor da ideia heliocêntrica, atribuída erroneamente a Nicolau Copérnico (1473 - 1543), em livros didáticos de física.

Destacando o primeiro PEA, essas cosmologias foram desenvolvidas tendo como objetivo explicar as distâncias orbitais dos planetas - DOP - (DREYER,

1953). Para esse problema é valido destacar as explicações de Pitágoras, de Filolau e de Aristarco, para mostrar o avanço progressivo da ACG, nesse contexto. Por exemplo, Pitágoras explicava que as DOP estavam relacionadas com os intervalos das sete notas de uma escala musical. O intervalo formado entre a Terra e a Lua (um tom), da Lua a Mercúrio (um semitom), de Mercúrio a Vênus (um semitom), de Vênus ao Sol (uma terça menor), do Sol a Marte (um tom), de Marte a Júpiter (um semitom), de Júpiter a Saturno (um semitom) e de Saturno às estrelas fixas (uma terça menor) (KOESTLER, 1989). Diferentemente, Filolau atribuiu a cada corpo celeste um movimento circular com velocidades rotacionais sendo proporcionais à distância dos planetas ao centro do Universo. Todavia, ele não teve condições de atribuir números a essas velocidades, mas expressou que elas tinham um relacionamento matemático inteligível (HUFFMAN, 1993). Ele ordenou esses corpos de acordo com o tempo de revolução orbital. Entre aqueles que apresentavam maiores períodos sinódicos estavam Saturno (29 anos) e Júpiter (12 anos), indicando sua proximidade com as esferas das estrelas, mais do que com a Terra. Marte vinha, a seguir, com (2 anos); o Sol, Mercúrio e Vênus, possuíam o mesmo período sinódico médio de (1 ano), e a Lua o período de um mês. Representando um avanço científico, Aristarco resolveu o problema DOP, calculando as distâncias relativas entre Terra-Lua-Sol. Ele aplicou teoricamente a lei dos senos em um triângulo retângulo formado por esses três corpos celestes, e deduziu que a razão entre a distância Terra-Sol era de 19 vezes a distância Terra-Lua. Hoje sabemos que essa distância Terra-Sol é 383 vezes a distância Terra-Lua. Contudo, o significado máximo dos cálculos de Aristarco foi justamente o tratamento matemático quantitativo dado a esse PE, em detrimento da pura e simples especulação filosófica de seus antecessores.

Retomando a importância dos compromissos ontológicos e metodológicos da TPG, para prescrever o PEA do movimento de retrogradação dos planetas (MRP), Platão (428 - 348 a. C) incorporou alguns fundamentos conceituais, filosóficos e metafísicos herdados das cosmologias de Pitágoras e de Filolau, para prescrever, mais a frente, a principal pergunta que orientou as investigações da ACG. Dentre esses fundamentos estavam: a lei da harmonia ; o conceito de simetria e de beleza matemática representada pela geometria; o poder da matemática em reduzir a Realidade da natureza a série e razões numéricas; o conceito de movimento circular uniforme associado ao movimento dos planetas; a esfericidade da Terra, em Pitágoras estacionária no centro do Universo, mas em Filolau um planeta com um movimento de rotação axial com um período de 24 horas, para explicar o PEA ligado ao fenômeno do dia e da noite ; a correta ordenação dos corpos celestes, a partir da Terra (Lua, Sol, Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter, Saturno); a ideia de um universo hierarquicamente ordenado - representado pelo conceito de cosmos -; e, por fim, a ideia de que os corpos mais próximos do centro se movem mais rapidamente e os mais afastados, mais lentamente (KOESTLER, 1989). De posse desses fundamentos, Platão desenvolveu suas ideias em suas obras Timeu, Phaedo, A República e As Leis . Especialmente em A República ,

escrito em forma de diálogos, ele afirmou, segundo os seus dois personagens Sócrates e Glauco:

Sócrates - É com problemas, portanto, que nos dedicaremos à astronomia, tal como à geometria; e dispensaremos o que há no Céu, se quisermos realmente tratar da astronomia [...]. Glauco - Realmente é um trabalho complicado, em relação ao que têm agora, esse que tu prescreves aos astrônomos. Sócrates - Penso que faremos prescrições para as outras ciências no mesmo estilo, se de alguma coisa servirmos como legisladores. (PLATÃO, 1949, p. 242).

