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Matéria Escura – o que é?

Dando continuidade à série de artigo sobre matéria escura, neste segundo, falarei sobre sua composição e a importância na formação de estruturas.

A primeira pergunta que podemos fazer é: A matéria escura existe? E uma vez que exista, do que é composta?

O modelo MOND (discutiremos em um post posterior) prevê uma modificação das leis da mecânica newtoniana para objetos em grande escala e a grandes distâncias.

O problema é que isso viola os princípios de Homogeneidade e de Isotropia do Universo, que dizem: se o Universo for visto em uma grande escala, as propriedades do Universo são as mesmas para todos os observadores. Isto se chama princípio cosmológico. Simplificando ainda mais, podemos dizer que a parte observável é representativa do todo e as leis que valem aqui, valem para todo o Universo.

Assim, mantendo o princípio cosmológico, precisamos encontrar algum “material”, “entidade” ou “ser”, como queiram chamar, para explicar a existência de uma gravidade superior àquela encontrada apenas observando a matéria bariônica (que simplificaremos com sendo aquela que absorve e emite algum tipo de radiação).

Existem dois tipos, a chamada matéria escura quente e a matéria escura fria.

A matéria escura quente é aquela composta por partículas, como os neutrinos, que viajam à velocidade ultrarrelativística, ou seja, próxima à velocidade da luz e possuem uma massa pequena. Existem equipamentos, como o Observatório de Neutrinos Super-Kamiokande, em Gifu, no Japão, que procuram estas partículas.

Figura 1 – Interior do Observatório de Neutrinos Super-Kamiokande, em Gifu, Japão. Um tanque de água pura, localizado a uma profundidade de 1km e repleta de sensores. Podemos ver alguns técnicos dentro de um bote fazendo a manutenção.

Já a matéria escura fria, mais massiva, possui uma velocidade relativamente menor em comparação à quente. Pode ser encontrada na forma de Objetos Massivos do Halo (MACHOs, em inglês), como os buracos negros; Associações Robustas de Objetos Bariônicos Massivos (RAMBOs, em inglês), como aglomerados de anãs marrons; e/ou uma classe de partículas pesadas denominadas WIMPS, ou Partículas Massivas de Fraca Interação, (é, eu sei que os astrônomos adoram estes acrônimos!), além dos áxions, uma partícula elementar ainda hipotética.

Figura 2 – Simulações computacionais servem para comparar os modelos cosmológicos com os diferentes tipos de matéria escura. Temos, da esquerda para a direita, resultados de simulações com matéria escura quente, morna e fria, respectivamente.

A importância em sabermos qual o tipo de matéria escura existente está no fato em que esta fornece a explicação de como se deu a formação de estruturas do Universo.

Se a matéria escura for quente, sua interação e velocidade impediriam a formação de estruturas em escalas menores que superaglomerados. Posteriormente estes superaglomerados se fragmentariam em aglomerados e finalmente em galáxias individuais.

O modelo mais aceito para a formação de estruturas de galáxias é exatamente o contrário. Chamado de Modelo Hierárquico. Protogaláxias em regiões centrais de halos de matéria escura fria colidem para formar estruturas cada vez maiores. De protogaláxias para galáxias, depois formariam aglomerados e superaglomerados.

Além da matéria escura quente e fria, alguns trabalhos recentes especulam a existência de um terceiro tipo, a matéria escura morna. Composta de partículas de massa intermediária, ainda não descobertas, parecem adequar-se a algumas estruturas observadas.

Diversos autores produzem modelos computacionais de formação de estruturas em que porcentagens diferentes de matéria escura são adicionadas para conseguir explicar o Universo observável.

Sei que acrescentei muito mais dúvidas que explicação, mas espero que tenham gostado desta discussão sobre a composição da matéria escura. Na próxima semana falaremos um pouco mais sobre esta “entidade”.

