Velas solares

 

“À medida que a humanidade continua a expandir a exploração espacial, a propulsão química atingirá seu limite."

♦   As velas solares, que aproveitam a luz do sol como os veleiros aproveitam o vento, podem ser sondas acessíveis na busca por vida alienígena em pelo menos duas luas geladas do nosso sistema solar - Europa, de Júpiter, e Enceladus, de Saturno, sugere um novo estudo.

Ao contrário dos foguetes convencionais, que exigem muito combustível para gerar impulso, as velas solares aproveitam o impulso sutil da luz solar para navegar pelo espaço. Elas são impulsionadas quando fótons, ou partículas de luz, as atingem e transmitem seu impulso. Dessa forma, "a própria luz funciona como o vento", disse Manasvi Lingam, astrobióloga do Instituto de Tecnologia da Flórida e principal autora do novo artigo, ao Space.com.  

O impulso dado pelas partículas de luz é leve, mas contínuo, o que significa que elas podem acelerar uma sonda de vela solar a velocidades inatingíveis com foguetes convencionais, que são mais pesados graças ao propulsor que carregam - um problema que aumenta com o tamanho da espaçonave. As velas solares, entretanto, ganham impulso com a luz do sol que captam, de modo que "não precisam carregar combustível a bordo", disse Lingam.

Como as velas dependem da luz solar, seu uso poderia ser limitado ao sistema solar interno, onde a luz solar é abundante. Entretanto, pelo menos em teoria, uma rede de minúsculos lasers aqui na Terra ou colocados em órbita em um dos pontos de Lagrange poderia adicionar mais impulso e, por fim, impulsionar as velas solares para o sistema solar externo, disse Lingam.

Por exemplo, no novo estudo, sua equipe estima que uma vela solar de 100 quilos poderia chegar à lua Europa de Júpiter em apenas um a quatro anos e à lua Enceladus de Saturno em três a seis anos.

Acredita-se que ambos os mundos abriguem um oceano salgado global sob suas superfícies cobertas de gelo, o que os torna alvos tentadores na busca por vida alienígena em nosso sistema solar. Enceladus é conhecido por lançar gêiseres aquosos de sua região polar sul, e indícios de plumas também foram vistos em Europa.

A amostragem dessas plumas, que podem conter biomoléculas intrigantes, como aminoácidos, permitiria que os cientistas estudassem a composição dos oceanos das luas sem a necessidade de pousar uma espaçonave e perfurar gelo espesso.  

Essa tecnologia espacial específica não é inédita. Por exemplo, a LightSail 2, uma espaçonave do tamanho de uma caixa de sapatos, financiada por crowdfunding e operada pela organização sem fins lucrativos Planetary Society, foi lançada na órbita da Terra em 2019. Em novembro de 2022, a LightSail 2 já havia alcançado 18.000 órbitas e viajado cerca de 8 milhões de quilômetros durante seus três anos em órbita - três vezes mais do que a vida útil de seu projeto original.

As velas solares também funcionaram mais longe de casa: A espaçonave Ikaros do Japão demonstrou a tecnologia de vela solar no espaço profundo em 2010.

Alguns cientistas acreditam que as velas solares poderiam até mesmo impulsionar as primeiras missões interestelares da humanidade. Por exemplo, a Breakthrough Starshot Initiative, de US$ 100 milhões, anunciada em 2016, tem como objetivo construir um enxame de espaçonaves leves do tamanho de microchips e enviá-las para Alpha Centauri, o sistema estelar mais próximo da Terra. Impulsionadas por lasers a 20% da velocidade da luz, essas velas leves poderiam chegar a Alpha Centauri em apenas 20 anos - dentro de nossas vidas.

Depois de 65 anos explorando nosso sistema solar com a tecnologia de foguetes convencionais, "em algum momento, encontraremos os limites do que pode ser explorado com propulsão química", disse Lingam. A tecnologia de vela solar poderia muito bem anunciar uma nova era de exploração espacial, acrescentou ele, especialmente se for adequada para procurar sinais de vida em locais "considerados entre os habitats mais promissores para a vida". 

🌏 Créditos/fonte/Publicação: por Sharmila Kuthunur. space. com

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Os áxions

Na busca incessante para desvendar os mistérios do universo, os cientistas propuseram a existência de uma partícula hipotética que poderia solucionar um dos enigmas mais persistentes da física: o problema CP forte na cromodinâmica quântica (QCD). Essa partícula, conhecida como áxion, foi postulada pela teoria de Peccei-Quinn em 1977 e representa uma solução elegante que não apenas promete explicar discrepâncias na teoria atual mas também poderia ser a chave para entender a composição da matéria escura.

A teoria sugere que os áxions têm uma massa extremamente baixa, dentro de uma faixa específica, e interagem raramente com a matéria normal, o que os torna candidatos ideais para compor a matéria escura fria. Esta característica os torna notoriamente difíceis de detectar, mas não impossíveis, abrindo um novo campo de investigação para a física experimental.

