27 de maio de 2019

Descobertos três novos modos de detectar ondas gravitacionais


A fusão de estrelas de nêutrons e de buracos negros gera ondas gravitacionais que podem ser detectadas Universo afora.[Imagem: Karan Jani/Georgia Tech]


Como detectar ondas gravitacionais

As ondas gravitacionais podem ser detectadas por pelo menos outros três mecanismos, diferentes dos usados até agora pelos laboratórios LIGO e Virgo, e que valeram o Nobel de Física de 2017.  As primeiras ondas gravitacionais foram detectadas em Setembro de 2015 e, apesar de terem sido lançadas dúvidas sobre a análise dos dados pelo consórcio LIGO-Virgo, o feito despertou o interesse em um assunto sobre o qual pouco se falava desde a previsão da existência do fenômeno, feita por Albert Einstein há mais de cem anos.

Esse interesse levou Éanna Flanagan e colegas da Universidade de Cornell, nos EUA, a revisar o arcabouço matemático usado para descrever os efeitos observáveis gerados pelas ondas gravitacionais, conhecidos como "efeitos persistentes. O trabalho resultou, mais do que em um aprimoramento da base matemática, na previsão de três novas assinaturas das ondas gravitacionais, fenômenos de vida longa que poderão ser observados com instrumentos adequados.

Efeitos observáveis persistentes

A estrutura desenvolvida pela equipe conecta efeitos concebivelmente mensuráveis à curvatura do espaço-tempo causada por colisões de buracos negros. Embora as colisões por si mesmas sejam fenômenos transitórios, as ondas gravitacionais distorcem a forma do espaço-tempo, alterando as posições relativas, velocidades, acelerações e trajetórias de objetos físicos em seus caminhos. Esses objetos não retornam às suas configurações originais depois que as ondas passam, criando um efeito "persistente" que pode potencialmente ser medido. 

A nova estrutura matemática explica os observáveis persistentes já conhecidos basicamente a mudança nas posições relativas dos espelhos do LIGO-Virgo - e também prevê três novos observáveis. Os novos efeitos são: Mudanças nas medições de tempo por relógios atômicos em diferentes locais, mudanças na taxa de rotação de uma partícula giratória e um terceiro efeito que codifica os demais observáveis persistentes (deslocamento, velocidade, tempo e rotação) em um único vetor, o que os pesquisadores chamaram de "holonomia generalizada".

O pequeno número de colisões de buracos negros detectados até agora pelos observatórios LIGO e Virgo é insuficiente para fornecer os dados cumulativos necessários para detectar os novos observáveis persistentes, mas a taxa de detecção deverá aumentar com o aprimoramento dos sensores. Além disso, a detecção dos três observáveis recém-identificados exigirá a construção de novos tipos de sensores e, possivelmente, de novos observatórios.
Fonte: Inovação Tecnológica

Poderíamos mover todo o planeta Terra para uma nova órbita?


Quão difícil seria mover nosso planeta para outra órbita?(Imagem: © Shutterstock)

No filme chinês de ficção científica The Wandering Earth , lançado recentemente na Netflix, a humanidade tenta mudar a órbita da Terra usando enormes propulsores para escapar do sol em expansão - e evitar uma colisão com Júpiter.

O cenário pode um dia se tornar realidade. Em cinco bilhões de anos, o sol ficará sem combustível e se expandirá, provavelmente engolindo a Terra . Uma ameaça mais imediata é um apocalipse do aquecimento global. Mover a Terra para uma órbita mais ampla poderia ser uma solução - e isso é possível na teoria.

Mas como poderíamos fazer isso e quais são os desafios de engenharia? Por uma questão de argumento, vamos supor que pretendemos mover a Terra de sua órbita atual para uma órbita de 50% mais longe do sol, semelhante à de Marte.

Temos planejado técnicas para mover pequenos corpos - asteróides - de sua órbita por muitos anos, principalmente para proteger nosso planeta dos impactos. Alguns são baseados em uma ação impulsiva e muitas vezes destrutiva: uma explosão nuclear perto ou na superfície do asteróide, ou um " impactor cinético ", por exemplo, uma espaçonave colidindo com o asteróide em alta velocidade. Estes não são claramente aplicáveis ​​à Terra devido à sua natureza destrutiva.

Outras técnicas envolvem um impulso muito suave e contínuo por um longo tempo, fornecido por um rebocador ancorado na superfície do asteroide, ou uma espaçonave pairando perto dele (empurrando a gravidade ou outros métodos). Mas isso seria impossível para a Terra, já que sua massa é enorme se comparada com os maiores asteróides.