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Eclipse Lunar Total 21/01/2019

O eclipse de 27 de julho do ano passado aconteceu ao nascer da Lua para o Rio de Janeiro. Naquela ocasião a Lua nasceu já eclipsada. A névoa fez que a Lua só fosse visível bem depois de se elevar no horizonte na direção do mar. O próximo eclipse vai acontecer de madrugada mas, apesar de horário mais difícil, a posição da Lua no céu vai ser mais favorável para nós cariocas. A sombra da Terra vai começar a tocar o disco lunar em torno das 1h34min da madrugada, com a Lua bem alta no céu e vai até pouco antes do pôr da Lua, no Oeste. A princípio não é necessário nenhum equipamento óptico para contemplar o fenômeno. Basta ter um horizonte oeste mais livre para acompanhar o eclipse até o seu final. Um binóculo 7×50 ou um luneta de 70 mm são ideais para quem quer cronometrar o avanço da sombra sobre o disco lunar, registrando o momento em as crateras são obscurecidas.

Sequência de fotos do eclipse de 27 de julho de 2108 tiradas pelo autor no Forte Copacabana com uma câmera digital sem tripé. A diferença de cores é devido às adversas condições atmosféricas e ajustes da câmera.

Evento horário no Rio de Janeiro (hora de verão)
Início do Eclipse Parcial 21 de Jan, 1h33min54s
Início da Totalidade 21 de Jan, 2h41min17s
Momento máximo do eclipse 21 de Jan, 3h12min14s
Fim da Totalidade  21 de Jan, 3h43min15s
Fim do Eclipse Parcial 21 de Jan, 4h50min39s

A mecânica dos eclipses lunares já é bem conhecida a bastante tempo. A cada Lua Cheia há chance de ter um eclipse lunar. Só não ocorre sempre porque a órbita da Lua é inclinada em relação ao plano que contém a Terra e o Sol, a chamada eclíptica. Ora a Lua Cheia passa mais ao Sul, ora mais ao Norte deste plano. Quando a Lua cruza a eclíptica ao mesmo tempo que se alinha com a Terra e o Sol (nesta ordem) acontece o eclipse lunar.

A região avermelhada mostra onde o eclipse lunar de 21 de janeiro de 2019 será totalmente visível: Todas as Américas, Groenlândia, regiões árticas (extremo norte da Rússia, Islândia e Escandinávia) Portugal, noroeste da Espanha, noroeste da França e as Ilhas Britânicas. O local onde a Lua estará à pino no meio do eclipse fica no Caribe, entre Cuba e o Haiti. O eclipse será visto em todo o Brasil. (Fonte: https://www.timeanddate.com/eclipse/map/2019-january-21)

No momento em que a Lua entra totalmente dentro da sombra da Terra era de se esperar que a Lua ficasse tão escura que desapareceria do céu. Mas isso não acontece. O aspecto avermelhado da Lua em alguns eclipses gerou inclusive o termo popular Lua de Sangue, que não é algo de origem astronômica, mas beira o misticismo. O que acontece é que a luz que passa pelas bordas da Terra é desviada para dentro da sombra de forma distinta para cada cor. O vermelho típico do entardecer tem origem neste espalhamento seletivo da luz pela atmosfera terrestre. Isto não é muito previsível: vai depender da quantidade de partículas na atmosfera em todo um hemisfério terrestre. Erupções vulcânicas, grandes tempestades de areia, poeira industrial e até atividade solar podem influenciar neste efeito. Por isso existe uma escala desenvolvida pelo astrônomo francês André Luís Danjon (1890-1949) que indica o quão luminoso é o eclipse. SUGESTÃO: Tente classificar este eclipse visualmente usando as dicas dadas no infográfico a abaixo (baseado no site TimeAndDAte).

Outro termo popular que ganhou algum destaque recentemente foi SUPERLUA. A Lua não tem uma órbita perfeitamente circular ao redor da Terra. Quando a Lua Cheia cai próxima ao perigeu (lugar da órbita onde a distância é menor) o disco lunar pode parecer 14% maior do que no seu ponto mais afastado, o Apogeu. Neste eclipse a Lua passa pelo perigeu umas 15 horas após o momento exato da Lua Cheia. Veja abaixo a comparação do tamanho aparente da Lua e a distância correspondente para o perigeu e apogeu.

Na madrugada de segunda (dia 21) estaremos observando o eclipse aqui do Planetário. Esperemos que o tempo ajude.

O próximo eclipse lunar total visível inteiramente no Rio de Janeiro será em 15 de maio de 2022.

