24 de abr de 2013

Da era nuclear às galáxias

 
A idéia de que todas as galáxias estão se afastando entre si conduz a uma conclusão extraordinária: houve um momento, no passado, em que todas elas estiveram reunidas num único ponto. Nesse instante, o Universo nasceu. Para determiná-lo,, é preciso inverter o sentido atual da expansão das galáxias, de acordo com uma lei descoberta pelo astrônomo Edwin Hubble, em 1927. É como rodar um filme de trás para a frente: o resultado é cerca de 15 bilhões de anos De modo geral, a idéia funciona. As mais antigas galáxias conhecidas existiram à época que o Universo tinha apenas 1 bilhão de anos. Antes disso, à idade de 100 000 anos, a compressão era tão grande que a temperatura alcançava milhares de graus (suficiente para fundir o enxofre, fenômeno que os teólogos medievais usavam para definir o calor do inferno).
 
 O Cosmo estava cheio de um gás muito simples, composto por átomos de hidrogênio, hélio e lítio. Quando se recua ainda mais e a compressão aumenta, os próprios átomos perdem sua "casca", formada por elétrons, e ficam reduzidos apenas a seus núcleos, formados por prótons e nêutrons. Assim foi até à idade de 1 minuto e, antes disso, mesmo os minúsculos núcleos se tornaram instáveis. Prótons e nêutrons se mantêm coesos pela força nuclear, muito mais poderosa que a força eletromagnética, que prende os elétrons aos núcleos. No entanto, no período anterior a 1 segundo, a temperatura superava 1 bilhão de graus, e essas partículas circulavam livremente. Apenas daí para a frente haveria condições para que o Cosmo começasse a sintetizar os elementos químicos.
 
Idade cósmica
A simples definição de velocidade, familiar a todo estudante secundarista, permite calcular há quanto tempo o Universo existe. É como perguntar há quanto tempo um carro deixou uma cidade, quando se sabe que ele está a 120 quilômetros de distancia e se afasta a 60 quilômetros por hora. A resposta, naturalmente, é 2 horas, porque 120 dividido por 60 é 2. Imagine-se agora que duas galáxias quaisquer, no momento do Big Bang, estavam juntas, como o carro e a cidade. A partir daí, quando cronômetro começa a correr, elas se afastam cada vez mais, até alcançar a distancia em que se encontram atualmente. Há quanto tempo? Basta dividir essa distancia pela velocidade entre elas: o resultado é a idade do Cosmo. Aparentemente, isso não é tudo, pois a distancia entre as galáxias varia, conduzindo a inúmeros valores para o tempo. O que se observa, porém, é que existe uma regra básica no Cosmo: se a distancia aumenta, a velocidade aumenta na mesma proporção, de tal modo que a divisão entre os dois números nunca se altera. Não é à toa que essa lei tenha se transformado no alicerce da moderna ciência do Universo.
 
A inflação do Universo
O conceito de inflação cósmica prescreve que uma pequena porção do espaço, logo após o Big Bang, expandiu-se desmesuradamente até se cristalizar na estonteante população de galáxias que os astrônomos vêem no céu. Mas existe algo mais, além do céu: incontáveis universos que evoluíram de outras pequenas porções do Big Bang De acordo com as mais modernas teorias da Física, tais mundos espoucaram como bolhas, inflados pela densa massa de energia primitiva. A responsabilidade por esse fenômeno cabe a partículas chamadas bósons de Higgs (em homenagem a seu criador, o escocês Peter Higgs). Além de sua importância para o Cosmo, os bósons de Higgs são essenciais para se compreender a matéria numa escala muito menor que o diâmetro de um próton, o núcleo de um átomo de hidrogênio. Aí já não valem as leis da Física nuclear; é preciso empregar equações bem mais avançadas, que descrevem conjuntamente os dois tipos de força nuclear e a eletromagnética.
 
