A “onda” das ondas gravitacionais

Acima: Amplitude estimada do efeito da onda gravitacional vinda de GW150914. Mostra todo o comprimento de onda das ondas de choque, sem filtros. A imagem inserida mostra a relatividade numérica dos modelos dos horizontes de eventos dos buracos negros, na medida em que estes coalesceram. Abaixo: a separação entre os buracos negros coalescentes medida em unidades de raio de Schwarzschild (RS=2GM/c2) e a velocidade relativa calculada pelo parâmetro pós-newtoniano v/c=(GMπf/c3)1/3, onda f é a frequência da onda gravitacional calculada com relatividade numérica e M é a massa total.
Data 11 de fevereiro de 2016
Fonte: Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger
B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 116, 061102 doi:10.1103/PhysRevLett.116.061102
Autor Abbott, B. P. et al.

Retirado da WikiMedia Commons: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Estimated_gravitational-wave_strain_amplitude_from_GW150914.png

Bem… A estas horas você, leitor, já deve estar meio saturado de tanta notícia sobre a detecção (afinal!) das ondas gravitacionais – previstas na Relatividade Geral de Einstein, mas, até agora, nunca detectadas e por um motivo óbvio: são fraquíssimas!

Você deve ter visto milhões de inforgráficos, animações, ilustrações, inclusive aquelas da analogia de um peso (normalmente uma bola de boliche sobre uma cama elástica) e as bolinhas de gude “orbitando” pelas bordas do buraco. Você leu traduções apressadas das conferências dadas pelo LIGO e Virgo – inclusive aqui… eu achei melhor perder o “furo” e esperar um press-release de uma fonte confiável; no caso o da National Science Foundation, via EurekAlert – porque, desde o fiasco dos “neutrinos mais rápidos que a luz” (que, no fim, era apenas um cabo defeituoso…), eu fiquei muito cauteloso; na verdade, a descoberta já estava correndo as redes sociais desde novembro do ano passado.

Outra coisa que você já deve ter visto, são notícias meio entusiasmadas demais… Gente falando de “uma nova janela para a astronomia”, “viagens espaciais usando dobras espaço-temporais” e sabe-se lá quantas teorias de conspiração que dizem que isso tudo é apenas uma farsa para encobrir tal ou qual plano sinistro de algum governo, da “big-pharma”, do Banco Mundial em conluio com o FMI, and you-name-it

Hora de baixar a bola e colocar as coisas na devida proporção!

Os Observatórios LIGO começaram a ser construídos em 1992 e entraram em operação de 2002 até 2010, quando passaram por uma reforma que durou cinco anos e custou 620 milhões de dólares para aumentar exponencialmente sua sensibilidade, voltando a operar em 18 de setembro de 2015. Em apenas dois meses, bingo!

Bom… Ou colisões entre buracos negros com massas entre 20 e 50 vezes a do Sol são muito mais comuns do que se pensa (esta foi a primeira vez que o fenômeno foi observado e, mesmo assim, indiretamente… “em algum lugar do hemisfério (celeste) Sul”), ou foi uma sorte dos diabos!… Como diz o press-release da NSF: “Durante a fração de segundo final, os buracos negros colidem a cerca de metade da velocidade da luz e acabam formando um único buraco negro mais massivo, convertendo parte da massa combinada dos buracos negros em energia, conforme a famosa fórmula de Einstein E=mc2. Essa energia é emitida como um forte jato de ondas gravitacionais. E foram essas ondas gravitacionais que o LIGO observou.” (o grifo é meu).

Sem querer ser chato (mentira!… é exatamente o que eu quero!) o Hemisfério Sul da Terra já não é mais tão pobre em observatórios como era no século XX. Os australianos são os “bambas” da rádioastronomia e o ESO no Atacama tem feito descobertas que vêm revolucionando o que se pensava que se sabia de astronomia. E esse canibalismo de buracos negros ainda não foi detectado?…

Se esse cataclismo cósmico foi capaz de gerar ondas gravitacionais perceptíveis aqui na Terra, certamente houve uma massiva emissão de raios eletromagnéticos ao longo de todo o espectro, desde ondas longas, até raios gama. Claro, com a distância (calculada em 6,5 bilhões de anos-luz) até os raios gama devem chegar em frequências bem mais baixas, mas eu continuo cabreiro com a ausência de confirmação. Atualizando em 17/02/2016: Cadê a luz que devia ter aparecido?

A gravidade é uma coisinha chata e difícil… Eu, na minha condição de leigo metido a besta, tenho certeza que o que chamamos de “gravidade” é um “efeito emergente” do Campo de Higgs, mas os físicos de verdade sempre me chamam a atenção para o problema de escala. Não temos conhecimentos suficientes para fazer tal afirmação (embora me pareça óbvio que o Campo de Higgs siginfique: “o espaço-tempo resiste ao movimento”, tanto que até um fóton – sem massa – tem uma velocidade máxima, “c” e o hipotético gravitron também). Mas, tomando o valor da interação eletromagnética como referência (valor = 1), a nuclear forte tem valor 60 (entre quarks), a nuclear fraca tem valor 10-4 e a gravitacional é estimada em 10-41. Ou seja: um gravitron tem a força de 0,000000000000000000000000000000000000000001 fóton…

Outra previsão da Relatividade Geral, ainda não confirmada experimentalmente, é o “arrasto do referencial”, ou, em termos leigos, o fato de que nada no universo está parado, portanto qualquer referencial inercial também se move com relação a algo mais. Dito de outra forma, o espaço-tempo em torno da Terra não é só deformado pela massa da Terra, mas também por seu movimento de rotação. Lançaram já duas sondas espaciais para checar isso (Gravity Probe A e B), mas a gravidade é algo tão fraquinho que todos os indícios de arrasto de referencial foram inconclusivos, por conta de interferências externas, inclusive e principalmente a flatulência de nosso Sol que vive ejetando massa coronal.

Um novo projeto de detecção de ondas gravitacionais está em andamento, o eLISA da ESA. Um conjunto de três satélites, dispostos em triângulo equilátero com 1 milhão de km de lado, em órbita heliocêntrica, fazendo as vezes dos lasers em “L” dos LIGO (que também devem ganhar o reforço de um terceiro observatório LIGO na Índia). Por enquanto, a ESA lançou um precursor, o LISA Pathfinder, para estudar o problema de comunicação entre os satélites eLISA e a antena em Terra.

O simples fato de que fomos capazes de detectar uma pequena perturbação no espaço-tempo, confirmando algo já sobejamente confirmado: a Relatividade Geral (se você usa GPS, fique sabendo que com a mecânica newtoniana você não chegaria até a esquina, mesmo que morasse nela), medindo uma flutuação menor do que o diâmetro de um próton, é, por si só, maravilhoso.

Mas começar a tirar ilações sobre a viabilidade da Propulsão Alcubierre, só com um “bip”, é demais para meu gosto…

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100 anos após a predição de Einstein, afinal detectaram ondas gravitacionais

EurekAlert

Link para o original: Gravitational waves detected 100 years after Einstein’s prediction

LIGO abre uma nova janela para o universo com a observação de ondas gravitacionais vindas da colisão de dois buracos negros

NATIONAL SCIENCE FOUNDATION

Pela primeira vez os cientistas conseguiram observar as ondulações na tessitura do espaço-tempo, chamadas de ondas gravitacionais, vindas de um evento cataclísmico no universo distante. Isto confirma uma predição importante da Teoria Geral da Relatividade, feita por Albert Einstein em 1915, e abre uma nova janela sem precedentes para o cosmos.

As ondas gravitacionais portam informações acerca de suas origens dramáticas e sobre a natureza da gravidade que não podem ser obtidas de outra maneira. Os físicos concluíram que as ondas gravitacionais detectadas foram produzidas na fração de segundo final da fusão de dois buracos negros que resultaram em um só buraco negro giratório mais massivo. Uma tal colisão de dois buracos negros já tinha sido prevista, mas jamais tinha sido observada.

As ondas gravitacionais foram detectads em 14 de setembro de 2015 às 09:15 (horá UTC) por ambos os detectores gêmeos do Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO), localizados em Livingston, Louisiana, e Hanford, Washington. Os observatórios LIGO são financiados pela National Science Foundation (NSF), e foram projetados, construídos e operados pelos California Institute of Technology (Caltech) e Massachusetts Institute of Technology (MIT). A descoberta, aceita para publicação por Physical Review Letters, foi feita pela LIGO Scientific Collaboration (que inclui a GEO Collaboration e o Australian Consortium for Interferometric Gravitational Astronomy) e a Virgo Collaboration com dados colhidos pelos detectores LIGO.

