O Sol ☀️ reclama por 2024

No início do domingo (29 de dezembro), o sol disparou uma erupção solar de classe X1.1, um dos tipos mais poderosos de explosões solares possíveis, no que pode ser sua última grande explosão de 2024. A erupção solar irrompeu da região noroeste do lado do sol voltado para a Terra às 2h18 EST (0718 GMT) e gerou um forte apagão de rádio em partes da Terra, escreveu o Centro de Previsão do Clima Espacial da NOAA (SWPC) em uma atualização no domingo.

"A análise está em andamento para determinar se houve uma ejeção de massa coronal associada e quaisquer impactos potenciais", escreveram funcionários do SWPC na atualização. As ejeções de massa coronal, ou CMEs, são erupções colossais de material solar que, quando direcionadas à Terra, podem amplificar as exibições da aurora boreal e interferir nos satélites e na infraestrutura de energia na Terra. 

Os funcionários do SWPC estão rastreando os impactos da explosão solar para determinar se um evento CME estava associado a ela. Nesse caso, é possível que a explosão possa sobrecarregar as auroras na Terra em uma espécie de queima de fogos de artifício solar a tempo das celebrações do Ano Novo.

Mas enquanto a explosão solar X1.1 foi um dos tipos mais poderosos de explosões possíveis, não foi a maior explosão solar de 2024. Esse título vai para uma erupção solar X9 em 3 de outubro. Foi a terceira maior erupção solar desde 2011 e a quinta maior desde 2005.

🌏 Créditos/fonte/Publicação: por   Tariq Malik  - space.com

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antimatter hypernucleus

Collisions between heavy ions at the Large Hadron Collider (LHC) create quark–gluon plasma, a hot and dense state of matter that is thought to have filled the Universe around one millionth of a second after the Big Bang. Heavy-ion collisions also create suitable conditions for the production of atomic nuclei and exotic hypernuclei, as well as their antimattercounterparts, antinuclei and antihypernuclei. Measurements of these forms of matter are important for various purposes, including helping to understand the formation of hadrons from the plasma’s constituent quarks and gluons and the matter–antimatter asymmetry seen in the present-day Universe.

Hypernuclei are exotic nuclei formed by a mix of protons, neutrons and hyperons, the latter being unstable particles containing one or more quarks of the strange type. More than 70 years since their discovery in cosmic rays, hypernuclei remain a source of fascination for physicists because they are rarely found in nature and it’s challenging to create and study them in the laboratory.

In heavy-ion collisions, hypernuclei are created in significant quantities, but until recently only the lightest hypernucleus, hypertriton, and its antimatter partner, antihypertriton, have been observed. A hypertriton is composed of a proton, a neutron and a lambda (a hyperon containing one strange quark). An antihypertriton is made up of an antiproton, an antineutron and an antilambda.

Following hot on the heels of an observation of antihyperhydrogen-4 (a bound state of an antiproton, two antineutrons and an antilambda), reported earlier this year by the STAR collaboration at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), the ALICE collaboration at the LHC has now seen the first ever evidence of antihyperhelium-4, which is composed of twoantiprotons, an antineutron and an antilambda. The result has a significance of 3.5 standard deviationsand also represents the first evidence of the heaviest antimatter hypernucleus yet at the LHC.

The ALICE measurement is based on lead–lead collision data taken in 2018 at an energy of 5.02 teraelectronvolts (TeV) for each colliding pair of nucleons (protons and neutrons). Using a machine-learning technique that outperforms conventional hypernuclei search techniques, the ALICE researchers looked at the data for signals of hyperhydrogen-4, hyperhelium-4 and their antimatter partners. Candidates for (anti)hyperhydrogen-4 were identified by looking for the (anti)helium-4 nucleus and the charged pion into which it decays, whereas candidates for (anti)hyperhelium-4 were identified via its decay into an (anti)helium-3 nucleus, an (anti)proton and a charged pion.

In addition to finding evidence of antihyperhelium-4 with a significance of 3.5 standard deviations, as well as evidence of antihyperhydrogen-4 with a significance of 4.5 standard deviations, the ALICE team measured the production yields and masses of both hypernuclei.

For both hypernuclei, the measured masses are compatible with the current world-average values. The measured production yields were compared with predictions from the statistical hadronisation model, which provides a good description of the formation of hadrons and nuclei in heavy-ion collisions. This comparison shows that the model’s predictions agree closely with the data if both excited hypernuclear states and ground states are included in the predictions. The results confirm that the statistical hadronisation model can also provide a good description of the production of hypernuclei, which are compact objects with sizes of around 2 femtometres (1 femtometre is 10-15 metres).

The researchers also determined the antiparticle-to-particle yield ratios for both hypernuclei and found that they agree with unity within the experimental uncertainties. This agreement is consistent with ALICE’s observation of the equal production of matter and antimatter at LHC energies and adds to the ongoing research into the matter–antimatter imbalance in the Universe.

For CERN.com

A banana e a emissão da antimatéria

Não, você não leu errado! Bananas podem produzir antimatéria, a substância exótica do Universo que aniquila-se ao encontrar matéria comum. 

Flip Tanedo, físico do departamento de astronomia da Universidade da Califórnia estava preparando uma palestra sobre "A Física de Anjos e Demônios" para um grupo de professores de física do ensino médio que foram visitar Cornell University durante o congresso de Física Contemporânea para Professores. Enquanto pesquisava 'fontes naturais de antimatéria,' ele descobriu um artigo curioso sobre um isótopo de potássio que naturalmente, em algumas fração do tempo, decai via emissão de pósitrons. A conclusão do artigo foi de que:

 "A reconstrução média de uma banana (rica em potássio) produz um pósitron aproximadamente uma vez a cada 75 minutos."

Ciente das inúmeras informações distorcidas da internet, ele verificou isso na tabela de isótopos LBDN). O que ele descobriu foi que curiosamente isso parecia estar correto!

O Potássio-40 ( 40K) é um isótopo natural que é instável e decai, mas tem uma enorme meia-vida, cerca de um bilhão de anos. Nos dias de hoje apenas uma pequena fração (100 partes por milhão) de átomos de potássio estão, na verdade, na forma 40K, mas os objetos que são densos em potássio - como bananas - são susceptíveis a terem dezenas de microgramas do material. Sintetizando mais os números (como fizeram no artigo original), verificou-se que as bananas produzem um pósitron a cada 75 minutos mais ou menos.

Estes pósitrons aniquilam-se rapidamente com os elétrons do ambiente, talvez passando por algumas outras interações e liberando alguns fótons de antemão.

O potássio desempenha um papel necessário em nossa biologia, mesmo podendo produzir positrons de vez em quando.

O Hexágono do favo de mel 🍯

A forma hexagonal perfeita das células do favo de mel é considerada uma façanha incrível de quem domina conhecimentos de matemática e possui habilidade arquitetônica, fascinando e intrigando humanos há milênios. Hoje, sabe-se que as células começam como círculos. Ao aquecer as células, as abelhas fazem com que a cera derreta e flua como lava, fazendo com que as paredes das células caiam e assumam a forma de um hexágono. 