Por isso, explica o astrofísico David Schramm, o vazio entre os universos não é idêntico ao espaço que permeia as galáxias. A matéria que ele abriga não é constituída pelos familiares elétrons e quarks (Com os quais se montam os prótons). Como as forças estão unificadas, existe uma espécie de simetria entre as partículas, que são idênticas entre si ou se transformam sem cessar umas nas outras. Nada disso ocorre no espaço assimétrico, cristalizado no interior das bolhas universos durante a formidável crise de inflação. Portanto, não há esperança de, um dia, uma nave como a Enterprise visitar os mundos vizinhos, diz Schramm. "Lá fora encontraríamos apenas o espaço indiferenciado, repleto de para energia Higgs”
Fonte: Super Interessante

Do Big Bang ao agora em 8 passos

A teoria mais aceita para aceitar a origem e a evolução do nosso universo é o Big Bang, que afirma que o cosmo iniciou com um ponto incrivelmente quente e denso à aproximadamente 13,7 bilhões de anos. Então como o universo pode passar de um ponto tão ínfimo para a imensidão que é hoje?

1. Como tudo começou
O Big Bang não foi uma explosão, como o nome da teoria sugere, mas sim a expansão de um ponto em um determinado momento por razões ainda não conhecidas. Esse ponto era uma singularidade, cuja temperatura e densidade eram infinitas. Antes disso, não sabemos o que aconteceu, mas através de sofisticadas missões espaciais, telescópios terrestres e complexos cálculos, os cientistas trabalharam muito durante as últimas décadas para pintar um quadro mais claro do início do universo e sua evolução. Os dados mais precisos a respeito do Big Bang vêm da radiação cósmica de fundo, que contem o brilho da luz e a da radiação proveniente do evento primordial do universo. Essa relíquia do Big Bang permeia por todo o universo é pode ser observada com detectores de microondas, permitindo aos cientistas reunir dados do início do universo, como sua idade, equivalente à aproximadamente 13,7 bilhões de anos.

2. Inflação
O segundo mais importante da história do universo certamente foi o primeiro de todos. Quando este tinha um centésimo de bilionésimo de trilionésimo de trilionésimo de segundo, ele passou por um surto de crescimento inimaginável. Durante esse período denominado de inflação, o universo cresceu de forma exponencial e aumentou seu tamanho pelo menos umas 90 vezes. Após esse período, o universo passou a resfriar gradativamente, ficando mais frio e menos denso. Após o término da inflação, o universo continuou crescendo, mas num ritmo muito menor. Com o espaço ampliado, a matéria já podia se formar.

3. Hélio e hidrogênio
Vários elementos químicos foram criados nos três primeiros minutos da formação do universo. Como o universo se expandiu, a temperatura se resfriou, e os prótons e nêutrons formados se colidiam para formar deutério, um isótopo do hidrogênio. Grande parte desse deutério foi combinado para formar o hélio.

4. Luz
Durante os primeiros 380 mil anos após o Big Bang, o calor ainda era alto demais para que a luz pudesse brilhar. Átomos se chocaram com tamanha força para se romper num denso plasma, como uma neblina. Após esse período, o universo já estava arrefecido o bastante para que os elétrons pudessem se combinar e formar os primeiros átomos. A luz foi desencadeada nesse momento e pode ser detectada hoje através da radiação cósmica de fundo. No entanto, em seguida veio uma era de escuridão antes das primeiras estrelas e galáxias se formarem.

5. Emergindo da Idade das Trevas
Após essa misteriosa fase do universo que durou até seus 400 milhões de anos, o universo passou por uma fase que durou mais meio bilhão de anos. Durante esse período, o universo já estava resfriado e com a medida de gás certa para que as primeiras estrelas e galáxias pudessem surgir, totalmente diferente daquelas que vemos hoje.

6. Mais e estrelas e galáxias
Astrônomos têm varrido o universo à procura das mais distantes e antigas galáxias para ajudá-los a compreender as propriedades iniciais do universo. As primeiras galáxias formadas eram muito menores que as atuais e possuíam formatos totalmente irregulares, mas as estrelas que nelas nasceram foram fundamentais para a formação de novos elementos químicos como carbono, oxigênio, nitrogênio e vários outros, pois antes só havia o hélio e hidrogênio, e um pouco de lítio.