 

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Eclipse Solar na América

Na próxima segunda-feira, 21/08/2017, a sombra da Lua vai percorrer o território dos Estados Unidos da América diagonalmente, do noroeste (no estado do Oregon) até o sudeste (no estado da Carolina do Sul). Numa estreita faixa de uns 100km, o Sol será ocultado totalmente pela Lua durante alguns minutos.

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A gravidade e o nosso corpo

Quero falar sobre a gravidade ou a ausência dela, melhor dizendo. Sem a gravidade estaríamos em uma situação grave. Vamos aos fatos: Nosso corpo foi moldado para suportar a gravidade na superfície da Terra e a gravidade não para de agir em nosso corpo. Quando ficamos mais velhos, ela é implacável e vamos diminuindo de tamanho, temos dificuldades em andar ou correr e tudo despenca, literalmente.

 É fundamental nos exercitarmos durante toda a vida (pelo menos deveríamos) para podermos ter uma vida saudável e fortalecer nossos ossos e nossa musculatura, em uma guerra constante contra a gravidade. Mas o que acontece se formos para o espaço em uma situação que simula a falta da gravidade como ocorre em uma estação espacial? Quais as mudanças que nossos órgãos sofreriam?

Na semana passada foi noticiado que o astronauta Scott Kelly, depois de permanecer 340 dias no espaço a bordo da Estação Espacial Internacional, cresceu 5cm. Neste ambiente a que ficou submetido, sua coluna vertebral esticou, mas ao voltar para a Terra a gravidade fez com que ele retornasse ao seu tamanho original depois de algum tempo. Muitos estudos foram feitos e ainda continuam com este astronauta, com o objetivo de descobrirmos como seria uma viagem a outros planetas, como Marte, por exemplo.

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E o que mais pode acontecer com uma  que permanece longo tempo em um ambiente que simula a ausência da gravidade? Várias coisas. A perda de massa muscular é um dos efeitos sentidos, já que sem a necessidade de fazer muito esforço – para se locomover ou fazer qualquer atividade – os músculos não são exigidos e atrofiam. Isso pode ser minimizado com a prática de exercícios físicos, de forma intensa e constante, mas mesmo assim podemos perder até 32% da força dos músculos das pernas. Ficamos, assim, sem uma base de sustentação não temos condições de nos mantermos em pé, por exemplo.

Nosso coração também sofre. Ele diminui de tamanho e a pressão arterial é reduzida. Isso implica em menos sangue circulando pelo nosso corpo e isso diminui a nossa capacidade de nos exercitarmos. Como comparação, uma semana em um ambiente de simulação de ausência de gravidade equivale a seis semanas deitado aqui na Terra. Você já deve ter passado por algo assim, quando ficou doente por algum motivo. Ficar muito tempo deitado nos enfraquece.

Outros efeitos também já foram registrados em astronautas que permaneceram no espaço por longos períodos, tais como: a menor produção de glóbulos vermelhos (anemia espacial), o enfraquecimento do sistema imunológico, a perda de orientação, distúrbios no sono, congestão nasal, flatulência excessiva, enchimento da face, além de uma exposição maior à radiação solar (pois estão sem a proteção da atmosfera).

Por tudo isso estamos vendo que nosso corpo se adaptou da melhor maneira possível ao ambiente e à gravidade da Terra. Viver em outros lugares do espaço exigirá um esforço sobre-humano para nos adaptarmos. Mais difícil ainda será viajar para ambientes diferentes da Terra e depois retornar ao nosso lar. Possivelmente teremos que criar uma gravidade artificial igual ou parecida com a da Terra para que a ela não seja um entrave para a nossa sobrevivência na conquista de novos mundos.

P.S.: Se você quiser saber mais sobre a sensação de ausência de gravidade sentida pelos astronautas a bordo da ISS, veja no seguinte endereço: 

http://fisicamoderna.blog.uol.com.br/arch2006-04-02_2006-04-08.html

E o que mais pode acontecer com uma  que permanece longo tempo em um ambiente que simula a ausência da gravidade? Várias coisas. A perda de massa muscular é um dos efeitos sentidos, já que sem a necessidade de fazer muito esforço – para se locomover ou fazer qualquer atividade – os músculos não são exigidos e atrofiam. Isso pode ser minimizado com a prática de exercícios físicos, de forma intensa e constante, mas mesmo assim podemos perder até 32% da força dos músculos das pernas. Ficamos, assim, sem uma base de sustentação não temos condições de nos mantermos em pé, por exemplo.
Nosso coração também sofre. Ele diminui de tamanho e a pressão arterial é reduzida. Isso implica em menos sangue circulando pelo nosso corpo e isso diminui a nossa capacidade de nos exercitarmos. Como comparação, uma semana em um ambiente de simulação de ausência de gravidade equivale a seis semanas deitado aqui na Terra. Você já deve ter passado por algo assim, quando ficou doente por algum motivo. Ficar muito tempo deitado nos enfraquece.