Os hexágonos possuem a maior relação superfície/perímetro, em comparação com outros polígonos que podem ser usados para ladrilhar o plano, o que sugere que as abelhas constroem suas células hexagonais para atingir a melhor economia de material (evita o desperdício). 

Ademais, estudos apontam que elas aquecem a célula de uma só vez, transformando círculos em hexágonos em apenas seis segundos, o que minimiza o gasto de energia e torna logo estável e resistente a colméia. Compreender como elas realizam isso com tanta firmeza, fineza e beleza é uma busca antiga que pode ajudar na criação de materiais estruturais e de construção mais leves, estáveis e resistentes.

“Há uma obra-prima, a célula hexagonal, que toca a perfeição. Nenhum ser vivo, nem mesmo humano, conseguiu, o que a abelha alcançou sozinha. E se a inteligência de outro mundo descesse e pedisse à Terra a criação mais perfeita, eu ofereceria o humilde favo de mel.” Maurice Maeterlinck, in The Bee's Life (A Vida da Abelha), 

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Eclipse solar

♦   Os eclipses solares podem ser confusos.

Quase todo mundo já ouviu falar de um eclipse solar total - também conhecido como eclipse total do sol - mas muitas vezes é confundido com um eclipse solar anular de "anel de fogo" ("anular" significa "anel"). Ambos os tipos de eclipses solares são descritos pelos astrônomos como eclipses solares centrais, mas as diferenças geométricas exatas entre eles são pequenas. No entanto, essas diferenças têm um efeito enorme sobre o que os observadores veem, sentem e experimentam. Enquanto um dos tipos de eclipse pode ser descrito apenas como uma bela visão, o outro é uma experiência multissensorial inspiradora.

Aqui está tudo o que você precisa saber sobre as diferenças astronômicas entre um eclipse solar total e um eclipse solar anular para ajudar a prepará-lo para o próximo eclipse solar anular em 2 de outubro de 2024.

🔹 DINÂMICA ASTRONÔMICA DOS ECLIPSES SOLARES

Um eclipse solar ocorre quando a lua fica entre a Terra e o sol, lançando uma sombra sobre a Terra.

A razão básica pela qual os eclipses solares acontecem é porque a lua orbita a Terra a cada 27 dias, muitas vezes fica aproximadamente entre a Terra e o sol. No entanto, os eclipses solares não acontecem todos os meses. Isso porque o plano da órbita da Lua da Terra é inclinado em 5º em relação à órbita da Terra do Sol. Duas vezes por mês, a lua cruza a eclíptica apropriadamente chamada - o caminho do sol através do nosso céu diurno - em pontos que os astrônomos chamam de nós, de acordo com o EarthSky. Se uma lua nova cruza a eclíptica, ela causa um eclipse solar, o que pode acontecer durante as duas temporadas de eclipses de cada ano.

É possível que a lua bloqueie o sol porque, em média, é 400 vezes menor que o sol, mas também 400 vezes mais perto da Terra. Os dois objetos, portanto, têm um tamanho aparente muito semelhante em nosso céu. É uma coincidência incrível, mas, na realidade, não funciona bem assim. Algo mais acontece que resulta em dois tipos diferentes de eclipses solares.

🔹 TOTAL VS. ANULAR: AS TRÊS SOMBRAS DA LUA

Quando a lua bloqueia uma parte do sol vista da Terra, ela lança uma sombra difusa em uma grande parte da Terra. Esta é a sombra penumbral da lua e se você ficar dentro dela e usar óculos de segurança para eclipse solar, poderá ver um eclipse solar parcial. No entanto, a parte interna e mais escura da sombra da lua é o que causa os chamados eclipses solares centrais - anulares e totais.

Essa sombra interna é estreita, em forma de cone e projetada como um caminho através da Terra, além (e dentro) da penumbra. Esse caminho se move pela superfície da Terra de oeste para leste porque a lua orbita de oeste para leste. Durante um eclipse solar total, a ponta desse cone toca a Terra e é chamada de umbra. É também por isso que os caçadores de eclipses às vezes são chamados de umbrófilos, de acordo com o The Smithsonian. Aqueles neste caminho de totalidade abaixo experimentam uma breve escuridão durante o dia. Durante um eclipse solar anular, o cone umbral não atinge a Terra, então, em vez disso, cria uma sombra antumbral. Aqueles em seu caminho - o caminho da anularidade - veem um "anel de fogo" ao redor da lua.

🔹 ECLIPSES SOLARES TOTAIS: O FENÔMENO DA 'TOTALIDADE'

Um eclipse solar total ocorre quando a lua passa precisamente entre a Terra e o sol, enquanto seu tamanho aparente é igual ou maior que o sol. Deixando de lado os caçadores de eclipses dedicados, é raro alguém na Terra experimentar um eclipse solar total. Isso porque você precisa estar no lado diurno da Terra durante um eclipse solar, mas também dentro do caminho da totalidade (a sombra umbral da lua), que tem cerca de 10.000 milhas de comprimento, mas apenas cerca de 100 milhas (ou mais) de largura. Além disso, todos os eclipses solares ocorrem em grande parte no mar (afinal, mais de 70% da Terra é coberta pelo oceano).

Todo o evento leva cerca de três horas, mas é a breve totalidade - quando toda a luz do sol é bloqueada (por até seis minutos, de acordo com Timeanddate.com) - que é a razão pela qual os caçadores de eclipses vão a qualquer lugar para experimentar um. A totalidade dá aos espectadores a chance de ver a atmosfera externa do sol - a coroa - a olho nu, que normalmente se perde no brilho do sol. Em ambos os lados da totalidade, é possível ver contas de luz fluindo pelos vales da lua, chamadas de contas de Baily. A última conta de Baily antes do início da totalidade cria um efeito de 'anel de diamante' por uma fração de segundo quando a coroa emerge. A primeira conta de Baily, à medida que a totalidade cessa, causa outra.

A totalidade causa um crepúsculo profundo, com os observadores também experimentando uma queda perceptível na temperatura cerca de 20 minutos antes da totalidade, porque a radiação solar na umbra - o caminho da totalidade - é reduzida.

🔹 ECLIPSES SOLARES ANULARES: O INFAME 'ANEL DE FOGO'

Um eclipse solar anular é a evidência mais óbvia de que o caminho orbital da lua ao redor da Terra é uma ligeira elipse. Durante cada órbita da Terra, a lua atinge o perigeu (seu ponto mais próximo da Terra) e o apogeu (seu ponto mais distante). Quando uma lua cheia do perigeu coincide com uma lua cheia, geralmente é chamada de superlua porque parece ser maior do que o normal. Se uma lua nova está perto do perigeu enquanto cruza a eclíptica, ela causa um eclipse solar total, enquanto uma lua nova do apogeu - que parece menor no céu do que o normal - não pode cobrir o disco solar. O resultado é um eclipse solar anular durante o qual um anel de luz solar é visível ao redor da lua por alguns minutos.