Com base nos sinais observados, os cientistas do LIGO estimam que os buracos negros que criaram este evento ttinham massas entre 29 a 36 massas solares e que o evento aconteceu há 1,3 bilhões de anos. Cerca de três massas solares foram convertidas em ondas gravitacionais em uma fração de segundo – com um pico de emissão de cerca de 50 vezes todo o universo visível. Pelo tempo de chegada dos sinais – o detector em Livingston regsitrou o evento 7 milissegundos antes do detector em Hanford – os cientistas podem afirmar que a fonte está localizada no Hemisfério Sul.

De acordo com a Relatiividade Geral, um par de buracos negros que orbitem um em torno do outro, perdem energia através da emissão de ondas gravitacionais, fazendo com que eles gradualmente se aproximem, ao longo de bilhões de anos e muito mais rápido nos minutos finais. Durante a fração de segundo final, os buracos negros colidem a cerca de metade da velocidade da luz e acabam formando um único buraco negro mais massivo, convertendo parte da massa combinada dos buracos negros em energia, conforme a famosa fórmula de Einstein E=mc2. Essa energia é emitida como um forte jato de ondas gravitacionais. E foram essas ondas gravitacionais que o LIGO observou.

A existência de ondas gravitacionais foi inicialmente demonstrada nas décadas de 1970 e 1980 por Joseph Taylor, Jr., e colegas. Em 1974, Taylor e Russell Hulse descobriram um sistema binário composto por um pulsar orbitando uma estrela de nêutrons. Taylor e Joel M. Weisberg descobriram em 1982 que a órbita do pulsar estava lentamente ficando mais apertada por causa da energia emitida na forma de ondas gravitacionais. Pela descoberta do pulsar e por demonstrar que isto tornaria possivel medir estas ondas gravitacionais, Hulse e Taylor ganharam o Prêmio Nobel de Física de 1993.

A nova descoberta do LIGO é a primeira observação das próprias ondas gravitacionais, feita através da medição das pequeninas perturbações que as ondas causam no espaço-tempo ao passarem pela Terra.

“Nossa  observação de ondas gravitacionais atinge uma ambiciosa meta estabelecida há cinco anos de observar diretamente esse fenômeno elusivo e compreender melhor o universo, e, adequadamente, complementar o legado de Einstein no centésimo aniversário de sua Teoria da Relatividade Geral”, declarou David H. Reitze, do Caltech, diretor executivo do Laboratório LIGO.

A descoberta foi tornada possível pelo aumento das capacidades do Advanced LIGO, um melhoramento importante na sensibilidade dos instrumentos, em comparação com a primeira geração dos detectores LIGO, o que permitiu um aumento significativo do volume de universo sondado – e a descoberta das ondas gravitacionais durante seu primeiro turno de observação. A NSF é a principal financiadora do LIGO, auxiliada por organizações como, na Alemanha, a Max Planck Society, no Reino Unido, Science and Technology Facilities Council, STFC e na Australia, Australian Research Council.

Várias das tecologias chave que tornaram o Advanced LIGO muito mais sensível foram desenvolvidas e testadas pela Colaboração Angl-Germânica GEO. Recursos de computação significativos tiveram a contribuição do AEI Hannover Atlas Cluster, do LIGO Laboratory, Syracuse University e da University of Wisconsin-Milwaukee. Várias universidades projetaram, construíram e testaram peças chave para o Advanced LIGO: A Australian National University, a University of Adelaide, a University of Florida, Stanford University, Columbia University of the City of New York ae Louisiana State University.

“Em 1992, quando o financiamento inicial para o LIGO foi aprovado, foi o maior investimento até então fetio pela NSF”, lembra France Córdova, diretor da NSF. “Foi um grande risco. Mas a NSF é a agência que toma esse tipo de risco. Nós apoiamos a ciência e a engenharia fundamentais em um ponto do caminho cujo destino é totalmente incerto. Nós financiamos os abridores de trilhas. É por isso que os EUA continuam sendo um líder global no avanço do conhecimento”.

A pesquisa LIGO é realizada pela LIGO Scientific Collaboration (LSC), um grupo de mais de 1000 cientistas de universidades de todos os EUA e maisoutros 14 países. Mais de 90 universidades e institutos de pesquisas na LSC desenvolvem tecnologias de detectores e analisam dados; aproximadamente 250 estudantes são colaboradores ativos da LSC. A rede de detectores da LSC inclui os interferômetros LIGO e o detector GEO600. A equipe GEO inclui cientistas do Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute, AEI), Leibniz Universitat Hannover, juntamente com parceiros da University of Glasgow, Cardiff University, University of Birmingham, outras universidades no Reino Unido e a Universidade das Ilhas Baleares na Espanha.

“Esta detecção é o iníicio de uma nova era: o campo de astronomia de ondas gravitacionais é agora uma realidade”, declara Gabriela Gonzalez, porta-voz da LSC e professora de física e astronomia na Louisiana State University.

O LIGO foi proposto incialmente como um meio para detectar ondas gravitacionais na década de 1980 por Rainer Weiss, professor emérito de física do MIT; Kip Thorne, Professor Emérito “Richard P. Feynman” de Física Teórica do Caltech, e Ronald Drever, professor emérito de física, também do Caltech.

“A descrição desta observaçãoé lindamente exposta na Teoria da Relatividade Geral de Einstein, formulada há 100 anos e compreende o primeiro experimento da teoria em gravidade forte. Teria sido maravilhoso se pudéssemos ver a cara que Einstein faria, se houvesse um meio de contar para ele”, diz  Weiss.

“Com esta descoberta, nós, humanos, estamos embarcando em uma maravilhosa nova busca: a busca pelo lado enrugado do universo – objetos e fenômenos feitos de espaço-tempo enrugado. Buracos negros em colisão e ondas gravitacionais são os primeiros belos exemplos disto”, diz Thorne.

A pesquisa Virgo é realizada pela Colaboração Virgo, que consiste em mais de 250 físicos e engenheiros que pertencem a 19 diferentes grupos de pesquisa europeus: seis do Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) na França; oito do Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) na Itália; dois na Holanda no Nikhef; o Wigner RCP na Hungria; o grupo POLGRAW na Polônia; e o European Gravitational Observatory (EGO), o laboratório onde fica o detector Virgo próximo de Pisa, Itália.

Fulvio Ricci, porta-voz do Virgo,  observa que: “Isto é um marco significativo para a física, mas, mais importante, é apenas o começo de muitas e entusiasmantes descobertas astrofísicas que vão vir de LIGO e Virgo.”

Bruce Allen, diretor gerente do Max Planck Institute for Gravitational Physics acrescenta: “Einstein pensava que as ondas gravitacionais eram fracas demais para serem detectadas e não acreditava em buracos negros. Mas eu penso que ele não se importaria de terem provado que ele estava errado!”

“Os detectores do Advanced LIGO são um tour de force da ciência e da tecnologia, tornados possíveis por uma equipe internacional de técnicos, engenheiros e cientistas realmente notáveis”, diz David Shoemaker do MIT, líder do projeto Advanced LIGO. “Nós nos orgulhamos de ter completado este projeto da NSF dentro do prazo e do orçamento”.

Em cada um dos observatórios, o interferômetro em forma de L com 4 km usa dois feixes de laser que vão e voltam pelos braços (tubos de 1,20m mantidos em vácuo quase perfeito). Os feixes servem para moniyorar a distância entre espelhos precisamente posicionados nas extremidades dos braços. De acordo com Einstein, a distância entre os espelhos sofreria uma mudança infinitesimal quando uma onda gravitacional passasse pelo detector. Uma mudança no comprimento dos braços menor do que um décimo-milionésimo do diâmetro de um próton pode ser detectada.

“Para tornar esse fantástico marco possível, foi necessária uma colaboração global de cientistas – tecnologia de laser e suspensão desenvolvida para nosso detector GEO600 foi usada para ajudar a tornar o Advanced LIGO o detector de ondas gravitacionais mais sofisticado jamais criado”, diz Sheila Rowan, professora de física e astronomia na University of Glasgow.