O Universo Invisível

O universo é um vasto mistério, com cerca de 68% composto por energia escura e apenas 5% pela matéria que conhecemos. Os áxions, se confirmados, poderiam explicar uma parte significativa do restante, oferecendo uma nova perspectiva sobre a constituição do universo. Sua existência revolucionaria nosso entendimento da matéria escura, uma das questões mais intrigantes da física contemporânea.

A Busca por Áxions

A detecção de áxions é um desafio monumental devido à sua interação extremamente fraca com a matéria convencional. No entanto, experimentos como o Observatório de Axions Solares e vários outros ao redor do mundo estão na vanguarda dessa busca, utilizando tecnologias avançadas para capturar qualquer sinal dessas partículas.

A confirmação dos áxions não apenas resolveria o problema CP forte mas também teria implicações profundas para nossa compreensão da matéria escura e da estrutura do universo. Os áxions não são apenas a chave para resolver algumas das questões mais persistentes da física; eles também prometem expandir nossa compreensão do universo de maneiras que mal podemos imaginar.

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Palavra-chave: Áxions

Tirinha do dia 

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Kleber Bastos

Prof. IFAM/CMC

Colaborador: GEDEP-fis / GIRPEN

Instagram: @fisikanarede

 

Júpiter

O planeta gigante Júpiter, em toda a sua glória de faixas, é revisitado pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA nestas últimas imagens, tiradas em 5-6 de janeiro de 2024, que capturam ambos os lados do planeta. O Hubble monitora Júpiter e os outros planetas do Sistema Solar externo todos os anos no âmbito do programa Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL). Isso se deve ao fato de esses grandes mundos estarem envoltos em nuvens e neblinas agitadas por ventos violentos, levando a um caleidoscópio de padrões climáticos em constante mudança. 

♦   O maior e mais próximo dos planetas exteriores gigantes, as nuvens coloridas de Júpiter apresentam um caleidoscópio de formas e cores em constante mudança. Esse é um planeta onde sempre há tempestades: ciclones, anticiclones, cisalhamento do vento e a maior tempestade do Sistema Solar, a Grande Mancha Vermelha. Júpiter não tem superfície sólida e é perpetuamente coberto por nuvens de cristais de gelo, em grande parte de amônia, com apenas 48 quilômetros de espessura em uma atmosfera com dezenas de milhares de quilômetros de profundidade, o que dá ao planeta a aparência de faixas. As faixas são produzidas pelo fluxo de ar em diferentes direções em várias latitudes, com velocidades próximas a 560 quilômetros por hora. As áreas de tons mais claros onde a atmosfera se eleva são chamadas de zonas. As regiões mais escuras, onde o ar desce, são chamadas de cinturões. Quando esses fluxos opostos interagem, surgem tempestades e turbulência. O Hubble acompanha essas mudanças dinâmicas todos os anos com uma clareza sem precedentes, e sempre há surpresas. As muitas tempestades grandes e as pequenas nuvens brancas vistas nas últimas imagens do Hubble são evidências de que há muita atividade acontecendo na atmosfera de Júpiter neste momento.

[ 📷   IMAGEM 1 ] - Grande o suficiente para engolir a Terra, a clássica Grande Mancha Vermelha se destaca na atmosfera de Júpiter. Na parte inferior direita, em uma latitude mais ao sul, há uma característica às vezes chamada de Mancha Vermelha Jr. Esse anticiclone foi o resultado da fusão de tempestades em 1998 e 2000, e apareceu pela primeira vez em vermelho em 2006, antes de retornar a um bege pálido nos anos seguintes. Este ano, ele está um pouco mais vermelho novamente. A origem da coloração vermelha é desconhecida, mas pode envolver uma série de compostos químicos: enxofre, fósforo ou material orgânico. Permanecendo em suas faixas, mas movendo-se em direções opostas, a Mancha Vermelha Jr. passa pela Grande Mancha Vermelha a cada dois anos. Outro pequeno anticiclone vermelho aparece no extremo norte.

[ 📷   IMAGEM 2 ] - A atividade das tempestades também aparece no hemisfério oposto. Um par de tempestades, um ciclone vermelho escuro e um anticiclone avermelhado, aparecem um ao lado do outro à direita do centro. Elas são tão vermelhas que, à primeira vista, parece que Júpiter esfolou um joelho. Essas tempestades estão girando em direções opostas, indicando um padrão alternado de sistemas de alta e baixa pressão. Para o ciclone, há um afloramento nas bordas com nuvens descendo no meio, causando uma limpeza na névoa atmosférica. Espera-se que as tempestades passem umas pelas outras porque sua rotação oposta no sentido horário e anti-horário faz com que elas se repelem.

Na borda esquerda da imagem está a lua galileana mais interna, Io - o corpo mais vulcanicamente ativo do Sistema Solar, apesar de seu pequeno tamanho (apenas um pouco maior que a lua da Terra). O Hubble resolve os depósitos de escoamento vulcânico na superfície. A sensibilidade do Hubble aos comprimentos de onda azul e violeta revela claramente características interessantes da superfície.

O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a ESA e a NASA.

🌏 Crédito: NASA, ESA, J. DePasquale (STScI), A. Simon (NASA-GSFC)

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