Há uma exceção a isso. Um eclipse solar anular também pode ocorrer quando a Terra está no periélio, o mais próximo do sol que ela chega durante sua própria órbita elíptica, de acordo com a EarthSky.

Este "anel de fogo" não é uma visão tão espetacular quanto a totalidade e deve ser visto o tempo todo através de filtros solares. Lembre-se de NUNCA olhar para o sol sem proteção adequada. Nosso guia de como observar o sol com segurança e o que procurar ajudará você a aproveitar ao máximo seus empreendimentos de observação do sol.

🔹 RECURSOS ADICIONAIS

Quer olhar mais adiante? Você pode encontrar um resumo conciso dos eclipses solares até 2030 no site de eclipses da NASA. Leia mais sobre eclipses solares e lunares no Eclipse Wise, um site dedicado a previsões de eclipses, e encontre belos mapas no GreatAmericanEclipse.com do cartógrafo de eclipses Michael Zeiler e no Google Maps interativo no site de eclipses de Xavier Jubier. Você pode encontrar previsões climáticas e meteorológicas do meteorologista Jay Anderson no eclipsophile.com.

🔹 BIBLIOGRAFIA

Bakich, M. e Zeiler, M. (2020). O Atlas dos Eclipses Solares - 2020 a 2045. https://www.greatamericaneclipse.com/books/atlas-of-solar-eclipses-2020-to-2045

EarthSky, 9 de abril de 2023. Por que não há eclipse a cada lua cheia e nova? Recuperado em 9 de agosto de 2023 de https://earthsky.org/astronomy-essentials/why-isn't-there-an-eclipse-every-full-moon

Hora e data. (nd) O que é um eclipse solar total? Recuperado em 9 de agosto de 2023 de https://www.timeanddate.com/eclipse/total-solar-eclipse.html

 

🌏 Créditos/fonte/Publicação: por  Por Jamie Carter . 

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Nova nuvem no céu ?

Cientistas do CERN descobriram um processo de decaimento de partículas ultra-raro, abrindo um novo caminho para encontrar a física além de nossa compreensão de como os blocos de construção da matéria interagem.

A colaboração NA62 apresentou em um seminário do CERN EP a primeira observação experimental do decaimento ultra-raro do kaon carregado em um píon carregado e um par neutrino-antineutrino (K → πνṽ).++

Esta é uma ocorrência ultra-rara - o Modelo Padrão (SM) da física de partículas, que explica como as partículas interagem, prevê que menos de um em 10 bilhões de kaons decairá dessa maneira. O experimento NA62 foi projetado e construído especificamente para medir esse decaimento kaon.

Cristina Lazzeroni, professora de física de partículas da Universidade de Birmingham, disse: "Com essa medição, K → πνṽ se torna o decaimento mais raro estabelecido no nível de descoberta - o famoso 5 sigma. Esta análise difícil é o resultado de um excelente trabalho em equipe e estou extremamente orgulhoso deste novo resultado."++

Os kaons são produzidos por um feixe de prótons de alta intensidade fornecido pelo CERN Super Proton Synchrotron (SPS), colidindo com um alvo estacionário. Isso cria um feixe de partículas secundárias com quase um bilhão de partículas por segundo voando para o detector NA62, cerca de 6% das quais são kaons carregados. O detector identifica e mede com precisão cada kaon e seus produtos de decaimento, exceto neutrinos que aparecem como energia ausente.

O professor Giuseppe Ruggiero, da Universidade de Florença, acrescentou: "Este é o culminar de um longo projeto iniciado há mais de uma década. Procurando efeitos na natureza que tenham probabilidades de acontecer da ordem de 10-11 é fascinante e desafiador. Após um trabalho rigoroso e meticuloso, recebemos uma recompensa impressionante pelo nosso esforço e entregamos um resultado há muito esperado."

O novo resultado é baseado na combinação de dados obtidos pelo experimento NA62 em 2021–22 e um resultado publicado anteriormente com base no conjunto de dados de 2016–18. O conjunto de dados de 2021–22 foi coletado após um conjunto de atualizações na configuração do NA62, permitindo a operação com intensidade de feixe 30% maior com vários detectores novos e aprimorados.

As atualizações de hardware combinadas com técnicas de análise refinadas permitiram a coleta de candidatos a sinais a uma taxa 50% maior do que antes, ao mesmo tempo em que adicionavam novas ferramentas para suprimir fundos.

Um grupo de cientistas da Universidade de Birmingham, atualmente liderado pelo professor Evgueni Goudzovski, juntou-se ao experimento NA62 na fase de projeto em 2007 - desempenhando um papel central na colaboração.

O professor Goudzovski comentou: "Atrair os melhores talentos e oferecer cargos de responsabilidade a pesquisadores em início de carreira sempre foi a prioridade do grupo. Estamos orgulhosos de que tanto o atual coordenador de física do NA62 quanto o atual organizador da medição K → πνṽ sejam ex-alunos de doutorado em Birmingham. É um privilégio trabalhar e liderar uma equipe tão enérgica e construtiva."++

A equipe de pesquisa está estudando o decaimento K → πνṽ porque é muito sensível à nova física além da descrição do SM. Isso torna o decaimento um dos processos mais interessantes para procurar evidências de uma nova física.++

A fração de kaons que decaem em um píon e dois neutrinos é medida em cerca de 13 em 100 bilhões. Isso corresponde às previsões da SM, mas é cerca de 50% maior.

Isso pode ser devido a novas partículas que aumentam a probabilidade desse decaimento, mas são necessários mais dados para confirmar essa ideia. O experimento NA62 está atualmente coletando dados e os cientistas esperam confirmar ou descartar a presença de uma nova física nesse decaimento nos próximos anos.

MAIS INFORMAÇÕES: Seminários do CERN: indico.cern.ch/event/1447422/

Fornecido pela Universidade de Birmingham 

Créditos/fonte/Publicação: por  Universidade de Birmingham. phys.org 

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Gargamelle

Por: CERN.com

Em 3 de setembro de 1973, pesquisadores trabalhando no experimento Gargamelle publicaram dois artigos revelando as primeiras evidências de correntes neutras fracas. As correntes neutras foram a primeira indicação experimental da existência do bóson Z, e um grande passo para a verificação da teoria eletrofraca.

Gargamelle era uma câmara de bolhas projetada para detectar neutrinos e construída por laboratórios do CEA, da Ecole Polytechnique e da Faculdade de Ciências em Orsay.

Hoje, ela pode ser vista em exibição no jardim do Science Gateway. 

Créditos: https://home.cern/news/series/cern70/cern70-gargantuan-discovery

A busca por ET’s em Trappist 1

Se você pretende procurar vida inteligente além da Terra, há poucos candidatos melhores do que o sistema estelar TRAPPIST-1. Não é uma escolha perfeita. Estrelas anãs vermelhas como a TRAPPIST-1 são famosas por emitirem chamas e raios X fortes em sua juventude, mas o sistema está a apenas 40 anos-luz de distância e tem sete mundos do tamanho da Terra.