Para detectar a direção do evento causador das ondas gravitacionais, são necessários observatórios bem distantes entre si, assim como para verificar que os sinais vêm mesmo do espaço e não de outro fenômeno local.

Para conseguirt isto, o laboratório LIGO trabalha em parceria com cientistas na ìndia no Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics, o Raja Ramanna Centre for Advanced Technology e o Institute for Plasma para estabelecer um terceiro detector Advanced LIGO no subcontinente indiano. ainda esperando aprovação do governo indiano, ele pode se tornar operacional no início da próxima década. O detector adiconal vai uamentar muti a capacidade da rede gloal de detectores para localizar fontes de ondas gravitacionais.

“Esperamos que esta primeira observação aceler a construção de uma rede global de detectores para determinar com precisão a localização das fontes em uma era de astronomia multi-mensageiros”, diz David McClelland, professor de física e diretor do Centre for Gravitational Physics da Australian National University.

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Imagens, vídeo e áudio (em inglês): https://mediaassets.caltech.edu/gwave

Histórico: https://youtu.be/MaAv2IVzqhM

Notícia: https://www.youtube.com/watch?v=wrqbfT8qcBc

Existe água líquida em Marte!… (e dai?…)

Animação que ilustra um sobrevoo das encostas da Cratera Hale, um dos lugares onde os rastros que parecem indicar a presença de água líquida em Marte, foram observados

A NASA anunciou hoje, com grande estardalhaço, ter encontrado fortes indícios da ocorrência de água no estado líquido no nosso vizinho de Sistema Solar, Marte. A imprensa, convocada desde a última sexta feira para uma coletiva onde se prometia algum tipo de “solução para um velho mistério sobre Marte”, já publicou com fanfarras esta notícia. Então, o que realmente podemos tirar de conclusões sobre a bombástica “descoberta” da NASA?

A primeira coisa a considerar é que os exobiólogos vêm falando, há tempos, sobre a tal “Zona Cachinhos Dourados” (“Goldylocks Zone”) – “não muito quente, nem muito frio” – uma faixa de distância entre um planeta e sua estrela-mãe que permitiria a existência de água em estado líquido e, por consequência, de vida (tal como a existente na Terra).

Entretanto, aqui mesmo na Terra, já foram encontrados organismos vivos em ambientes que, se pensava, eram totalmente hostís e inviáveis para a vida. Tais organismos foram chamados de extremófilos. Um dos tipos mais sofisticados de extremófilo é o bastante popular urso d’água, capazes de resistir à exposição prolongada ao espaço exterior em estado de hibernação e “ressuscitarem”. Isso me sugere que a tal “Zona Cachinhos Dourados” deveria ser um pouco extendida, mas… vá lá!…

Um urso d’água seria perfeitamente capaz de sobreviver nas condições que a NASA sugere que existem em Marte (e eu – que sou fã incondicional de Fred Hoyle – adoraria que as sondas terrestres encontrassem alguns ursos d’água em Marte, mas… deixa pra lá!…)

O que, efetivamente, a NASA observou? Do press-release linkado acima, extraímos o seguinte trecho;

Usando um espectrômetro de imageamento no Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), os pesquisadores detectaram as assinaturas de minerais hidratados nas encostas onde se vê rastros misteriosos no Planeta Vermelho. Esses rastros mais escuros parecem brotar e sumir ao longo do tempo. Eles ficam mais escuros e parecem escorrer pelas íngremes encostas durante as estações quentes e então esmaecerem durante as estações mais frias. Eles aparecem em diversos lugares em Marte quando as temperaturas sobem acimade -23°C e desaparecem em temperaturas mais baixas.

Esses rastros de sais hidratados foram identificados como percloratos (uma mistura de perclorato de magnésio, clorato de magnésio e perclorato de sódio, para ser mais exato). E alguns percloratos são conhecidos como anti-congelantes, mantendo a solução deles em estado líquido em temperaturas da ordem de -70°C. Na Terra, são frequentemente encontrados em desertos (onde deixam rastros muito parecidos nas encostas). Ah!… Sim… E – a título de bonus – os percloratos são usados para fazer combustível de foguetes.

Então – a menos que ocorra algum tipo de reação química desconhecido na Terra – é perfeitamente possível que uma salmoura escorra pelas encostas e até que algum tipo de extremófilo viva nelas (e hiberne, tal como um urso d’água, até a próxima estação “quente”).

Mas parece que os homenzinhos verdes não andam por lá…

Os Cinturões de Van Allen são aceleradores de partículas

25 de julho de 2013
Por: Karen C. Fox
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.

 

Particle acceleration comes from the Van Allen radiation belts.
Observações recentes realizadas pelas gêmeas Sondas Van Allen da NASA mostram que as partículas dentro dos cinturões de radiação que envolvem a Terra, são aceleradas por uma espécie de “chute” de energia local, o que ajuda a explicar por que essas partículas chegam a velocidades de até 99% da velocidade da luz.
Crédito da Imagem: G. Reeves/M. Henderson

 

Os cientistas descobriram um enorme acelerador de partículas no coração de uma das regiões mais inóspitas do espaço próximo da Terra, uma região povoada por partículas carregadas e super-energéticas, chamadas de Cinturões (de Radiação) de Van Allen. Os cientistas sabiam que algo no espaço acelerava as partículas dentro dos cinturões de radiação acima de 99% da velocidade da luz, mas eles não sabiam o que esse “algo” era. Novos resultados das Sondas Van Allen da NASA mostram que a energia aceleradora vem de dentro dos próprios cinturões. As partículas em seu interior parecem levar um chute de energia, o que as acelera cada vez mais, de forma muito parecida a empurrões perfeitamente sincronizados em um balanço em movimento.

A descoberta de que as partículas são aceleradas por uma fonte local de energia é comparável à descoberta de que os furacões nascem de uma fonte de energia local, tal como uma região de águas oceânicas aquecidas. No caso dos cinturões, a fonte é uma região de intensas ondas eletromagnéticas que tira energia de outras partículas localizadas na mesma região. Conhecer a localização da acleração irá ajudar os cientistas a melhorar as previsões do tempo espacial, porque mudanças nos cinturões de radiação podem trazer riscos para os satélites em órbita próxima da Terra. Os resultados foram publicados hoje na Science.

De forma a que os cientistas pudessem compreender melhor o que se passa dentro dos cinturões, as Sondas Van Allen foram projetadas para voar direto por dentro dessa área turbulenta do espaço. Quando missão foi lançada em agosto de 2012, ela tinha como objetivos principais compreender como as partículas dentro dos cinturões eram aceleradas até essas energias ultra-altas e como essas partículas, algumas vezes, logravam escapar. Ao estabelecer que essa aceleração ultra-intensa vem desses “chutes” locais de energia – e não de um processo mais generalizado – os cientistas conseguiram responder definitivamente a uma dessas importantes questões pela primeira vez.

“Este é um dos resultados mais esperados e entusiasmantes das Sondas Van Allen”, declara David Sibeck, cientista do projeto das Sondas Van Allen no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland. “É o principal motivo pelo qual a missão foi lançada”.

Os cinturões de radiação foram descobertos com o lançamento dos primeiros satélites americanos que chegaram com sucesso ao espaço, Explorer I e III. Rapidamente se percebeu que os cinturões eram um dos ambientes mais perigosos que uma espaçonave poderia enfrentar. A maior parte das órbitas de satélites é escolhida para se encolher por baixo dos cinturões de radiação, ou para circular por fora deles, ou ainda, como no caso dos satélites do GPS, operar entre os dois cinturões. Quando os cinturões oscilam, por causa do “mau tempo” espacial, eles podem abranger essas espaçonaves, expondo-as a perigosas radiações. De fato, a maior parte dos defeitos permanentes nas espaçonaves foi causada pela radiação. Com um aviso suficiente, a tecnologia pode ser protegida das piores consequências, mas este aviso só pode ser emitido se realmente conhecermos a dinâmica do que acontece dentro dos misteriosos cinturões.

“Até a década de 1990, nós pensávamos que os cinturões de Van Allen eram bem-comportados e mudavam lentamente”, esclarece Geoff Reeves, o primeiro autor do artigo e pesquisador dos cinturões de radiação no Laboratório Nacional de Los Alamos, Novo México. “A cada nova medição realizada, entretanto, percebemos o quão rápido e de maneira imprevisível os cinturões mudavam. Eles basicamente jamais estão em equilíbrio, mas em um estado de contínua mudança”.