 

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Júpiter em oposição

 

Por Paulo Cesar R. Pereira, astrônomo

 

 

Júpiter é o maior planeta do Sistema Solar, e também, o segundo planeta mais brilhante, depois de Vênus. A observação por meio de um pequeno telescópio permite a observação da sua atmosfera, totalmente coberta por nuvens que envolvem o planeta, inclusive a grande “mancha vermelha”. 

 

Com pequenos instrumentos é também possível observar seus quatro maiores satélites (Io, Europa, Ganimedes e Calisto), e refazer as famosas observações realizadas por Galileu Galilei em 1609.

 

Ao longo dos meses de março e abril, teremos condições bem favoráveis para a observação desse belo planeta. Isso por conta do fenômeno chamado “oposição de Júpiter”, que atingirá o seu ápice no dia 8 de março próximo.

 

Durante a “oposição de Júpiter”, que ocorre a cada 13 meses aproximadamente, Júpiter fica oposto ao Sol em relação à Terra. Como resultado, Júpiter fica bem mais brilhante e o seu tamanho aparente aumenta como resultado da aproximação (Júpiter estará a 663 milhões de quilômetros da Terra). Além disso, o fenômeno faz com que o planeta gigante seja visível ao longo da noite inteira.

 

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O planeta poderá ser observado mesmo sem o uso de instrumentos, bastando olhar na direção do leste (nascente), a partir das 19h15min. A carta celeste abaixo apresenta a localização de Júpiter no dia 8 de março às 21h. Aproveite a ocasião para identificar algumas constelações. Boa observação!

 

Por Paulo Cesar R. Pereira, astrônomo

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Turismo Espacial: Destinos Futuros

O Laboratório de Propulsão a Jato (Jet Propulsion Laboratory – JPL) teve sua origem em um grupo de estudantes do Caltech na década de 30 do século passado. A partir de 1958 o JPL se tornou membro da NASA. Este instituto é responsável pela maior parte dos foguetes e sondas espaciais que os americanos já lançaram. Entre as lendárias missões do JPL, temos as Mariners, as Vikings e as Voyagers. Certamente é a instituição que mais revolucionou o nosso conhecimento do Sistema Solar. Se existe algum lugar onde o futuro é feito hoje, esse é o JPL.

Outra característica de vanguarda do JPL é a preocupação de divulgação popular da exploração do espaço. Lembro que quando ainda era estudante, escrevi para o JPL, em um inglês simplório. Minha carta pedia informações sobre o espaço, mas confesso que não tinha esperança de receber resposta alguma. Alguns dias depois, começaram a chegar vários envelopes pardos cheios de folhetos coloridos e imagens, muitas imagens. Numa época em que não havia internet, aquele material era um prazer sem limites para os olhos.

Agora o JPL continua inovando na divulgação científica. Recentemente eles publicaram uma série de belíssimos e instigantes cartazes antecipando o turismo do futuro: o espaço. 

Os destinos sugeridos no Sistema Solar incluem as mais diversas e emocionantes aventuras. Imagine um passeio de balão na alta atmosfera de Júpiter. Já pensou em assistir o trânsito de Mercúrio a bordo de uma base flutuante acima das corrosivas nuvens de Vênus? Até viagens submarinas aos gelados oceanos de Europa (satélite de Júpiter) foram representadas como um pacote turístico emocionante. Os roteiros turísticos não ficam só nas cercanias do Sol: estrelas distantes com exoplanetas descobertos recentemente também são destinos representados de forma colorida e criativa.

Não sabemos quanto tempo vai demorar para que este tipo de turismo “de ficção científica” vire turismo de fato. O certo é que o JPL foi mais uma vez pioneiro ilustrando o futuro.