Três deles estão na zona potencialmente habitável da estrela. Elas estão agrupadas suficientemente próximas para sofrerem forças de maré e, portanto, serem geologicamente ativas. Se a vida inteligente surge facilmente no cosmos, então há uma boa chance de que ela exista no sistema TRAPPIST-1.

Mas é difícil encontrar evidências de vida inteligente em um planeta distante. A menos que o Sr. Mxyzptlk ou o Grande Gazoo queiram falar sobre a garantia estendida do seu carro, qualquer sinal que detectarmos provavelmente será sutil, semelhante aos sinais de rádio perdidos que emitimos da Terra.

Portanto, o desafio é distinguir os sinais reais de alienígenas, conhecidos como tecnoassinaturas, das emissões naturais de estrelas e planetas. Recentemente, uma equipe usou o Allen Telescope Array para capturar 28 horas de sinais do TRAPPIST-1 em um esforço para encontrar os alienígenas indescritíveis.

O estudo começou com algumas suposições. A maior delas foi presumir que, se o TRAPPIST-1 tiver uma civilização inteligente, ela provavelmente se espalhará por mais de um mundo. Considerando a compactação do sistema, isso não é muito estranho. Ir de um mundo a outro não seria muito mais difícil do que é para nós chegarmos à Lua.

Com essa suposição, a equipe então presumiu que os mundos transmitiriam mensagens de rádio entre si. Como os sinais precisariam atravessar distâncias interplanetárias, eles seriam as tecnoassinaturas mais fortes e mais claras do sistema.

Assim, a equipe se concentrou nos sinais durante uma ocultação de planeta-planeta (PPO). Isso ocorre quando dois planetas se alinham a partir de nosso ponto de vista. Durante um PPO, qualquer sinal enviado do planeta distante para o planeta mais próximo se espalharia e acabaria chegando até nós.

As descobertas foram publicadas no servidor de pré-impressão arXiv.

Com 28 horas de dados de observação em mãos, a equipe filtrou mais de 11.000 sinais candidatos - sinais que eram mais fortes do que a faixa esperada para sinais naturais. Em seguida, usando modelos de computador do sistema, eles determinaram sete possíveis eventos de PPO e reduziram ainda mais a lista para cerca de 2.200 sinais potenciais que ocorrem durante uma janela de PPO. A partir daí, eles passaram a determinar se algum desses sinais era estatisticamente incomum o suficiente para sugerir uma origem inteligente. Infelizmente, a resposta foi não.

Infelizmente, se há alienígenas no sistema TRAPPIST-1, nós ainda não os encontramos. Mas o resultado não deve minimizar esse estudo. Ele é a pesquisa contínua mais longa do sistema até o momento, o que é muito legal. E é incrível que tenhamos chegado ao ponto em que podemos fazer esse estudo. Estamos procurando ativamente por exoplanetas conhecidos em detalhes.

🔹 MAIS INFORMAÇÕES: Nick Tusay et al, A Radio Technosignature Search of TRAPPIST-1 with the Allen Telescope Array, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2409.0831

Fornecido por Universe Today 

🌏 Créditos/fonte/Publicação: por  Brian Koberlein, Universe Today . phys.org

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Por que as espaçonaves são lançadas para o leste ?

Não é apenas uma escolha aleatória – trata-se de aproveitar a rotação da Terra para tornar as viagens espaciais mais eficientes! Funciona assim: para permanecer em órbita, uma espaçonave precisa viajar a velocidades em torno de 28.200 km/h. Essa velocidade permite que ele caia ao redor da Terra na mesma velocidade com que o planeta se curva abaixo dele. 

🌎💫 Mas a Terra também está girando abaixo de nós a cerca de 1.600 km/h. Quando você lança uma espaçonave em direção ao leste, você basicamente obtém um “impulso” dessa velocidade de rotação. 🚀💨 É como começar uma corrida com vento forte! Se você lançasse em direção ao oeste, precisaria superar essa velocidade de rotação e atingir os 17.500 mph necessários para a órbita. Isso tornaria o alcance da órbita muito mais difícil e consumiria mais combustível. 

🚀🔥 A única exceção a esta tendência para leste é a órbita polar, onde as naves espaciais são lançadas para norte ou para sul. Embora não utilize a rotação da Terra para ajudar, permite que a nave espacial cubra toda a superfície da Terra, proporcionando capacidades de observação abrangentes. 

🌐🔭 Então, da próxima vez que você vir o lançamento de um foguete, lembre-se, não é apenas um espetáculo emocionante – é uma manobra cuidadosamente calculada para aproveitar a rotação da Terra! 🌟🚀 

Jurassic Park: Ficção ou realidade?

No filme Jurassic Park cientistas extraem o DNA de dinossauros de insetos hematófagos preservados em âmbar. A partir desse DNA recriam os grandes répteis que viveram há mais de 65 milhões de anos em nosso planeta.

O âmbar é uma resina de árvore fossilizada que pode preservar animais por muito tempo. Essas resinas naturais possuem compostos químicos com propriedades conservantes e antimicrobianas e parecem um material promissor para a preservação de DNA. Assim, esperava-se que a molécula de DNA pudesse ser facilmente extraída dos restos de tecidos desses animais. Infelizmente, tal molécula se degrada facilmente e as tentativas de se obter DNA antigo sempre foram frustradas.

Pesquisadores da Universidade de Bonn, Alemanha conseguiram extrair DNA de organismos preservados em âmbar. Embora o DNA seja uma molécula lábil, eles a encontraram em besouros incorporados em pedaços de resina de dois a seis anos de idade. Tais insetos estavam no interior da resina de uma árvore (Hymenaea verrucosa) coletada em Madagascar. O DNA desses besouros foi extraído e amplificado.

Os pesquisadores descrevem o método que agora possibilita o estudo de DNAs antigos de organismos preservados em âmbar. A questão agora é saber por quanto tempo o DNA pode permanecer intacto em âmbar. A preservação de DNA por alguns anos nessas resinas está demonstrada. No entanto, os dinossauros viveram por aqui há mais de 65 milhões! Ao longo desse tempo, eventos que incluem mudanças de pressão e de temperatura minimizam a probabilidade de preservação do DNA em âmbar. Desse modo, é melhor deixarmos o Jurrasic Park restrito ao terreno da ficção.

REFERÊNCIA

Peris et al. DNA from resin-embedded organisms: Past, present and future, PLOS ONE (2020). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239521

Por que o pôr do Sol é avermelhado?

A luz é uma onda eletromagnética. Cada cor tem um comprimento de onda diferente. As cores azuladas têm comprimento menores que as avermelhadas.

A atmosfera é composta principalmente de moléculas e partículas muito pequenas. Quando um raio de luz do Sol encontra uma partícula pequena ele é espalhado em todas as direções. Tais micropartículas espalham principalmente as ondas muito curtas (azuis), que chegam aos nossos olhos

Porém, se a luz solar atravessa uma distância muito longa na atmosfera, as ondas de pequeno comprimento (azulada) vão sendo dispersadas pelas micropartículas  antes de chegar aos nossos olhos. Já as ondas mais longas (avermelhadas) continuam o seu caminho.