De fato, os cientistas perceberam que os cinturões nem sequer mudam de maneira consistente em resposta ao que parecem ser estímulos similares. Algumas tempestades solares faziam os cinturões se intensificarem; outras os tornavam esgotados; e algumas pareciam nem ter qualquer efeito. Tais efeitos disparatados a eventos aparentemente similares sugeriam que esta região era muito mais misteriosa do que se pensava. Para compreender – e, eventualmente, ser capaz de predizer – quais tempestades solares intensificariam os cinturões de radiação, os cientistas precisavam saber de onde vinha a energia que acelerava as partículas.

As Sondas gêmeas Van Allen foram projetadas para distinguir duas possibilidades genéricas sobre os processos que aceleravam as partículas a tais impressionantes velocidades: aceleração radial ou aceleração local. No caso da aceleração radial, as partículas são transportadas perpendicularmente aos campos magnéticos que envolvem a Terra, das áreas de menor intensidade magnética, longes da Terra, até áreas de intensa força magnética, próximas da Terra. As leis da física ditam que as velocidades das partículas neste cenário aumentará com a intensificação dos campos magnéticos. Assim, as velocidades das partículas deveriam aumentar ao se aproximarem da Terra, de forma muito parecida com a que uma pedra que rola morro abaixo aumenta de velocidade simplesmente devido à gravidade. No caso da aceleração local, a teoria afirma que as partículas recebam energia de uma fonte local, de forma mais parecida com a qual as águas aquecidas dos oceanos alimentam furacões acima delas.

 

Graphic of Earth's radiation belts and the orbit of the Van Allen Probes.
Duas faixas de partículas que envolvem a Terra, chamados de cinturões de radiação, são um dos maiores aceleradores de partículas naturais do Sistema Solar, capaz de imprimir às partículas velocidades da ordem de 99% da velocidade da luz. As Sondas Van Allen, lançadas em agosto de 2012, descobriram agora os mecanismos por trás dessa aceleração.
Crédito da Imagem: NASA/Goddard /Scientific Visualization Studio

 

Para poder distinguir entre essas duas possibilidades, as Sondas Van Allen consistem de duas espaçonaves. Com dois conjuntos de observações, os cientistas podem medir as partículas e as fontes de energia em duas regiões do espaço simultaneamente, o que é crucial para distinguir entre causas locais e as que têm origem remota. Igualmente, cada espaçonave é equipada com sensores para medir a energia e a posição das partículas e determinar o ângulo de ataque – ou seja, o ângulo do movimento com respeito aos campos magnéticos da Terra. Tudo isso iria variar de maneiras diferentes, dependendo das forças que agem sobre elas, o que auxiliou os cientistas a distinguir entre as teorias.

Equipados com esses dados, Reeves e sua equipe observaram uma rápida elevação da energia de elétrons de alta energia em 9 de outubro de 2012. Se a aceleração desses elétrons estivesse ocorrendo por causa do transporte radial, os efeitos medidos começariam longe da Terra e se movendo para dentro, devido ao próprio formato e a própria intensidade desses campos envoltórios. Em tal cenário, as partículas que se movessem através dos campos magnéticos pulariam naturalmente de um par o seguinte, em cascata, arrebanhando energia durante o caminho – similar ao cenário da pedra que rola morro abaixo.

No entanto as observações não mostraram uma intensidade que se formasse mais afastada da Terra e gradualmente se movesse para dentro. Em lugar disto, elas mostraram um aumento de energia que começava bem no meio dos cinturões de radiação e gradualmente se espalhava tanto para dentro, como para fora, o que implicava em uma fonte de aceleração local.

“Neste caso em particular, toda aceleração ocorreu em um período de cerca de 12 hors”, relata Reeves. “Com as medições anteriores, um satélite só seria capaz de voar através de um tal evento uma vez e não teria a chance de testemunhar as mudanças realmente acontecendo. Com as Sondas Van Allen tínhamos dois satélites e, assim, pudemos observar como as coisas se modificam e onde essas mudanças começam”.

Os cientistas acreditam que estes novos resultados levarão a melhores previsões sobre a complexa cadeia de eventos que intensificam os cinturões de radiação a níveis que podem danificar satélites. Muito embora o trabalho demonstre que a energia local vem de ondas eletromagnéticas que percorrem os cinturões, não se sabe exatamente quais dessas ondas podem ser a causa. Durante o conjunto de observações descrito no artigo, as Sondas Van Allen observaram um tipo específico de onda, chamadas ondas corais, ao mesmo tempo que as partículas eram aceleradas, porém serão necessários mais estudos até que se estabeleça uma relação de causa e efeito.

“Este artigo ajuda a diferenciar entre duas soluções genéricas”, ressalva Sibeck. “Ele demonstra que a aceleração pode ocorrer localmente. Agora, os cientistas que estudam ondas e campos magnéticos vão se debruçar sobre o problema e descobrir que tipo de onda forneceu o empuxo”.

Felizmente, esta tarefa também será auxiliada pelas Sondas Van Allen Probes, que também são cuidadosamente projetadas para medir e distinguir entre os diversos tipos de ondas eletromagnéticas.

“Quando os cientistas projetaram a missão e os instrumentos das sondas, eles contemplaram as dúvidas científicas e disseram: ‘Esta é uma grande oportunidade para fazer algumas descobertas fundamentais sobre como as partículas são aceleradas’ “, disse Nicola J. Fox, cientista associado do projeto no Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins em Laurel, Maryland. “Com cinco conjuntos idênticos de instrumentos a bordo de cada espaçonave  – cada um com um amplo espectro de detecção de ondas e partículas – nós temos a melhor plataforma já criada para poder compreender melhor esta região crítica do espaço acima da Terra”.

O Laboratório de Física Aplicada construiu e opera as Sondas gêmeas Van Allen para a Diretoria de Missões Científicas da NASA. As Sondas Van Allen são a segunda missão do programa Living With a Star NASA, gerenciado pelo Centro Goddard, para explorar os aspectos do sistema Sol-Terra que afetam diretamente a vida e a sociedade.

Para mais informações sobre as sondas Van Allen (em inglês), visite:

 www.nasa.gov/vanallenprobes/

 

 

A fotossíntese vista do espaço

24 de julho de 2013

Cientistas da NASA estabeleceram uma nova maneira de utilizar satélites para medir o que acontece dentro das plantas a nível celular

Plantas crescem e prosperam através da fotossíntese, um processo que converte a luz do Sol em energia. Durante a fotossíntese, as plants emitem o que se chama de fluorescência – uma luz invisível a olho nu, porém detectável pelos satélites que orbitam a centenas de quilômetros acima da Terra. Os cientistas da NASA conseguiram estabelecer um processo para transformar esses dados dos satélites em mapas globais do fenômeno sutil com um detalhe sem precedentes.

Crédito: NASA’s Goddard Space Flight Center

 

Plantas saudáveis usam a energia da luz do Sol para realizar a fotossíntese e re-emitem parte dessa luz na forma de um brilho tênue porém mensurável. Em essência, uma abundante fluorescência indica uma ativa fotossíntese e uma planta saudável, enquanto que pouca ou nenhuma fluorescência indica que a planta está estressada ou morrendo. Mapas desse fenômeno dão aos cientistas um vislumbre direto da saúde das plantas.

Os novos mapas – produzidos por Joanna Joiner do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, e seus colegas – anunciam um aumento de 16 vezes na resolução espacial e de 3 vezes na resolução temporal maiores do que os mapas de prova-de-conceito apresentados em 2011, obtidos de outro instrumento de satélite. Melhores medições globais podem ser úteis para fazendeiros interessados em indícios antecipados de estresse sobre colheitas e para ecologistas que procuram compreender melhor os processos globais da vegetação e dos ciclos de carbono.

“Pela primeira vez, somos capazes de mapear em escala global as mudanças da fluorescência no espaço de um único mês”, diz Joiner. “Isto nos permite usar a fluorescência para observar, por exemplo, a variação da duração da estação do crescimento”.

A dinâmica da vegetação, inclusive a migração em direção ao Norte durante a primavera no Hemisfério Norte, já é observada indiretamente por dados de satélites usados para medir a “verdejância” da luz refletida pela superfície da Terra. As medições da fluorescência complementam aquelas medições, fornecendo informações imediatas sobre a produtividade das plantas. Por exemplo, os pesquisadores observaram plantas que começavam a caducar, antes que suas folhas mudassem de cor. Da mesma forma, foram capazes de detectar o crescimento antecipado das plantas durante a primavera quente de 2012.

