O terceiro cinturão de Van Allen
NASA/Goddard Space Flight Center
A sonda Van Allen da NASA descobre uma surpresa em torno da Terra
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IMAGEM:Após o lançamento da maior parte das espaçonaves científicas da NASA, os pesquisadores esperam pacientemente por meses, à medida em que os instrumentos são ligados, um de cada vez, lentamente levados à máxima potência e testados para se assegurar que eles funcionam em plena capacidade. É um rito de passagem para qualquer novo satélite no espaço e uma agenda assim estava programada para as Sondas Van Allen quando elas foram lançadas em 30 de agosto de 2012 para estudar os dois cinturões de radiação gigantes que circundam a Terra.
No entanto, um grupo de cientistas da missão resolveu mudar esses planos. Eles pediram que o Telescópio Relativístico Elétron Próton (Relativistic Electron Proton Telescope = REPT) fosse ligado bem cedo – apenas três dias após o lançamento – a fim de que suas observações se superpusessem com as de outra missão chamada SAMPEX (Solar, Anomalous, and Magnetospheric Particle Explorer = Explorador de Partículas Solares, Anômalas e Magnetosféricas) que iria em breve sair de órbita e re-entrar na atmosfera terrestre.
Foi uma decisão afortunada. Logo antes do REPT ser ligado, a atividade no Sol tinha emitido um jorro de energia na direção da Terra que fez os cinturões de radiação oscilarem. O instrumento REPT funcionou bem desde que foi ligado em 1º de setembro. Ele realizou observações dessas novas partículas aprisionadas entre os cinturões, registrando suas altas energias e o aumento de tamanho dos cinturões.
Aí aconteceu algo que ninguém tinha visto antes: as partículas de assentaram em uma nova configuração que exibia um cinturão extra, o terceiro, que se projetava para o espaço. Alguns poucos dias após seu lançamento, as sondas Van Allen mostraram aos cientistas algo que os faria re-escrever seus livros-texto.
“Lá pelo quinto dia após o REPT ser ligado, nós conseguimos plotar nossas observações e observar a formação de um terceiro cinturão de radiação”, disse Shri Kanekal, o cientista adjunto para a missão das Sondas Van Allen no Centro Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, co-autor de um artigo sobre esses resultados. “Nós chegamos a pensar que havia algo errado com nossos instrumentos. Nós verificamos tudo, mas não havia coisa alguma errada. O terceiro cinturão persistiu lindamente, dia após dia, semana após semana, por quatro semanas”.
Os cientistas publicaram seus resultados em um artigo na Science de 28 de fevereiro de 2013. A incorporação desta nova configuração a seus modelos dos cinturões de radiação dá aos cientistas novas pistas sobre o que causa a mudança de formato dos cinturões – uma região que pode algumas vezes oscilar dramaticamente em resposta à energia emitida pelo Sol, causando impactos sobre satélites e espaçonaves ou apresentar riscos potenciais ao voo espacial tripulado.
Os cinturões de radiação, ou cinturões de Van Allen, foram descobertos com os primeiros lançamentos de satélites em 1958 por James Van Allen. Missões subsequentes observaram partes dos cinturões – inclusive a SAMPEX que observou os cinturões por baixo – porém o que causa tal variação dinâmica permanecia algo de misterioso. Realmente, tempestades aparentemente semelhantes vindas do Sol, às vezes causavam efeitos completamente diferentes nos cinturões, ou, em outras, não mudavam coisa alguma.
As Sondas Van Allen consistem em duas espaçonaves idênticas com a missão de mapear essa região com detalhes requintados, catalogando uma ampla gama de energias e partículas e rastreando o zoológico de ondas magnéticas que pulsam pela área, algumas vezes acelerando as partículas a velocidades tão extremas que elas escapam inteiramente dos cinturões.
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“Nós já tínhamos uma longa série de dados de missões como a SAMPEX”, diz Daniel Baker que é o principal investigador do REPT na Universidade do Colorado em Boulder e principal autor do artigo na Science. “Porém nós nunca estivemos dentro da garganta do acelerador que funciona uns poucos quilômetros acima de nossas cabeças, acelerando essas partículas a velocidades incríveis”.
Em seus primeiros seis meses em órbita, os instrumentos nas Sondas Van Allen funcionaram excepcionalmente bem e os cientistas estão entusiasmados com a catadupa de observações que chegam com uma clareza sem precedentes. Esta é a primeira vez que os cientistas puderam reunir um conjunto completo de dados acerca dos cinturões, com o bônus adicional de observá-los a partir de duas espaçonaves separadas que podem mostrar mais claramente como os eventos transitam pela área.
A descoberta de algo novo no espaço tal como o terceiro cinturão de radiação, tem mais implicações do que o simples conhecimento de que um tal terceiro cinturão é possível. Em uma região do espaço que permanece ainda tão misteriosa, quaisquer observações capazes de ligar certas causas a certos efeitos adiciona uma nova peça de informação ao quebra-cabeças.