Quando o Sol está próximo do horizonte a luz precisa atravessar uma distância maior na atmosfera (veja o esquema). Assim, mais raios avermelhados atingirão o observador da Terra.

Quando há excesso de queimadas e muita poluição, partículas pequenas de fuligem e de outros poluentes aumentam a dispersão das ondas azuladas e tornam o Sol e céu ainda mais avermelhados.

O gás carbônico e o aquecimento global

O gás carbônico (CO2) liberado pela queima de combustível fóssil e pelo desmatamento é apontado como um dos principais responsáveis pelo aumento do efeito estufa.

A Terra recebe luz do Sol que inclui diferentes comprimentos de onda. Parte dessa radiação é transmitida pela Terra de volta à atmosfera em forma de ondas infravermelhas (ondas de calor). A Terra emite ondas infravermelhas principalmente entre 3 e 60 μm (micrômetros) (gráfico de cima). Parte dessas ondas infravermelhas atravessa a atmosfera e retorna ao espaço. Porém, as ondas de 4,3 e as de 15 μm são absorvidas pelas moléculas de CO2 (gráfico de baixo). A molécula de CO2 apresenta dois estados de vibração natural (axial e angular) que ocorrem justamente nas mesmas frequências desses dois comprimentos de onda. É isso que possibilita que ela absorva essas ondas. Tal absorção provoca a intensificação das vibrações da molécula de CO2. Depois disso, essas moléculas retornam ao estado energético natural, liberando tais ondas. Assim, parte da radiação infravermelha retorna para a atmosfera. Importante ressaltar que isso acontece com as ondas de comprimento de 15 μm, próximo justamente à maior intensidade de infravermelho transmitida pela Terra (ver pico da curva gráfico). 

Portanto, o CO2 bloqueia o retorno de ondas de calor com comprimento em torno de 4,3 e de 15 μm. Tais ondas reemitidas pelas moléculas de CO2, sobretudo as de 15 μm, colaboram intensamente para o efeito estufa. 

As emissões globais de gás carbônico continuam crescendo e têm atingido as maiores altas da história nos últimos anos. O seu aumento tem causado o aumento da  temperatura da Terra  (ver https://www.facebook.com/entendamai.../posts/585634529484934 ). Já passou da hora da humanidade ter uma atitude responsável!

Do que é feito uma estrela?

Podemos reconhecer a composição química de uma estrela com o auxílio de um espectrofotômetro. A luz de uma estrela pode ser decomposta em um espectro de cores através de um prisma. Esse espectro de cores é interrompido por linhas escuras. Cada elemento químico produz linhas próprias, ou seja, cada um tem uma assinatura própria. Assim, pelo conjunto total dessas linhas é possível conhecermos a composição química do Sol e de todas as demais estrelas visíveis.

A expansão do Universo

A maioria das galáxias (que agrupam bilhões de estrelas) está se afastando de nós. Conclui-se que o universo está em plena expansão. Mas como sabemos se uma galáxia está se aproximando ou se afastando de nós? O efeito Doppler explica isso facilmente!

O EFEITO DOPPLER

O som emitido de uma fonte estacionária consiste de ondas que se propagam em todas as todas as direções com uma frequência constante. As ondas são concêntricas e espaçadas igualmente. Se a fonte emissora de ondas se mover, o padrão parecerá diferente. As ondas se agrupam (se aproximam) na frente da fonte emissora e ficam mais espaçadas atrás dela.

Tal efeito pode ser percebido ao escutarmos o som (uma onda mecânica) emitido por uma ambulância em alta velocidade. Quando a ambulância se aproxima de nós o som se torna mais agudo ("ondas se agrupam"), mas fica mais grave ("ondas mais espaçadas") quando a ambulância se afasta.

O DESVIO DA COR DAS GALÁXIAS

A luz emitida pelas galáxias é uma onda eletromagnética. O movimento de uma fonte emissora de onda eletromagnética também produz o efeito Doppler. No caso do som, ondas mais agrupadas correspondem a um tom mais agudo, que tem maior frequência. Já as mais espaçadas equivalem a um som mais grave, de menor frequência. No caso de uma onda eletromagnética, as ondas com maior frequência possuem tons azulados e as de menor são avermelhadas.

Andrômeda, a galáxia-irmã, tem um desvio para o azul ao longo do tempo. Portanto, ela está se aproximando e deve colidir com nossa galáxia daqui a bilhões de anos. Galáxias próximas entre si podem ser atraídas pelo efeito da gravidade. Porém, a maior parte das galáxias apresenta um desvio para o vermelho. Assim, não há dúvida elas estão se afastando de nós e o universo está se expandindo!

A Equação de Dirac

A equação de Dirac é uma equação fundamental na física quântica que descreve o comportamento de partículas subatômicas com spin 1/2, como os elétrons , em um quadro relativista. Foi formulada em 1928 por Paul Dirac com o objetivo de combinar os princípios da mecânica quântica e a relatividade especial, e representa um avanço significativo na compreensão da natureza das partículas elementares.

✅O QUE EXPLICA A EQUAÇÃO?

A equação de Dirac fornece uma descrição precisa de como se comportam as partículas de espinho 1/2 (como os electrões) que se movem a velocidades próximas da luz. Ao contrário da equação de Schrödinger, que é não relativista, a equação de Dirac é relativisticamente invariante, o que significa que é válida tanto para baixas como para altas velocidades.

✅EXISTÊNCIA DE ANTI-PARTICULAS.

Uma das implicações mais notáveis da equação de Dirac é a previsão da existência de antipartículas. Ao resolver a equação, surgem soluções com energia negativa, o que levou Dirac a propor a existência de partículas com a mesma massa que os electrões, mas com carga oposta. Esta foi a primeira previsão teórica do positron, a antipartícula do elétron, confirmada experimentalmente em 1932.

✅ ESTRUTURA DE ESPINIM E MAGNETISMO INTRÍNSECO (próprio).

A equação de Dirac também explica o espinho das partículas e seu momento magnético intrínseco. Introduz a descrição das espinhas, que são funções de onda que representam partículas de espinho 1/2, e permite entender como essas partículas interagem com campos eletromagnéticos, ajudando a explicar fenômenos como o efeito Zeeman e a estrutura fina dos espetros atômicos.

✅NASCIMENTO DA EQUAÇÃO.

Dirac formulou sua equação partindo da necessidade de descrever partículas subatômicas em um contexto relativista. Para isso, baseou-se na quação de Schrödinger. Embora esta equação descreva o comportamento de partículas na mecânica quântica, não é relativisticamente invariante e é válida apenas para velocidades baixas comparadas com a velocidade da luz.