PS: Os pôsteres são disponíveis para baixar e imprimir. Vale a pena: verdadeiras joias de colecionador totalmente gratuitas.

 

Veja todos os cartazes em :

http://www.jpl.nasa.gov/visions-of-the-future/

http://planetquest.jpl.nasa.gov/exoplanettravelbureau

 

Conheça mais sobre o JPL em:

http://www.jpl.nasa.gov/about/history.php

http://www.jpl.nasa.gov/news/fact_sheets/jpl.pdf

 

 

 

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Um Detalhe da História

Para aqueles que já fizeram uma viagem de turismo pelo nosso Brasil, principalmente pelas regiões Nordeste e Sudeste, tiveram a oportunidade de visitar monumentos, vilas, e museus históricos, com elementos da Astronomia daquela época. Um dos objetos que encontramos em muitos lugares é a esfera armilar. Eu, pessoalmente, encontrei no Ceará, Bahia e Minas Gerais.

A esfera armilar é uma representação da esfera celeste, onde colocamos a Terra em seu centro. É constituída por 10 círculos ou armilas:

– um meridiano;
– o horizonte;
– os dois coluros;
– o equador celeste;
– a eclíptica com o zodíaco;
– os dois trópicos;
– os dois círculos polares.

 

Esta esfera era utilizada não só para o estudo da Astronomia em si, mas também para a navegação e, até hoje, a navegação possui uma ligação muito estreita com esta ciência. As bandeiras portuguesas possuíam a esfera armilar em suas estampas, sendo que sua primeira ocorrência foi na bandeira pessoal de D. Manoel I (fig abaixo).

É interessante notar que, nesses momentos históricos, as ciências, e em particular a Astronomia, sempre se fizeram presentes, de um modo ou de outro. Basta que nós saibamos ver o que deve ser visto.

 

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Publicações sobre ensino e divulgação de Astronomia

O profissional da educação deve não somente estar atualizado sobre as grandes descobertas da Astronomia, mas também estar atento ao processo educativo em si. Uma importante referência para o educador é a Revista Latino-Americana de Educação em Astronomia. Trata-se de uma revista on-line, onde profissionais que lidam no dia a dia com o ensino e a difusão da Astronomia, postam artigos dentro desta temática. O endereço é:

http://www.relea.ufscar.br/

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Astronomia pelo Brasil

Tendo escrito sobre a minha já não tão recente visita ao Egito (para a conferência da International Planetarium Society) e da minha atual aventura em solo ianque (para a conferência da Great Lakes Planetarium Association), percebo que cometi duas injustiças que devem ser retificadas…

Em agosto estive em Rio Claro, interior de São Paulo, participando, como palestrante convidado, da Semana de Astronomia da UNESP. A UNESP não possui curso de Astronomia, nem tampouco um planetário. Mas tem um grupo abnegado de astrônomos amadores (Los Sombreros), formado por muitos de seus alunos, que é bastante atuante e empreendedor. E com persistência e amor pela ciência, esses meninos (já adultos, eu sei, mas meninos para mim, que já há muito deixei para trás meus tempos de faculdade) conseguiram montar uma bela e variada programação. Agradeço o convite e a bela recepção que tive por lá.

Um brinde aos Sombreros! E quem os conhece bem, e em particular o “título” nada honorífico que eles se autoimpuseram, sabe que eles apreciam um brinde. E, claro, o que vem logo depois disso.

Em outra viagem recente, fui ao Ceará. Como diretor da Associação Brasileira de Planetários e membro do comitê organizador do Ano Internacional da Astronomia no Brasil, eu havia sido convidado para a inauguração dos novos equipamentos do Planetário de Fortaleza. Não pude ir, pois estava no Egito. Mas fiquei frustrado pela oportunidade perdida.

Dermeval Carneiro, diretor do Planetário de lá e uma lenda viva da divulgação científica no Nordeste, conseguiu viabilizar minha ida em setembro passado. Em troca, dei duas palestras (“História do Calendário”, na cúpula reinaugurada, e “Teoria da Relatividade”, no auditório do Espaço Cultural Dragão do Mar).