Esses mapas se tornaram possíveis devido ao desenvolvimento de uma nova maneira de identificar o tênue sinal de fluorescência coletado pelo Instrumento nº 2 de Monitoramento de Ozônio Global (Global Ozone Monitoring Instrument 2 = GOME-2) no Metop-A, um satélite meteorológico Europeu. A aquisição da medição é complicada pela mistura dos sinais de fluorescência com o da luz solar refletida pela superfície e pela camada de nuvens da Terra, e pela absorção da luz solar pelos gases da atmosfera.

 

diagram of the chloroplasts inside plant cells and how they convert sunlight to energy
O mecanismo dentro dos cloroplastos das células das plantas converte a luz do Sol em energia, emitindo fluorescência durante o processo. Os cientistas podem detectar a “digital” da fluorescência a partir dos dados coletados pelos satélites.
Crédito da imagem: NASA Goddard’s Conceptual Image Lab/T. Chase

 

Para identificar a fluorescência, Joiner e seus colegas tiraram vantagem do fato de que cada um desses sinais tem sua própria e inconfundível assinatura espectral, tal como uma impressão digital – o que permite distinguir os da fluorescência dos da superfície da Terra ou da atmosfera. Basta encontrar a “digital” da fluorescência e os cientistas serão capazes de expurgar os dados dos demais tipos de luminescência.

O expurgo das influências atmosféricas foi uma das complexidades ausentes da pesquisa pioneira de 2011, quando Joiner e seus colegas produziram os primeiros mapas globais que comprovaram o conceito da medição global da fluorescência das plantas do espaço. Esse primeiro estudo se apoiou em dados obtidos por um espectrômetro a bordo do Satélite de Observação de Gases de Efeito-estufa (Greenhouse Gases Observing Satellite =GOSAT), um satélite japonês. Os pesquisadores analisaram uma seção incomumente escura da parte infravermelha do espectro solar, onde há pouca luz de fundo, o que torna possível distinguir o fraco sinal da fluorescência.

A despeito das complexidades, o novo processo permite medições mais frequentes, capazes de produzir mapas com maior resolução. As observações anteriores com o GOSAT dependiam da média dos dados de áreas de 200 km² a cada mês. Agora, com o GOME-2, os cientistas tiram a média dos dados de áreas com apenas 50 km² a cada 10 dias. O estudo foi publicado online para revisão em abril em Atmospheric Measurement Techniques.

“As amostragens mais precisas e frequentes são valiosas, permitindo nos concentrarmos nas regiões com os sinais de fluorescência mais fortes”, explica Joiner. “Nossos dados indicam que as áreas agrícolas do meio-oeste dos Estados Unidos são das terras mais produtivas do mundo. E agora também podemos fazer a correlação entre nossos dados de medição de fluorescência por satélites e as observações das torres de medição de dióxido de carbono absorvido pelas plantas”.

A pesquisa também pavimenta o caminho para estudos de fluorescência com base em medições de futuras observações atmosféricas ou específicas de fluorescência. Tais observações podem vir do Observatório Orbital de Carbono n° 2 da NASA (Orbiting Carbon Observatory-2), uma missão destinada a medir dióxido de carbono, cuja previsão de lançamento é para julho de 2014, e a missão da Agência Espacial Européia, Exploradora de Fluorescência, que pode ser lançada a partir de 2015 até o final da década.

 

A Voyager se aproxima da fronteira final de nossa “bolha solar”

NASA - Voyager

06.27.13

Jia-Rui C. Cook — Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
Steve Cole — NASA Headquarters, Washington

This artist's concept shows NASA's Voyager 1 spacecraft exploring a region called the

Concepção artística da espaçonave Voyager da NASA.
Crédito: NASA/JPL-Caltech
› Imagem completa
› Vídeo (em inglês)

PASADENA, Calif. — Os dados vindos da Voyager 1, agora a mais de 18 bilhões de km do Sol, indicam que a espaçonave está perto de ser o primeiro objeto fabricado pela espécie humana a alcançar o espaço interestelar.

Pesquisas que se valem dos dados enviados pela Voyager, publicadas hoje na Science, fornecem novos detalhes sobre a última região que a espaçonave vai atravessar, antes de deixar a heliosfera – a bolha em torno de nosso Sol – e entrar no espaço interestelar. Três artigos descrevem como a entrada da Voyager 1 em uma região chamada de “auto-estrada magnética” resultaram na observação da maior quantidade até agora de partículas carregadas, vindas de fora da heliosfera e o desaparecimento das partículas carregadas vindas de dentro da heliosfera.

Os cientistas observaram dois dos três sinais que esperavam ver na chegada ao espaço interestelar: o desaparecimento das partículas carregadas na medida em que a nave se distancia pelo campo magnético solar e raios cósmicos vindos de muito longe e entrando no mesmo campo. Os cientistas ainda não viram o terceiro sinal esperado: uma mudança abrupta da direção do campo magnético, o que indicaria a presença de um campo magnético interestelar.

“Esta última e estranha região antes do espaço interestelar está entrando em foco, graças à Voyager 1, o explorador mais distante da humanidade”, diz Ed Stone, cientista do projeto Voyager no Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena. “Se fosse só pelos dados relativos aos raios cósmicos e partículas energéticas, se poderia pensar que a Voyager já tinha alcançado o espaço interestelar, mas a equipe sente que a Voyager 1 ainda não chegou lá, porque ainda estamos dentro do domínio do campo magnético do Sol”.

Os cientistas não sabem com exatidão o quanto a Voyager 1 ainda tem que viajar para alcançar o espaço interestelar. As estimativas variam de vários meses até anos. A heliosfera se estende por, pelo menos, 13 bilhões de km além de todos os planetas de nosso sistema solar. Ela é dominada pelo campo magnético do Sol e um vento ionizado que sopra do Sol para fora. Do lado de fora da heliosfera, o espaço interestelar é preenchido por matéria vinda de outras estrelas e o campo magnético das regiões próximas da Via Láctea.

A Voyager 1 e sua irmã gêmea, Voyager 2, foram lançadas em 1977. Elas circularam por Júpiter, SAturno, Urano e Netuno, antes de seguirem para suas missões interestelares em 1990. Agora, sua meta é deixar a heliosfera, sendo uma parte da missão a medição do tamanho desta.

Os artigos na Science se focam nas observações feitas de maio a setembro de 2012 pelos instrumentos de medição de raios cósmicos, partículas de baixa energia e magnetômetros, com alguns dados adicionais sobre as partículas carregadas obtidas em abril do corrente ano.

A Voyager 2 está a cerca de 15 bilhões de km do Sol e ainda dentro da heliosfera. A Voyager 1 estava a cerca de 18 bilhões de km do Sol, em 25 de agosto, quando ela chegou à “auto-estrada magnética”, também conhecida como a “região de depleção”, e é uma conexão com o espaço interestelar. Esta região permite que partículas carregadas entrem e saiam da heliosfera ao longo de uma suave linha magnética, em lugar de serem defletidas em todas as direções, como se estivessem presas em uma rede de estradas secundárias. Pela primeira vez e nesta região, os cientistas puderam detectar raios cósmicos de baixa energia, oriundos de estrelas moribundas.

“Observamos um dramático e rápido desaparecimento das partículas originadas no Sol. Sua intensidade diminuiu mais de 1.000 vezes, como se houvesse uma gigantesca bomba de vácuo na rampa de acesso da auto-estrada magnética”, diz Stamatios Krimigis, o principal investigador do instrumento de medição de partículas de baixa energia no Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins em Laurel, Md. “Nunca tínhamos testemunhado uma tal diminuição antes, a não ser quando a Voyager 1 saiu da magnetosfera gigante de Júpiter, há uns 34 anos”.

Outro comportamento das partículas carregadas, observado pela Voyager 1, também indica que a espaçonave ainda está em uma região de transição para o meio interestelar. Ao atravessar esta nova região, as partículas carregadas originárias da heliosfera que desapareceram mais rapidamente foram aquelas que viajavam ao longo das linhas do campo magnético solar. As partículas que se moviam perpendicularmente às linhas do campo na auto-estrada magnética não despareciam tão rapidamente. No entanto, os raios cósmicos que se moviam ao longo das linhas do campo na auto-estrada magnética eram algo mais populosos do que aqueles que se moviam perpendicularmente ao campo. Acredita-se que no espaço interestelar, a direção do movimento das partículas carregadas não tenha qualquer influência.