Também foi baseado na Relatividade Especial de Einstein. Ele usou o princípio da invariancia relativista, que estabelece que as leis da física devem ser as mesmas em todos os sistemas de referência inercial. Isso requer que qualquer equação quântica também respeite as transformações de Lorentz, que são fundamentais na relatividade especial.

Além disso, ele usou a equação de Klein-Gordon. Esta equação foi a primeira tentativa de descrever partículas em um quadro quântico relativista, mas tinha problemas ao aplicar-se a partículas com espinho 1/2 e não assegurava soluções com energia positiva definida.

Para superar essas limitações, Dirac procurou uma equação linear tanto nas derivadas temporais como espaciais e relativisticamente invariante. Propôs uma equação que utilizava matrizes especiais (matrizes de Dirac) que satisfazem certas relações algébricas para garantir essa invariaância. Isto permitiu uma descrição adequada do espinho e o surgimento de soluções energéticas positivas e negativas que levaram à previsão de antipartículas.

✅A EQUAÇÃO NA RELATIVIDADE ESPECIAL.

A equação de Dirac está profundamente ligada à relatividade especial, pois foi formulada especificamente para ser compatível com seus princípios:

📌INVARIANCIA RELATIVISTA.

Essa equação é invariante sob transformações de Lorentz, o que significa que sua forma não muda quando descrita a partir de diferentes sistemas de referência inerciais, em conformidade com a relatividade especial.

📌RELACIONAMENTO ENERGIA-MOMENTO RELATIVISTA.

A equação de Dirac também é consistente com a relação de energia e momento da relatividade especial: E2= p2c2 + m2c4, e é formulada para ser linear em energia (E) e momento (p), garantindo que seja aplicável a qualquer velocidade, do zero até próximo da luz.

📌DESCRIÇÃO DO ESPAÇO-TEMPO QUATRIDIMENSIONAL.

A equação incorpora o tratamento quadridimensional (quatro dimensões) do espaço-tempo, utilizando matrizes e derivadas quadrivectoriais para garantir que a equação trate o tempo e o espaço de forma equivalente.

📌✅RELAÇÃO ENTRE A EQUAÇÃO DE DIRAC E A EQUAÇÃO DE SCHR ÖDINGER.

Embora as equações de Schrödinger e Dirac não sejam derivadas diretamente uma da outra, existe uma relação entre elas. A equação de Schrödinger pode ser considerada uma aproximação não relativista da equação de Dirac. Quando as partículas se movem a velocidades muito menores do que a velocidade da luz (v < c), a equação de Dirac se reduz à forma da equação de Schrödinger, excluindo os termos relativistas de ordem superior.

- QUÂNTICA RELATIVISTA -✍

A Física no nado dos patos

A formação em uma fileira dos patinhos seguindo sua mãe não é apenas uma cena adorável, mas também ilustra um fenômeno físico interessante.

Por nadar, a mãe patita cria ondas que facilitam o movimento de seus jovens através de um processo conhecido como "interferência destrutiva". Esse fenômeno implica que as ondas geradas pela mãe empurram o patinho para a frente, reduzindo assim o esforço individual de cada um e otimizando seu deslocamento na água.

Desta forma, a formação em uma linha não apenas fornece eficiência no mergulho para o primeiro patinho, mas beneficia a linha inteira, permitindo uma economia significativa de energia no grupo.

A experiência de Millikan

Em um engenhoso experimento, realizado em 1909, Robert Millikan conseguiu determinar pela primeira vez a carga elétrica de um único elétron. 

Millikan borrifou no interior de uma câmara gotas de óleo que caíam pela força da gravidade. Algumas gotas atingiam uma segunda câmara através de um pequeno orifício. 

Essa segunda câmara tinha um campo elétrico devido a presença de duas placas de metais, uma positiva e outra negativa, alimentadas por uma bateria. Nessa câmara, feixes de raio X foram usados para ionizar moléculas do meio que produziram elétrons livres que se ligavam às gotículas de óleo. Assim, as gotas de óleo adquiriram carga negativa.

Uma vez que a placa positiva estava no topo a força elétrica que atuava nas gotas de óleo teria um sentido ascendente. Portanto, as gotas de óleo ficavam sujeitas a força gravitacional (descendente) e a força elétrica (ascendente). 

A massa de uma única gota carregada pode ser calculada observando a velocidade com que ela caia. Ao mudar a voltagem entre as duas placas a velocidade da gota podia ser aumentada ou diminuída. Se a quantidade de força elétrica ascendente for igual a força gravitacional, a gota poderia ficar parada. A quantidade de voltagem necessária para suspender uma gota foi usada junto com a sua massa para determinar a carga elétrica total na gota. 

Millikan calculou a carga para numerosas gotículas de tamanhos diferentes. Ele constatou que as cargas de gotículas de massas distintas tinham sempre um valor múltiplo de um número elementar. Este número foi determinado como 1,59 x 10 -19 Coulomb*, que foi considerado a carga elétrica de um elétron. A determinação da carga elétrica de Millikan foi muito precisa, dado que o valor atual aceito é de 1,602 x 10 -19 Coulomb. 

Usando a física clássica e gotas de óleo Millikan conseguiu um feito inédito que possibilitou desvendarmos ainda mais o universo atômico. O seu experimento, que contou com a participação de outro cientista (Harvey Fletcher), ficou conhecido como "Experimento da gota de óleo". Mais tarde, em 1923, Millikan foi agraciado com o Prêmio Nobel de Física.

*Coulomb corresponde a carga elétrica transportada em 1 segundo por uma corrente de 1 ampere. 

REFERÊNCIAS

https://scienceready.com.au/pages/millikans-oil-drop-experiment 

https://www.britannica.com/science/Millikan-oil-drop-eexperiment

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1923/millikan/facts/

Ondas eletromagnéticas são perigosas?

Depende! Ondas eletromagnéticas são ondas de energia elétrica e magnética movendo-se juntas pelo espaço. Elas fazem parte do nosso dia a dia, pois estamos continuamente recebendo esse tipo de radiação. Algumas são inofensivas aos seres vivos, mas outras merecem atenção.

Há vários tipos de ondas eletromagnéticas, as quais diferem entre si pelo comprimento e frequência. Ondas eletromagnéticas longas, como as de rádio - ver figura, não são consideradas prejudiciais aos sistemas biológicos. Por outro, as ondas mais curtas e de maior frequência (e energia) do espectro eletromagnético podem ser prejudiciais.

Ondas mais curtas que o ultravioleta, como o raio X e o raio gama (γ), são altamente deletérias. Tais ondas têm muita energia e podem arrancar elétrons dos átomos (processo conhecido como ionização). Uma vez que os elétrons dos átomos são removidos, várias moléculas presentes nas células são modificadas, incluindo o DNA (que constitui o nosso material genético). Daí o enorme perigo desse tipo de radiação, pois mudanças no DNA torna o ser humano mais propenso ao câncer.

As ondas ultravioletas, embora não ionizam os átomos, podem romper as ligações de algumas moléculas. Os danos de moléculas das nossas células causam queimaduras, e o nosso material genético (DNA) também pode ser danificado por essas ondas! Assim, o excesso de exposição ao ultravioleta (em horas mais quentes do dia) aumenta o risco de câncer de pele.

