Física

Como a equação de Saha ligou a temperatura de uma estrela às linhas do seu espectro

Publicado em 12/10/2026 · Última alteração em 12/10/2026

Assuntos: Estrelas

Estrelas de composição parecida têm espectros diferentes porque a temperatura da atmosfera estelar define quantos átomos de cada elemento estão ionizados ou excitados, e cada estado produz linhas próprias. Em 1920, Meghnad Saha mostrou como calcular essa ionização com termodinâmica e potenciais de ionização. Assim, a sequência de classes O, B, A, F, G, K, M passou a ser lida como uma sequência de temperaturas.

O espectro de uma estrela é a sua luz separada por comprimento de onda. Nele aparecem linhas escuras de absorção, cada uma produzida por um tipo de átomo ou íon (átomo que perdeu elétrons) em um estado de energia específico. A ionização é essa perda de elétrons, e num gás quente ela depende sobretudo da temperatura e, em menor grau, da pressão. O potencial de ionização é a energia necessária para arrancar o elétron. A equação de Saha relaciona a fração de átomos ionizados a esses três fatores. As classes de Harvard (O, B, A, F, G, K, M) ordenavam os espectros pela aparência geral, antes de se saber o que determinava a ordem.

Uma equação formulada em Calcutá

Saha formulou a teoria sozinho, em Calcutá, e de lá enviou o artigo de outubro de 1920 à revista Philosophical Magazine. Segundo o memorial escrito por D. S. Kothari para a Royal Society, a primeira viagem dele à Europa só ocorreu cerca de dois meses depois.

O que a equação relaciona

Saha tratou a ionização de um gás quente como uma reação química em equilíbrio e chamou a relação de equação da isóbara de reação. O passo decisivo, segundo ele, foi incluir o potencial de ionização na fórmula de Eggert, o que permitia calcular a ionização de qualquer elemento para uma dada temperatura e pressão. O resultado depende sobretudo da temperatura e, em menor grau, da pressão da atmosfera estelar.

Como sabemos: dois testes da teoria

A teoria previu que rubídio e césio, de baixo potencial de ionização, não deveriam aparecer no espectro do Sol, mas poderiam surgir nas manchas. Russell achou as linhas do rubídio em fotografias de Mount Wilson tiradas antes, mas não as do césio. O outro teste foi o hidrogênio: o máximo das linhas de Balmer na classe A0, a cerca de 10.000 K, só se ajustava com pressões da ordem de 10 elevado a menos 4 atmosfera, bem abaixo do valor então aceito.

O que o critério de Saha deixou em aberto

Saha usou o aparecimento marginal das linhas, a classe em que uma linha chega ao limite da visibilidade. Isso dependia da pressão, que ele supôs entre 1 e 0,1 atmosfera, e da abundância do elemento, como Payne notou. Em 1923, Fowler e Milne passaram a usar o máximo de intensidade, mais informativo. Mesmo assim, o trabalho de Saha pôs fim à ideia de que a sequência de espectros refletia uma transmutação progressiva dos elementos.

A ponte para Payne, em 1925

A tese de Cecilia Payne aplicou a teoria de Saha, Fowler e Milne a muitas linhas e classes. Dela saiu a leitura de que a classificação de Harvard mede essencialmente o grau de ionização térmica, com composição uniforme nas atmosferas. Ela também obteve hidrogênio e hélio muito abundantes, resultado que descreveu como quase certamente irreal depois da objeção de Russell. Hoje o hidrogênio é, de longe, o elemento mais abundante na maioria das estrelas.

Como sabemos

Os conceitos e as datas têm respaldo em um memorial da Royal Society, na tese de Payne e num livro didático aberto, mas os artigos originais de Saha e de Fowler e Milne não foram lidos.

Fontes

  1. Royal Society (Biographical Memoirs); reprodução: Saha Institute of Nuclear Physics — Meghnad Saha 1893-1956 (Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society, v. 5, p. 217-236), reproduzido no site do Saha Institute of Nuclear Physics
    Kothari, D. S. · 1960 · Livro ou obra de referência · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026 DOI 10.1098/rsbm.1960.0017
  2. Harvard College Observatory / Radcliffe College (texto digitalizado no Internet Archive) — Stellar Atmospheres: A Contribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars (Harvard Observatory Monographs, n. 1)
    Payne, C. H. · 1925 · Fonte histórica primária · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026
  3. OpenStax (Rice University) — Astronomy 2e, seção 17.3: The Spectra of Stars (and Brown Dwarfs)
    Fraknoi, A.; Morrison, D.; Wolff, S. C. · 2022 · Livro ou obra de referência · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026
  4. MacTutor History of Mathematics Archive, University of St Andrews — Cecilia Payne-Gaposchkin (1900-1979), biografia
    O'Connor, J. J.; Robertson, E. F. · 2017 · Livro ou obra de referência · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026
Histórico de alterações
  • Versão 1 · 12/10/2026 — Primeira versão (produção 1.000, lote 3; conferência de trechos automatizada)

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