Propulsores elétricos

Nós já estamos realmente movendo a Terra de sua órbita. Toda vez que uma sonda sai da Terra para outro planeta, ela transmite um pequeno impulso à Terra na direção oposta, semelhante ao recuo de uma arma. Felizmente para nós - mas infelizmente com o propósito de mover a Terra - este efeito é incrivelmente pequeno.

O Falcon Heavy da SpaceX é o veículo de lançamento mais capaz atualmente. Nós precisaríamos de 300 bilhões de bilhões de lançamentos em capacidade total para alcançar a mudança de órbita para Marte. O material que compõe todos esses foguetes seria equivalente a 85% da Terra, deixando apenas 15% da Terra na órbita de Marte.

Um propulsor elétrico é uma maneira muito mais eficiente de acelerar a massa - em particular os acionamentos de íons , que funcionam disparando um fluxo de partículas carregadas que impulsionam o navio para a frente. Nós poderíamos apontar e disparar um propulsor elétrico na direção final da órbita da Terra.

O enorme propulsor deve estar a 1.000 km acima do nível do mar, além da atmosfera da Terra, mas ainda firmemente ligado à Terra com um feixe rígido, para transmitir a força impulsora. Com um feixe de íons disparado a 40 quilômetros por segundo na direção certa, ainda precisaríamos ejetar o equivalente a 13% da massa da Terra em íons para mover os 87% restantes.

Navegando na luz

Como a luz carrega o momentum, mas não a massa, também podemos ser capazes de alimentar continuamente um feixe de luz focalizado, como um laser. A energia necessária seria coletada do sol e nenhuma massa da Terra seria consumida. Mesmo usando a enorme usina a laser de 100 GW prevista pelo projeto Breakthrough Starshot , que visa impulsionar as espaçonaves para fora do sistema solar para explorar estrelas vizinhas, ainda levaria três bilhões de bilhões de anos de uso contínuo para alcançar a mudança orbital.

Mas a luz também pode ser refletida diretamente do sol para a Terra usando uma vela solar posicionada ao lado da Terra. Os pesquisadores mostraram que precisaria de um disco reflexivo 19 vezes maior que o diâmetro da Terra para alcançar a mudança orbital ao longo de um período de um bilhão de anos.

Bilhar interplanetário

Uma técnica bem conhecida para dois corpos em órbita de trocar momentum e mudar sua velocidade é com uma passagem próxima, ou estilingue gravitacional. Este tipo de manobra tem sido amplamente utilizado por sondas interplanetárias. Por exemplo, a espaçonave Rosetta que visitou o cometa 67P em 2014-2016 , durante sua jornada de dez anos até o cometa, passou nas proximidades da Terra duas vezes, em 2005 e 2007.

Como resultado, o campo de gravidade da Terra transmitiu uma aceleração substancial à Rosetta, que teria sido inatingível usando exclusivamente propulsores. Consequentemente, a Terra recebeu um impulso oposto e igual - embora isso não tenha nenhum efeito mensurável devido à massa da Terra.

Mas e se pudéssemos executar um estilingue usando algo muito mais massivo que uma espaçonave? Os asteróides certamente podem ser redirecionados pela Terra, e embora o efeito mútuo na órbita da Terra seja pequeno, essa ação pode ser repetida várias vezes para finalmente alcançar uma considerável mudança na órbita da Terra.

Algumas regiões do sistema solar são densas com pequenos corpos como asteróides e cometas, a massa de muitas delas é pequena o suficiente para ser movida com tecnologia realista, mas ainda assim ordens de magnitude maiores do que o que pode ser lançado realisticamente da Terra.

Com um desenho de trajetória preciso, é possível explorar a chamada “alavancagem Δv - um pequeno corpo pode ser retirado de sua órbita e, como resultado, passar pela Terra, proporcionando um impulso muito maior ao nosso planeta. Isso pode parecer excitante, mas estima-se que precisaríamos de um milhão desses passes próximos , separados por alguns milhares de anos, para acompanhar a expansão do sol.

O veredito

De todas as opções disponíveis, o uso de múltiplos estilingues de asteróides parece ser o mais viável no momento. Mas, no futuro, explorar a luz pode ser a chave - se aprendermos a construir estruturas espaciais gigantes ou matrizes laser superpotentes . Estes também podem ser usados ​​para exploração espacial.

Mas embora seja teoricamente possível, e possa um dia ser tecnicamente viável, pode ser mais fácil mover nossa espécie para nosso vizinho planetário, Marte, que pode sobreviver à destruição do sol. Afinal, já pousamos e percorremos sua superfície várias vezes .

Depois de considerar como seria desafiador mover a Terra, colonizar Marte, torná-lo habitável e mover a população da Terra para lá com o tempo, pode não parecer tão difícil, afinal.