7. Nascimento do sistema solar
Nosso sistema solar se formou aproximadamente 9 bilhões de anos após o Big Bang, ou seja, possui somente 4,6 bilhões de anos de idade. O Sol é uma entre outras centenas de bilhões de estrelas na Via Láctea, e orbita o centro dela onde há um buraco negro supermassivo. A teoria mais aceita para explicar a origem do Sol e do sistema solar é que esses se formaram a partir de um nuvem de gás gigante, uma nebulosa, que colapsou e se achatou em forma de disco. Durante essa fase, a maior parte do material dela foi puxado em direção ao centro, onde posteriormente o Sol nasceu.

8. Universo em expansão acelerada
Nos anos de 1920, Edwin Hubble revolucionou a ciência quando descobriu que o universo estava em expansão. Décadas mais tarde, o astrônomos puderam observar supernovas distantes e notaram que o universo está em uma expansão acelerada. Por muito tempo, acreditava-se que a força da gravidade seria forte o bastante para fazer com que o universo retardasse sua expansão, ou até mesmo parasse, o levando a se contrair. A energia escura é pensada para ser a principal responsável pela aceleração da expansão do universo, que acredita-se que compõe aproximadamente 73% do universo (somente 4% é formado pela matéria comum, enquanto o restante é formado pela matéria escura). Embora muito já tenha sido descoberto sobre a criação e evolução do universo, há perguntas que continuam sem resposta. A matéria escura e a energia escura permanecem como dois dos grandes mistérios do universo, mas cientistas continuam buscando respostas, na esperança de darem uma melhor compreensão de como tudo começou e como tudo acabará.
Fonte: http://misteriosdomundo.com

Magnetosfera, a “bolha magnética” que protege a Terra

Costumamos imaginar a Terra girando ao redor do sol tranquilamente, sem grandes complicações. Contudo, as coisas são, na verdade, um pouco mais “dramáticas”: enquanto nosso planeta avança pelo espaço, é constantemente bombardeado por partículas solares energizadas. Felizmente, a Terra conta com a proteção da magnetosfera, uma espécie de “bolha” na qual boa parte dessas partículas bate e é desviada. A imagem acima é uma representação do que a Terra enfrenta em seu trajeto. Na parte “dianteira” do planeta se forma uma região em que o conflito com as partículas solares é especialmente forte, chamada “bow shock” (que pode ser traduzido como “choque de proa” e é parecido com o que se forma na proa de um navio que se desloca pelo mar).
 
Analisando dados coletados pela espaçonave da NASA WIND (que já viajou 17 vezes até os limites da magnetosfera entre 1998 e 2002), cientistas não só conseguiram criar uma representação consistente do fenômeno, como também puderam começar a entender melhor esse cenário. A frente da magnetosfera fica bem na linha entre o Sol e a Terra, por isso é um lugar crucial para entendermos coisas pequenas que podem ter consequências grandes”, destaca o pesquisador David Sibeck, do Centro de Voo Espacial Goddard em Greenbelt (EUA). “O que acontece no campo magnético da Terra depende do que está acontecendo na frente, no choque de proa”. De acordo com Sibeck, a maneira como as partículas e também ondas de energia atingem a magnetosfera interfere na quantidade delas que consegue atravessá-la. “Uma vez dentro da magnetosfera, podem criar poderosas tempestades solares e impactar comunicações e satélites de GPS do qual dependemos diariamente”.
Fonte: Hypescience.com

Foguete a fusão nuclear será testado este ano

O conceito do motor a fusão nuclear para impulsionar espaçonaves será testado até meados deste ano em laboratório.[Imagem: University of Washington/MSNW]
 

Além da Terra
 
Vários experimentos vêm tentando transformar a fusão nuclear em uma fonte de energia limpa que liberte a Terra dos danos impostos por fontes sujas e poluentes, como petróleo e usinas nucleares a fissão. Mas o Dr. John Slough quer libertar é o homem da própria Terra, criando mecanismos de levá-lo às profundezas do espaço.  É quase impossível para os humanos explorar muito além da Terra usando os atuais foguetes químicos. Nós esperamos criar uma fonte de energia para o espaço muito mais poderosa, que eventualmente tornará as viagens interplanetárias uma coisa comum," disse o pesquisador da Universidade de Washington, nos Estados Unidos. Para isso, ele idealizou um novo tipo de foguete movido a fusão nuclear, a mesma energia que alimenta as estrelas. A ideia ganhou o apoio da NASA, através de seu Programa de Conceitos Inovadores Avançados, que pediu ao pesquisador o detalhamento do que seria necessário para uma viagem a Marte, incluindo uma simulação para avaliação dos resultados do motor a fusão. Slough calculou o que seria necessário - e os riscos envolvidos - de uma missão a Marte que durasse 30 dias, e outra com duração de 90 dias.
 