No espaço de cerca de 24 horas, o campo magnético originário do Sol também começou a “engarrafar”, tal como carros que diminuem a velocidade para pegar uma rampa de saída de uma auto-estrada. No entanto, os cientistas foram capazes de quantificar o campo magnético e verificar que sua direção não tinha mudado mais do que 2 graus.

“Um dia apenas fez uma tal diferença nesta região, com o campo magnético subitamente dobrando e se tornando extraordinariamente suave”, diz Leonard Burlaga, o autor principal de um dos artigos e com base no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Md. “Mas como não houve uma mudança significativa na direção do campo magnético, ainda estamos observando as linhas de campo originadas no Sol”.

O Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Calif., construiu e opera as espaçonaves Voyager. O Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena gerencia o JPL para a NASA. As missões Voyager são uma parte do Observatório do Sistema Heliofísico da NASA, patrocinado pela Divisão de Heliofísica da Diretoria de Missões Científicas do Quartel-General da NASA em Washington.

Para mais informações (em inglês) sobre as missões das espaçonaves Voyager, visite: http://www.nasa.gov/voyager e http://voyager.jpl.nasa.gov .

 

Diminuindo os riscos das radiações no espaço


University of New Hampshire

Descobertas sobre a radiação na Lua podem ajudar a reduzir riscos de saúde para os astronautas

Concepção artística do satélite Lunar Reconnaissance Orbiter da NASA em órbita da Lua. O telescópio CRaTER aparece no centro da imagem no canto esquerdo inferior da espaçonave.

Imagem: cortesia da NASA. Clique aqui para imagem ampliada


DURHAM, N.H. –- Cientistas espaciais da Universidade de New Hampshire (UNH) e do Southwest Research Institute (SwRI) relatam que os dados recolhidos pelo satélite Reconhecimento Orbital Lunar (Lunar Reconnaissance Orbiter  = LRO) da NASA, mostram que materiais tais como plásticos leves proporcionam um escudo eficaz contra os perigos da radiação, enfrentados pelos astronautas durante longas viagens espaciais. A descoberta pode ajudar a reduzir os riscos de saúde para as pessoas em futuras missões no espaço.

O material comumente empregado para a construção de espaçonaves vem sendo basicamente o alumínio, porém este fornece uma proteção relativamente pequena contra os raios cósmicos de alta energia e pode acabar por aumentar tanto a massa da espaçonave que o custo do lançamento fica proibitivo.

Os cientistas publicaram suas descobertas online na publicação Space Weather da União Geofísica Americana, sob o título “Measurements of Galactic Cosmic Ray Shielding with the CRaTER Instrument” (Medições da Proteção Contra Raios Cósmicos Galáticos com o Instrumento CRaTER – link para o resumo aqui). O trabalho é baseado nas observações feitas pelo Telescópio de Raios Cósmicos para os Efeitos da Radiação (Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation = CRaTER) à bordo da espaçonave LRO. O autor principal é Cary Zeitlin do Departamento de Terra, Oceanos e Espaço do SwRI na UNH e o co-autor e principal investigador do CRaTER é Nathan Schwadron do Instituto para o Estudo da Terra, dos Oceanos e do Espaço da UNH.

Segundo Zeitlin, “Este é o primeiro estudo que emprega observações feitas no espaço para confirmar o que   já se pensava há algum tempo — que plásticos e outros materiais leves são, quilo por quilo, mais eficazes em fornecer uma blindagem contra a radiação cósmica do que o alumínio. A blindagem não fornece proteção total contra a exposição à radiação no espaço profundo, mas existem diferenças claras na eficácia de diferentes materiais”.

A comparação entre o plástico e o alumínio já tinha sido feita antes, em testes feitos em Terra com o uso de feixes de partículas pesadas para simular os raios cósmicos. “A eficácia da blindagem em plástico no espaço coincide bastante com o que descobrimos nessas experiências com os feixes, de forma que ficamos bastante confiantes nas conclusões que tiramos deste trabalho”, diz Zeitlin. “Qualquer coisa com um alto conteúdo de hidrogênio, inclusive água, vai funcionar bem”.

Os resultados obtidos no espaço são um produto da capacidade do CRaTER de medir com precisão a dose de radiação dos raios cósmicos que passam através de um material conhecido como “plástico equivalente a tecidos” que simula o tecido muscular humano. Antes das medições feitas com o CRaTER e as recentes medições do Detector de Avaliação de Radiação (Radiation Assessment Detector = RAD) a bordo do veículo de exploração Curiosity em Marte, os efeitos de blindagens espessas sobre os raios cósmicos só haviam sido simulados em modelos de computador e em aceleradores de partículas, com poucos dados de real observação oriundos do espaço profundo.

As observações do CRaTER validaram os modelos e as medições feitas em Terra, o que significa que materiais leves para a blindagem podem ser empregados com segurança para missões longas, desde que suas propriedades estruturais possam ser adequadas a suportar os rigores do voo espacial.

Desde o lançamento do LRO em 2009, o instrumento CRaTER vem medindo partículas energéticas carregadas — partículas que podem viajar a velocidades próximas à da luz e podem causar danos à saúde — desde raios cósmicos galáticos até partículas oriundas de eventos solares. Felizmente, a atmosfera espessa e o forte campo magnético da Terra fornecem uma blindagem contra essas partículas de alta energia.

 

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“Por dentro da ciência” do Instituto Americano de Física (25/10/09)

Relatório Põe os EUA em uma Encruzilhada com Relação ao Voo Espacial Tripulado

A questão subjacente do relatório e das discussões sobre destinos e custos é básica: Por que mandar pessoas ao espaço?

25 de outubro de 2009
Por Jim Dawson
Inside Science News Service
 
WASHINGTON
(ISNS) — Quando Norman Augustine apresentou o relatório de 154 páginas da Comissão de Revisão do Programa de Voos Espaciais Tripulados na quinta-feira, o presidente da comissão não deixou qualquer dúvida quanto ao fato de que o programa da NASA está com problemas.

 
“O programa de voos espaciais tripulados dos EUA parecem estar em uma trajetória insustentável. Ele está perpetuando a perigosa prática de perseguir metas que não se adequam aos recursos disponíveis”, declaram secamente as primeiras frases do relatório.
 
Augustine, o antigo CEO da Lockheed Martin que conduziu um estudo memorável em 1990 sobre o futuro do programa espacial americano, foi igualmente franco durante as audiências do Congresso, depois que o comitê divulgou uma sinopse do relatório em setembro. “O programa atual que estão tentando implementar, não é executável”, disse ele aos membros do Comitê de Ciência e Tecnologia do Congresso. “Existe uma defasagem entre a tarefa a ser realizada e as verbas para realizá-la”.
 
A conclusão básica do relatório é que o atual programa de voos tripulados – direcionados a retornar à Lua na metade da década de 2020 e, daí, prosseguir para Marte – não terá sucesso sem verbas adicionais de US$ 3 bilhões anualmente. Augustine observou, durante seu depoimento, que, se a NASA prosseguir no caminho atual, estabelecido pela administração anterior em 2004, eventualmente vai “cair de um precipício” devido à falta de verbas.
 
O relatório questiona se o atual programa “Constellation” está com o foco adequado, mas também observa que, não importa qual a opção for selecionada pelo governo para ir além da órbita-baixa da Terra, a NASA precisará de cerca de US$ 30 bilhões em verbas adicionais na próxima década para obter voo tripulado com sucesso.

 O programa de voos tripulados da NASA está em uma encruzilhada. Quase quatro décadas após os últimos astronautas decolarem da superfície da Lua, o programa espacial americano ficou empacado na órbita-baixa da Terra. Muito se aprendeu acerca de construir coisas no espaço, mas pouca ciência significativa ou exploração verdadeira foram realizadas por astronautas.
 
A sombria avaliação do atual programa não foi bem recebida pela congressista (Rep) Gabrielle Giffords, de Nevada, que presenciou o depoimento de Augustine em setembro. “Eu estou zangada”, Giffords disse a ele na ocasião. Giffords — a única congressista casada com um astronauta — declarou que o relatório não só deixou de apresentar um caminho para “assegurar um programa de voos tripulados robusto e significativo”, como também perdeu terreno por causa de sua avaliação negativa do atual programa.
 