Matteo Ceriotti , professor de engenharia de sistemas espaciais, Universidade de Glasgow

Este artigo foi republicado em The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original .
Fonte: Space.com

Ventos ocultos em Júpiter podem estar brincando com seu imenso campo magnético


Esta imagem ilustra os campos magnéticos de Júpiter em um único momento no tempo.(Imagem: © NASA / JPL-Caltech / Harvard / Moore e outros)

O campo magnético de Júpiter mudou desde a década de 1970, e os físicos provaram isso.

Isso não é exatamente uma surpresa. O campo magnético da Terra , o único campo planetário para o qual temos boas medições em andamento, muda o tempo todo. Mas a nova informação é importante, porque essas pequenas mudanças revelam detalhes ocultos do "dínamo" interno do planeta, o sistema que produz seu campo magnético.

Em um artigo publicado em 20 de maio na revista Nature Astronomy , uma equipe de pesquisadores analisou dados de campo magnético de quatro missões anteriores a Júpiter (Pioneer 10, que chegou a Júpiter em 1973; Pioneer 11, que chegou a Júpiter em 1974; Voyager 1, que chegou a Júpiter em 1979 e Ulisses, que chegou a Júpiter em 1992). [ 10 lugares no sistema solar que gostaríamos mais de visitar ]

Eles compararam esses dados a um mapa do campo magnético do planeta produzido pela espaçonave Juno , que conduziu a sonda mais recente e mais completa do planeta gigante. Em 2016, a Juno orbitou muito perto de Júpiter , passando de pólo a pólo, reunindo dados gravitacionais e de campo magnético detalhados. Isso permitiu aos pesquisadores desenvolver um modelo completo do campo magnético do planeta e algumas teorias detalhadas sobre como ele é produzido.

Os pesquisadores por trás deste artigo mostraram que os dados dessas quatro sondas mais antigas, embora mais limitadas (cada um deles apenas foi lançado pelo planeta uma vez), não se encaixam no modelo de 2016 do campo magnético de Júpiter.

"Encontrar algo tão minucioso quanto essas mudanças em algo tão imenso como o campo magnético de Júpiter foi um desafio", disse em um comunicado Kimee Moore, cientista Juno de Harvard e principal autora do artigo . "Ter uma linha de base de observações em close durante quatro décadas nos forneceu dados suficientes para confirmar que o campo magnético de Júpiter realmente muda com o tempo."

Um desafio: os pesquisadores estavam interessados ​​apenas em mudanças no campo magnético interno de Júpiter, mas o planeta também tem magnetismo vindo de sua atmosfera superior. Partículas carregadas de erupções vulcânicas em Io, a lua mais volátil de Júpiter , acabam na magnetosfera e na ionosfera jovianas (uma região de partículas carregadas nos confins da atmosfera de Júpiter) e também podem alterar o campo magnético. Mas os pesquisadores desenvolveram métodos para subtrair esses efeitos do seu conjunto de dados, deixando-os com dados quase inteiramente baseados no dínamo interno do planeta.

Então a questão era: o que causou as mudanças? O que está acontecendo no dínamo de Júpiter?

Os pesquisadores analisaram várias causas diferentes de mudanças no campo magnético. Seus dados se aproximaram mais das previsões de um modelo em que os ventos no interior do planeta mudam o campo magnético.

"Esses ventos se estendem da superfície do planeta até mais de 3.000 quilômetros de profundidade, onde o interior do planeta começa a mudar de gás para metal líquido altamente condutor", disse o comunicado.

Na verdade, os pesquisadores não podem ver isso tão profundamente em Júpiter, então as medidas de profundidade são realmente as melhores estimativas, com várias incertezas, escreveram os pesquisadores no artigo. Ainda assim, os cientistas têm teorias robustas para explicar como os ventos se comportam.

"Acredita-se que eles cortam os campos magnéticos, esticando-os e transportando-os pelo planeta", diz o comunicado.

A maioria dessas mudanças provocadas pelo vento parece estar concentrada na Grande Mancha Azul de Júpiter, uma região de intensa energia magnética perto do equador de Júpiter. (Essa não é a mesma coisa que a Grande Mancha Vermelha .) As partes norte e sul da mancha azul estão se deslocando para o leste em Júpiter, e a terça central está mudando para o oeste, causando mudanças no campo magnético do planeta.

"É incrível que uma mancha magnética estreita, a Grande Mancha Azul, possa ser responsável por quase toda a variação secular de Júpiter, mas os números confirmam isso", disse Moore em comunicado. 

Com este novo entendimento dos campos magnéticos, durante as futuras passagens científicas começaremos a criar um mapa planetário da variação [magnética] de Júpiter. Ele também pode ter aplicações para os cientistas que estudam o campo magnético da Terra, que ainda contém muitos mistérios a serem resolvidos."
Fonte: Space.com
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