Ondas mais longas que o ultravioleta não removem os elétrons, nem rompem ligações interatômicas, mas podem fazer vibrar uma molécula. É o caso das ondas de luz visível, do infravermelho e das micro-ondas. Por isso, podemos usar o aparelho de micro-ondas sem preocupação para aquecer a nossa comida. As micro-ondas geradas pelo aparelho apenas fazem vibrar as moléculas de água, aquecendo assim o alimento. Elas não ionizam e nem quebram ligações moleculares, deixando o DNA de suas células perfeitamente intacto!

REFERÊNCIAS:

https://www.cdc.gov/nceh/radiation/spectrum.html

https://www.epa.gov/radiation/radiation-basics

https://www.radiationanswers.org/radiation-introduction/types-of-radiation.html?fbclid=IwAR2pDE

A Mecânica Quântica de Born

Max Born desempenhou um papel fundamental na formação do campo da mecânica quântica, um termo que ele próprio cunhou. Sua influência estendeu-se além de seu próprio trabalho inovador; ele foi um mentor de Werner Heisenberg, uma das figuras mais proeminentes no desenvolvimento da teoria quântica. O princípio da incerteza de Heisenberg, uma pedra angular da mecânica quântica, foi grandemente influenciado pelo ambiente intelectual Born Fomtered.

A relação de Born com Albert Einstein também foi significativa. Os dois trocavam ideias com frequência, envolvendo-se em discussões profundas sobre a natureza da realidade. Embora compartilhassem um respeito mútuo, eles tinham opiniões diferentes sobre a interpretação da mecânica quântica. Einstein resistiu famosamente à natureza probabilística da teoria quântica, encapsulada em sua citação, "Deus não joga dados com o universo", ao que Born respondeu: "Mas como físico, deve-se assumir que Deus joga dados. "

Esta troca intelectual destaca a riqueza das contribuições de Born - não apenas no seu próprio trabalho, mas na forma como ele influenciou e interagiu com outras mentes principais do seu tempo. Seu papel como mentor e colaborador ajudou a moldar a direção da física do século XX, deixando um legado duradouro.

Esta foto captura um momento em que ele tirou um tempo livre dos seus cálculos para alimentar algumas aves amigáveis.

Curiosidade: A cantora e atriz Olivia Newton-John era sua neta famosa

Al-Biruni e o raio da Terra

Al-Biruni (cerca de 1.000 anos atrás) mediu📏📐 o raio da Terra🌍 com uma precisão de 99,7% em comparação com o valor aceito hoje.

Ele foi foi um polímata (nome dado a uma pessoa que entende de varias ciências) persa que viveu de 973 a 1048 e era da montanha Birun do Afeganistão, daí seu nome. Ele foi um estudioso de muitos campos, incluindo astronomia, matemática, geografia, física e história.

Em 1030, al-Biruni usou trigonometria para medir o raio da Terra. Sua estimativa foi de 6.339,6 quilômetros, o que está dentro de 0,3% do valor moderno aceito de 6.378,1 quilômetros.

O método de Al-Biruni baseava-se no princípio de que a curvatura da Terra faz com que o horizonte pareça mais baixo no topo de uma montanha do que no nível do mar. Ele mediu o ângulo entre o horizonte e um fio de prumo em dois locais diferentes e usou essa informação para calcular o raio da Terra.

A medição do raio da Terra feita por Al-Biruni foi uma das mais precisas de sua época. Só foi superado no século XVII, quando o matemático e astrônomo francês Jean Picard utilizou um método mais preciso para medi-lo.

Os modelos atômicos

A palavra "Átomo" palavra" vem do grego (a=não, tomo=divisão) e significa indivisível, Demócrito e Leucipo foram os primeiros atomistas. Por muito tempo se construiu modelos que consideravam o Átomo sem divisão, hoje sabemos que não é assim. Vamos resumir os modelos:

O Modelo de Dalton (1808) considerava o átomo como uma "bola de bilhar", ou seja, uma esfera maciça e indivisível. Problema do modelo: O átomo tem prótons, nêutrons e elétrons.

O Átomo de Thomson (1903) - Conhecido como "pudim de passas", nesse modelo os elétrons estavam imergidos em um fluído de carga positiva.

Problema do modelo: Os elétrons não estão no núcleo do atomo.

• Átomo de Rutherford (1911) - Com o experimento da folha de ouro, Rutherford imaginou o átomo como um planetário. Problema: O átomo é instável e o elétron

"cairia" no núcleo.

O Átomo de Bohr (1913) para resolver as limitações do modelo de Rutheeford, Niels Bohr propôs um modelo onde as órbitas dos elétrons estariam em estados estacionários (estado fundamental e estado excitado). Esse modelo foi celaborado para o átomo de hidrogênio.

Problema do modelo: apresenta limitações para explicar as raias espectrais e fenômenos envolvendo outros átomos.

Modelo quântico de Shroedinger - O elétron se localiza nos orbitais em certas e funções de onda que carregam informações probabilísticas.

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As esferas de Dyson

As esferas de Dyson são megasestruturas artificiais hipotéticas construídas ao redor de uma estrela para coletar toda a sua energia radiante.

♦   As esferas de Dyson são megasestruturas artificiais hipotéticas construídas em torno de uma estrela para coletar toda a sua energia radiante.

Em teoria, a detecção de uma esfera de Dyson poderia ser uma maneira de encontrar uma civilização alienígena tecnologicamente avançada que não desejasse se comunicar.

No entanto, existem muitos desafios para construir e encontrar essas esferas de Dyson, também chamadas de enxames de Dyson.

🔹  QUAL É A TEORIA DE UMA ESFERA DYSON?

A ideia por trás de uma esfera de Dyson é coletar o máximo possível de energia de uma estrela. Na Terra, a quantidade total de energia que recebemos do sol - um valor conhecido como irradiância solar total - é de 1.361 watts por metro quadrado, conforme medido pelo Experimento de Radiação Solar e Clima da NASA. No entanto, essa é apenas uma pequena proporção da produção total de energia do sol irradiada em todas as direções, que é de 380 bilhões de quatrilhões (3,86 x 1026) de watts a cada segundo, de acordo com o Australian Space Weather Forecasting Centre. Como a Terra é muito pequena em comparação, recebemos apenas uma pequena proporção dessa energia.

Suponha, porém, que uma civilização tecnológica empreendedora quisesse usar toda a energia de sua estrela que, de outra forma, se deslocaria para o espaço na velocidade da luz. Se ela tivesse tecnologia suficientemente avançada, poderia construir uma esfera de Dyson - um enxame esférico de coletores de energia solar que encapsularia completamente sua estrela e coletaria toda a sua energia.