Motor a fusão nuclear para foguetes
 
O grupo de Slough desenvolveu um tipo de plasma encapsulado em seu próprio campo magnético. A fusão nuclear deverá ocorre quando este plasma for comprimido a uma alta pressão. O projeto consiste em fazer com que um forte campo magnético imploda anéis metálicos - a proposta é usar anéis de lítio - ao redor desse plasma, fazendo-o atingir uma pressão suficiente para iniciar a fusão. Os anéis se fundem para formar uma concha que dá a ignição para a fusão nuclear, mas esta dura apenas alguns poucos microssegundos, devido à pequena quantidade de combustível. Ainda que a própria compressão seja muito curta, quase instantânea, a energia liberada é suficiente para gerar calor e ionizar a concha metálica a temperaturas altíssimas. É este metal ionizado que é ejetado em alta velocidade pelo bocal do foguete, impulsionando a nave. O processo deverá ser repetido de minuto em minuto, um tempo que poderá variar, dependendo da velocidade que se deseja desenvolver, criando um motor a fusão nuclear pulsado. Quando estiver próximo ao destino, bastará virar a nave ao contrário, para que o motor funcione como um freio.
 
Fusão nuclear com data marcada
 
A diferença em relação aos experimentos tradicionais de fusão nuclear é que, para gerar o impulso necessário para movimentar um foguete, é necessária uma quantidade muito pequena de energia. Segundo os cálculos, uma quantidade do plasma magneticamente autocontido do tamanho de um grão de areia teria a mesma energia contida em 3,8 litros de combustível químico para foguetes.  Eu acredito que todo o mundo ficou feliz em ver a confirmação do principal mecanismo que nós estamos usando para comprimir o plasma. Esperamos poder atrair o interesse do mundo com o fato de que a fusão nuclear não está mais a 40 anos no futuro e não vai custar bilhões de dólares," disse Slough. Embora ainda estejamos longe de domar a fusão nuclear para geração de energia, a equipe de Slough afirma já ter testado em laboratório, separadamente, cada uma das etapas do motor a fusão nuclear - o que é necessário agora é juntar tudo para ver se funciona de verdade. Segundo o pesquisador, com o financiamento recebido da NASA, ele espera testar o sistema inteiro de propulsão a fusão nuclear a partir de Julho ou Agosto deste ano.
Fonte: Inovação Tecnológica

Hubble Registra Imagem do Cometa ISON

O cometa ISON, tem tudo para ser o “cometa do século”. O cometa fará sua maior aproximação do So, no dia 28 de Novembro de 2013, e se sobreviver ao contato quase que imediato que terá com a nossa estrela ele poderá brilhar no céu mais do que a Lua. Nesse momento, porém, o cometa está bem abaixo da visibilidade a olho nu, e então o Telescópio Espacial Hubble foi usado para registrar uma imagem do cometa que se aproxima a uma velocidade de 47000 milhas por hora. Quando o Hubble fez a imagem em 10 de Abril de 2013, o cometa estava um pouco mais próximo da órbita de Júpiter, a uma distância de 386 milhões de milhas do Sol.
 
Mesmo a essa grande distância o Sol é capaz de esquentar o cometa o suficiente para começar a criar uma cauda ao redor do núcleo sólido. O Hubble fotografou um jato de partículas sendo expelido para fora do cometa, na direção contrária ao Sol desde o seu núcleo. Medidas preliminares feitas com o Hubble sugerem que o núcleo do cometa ISON não é maior que três ou quatro milhas de diâmetro. O cometa foi descoberto em Setembro de 2012 pela rede observação liderada pela Rússia, e conhecida como International Optical Network, ou ISON, usando um telescópio de 16 polegadas.
Fonte: http://hubblesite.org
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