Baker gosta de comparar os cinturões de radiação aos anéis de armazenagem de partículas nos aceleradores dos laboratórios de física. Nesses aceleradores, usa-se campos magnéticos para manter as partículas orbitando em círculos, enquanto se usa ondas de energia para enviar essas partículas a velocidades cada vez maiores. Nesses aceleradores, tudo tem que ser cuidadosamente sintonizado com o tamanho e formato do anel, e com as características dessas partículas. Os Cinturões de Van Allen dependem de uma sintonia similar. Uma vez que os cientistas observam os anéis somente em certos lugares e certas ocasiões, eles podem calcular com mais exatidão quais partículas e quais ondas devem estar causando um determinado formato. Cada novo conjunto de observações ajuda a estreitar o campo ainda mais.
“Nós podemos oferecer estas novas observações aos teóricos que vão modelar o que está acontecendo nos cinturões”, diz Kanekal. “A natureza nos presenteia com este evento – ele está bem aí, é um fato, não há o que discutir – e agora temos que explicar por que é este o caso. Por que o terceiro cinturão persistiu por quatro semanas? Por que ele se modifica? Toda esta informação nos ensina mais sobre o espaço”.
Os cientistas já têm teorias sobre exatamente qual tipo de ondas varrem para fora as partículas na região do “escaninho” entre os dois primeiros cinturões. Agora eles têm que criar modelos para descobrir quais ondas têm as características corretas para varrer as partículas para fora da nova região de “escaninho” ainda mais longe também. Outra observação fascinante para explorar reside em rastrear as causas que dão origem a esta nova região ainda antes: em 31 de agosto de 2012, um longo filamento de material solar que tinha pairado sobre a atmosfera solar, foi expelido para o espaço. Baker diz que isto pode ter causado a onda de choque que levou à formação do terceiro cinturão poucos dias depois. Além disto, o novo cinturão foi virtualmente aniquilado quatro semanas depois de ter aparecido por outra onda de choque provinda do Sol. Ser capaz de observar um tal fenômeno durante seu acontecimento, fornece mais material ainda para teorias sobre os Cinturões de Van Allen.
A despeito de já haver 55 desde que os cinturões de radiação foram descobertos, ainda há muito o que investigar e explicar, e apenas poucos dias após seu lançamento, as Sondas Van Allen mostraram que os cinturões ainda são capazes de surpreender.
“Eu acho que demos muita sorte”, diz Baker. “Termos ligado nossos instrumentos quando o fizemos, com grande confiança em nossos engenheiros e que os instrumentos funcionariam imediatamente, e ainda tendo a cooperação do Sol para mexer com o sistema como mexeu – foi tudo uma oportunidade extraordinária. Isso corroborou a importância da missão e como é importante revisitar os Cinturões de Van Allen como uma novidade”
O Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins construiu e opera as Sondas Van Allen. As Sondas Van Allen compreendem a segunda missão do programa “Vivendo com uma estrela” (Living With a Star = LWS) da NASA para explorar os aspectos do sistema Sol-Terra que afetam diretamente a vida e a sociedade. O programa é gerenciado pelo Centro Espacial Goddard da NASA.
As 10 melhores do ano (segundo a AAAS)
American Association for the Advancement of Science
A grande descoberta científica do Ano: O Bóson de Higgs
A longamente procurada partícula completa o Modelo Padrão da Física de Partículas
A observação de uma elusiva partícula subatômica, conhecida como o Bóson de Higgs, foi eleita pela publicação Science a mais importante descoberta científica de 2012. Essa partícula, cuja existência foi proposta há mais de 40 anos, guarda a chave para explicar como as outras partículas elementares (as que não são compostas por partículas menores), tais como os elétrons e os quarks, adquirem suas massas.
Além de reconhecer a detecção dessa partícula como a Descoberta Científica do Ano em 2012, a Science e seu editor internacional (sem fins lucrativos), a AAAS, identificaram nove outras realizações científicas de alta relevância no ano passado e as compilaram na lista das “10 mais” que será publicada na edição de 21 de dezembro.
Os pesquisadores revelaram indícios do Bóson de Higgs em 4 de julho, encaixando a última peça que faltava em um quebra-cabeças que os físicos chamam de Modelo Padrão da Física de Partículas. Esta teoria explica como as partículas interagem através das forças eletromagnética, nuclear fraca e nuclear forte, a fim de formar a matéria do universo. No entanto, até este ano, os pesquisadores não podiam explicar como as partículas envolvidas nessas interações adquiriam suas massas.