O relatório completo, apresentado na quinta-feira, pouco serviu para aplacar Giffords.
 
“Quando o Congresso redigiu e aprovou o orçamento para a NASA no ano passado, antecipou essencialmente todas as questões ruminadas pela comissão
Augustine neste verão”, declarou Giffords. “O Congresso já tomou sua decisão sobre as questões consideradas pela comissão. Todos sabemo que é necessário fazer, então vamos por mãos à obra e parar de contemplar nossos umbigos coletivos”.
 
Porém os 10 membros da comissão Augustine observam que ir em frente não é tão simples. O programa “Constellation” prevê que pessoas voltem à Lua e estabeleçam lá uma base, antes de seguir para Marte. Segundo esse plano, os ônibus espaciais serão aposentados em 2010 e a Estação Espacial Internacional (ISS) será tirada de órbita em 2016, caindo no Oceano Pacífico. O foguete Ares I está sendo desenvolvido para transportar a nova espaçonave Orion para dar apoio à ISS, depois que o programa de ônibus espacial for terminado, entretanto a má alocação de verbas e os atrasos no desenvolvimento provavelmente significarão que o Ares I não estará pronto para o lançamento até bem depois do previsto para o desarmamento da estação espacial.
 
Embora o relatório final não faça recomendações específicas,
Augustine observa que o Ares I não é necessário e que os esforços deveriam ser redirecionados para um foguete pesado de lançamento que se adequasse mais aos planos da NASA de missões de longo alcance. Esse foguete Ares V, maior, faria o que os velhos foguetes Saturno fizeram durante a era Apollo: levar pessoas à Lua. Se o problema das verbas for solucionado e as pessoas estabelecerem uma presença na superfície lunar, então a NASA passaria a olhar adiante, na direção de Marte – o que o relatório acha factível.
 
Durante a conferência de imprensa da quinta-feira, Augustine continuou a insistir na opção flexível, proposta pela comissão, que requer uma pletora de missões empregando o foguete maior, Ares V. As pessoas poderiam ir a um asteróide próximo da Terra, orbitar Marte, pousar em uma das luas de Marte, ou mesmo visitar os Pontos Lagrangianos, regiões estáveis do espaço próximo onde a atração da gravidade da Terra, Lua e Sol se equilibram.
 
Augustine concorda com a maior parte dos advogados das missões tripuladas que acreditam que a principal meta é colocar pessoas em Marte, porém deixou claro que a comissão não acredita que estejamos tecnologicamente preparados para ir diretamente para lá.
 
O que o relatório deixa claro é que, para que as pessoas venham a explorar o Sistema Solar, são necessários bilhões de dólares a mais. Subjacente ao relatório da comissão e às discussões sobre destinos e custos, está a questão básica: por que enviar pessoas para o espaço?
 
Augustine concede o voo tripulado não pode ser justificado pela ciência, pela tecnologia, ou outros progressos diretos obtidos a partir do envio de pessoas para o vazio. Segundo ele, “é necessária uma motivação maior”, para justificar o programa.
 
Um estudo recente sobre os voos espaciais tripulados, realizado pelos experts em política do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), lida precisamente com essa questão.
 
“A ciência nunca é a razão principal para enviar pessoas ao espaço; portanto, se vamos fazer isso, vamos fazê-lo por outras razões”, afirma David Mindell, o diretor do Grupo de Pesquisa sobre Espaço, Política e Sociedade do MIT em Cambridge, Mass. Mindell presidiu um estudo do MIT que auxiliou a definir objetivos que só podem ser alcançados através de voos espaciais tripulados, que incluem exploração, orgulho nacional e prestígio e liderança internacionais. Ciência, desenvolvimento econômico, novas tecnologias e educação, todos foram classificados como objetivos secundários pelo estudo do MIT. “Trata-se de um julgamento de valores”, declarou Mindell.
 
Augustine declarou repetidamente que, seja qual for o montante de verbas que o Congresso destinar ao programa de voo espacial tripulado da NASA, é importante criar uma firewall entre esse programa e os programas de ciências. Os cientistas tem se queixado repetidamente, ao longo dos anos, que a agência espacial desviou fundos das missões científicas não-tripuladas para cobrir as carências no programa de voo espacial tripulado.
 
Quanto à possibilidade da administração Obama e o Congresso extinguirem os voos tripulados, Mindell é cético:

— Eu não acredito que isso vá acontecer. Nenhum presidente tem interesse em acabar com isso. Temos que presumir que haverá um programa de voo espacial tripulado, portanto a questão é: “Qual é o programa certo?”

 
Augustine declarou que a Casa Branca recebeu o relatório e que a comissão estará disponível para discutí-lo. Segundo ele, “não vamos fazer lobby por coisa alguma”.
 
A administração declarou que vai revisar a análise da comissão, no entanto a decisão final será responsabilidade do presidente Obama decidir qual das opções sugeridas pela comissão – todas elas dispendiosas – será escolhida. 

Este texto é fornecido para a media pelo Inside Science News Service, que é apoiado pelo Instituto Americano de Física (American Institute of Physics), uma editora sem fins lucrativos de periódicos de ciência.
Contatos: [email protected].

Alice vai te mandar para o espaço!


Purdue University

[ Livremente traduzido de: New aluminum-water rocket propellant promising for future space missions ]


IMAGEM:

O foguete de testes lançado pela Universidade Purdue.

Imagem ampliada e mais informações.

WEST LAFAYETTE, Ind. – Pesquisadores estão desenvolvendo um novo propelente de foguetes feito de uma mistura congelada de água e pó de “alumínio em nano-escala” que polui o meio ambiente menos do que os propelentes convencionais, e que pode ser  fabricado na Lua, em Marte e outros corpos celestes que tenham água.

O propelente de gelo-com-alumínio (aluminum-ice, ou ALICE),  pode ser usado para lançar foguetes em órbita ou para missões espaciais de longas distâncias, assim como gerar hidrogênio para células de combustível, afirma Steven Son, professor associado de engenharia mecânica na Universidade Purdue.

Purdue está trabalhando em conjunto com a NASA, o Escritório da Força Aérea para Pesquisa Científica e a Universidade do Estado da Pennsylvania para desenvolver ALICE, que foi usado neste ano para lançar um foguete de 2,70 m (9 pés). O foguete alcançou uma altitude de 430 m (1.300 pés) sobre as fazendas Scholer da Purdue, a cerca de 20 km do campus.

Son declarou: “Trata-se de uma prova de conceito. Ele pode ser melhorado e transformado em um propelente prático. Teoricamente, também poderia ser fabricado em lugares distantes, tais como a Lua ou Marte, em vez de ser levado para lá com altos custos”.

As descobertas feitas por sondas espaciais indicam a presença de água em Marte e na Lua, bem como é possível a existência de água em asteróides, outras luas e outros corpos do espaço, segundo Son, que também é professor associado convidado de aeronáutica e astronáuitca.

O diminuto tamanho das partículas de alumínio, que têm um diâmetro de cerca de 80
nanômetros (bilionésimos de metro), é a chave para o desempenho do propelente. As nano-partículas queimam mais depressa do que partículas maiores e permitem um melhor controle da reação e do empuxo do foguete, explica Timothée Pourpoint, professor pesquisador associado da Escola de Aeronáutica e Astronáutica.

Poutpoint prossegue:”Esse propelente é considerado ‘verde’, uma vez que produz essencialmente gás de hidrogênio e óxido de alumínio. Em constraste, cada voo do ônibus espacial consome cerca de 773 toneladas do oxidante perclorato de amônia nos foguetes auxiliares de combustível sólido. Cada um dos exaustores produz imediatamente cerca de 230 toneladas de ácido clorídrico em cada voo”.

O ALICE fornece o empuxo através de uma reação química entre a água e o alumínio. Quando o alumínio entra em ignição, as moléculas de água fornecem o oxigênio e o hidrogênio para alimentar a combustão até que todo o pó seja consumido.

“O ALICE pode, algum dia, substituir alguns propelentes sólidos ou líquidos e, quando for aperfeiçoado, pode conseguir um desempenho melhor do que os propelentes convencionais”, diz
Pourpoint. “Ele é tmabém extremamente seguro enquanto congelado porque é difícil de entrar em ignição por acidente”.