Diante desse objetivo, Platão formulou a seguinte pergunta associada ao MRP: Quais são os movimentos circulares uniformes e ordenados que possam ser tomados como hipóteses para explicar os movimentos aparentes dos planetas? (ÉVORA, 1993, p. 23). Como PEA contundente na HACG, os gregos sabiam que os cinco planetas, e a Lua, apresentavam movimentos semelhantes, porém mais complexo que o movimento anual do Sol pela eclíptica. Em seus movimentos diurnos, os planetas se deslocavam para o ocidente da esfera celeste, em relação às estrelas fixas, movendo-se gradativamente para o leste, até regressarem para suas posições de origem. Nesse deslocamento se mantinham próximos à eclíptica, mas vagavam ora para o norte desta, ora para o sul, traçando um laço do MRP. Não obstante, outro PEA referente às fases da Lua consistia no seguinte: as observações da Lua mostravam que esse corpo celeste se movia pela eclíptica mais rapidamente do que o Sol. Em seu percurso, ela completava uma volta através do zodíaco em um tempo médio de 27 dias, mas com uma diferença de 7 horas em relação ao tempo médio estimado. Além disso, julgava-se importante compreender a forma como seu disco varia visivelmente ao longo do percurso, isto é, entre os ciclos das fases de Lua Nova a Lua Cheia. Isso porque cada ciclo lunar através do zodíaco levava em média um mês. Porém, os dois ciclos lunares (cheia e nova) tinham uma diferença significativa de 7 horas. A Lua Nova reaparecia em média a cada 29,5 dias, mas os ciclos individuais diferiam dessa média, quase 12 horas. Significando dois dias a mais do que o período de uma viagem média ao longo do zodíaco. As sucessivas posições da Lua Nova entre as constelações deslocavam-se cada vez mais para leste. Se a fase nova ocorresse num determinado mês, em um ponto do equinócio da primavera, passados 27 e 1/3 de dias, ela voltava a passar por esse ponto, mas em fases decrescentes. Nesse percurso, a fase nova não aparecia até que se passassem 2 dias - altura na qual a Lua se deslocava quase 30º graus para leste do equinócio. Esse destaque para o movimento irregular da Lua, em relação ao Sol, é o primeiro exemplo de um PE relacionado ao movimento de translação dos planetas (MTP).

No que se refere à confecção de calendários lunares , os astrônomos e matemáticos tentaram rapidamente 'organizar estas unidades fundamentais em um calendário duradouro coerente - um que permitisse a compilação de registros históricos e a preparação de contratos para serem cumpridos em datas futuras específicas' (KUHN, 1990, p. 67). Por isso, 'somente uma teoria matemática

complexa, exigindo gerações de observações sistemáticas e estudos, podia determinar a duração de um futuro mês específico' (Idem). Aliado a isso, 'alguns métodos sistemáticos deviam ser criados para inserir, um mês ocasional de trinta dias, em um ano (354 dias) básico de 12 meses lunares' (Idem). Por fim, considerado também como um problema técnico, essas necessidades se tornaram uma ponte para Copérnico encetar uma profunda reforma da astronomia de seu tempo, ao resgatar a ideia heliocêntrica do MC de Aristarco de Samos; defender o movimento de rotação da Terra (MRT) em torno do seu próprio eixo (ideia de Filolau), para explicar o fenômeno do dia e da noite; e seu movimento de translação em torno do Sol, para explicar as estações do ano . Destaca-se que o movimento da terra tornou-se o PEA mais contundente para a aceitação do sistema astronômico copernicano. Justamente porque, além de contrariar a percepção de senso comum da visão humana, era uma ideia contrária à visão de mundo geocêntrica profundamente arraigada no pensamento astronômico e cosmológico ocidental por mais de dois mil anos. Além disso, é importante destacar que MRT gerou outras perguntas de natureza empírica. A saber : (i) por que os corpos não são ejetados para fora da terra devido ao seu rápido movimento de rotação ?; (ii) Existe alguma experiência terrestre que mostre que a Terra se move? A pergunta (i) foi amplamente discutida na defesa do sistema copernicano por Giordano Bruno e Galileu Galilei, e tornou-se, em parte, uma das perguntas responsáveis pelo desenvolvimento da teoria da gravidade newtoniana. Já (ii) somente foi solucionada com a observação da paralaxe em 1838 por um grupo de astrônomos liderados pelo francês Friedrich Bessel (1784 - 1846). Por fim, além desses problemas destacados, as tarefas dos astrônomos antigos até Copérnico eram a de: (1) oferecer uma explicação sobre o MRP; (2) explicar por que Vênus e Mercúrio são vistos nas proximidades do Sol; (3) explicar por que Marte, Júpiter e Saturno podiam ser vistos em oposição ao Sol; e (4) explicar a ordem de afastamento dos planetas com relação ao Sol (KUHN, 1990). Tarefas essas que levaram a ACG para outro patamar de desenvolvimento, começando com a elaboração da teoria planetária das esferas concêntricas de Eudoxo de Cnido (408 - 355 a. C). A primeira teoria planetária elaborada para resolver o MRP, seguida, posteriormente, pela teoria planetária do epiciclo-deferente, de Apolônio de Perga (262 - 194 a. C), que foi aperfeiçoada pelo astrônomo Claudio Ptolomeu (90 - 168 d. C) e estar contemplada por sua obra Almagesto - que contempla a solução cinemática de todos os PEA contextualizados.

Ao observar o objetivo deste trabalho e suas justificativas, acredita-se que essa contextualização dos PEA, mediante os conceitos laudanianos de PE e TP, permitem a professores e estudantes uma possibilidade de compreender a relação Terra e Universo, por meio dos problemas da ciência. Como se procurou demonstrar, os PEA originaram-se das fontes de dados celestes babilônicos e impulsionaram o desenvolvimento da ACG, principalmente, com a elaboração de MC e teorias planetárias para resolvê-los. Nesse sentido, é possível perceber que os conceitos, leis, modelos, princípios e teorias são frutos dos processos investigativos das perguntas da ciência, revelados por sua própria e significativa história.

## Referências

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