“A simples atribuição de massas às partículas fazia com que a teoria se tornasse matematicamente errática”, explica o correspondente Adrian Cho da Science que escreveu sobre a descoberta para o artigo da Descoberta do Ano. ”Dessa forma, as massas tinham que aparecer de alguma forma das interações das partículas originalmente sem massa. É aí que entra em cena o Higgs”.
Como explica Cho, os físicos presumem que o espaço é preenchido por um “Campo de Higgs”, similar a um campo elétrico¹. As partículas interagem com o Campo de Higgs para obter energia e — graças à famosa equivalência de massa e energia de Einstein — adquirem massa também. “Tal como um campo elétrico consiste de partículas chamadas fótons, o Campo de Higgs consiste de bósons de Higgs ocultos no vácuo”, explica ele. “Os físicos conseguiram agora estourá-los para fora do vácuo para uma breve existência”.
Porém essa vista do Bóson de Higgs não foi fácil de obter — nem custou barato. Milhares de pesquisadores trabalharam com um esmagador de átomos de 5,5 bilhões de dólares em um laboratório de física de partículas perto de Genebra, Suíça, chamado CERN, usando dois detectores de partículas gigantescos, chamados ATLAS e CMS, para detectar o bóson há muito procurado.
Ainda não está claro para onde esta descoberta conduzirá o campo da física de partículas no futuro, porém seu impacto na comunidade dos físicos neste ano é inegável, motivo pelo qual a Science declarou a detecção do bóson de Higgs a Descoberta do Ano em 2012. A edição especial do dia 21 de dezembro inclui três artigos escritos por pesquisadores do CERN, que ajudam a explicar como esse feito foi conseguido.
A lista de feitos científicos pioneiros de 2012 da Science é a seguinte:
O Genoma do Homídeo de Denisov: Uma nova técnica que une moléculas especiais a cadeias singelas de DNA, permitiu aos pesquisadores sequenciar o genoma completo do Homídeo de Denisov a partir de apenas um fragmento de osso de um antigo dedo mínimo. O sequenciamento genômico permitiu aos pesquisadores comparar os Denisovanos — uma espécie arcaica de humanos muito semelhante aos Neandertals — com os humanos modernos. Também revelou que o osso de dedo pertenceu a uma menina de olhos castanhos, cabelos castanhos e pele escura que morreu na Sibéria entre 74.000 a 82.000 anos atrás.
Fabricação de Células Ovo a partir de Células Tronco: Pesquisadores japoneses demonstraram que células tronco embrionárias de camundongos podem ser levadas a se tornarem células ovo viáveis. Eles fecharam o caso quando as células, fertilizadas com esperma no laboratório, se desenvolveram em fetos de camundongos que nasceram de mães hospedeiras. O processo requer camundongos fêmeas para desenvolver os ovos em seus corpos por algum tempo, de forma que não foi atingido o principal objetivo dos cientistas: criar células ovo inteiramente no laboratório. Poré, fornece uma poderosa ferramenta para o estudo dos genes e outros fatores que influenciam a fertilidade e o desenvolvimento das células ovo.
Sistema de Pouso da “Curiosity”: Muito embora não fossem capazes de testar todo o sistema de pouso de seu rover sob condições marcianas, os engenheiros da missão do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, California, conseguiram colocar o Curiosity de maneira segura e precisa na superfície de Marte. O veículo de entrada com 3,3 toneladas do rover era pesado demais para um pouso tradicional, de forma que a equipe se inspirou em guindastes e helicópteros para criar um “guindaste aéreo” que levou pendurado o Curiosity, com as rodas desdobradas, na ponta de três cabos. O pouso sem problemas assegurou aos planejadores que a NASA pode algum dia pousar uma segunda missão próximo de um rover antigo para coletar as amostras que o rover tenha coletado e trazê-las de volta à Terra.
Laser de Raios-X Revela a Estrutura de uma Proteína: Pesquisadores empregaram um laser da raios-X, que brilha um bilhão de vezes mais forte do que uma fonte síncrotron tradicional, para descobrir a estrutura de uma enzima necessária para o parasita Trypanosoma brucei, a causa da doença do sono africana. O avanço demonstrou o potencial de lasers de raios-X para decifrar proteínas que as fontes tradicionais de raios-X não conseguem.
Engenharia de Precisão de Genomas: A revisão e deleção do DNA de organismos mais complexos sempre foi um processo de tentativa e erro. Porém, em 2012, uma nova ferramenta conhecida como TALENs, (acrônimo para “transcription activator-like effector nucleases”), deu aos pesquisadores a capacidade de alterar ou inativar genes específicos em peixes paulistinhas, sapos, gado e outros animais — até mesmo em células em pacientes com doenças. Esta tecnologia, junto com outras que estão emergindo, está se provando ser tão eficaz quanto (e mais barata do que) técnicas correntes que visam os genes e pode permitir aos pesquisadores controlar tarefas específicas para os genes e suas mutações, tanto em indivíduos saudáveis, quanto doentes.