Além disso, fui premiado com um bônus. Dermeval viabilizou minha ida a Sobral, onde conheci o Museu do Eclipse e o lendário sítio onde uma expedição inglesa, ao observar o eclipse solar de 1919, comprovou as previsões de Albert Einstein, corroborando sua Teoria da Relatividade Geral. Realizei um sonho antigo com essa visita a Sobral…

E é isso. Acho que esse ano não viajo mais…

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Medo de escrever

Sempre quis ser escritor. Desde que me entendo por gente, sempre quis ser escritor. Já quis ser bombeiro, astronauta, policial, farmacêutico, espião, ator. Mas havia sempre um “e” em minhas afirmações. Era bombeiro e escritor; astronauta e escritor; etc. etc. etc.

Tornei-me astrônomo. E escritor. Hoje vejo que esta inusitada escolha profissional (astrônomo?!? Quantos astrônomos você conhece?) foi a grande facilitadora do meu sonho. Em uma sincronicidade feliz, formei-me no mesmo ano em que o Planetário expandia sua estrutura e lançava um edital público para um concurso com fins de contratar astrônomos. Sem nunca ter sequer sonhado em trabalhar no Planetário, fiz a prova e passei (passei no susto e na sorte, mas passei…).

Fui contratado antes de o prédio novo e sua cúpula ficarem prontos. Eu e todos os demais concursados. Precisávamos passar por um treinamento antes da inauguração. E durante o treinamento, o que fazer além dele? A equipe existente tocava muito bem o dia a dia da instituição. E eu, um novato até entre os novatos (saudades do tempo em que eu era o mais jovem da equipe… estou ficando velho…), estava aparentemente sem função clara.

Eis que cai em meu colo uma oportunidade e tanto, ao menos para mim. Havia a “Curiosidade do Mês”, um texto de divulgação em Astronomia publicado mensalmente no folder da Fundação Planetário. Os astrônomos se revezavam para escrevê-la. E em dezembro de 1997, menos de dois meses após minha contratação, fui informado de que eu seria responsável pela “Curiosidade do Mês” de fevereiro.

Lembro-me dela até hoje. Falava sobre o Carnaval e sobre o enredo de uma escola de samba, que fazia alusão ao Big Bang. Minha felicidade em fazer aquilo deve ter sido muito transparente, pois em seguida escrevi a de março, a de abril, a de maio… De maneira natural, o rodízio entre os astrônomos acabara e a “Curiosidade” tornou-se minha responsabilidade. Responsabilidade esta que mantive até novembro de 2005, o que me concede o recorde de maior número de “Curiosidades do Mês” escritas por um astrônomo da Fundação Planetário.

Mas esse texto não é sobre mim (apesar de parecer o contrário…). A tarefa que me foi passada em dezembro de 1997, colocou-me em contato com uma pessoa que veio a se tornar uma das minhas melhores amigas e, certamente, minha maior colaboradora profissional. Angela Almeida, assessora do Diretor de Astronomia, formada em Letras, revisora de todos os textos que produzíamos. (A ironia de seu nome proparoxítono ser grafado sem acento nunca nos escapou…)

Tudo o que eu escrevi para o Planetário, desde então, passou pelo crivo da Angela. Se tenho fama de escrever bem, o mérito é dela. E, aparentemente, esta fama existe! Para minha grande felicidade, as pessoas têm gostado do que eu tenho escrito nesses últimos 13 anos. As curiosidades abriram as portas para o meu primeiro livro, publicado pela Fundação Planetário; e este primeiro livro me abriu as portas de uma editora comercial, que já publicou outros três livros de minha autoria. Hoje sou um autor publicado. É um sonho realizado. E uma parte disso eu devo à Angela.

Depois de anos e anos de trabalho, Angela se aposenta mês que vem. Mas já está de férias por agora, de modo que não posso mais contar com ela no meu cotidiano. Minha revisora me abandonou (a amiga vai ficar para sempre!).

Aos leitores de meus livros, fiquem tranquilos. Eles continuarão sendo revisados, por conta da minha editora. Mas meus textos do Planetário… ainda não achamos uma solução para a ausência da Angela. Aos meus leitores destas paragens, caveat lector. Os erros serão inevitáveis. Fiquei muito mal acostumado com a mão segura da Angela…

Acho até que estou com medo de escrever…