Son acrescenta que as pesquisas estão ajudando a treinar uma nova geração de engenheiros nas universidades, na indústria, para a
NASA e os militares. Mais de uma dúzia de estudantes de pós-graduação  trabalharam no projeto. Ele diz que “é pouco comum para os estudantes conseguir esse tipo de treinamento completo e avançado – desde os conceitos científicos básicos até um veículo de lançamento, testado e lançado. Isso cobre todo o espectro”.

As descobertas da pesquisa foram detalhados em artigos técnicos apresentados neste verão (Hemisfério Norte) durante uma conferência do Instituto Americano de Aeronáutica e Astronáutica. Os artigos serão publicados no ano que vem, nos anais da conferência.

Na Universidade Penn State os estudos são supervisionados pelo professor de engenharia mecânica Richard Yetter e o professor assistente Grant Risha.

A parte da pesquisa da Purdue tem sua base no Laboratório Maurice J.
Zucrow da Universidade, onde os pesquisadores criaram uma célula de testes e uma sala de controle para os testes do foguete. O local de lançamento do foguete foi a instalação mantida pela Escola de Medicina Veterinária da Purdue. Purpoint observa: “Um local de lançamento perto do campus facilitou enormemente este projeto”.

Outros pesquisadores já tinham usado partículas de alumínio em propelentes, mas usualmente se tratava de partículas maiores, da ordem de mícrons, enquanto que o novo propelente contém apenas nano-partículas.

Os fabricantes apenderam, na década passada, a fazer nano-partículas de alumínio de melhor qualidade do que no passado. O propelente precisa estar congelado por dois motivos: precisa estar sólido para permanecer intacto enquanto sujeitado às forças do lançamento, e para assegurar que ele não comece a reagir lentamente antes de ser usado.

Tendo inicialmente a forma de uma pasta, o propelente é inserido em um molde cilíndrico com uma haste de metal através do eixo central. Depois que é congelado, se remove a haste, deixando uma cavidade no eixo central do cilindro de propelente sólido. Um pequeno motor de foguete é aceso, enviando gases quentes pelo orifício centrasl, fazendo com que o ALICE queime de maneira uniforme.

“Este é essencialmente o mesmo procedimento básico usado nos foguetes auxiliares de combustível sólido do ônubus espacial”, explica Son. “Um acendedor elétrico causa a ignição de um pequeno motor que, por sua vez, acende um motor maior”.

O trabalho futuro vai se focalizar no aperfeiçoamento do propelente e pode, também, explorar a possibilidade de criar um propelente em gel que empregue as nano-patículas. Um tal gel se comportaria como um combuistível líquido, tornando possível variar a taxa de admissão na câmara de combustão, para acelerar e descelerar o motor, e aumentar o alcance do veículo.

Um propelente em gel também poderia ser misturado com materiais contendo maiores quantidades de hidrogênio, que poderia ser usado para células de combustível de hidrogênio, além de motores de foguetes, acrescenta Son.

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Veja o vídeo do teste do foguete:
http://www.youtube.com/watch?v=-b7siH1Ausc


Exo-meteorologia


Livremente traduzido de: Monitoring and Predicting Extraterrestrial Weather

Por: — Rachel Hauser, National Center for Atmospheric Research, [email protected]

Cientistas adaptam uma ferramenta de pesquisa e previsão meteorológica para modelar o tempo global na Terra, em Marte e além

Composite of two Hubble Space Telescope images of a global dust storm on Mars.

Duas imagens de tempestades no planeta Marte, obtidas pelo Telescópio Espacial Hubble no fim de junho e início de setembro.
Créditos e imagem ampliada

22 de setembro de 2009

Provavelmente ainda mais que o cidadão comum, as agências espaciais do mundo dependem dos relatórios diários e sazonais para ter uma melhor compreensão do tempo na Terra e em outros planetas. O sucesso de missões espaciais está diretamente ligado a um eficaz prognóstico e na navegação em condições climáticas atmosféricas e de superfície inclementes.

Os planejadores de missões na NASA, na ESA e organizações similares precisam saber quais condições ambientais um Mars Lander ou Rover pode se deparar, de forma a se assegurar que escudos térmicos, para-quedas e outros mecanismos a bordo sobrevivam à viagem através da atmosfera até a superfície.

Em certos casos, mesmo satélites em órbita que normalmente pairam acima das atmosferas, se beneficiam de uma clara compreensão das condições atmosféricas de um planeta.

Photos from the Huygens probe descending onto the surface of Saturn's moon, Titan.

Imagens tomadas na descida da sonda Huygens à superfície de Titã (lua de Saturno).
Créditos e imagem ampliada

Por exemplo, parte da missão Cassini-Huygens da ESA incluia enviar uma sonda até Titã (uma das luas de Saturno) para colher dados ambientais, durante sua descida à superfície daquela lua em dezembro de 2004 a janeiro de 2005.

Segundo; Mark Richardson, um expert em física planetária e atmosferas e cientista pesquisador da Ashima Research: “Quando se trata de espaçonaves em voo, o tempo conta – especialmente na superfície”.

Informações sobre o ambiente também são essenciais para operações em tempo real de entrada, descida e pouso em missões para planetas tais como Marte, ou Titã, explica Greg Lawson, um cientista pesquisador do California Institute of Technology (Caltech).

— Os planejadores de missão querem dados sobre as condições medianas do ambiente e como estas podem variar – e, para fazer isto, precisam conhecer a meteorologia” — diz Lawson.

Os cientistas planetários podiam gerar as informações necessárias a partir de vários modelos diferentes, no entanto a condição ideal seria empregar um único modelo unificado que pudesse estudar a dinâmica da atmosfera em geral e próxima da superfície, em várias perspectivas – global, regional e local.

No início de 2000, o Centro Nacional de Pesquisas Atmosféricas (National Center for Atmospheric Research = NCAR) liberou seu modelo de Pesquisa e Previsão do Tempo (Weather Research and Forecasting = WRF). Richardson percebeu que, com algumas modificações, o WRF poderia ser a ferramenta perfeita para a modelagem do clima planetário de outros planetas.

Photo of the Phoenix lander descending through the Martian atmosphere on a parachute.

Imagem do módulo Phoenix descendo a atmosfera de Marte de para-quedas.
Crédito e imagem ampliada

O [modelo] WRF oferecia a possibilidade de empregar uma única estrutura, assim como boa capacidade de aninhar condições específicas e a capacidade de reconfigurar as grades para realizar a modelagem de fenômenos atmosféricos tanto em larga, como em pequena escala”, diz Richardson.

Faltava ao WRF a capacidade de servir como um Modelo de Circulação Global completo, porém, modificando o sistema de gradeamento (coordenadas), Richardson e colegas da Universidade Cornell, Ashima Research, Laboratório de Propulsão a Jato (Jet Propulsion Laboratory = JPL), na Caltech) e na Universidade de
Kobe no Japão, revisaram o WRF para rodar em escalas global e regional. O resultado desse esforço foi o planetWRF. 

Illustration of a global simulation of wind stress on the surface of Mars

Uma simulação global da força dos ventos na superfície de Marte.
Créditos e imagem ampliada

Diz Lawson: “Com o planetWRF, a equipe criou projeções de mapa genéricas que permitem a modelagem de fenômenos atmosféricos até a escala global. Novas modificações permitem aos usuários fazer variar constantes planetárias tais como a topografia, velocidade de rotação e funções de relógio/calendário para adequá-las ao planeta que está sendo estudado”.

Já que o WRF foi projetado para ser uma ferramenta comunitária, seus usuários partilham os aperfeiçoamentos e o planetWRF participa desse espírito comunitário. Com o lançamento do WRF 3.0 em 2008, os desenvolvedores do planetWRF ofereceram a seus colegas criadores de modelos a opção de empregar uma grade global – uma extensão muito apreciada pela comunidade científica.

Richardson completa: “[O modelo] planetWRF melhora a compreensão da dinâmica planetária e da meteorologia aplicada, tanto em outros planetas, como na Terra, e os cientistas podem empregar isto para esclarecer seus próprios estudos, assim como as agências espaciais podem fazer uso disto para o planejamento de missões. Quando criamos o planetWRF, fizemos questão de levar adiante o exemplo da equipe do WRF de inter-colaboração, dando uma nova capacidade para outros modeladores climáticos”.


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