Férmions de Majorana : A existência dos férmions de Majorana, partículas que (entre outras propriedades) agem como a própria antimatéria e se aniquilam entre si, tem sido debatida por mais de sete décadas. Este ano, uma equipe de físicos e químicos na Holanda conseguiu obter os primeiros indícios consistentes de que essa matéria exótica realmente existe, na forma de quase-partículas: grupos de elétrons que interagem entre si e se comportam como uma só partícula. A descoberta já fez com que sejam desenvolvidos esforços para incorporar os férmions de Majorana na computação quântica, já que os cientistas acham que os “qubits” feitos dessas partículas misteriosas podem ser mais eficientes para a armazenagem e processamento de dados do que os bits atualmente usados nos computadores digitais.
O Projeto ENCODE: Um estudo que se estendeu por toda uma década, relatado este ano em mais de 30 artigos, revelou que o genoma humano é mais “funcional” do que os pesquisadores pensavam. Embora tão somente 2% do genoma sirva de código para proteínas reais, o projeto da Encyclopedia of DNA Elements (Enciclopédia de Elementos do DNA), ou ENCODE, indicou que cerca de 80% do genoma é ativo, ajudando a ligar ou desligar os genes, por exemplo. Estes novos detalhes devem auxiliar os pesquisadores a compreender as maneiras pelas quais os genes são controlados e esclarecer alguns dos riscos genéticos para doenças.
Interfaces Cérebro-Máquina: A mesma equipe que havia demonstrado antes como gravações (das atividades) neurais do cérebro poderiam ser usadas para movimentar um cursor em uma tela de computador, demonstrou em 2012 que pacientes humanos paralíticos podem movimentar um braço mecânico com suas mentes e realizar movimentos complexos em três dimensões. A tecnologia ainda é experimental — e extraordinariamente cara — porém os cientistas têm esperanças que algorítimos mais avançados possam melhorar essas próteses neurais para ajudar pacientes paralisados por derrames, lesões na espinha e outras condições mórbidas.
Ângulo de Mistura de Neutrinos: Centenas de pesquisadores que trabalham na Experiência com Neutrinos no Reator da Baía Daya, na China, relataram que o último parâmetro desconhecido de um modelo que descreve como as elusivas partículas, conhecidas como neutrinos, mudam de um “sabor” para outro, na medida em que se deslocam próximos da velocidade da luz. Os resultados mostram que neutrinos e anti-neutrinos possivelmente podem mudar de sabor de maneira diferente e sugerem que a física de neutrinos pode algum dia auxiliar os pesquisadores a explicar porque o universo tem tanta matéria e tão pouca antimatéria. Se os físicos não conseguirem identificar outras novas partículas além do bóson de Higgs, a física de neutrinos pode representar o futuro da física de partículas.
Nota do tradutor:
1 – Pelamordedeus!… Isso é um texto referendado pela AAAS! Comparar o campo escalar de Higgs com um campo vetorial eletromagnético é meio forte!
Mais uma ameaça à camada de ozônio: foguetes.
A Universidade do Colorado em Boulder avisa: [Lançamentos de foguetes podem requerer regulamentação para evitar danos à camada de ozônio](http://www.colorado.edu/news/r/13dcef625a8a43e2e6d4d0e06e10ac8f.html).
O fato é que o mercado para lançamento de foguetes e satélites está crescendo, e ninguém se lembrou de que eles também afetam a camada de ozônio. Com o banimento dos CFC, a indústria de lançamento de foguetes pode, em futuro breve, ultrapassar os aerossóis em termos de ameaça.
O professor Darin Toohey do Departamento de Ciências Atmosféricas e Oceânicas da UCB estima que, por volta de 2050, os lançamentos de foguetes (caso deixados sem regulamentação), podem causar mais destruição do ozônio do que jamais os CFCs produziram. Ele comenta que o Protocolo de Montreal, que baniu os CFCs, “deixou de fora a indústria espacial que deveria ter sido incluída”.
O pesquisador-chefe do estudo, Martin Ross da *Aerospace Corporation* de Los Angeles, lembrou que as agências do governo americano realizaram estudos para avaliar as perdas potenciais da camada de ozônio em face de uma frota de estimados 500 aviões supersônicos (uma frota que jamais veio a existir), poucos estudos foram feitos para avaliar os danos que poderiam ser causados pela frota mundial de foguetes.
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Comentário meu: já repararam que, depois que o Bush se foi, diversas questões referentes a meio ambiente (que devem ter ficado trancados em gavetas durante oito longos anos), resolveram aparecer?
Uma crise econômica mundial, duas guerras para lá de questionáveis e um atraso nas ciências que lembra a Idade Média… E o que falta para mandar Bush e seus sequazes para a Corte de Haia por crimes contra a humanidade?…