Cientistas que estudam a busca por inteligência extraterrestre (SETI) classificam uma civilização com uma esfera de Dyson como sendo do Tipo II na escala de Kardashev, o que significa que ela é capaz de utilizar toda a energia de uma estrela, na ordem de 1.026 watts por segundo. (Esse valor varia de estrela para estrela, pois algumas estrelas são mais ou menos luminosas que o Sol). Uma civilização do Tipo I utiliza toda a energia disponível em um único planeta - combustíveis fósseis, fontes de energia renováveis e energia nuclear - que é calculada em cerca de 1.016 watts por segundo. E uma civilização do Tipo III utiliza toda a energia de uma galáxia inteira, construindo esferas de Dyson ao redor de cada estrela e obtendo energia do buraco negro supermassivo central, e atinge 1.036 watts por segundo.

Se você está se perguntando qual é a nossa posição nessa escala, atualmente somos uma civilização do tipo Kardashev 0,7449 - nem sequer fazemos uso total de toda a energia disponível na Terra.

🔹 FAQS SOBRE ESFERAS DE DYSON

 👁️ O que é uma esfera de Dyson? 

-- Em 1960, o físico Freeman Dyson sugeriu que civilizações extraterrestres tecnológicas poderiam construir uma nuvem de coletores de energia solar que circundaria completamente sua estrela e que seria detectável a partir de seu calor residual.

👁️ Uma esfera de Dyson é possível? 

-- Em teoria, sim, uma esfera de Dyson é possível. Entretanto, os recursos necessários, a habilidade de engenharia e o tempo que levaria para construí-la podem torná-la uma ambição insuperável.

👁️ Quanto custaria uma esfera de Dyson? 

-- Supondo que pudéssemos construir uma esfera de Dyson, teríamos que desmontar um planeta inteiro para obter as matérias-primas. Não é possível estabelecer um custo para isso, mas, em teoria, uma esfera de Dyson deveria ser capaz de recuperar seu dinheiro e muito, muito mais na quantidade de energia que gera.

🔹 QUEM INVENTOU A IDEIA DA ESFERA DE DYSON?

Como o nome sugere, o conceito de esferas de Dyson foi inventado pelo grande físico e polímata Freeman Dyson. Mas sua ideia, publicada na revista Science em 1960, foi inspirada por várias outras fontes, incluindo o romance de ficção científica "Star Maker", de Olaf Stapledon, de 1937, de acordo com uma entrevista que Dyson conduziu com estudantes da Universidade de Edimburgo. Na mesma entrevista, Dyson, que faleceu em fevereiro de 2020, descreveu como o conceito da esfera de Dyson surgiu da pergunta: "Como poderíamos detectar uma civilização [tecnologicamente] avançada que não deseja se comunicar?" Dyson imaginou que procurar sinais de imensas megaestruturas artificiais era a maneira de fazer isso.

Dyson teve uma carreira variada e empolgante. Nascido na Inglaterra, ele estudou na Universidade de Cambridge, mudou-se para a Universidade de Cornell no início da década de 1950 e depois foi transferido para a Universidade de Princeton, onde permaneceu até o fim de sua carreira. A pesquisa de Dyson foi variada, abrangendo tópicos como eletrodinâmica quântica, naves espaciais movidas a energia nuclear (Projeto Orion), a origem da vida, física da matéria condensada e vários problemas matemáticos.

🔹 HAVIA UMA ESFERA DYSON EM "JORNADA NAS ESTRELAS"?

Embora as esferas de Dyson e megasestruturas semelhantes tenham aparecido na ficção científica antes e depois do artigo de Dyson de 1960 sobre o assunto, possivelmente a representação mais famosa é encontrada em um episódio de 1992 de "Star Trek: The Next Generation" chamado "Relics". Nele, a tripulação da Enterprise-D descobre uma nave estelar da Federação acidentada na superfície externa de uma esfera de Dyson e, preservado nos amortecedores de transporte da nave, está ninguém menos que Montgomery Scott - o Scotty do "Star Trek" original. À medida que a Enterprise explora a esfera de Dyson, ela fica presa em seu interior, e Scotty e Geordi La Forge precisam resgatá-la.

O episódio comete a gafe comum de representar uma esfera de Dyson como uma enorme e sólida concha de metal. Na realidade, uma concha sólida seria mecânica e dinamicamente instável e vulnerável a impactos que poderiam rompê-la. Qualquer perturbação gravitacional também poderia empurrá-la contra a estrela que a circunda, destruindo-a assim.

Em vez disso, Dyson esclareceu seu artigo original dizendo que um enxame de pequenos coletores de energia solar ao redor de uma estrela seria mais viável do que uma esfera gigante e sólida, pois, mesmo que uma parte do enxame fosse danificada, o restante ficaria bem e as seções individuais poderiam ter propulsores para manter suas posições. Portanto, uma esfera de Dyson é, mais propriamente, um enxame de Dyson.

🔹 COMO PODERIA SER CONSTRUÍDO UM ENXAME DE DYSON?

 Em seu artigo original de 1960, Dyson fez um cálculo de ordem de magnitude e considerou que uma civilização teria que desmantelar um planeta do tamanho de Júpiter para ter matéria-prima suficiente para construir um enxame de Dyson. No entanto, se quiséssemos construir um enxame de Dyson em nosso sistema solar, Júpiter estaria muito longe do sol.

Em vez disso, em uma palestra na Universidade de Oxford, o astrônomo Stuart Armstrong propôs que o desmantelamento do planeta mais interno, Mercúrio, poderia funcionar bem e que ele contém material útil suficiente para produzir um enxame esférico de coletores solares na órbita de Mercúrio, com cada coletor tendo 245 gramas por metro quadrado (0,54 libras por 3,2 pés quadrados).

O processo poderia ser inicializado: Começando pequeno, a energia gerada por uma matriz solar relativamente pequena poderia gerar energia suficiente para alimentar a mineração de asteroides para construir mais matrizes solares que forneceriam energia suficiente para iniciar a mineração e o desmantelamento de Mercúrio. Dessa forma, embora um enxame de Dyson pareça inviável, a construção começaria pequena e cresceria organicamente. Armstrong descreveu como cada nova fase de construção, impulsionada pelo crescimento de cada novo ciclo de mineração e coleta de energia solar, se tornaria exponencial.

🔹 COMO PODEMOS DETECTAR ENXAMES DE DISON?

Lembre-se da intenção original de Dyson: criar uma maneira de detectar sociedades extraterrestres tecnologicamente sofisticadas que ainda não estejam tentando se comunicar conosco. Mas como podemos detectar um enxame de Dyson se eles bloquearam e absorveram toda a luz de sua estrela?

É aí que entra a segunda lei da termodinâmica: Ela descreve como o calor sempre fluirá de um objeto mais quente para uma região mais fria. Quando os coletores solares em um enxame de Dyson absorvem a radiação da estrela que os cerca, eles se tornam muito mais quentes do que o espaço ao seu redor. A segunda lei da termodinâmica descreve como esses coletores solares quentes emitirão energia térmica - "calor residual", conforme descrito pelo astrônomo da Penn State e cientista do SETI Jason Wright - para o espaço mais frio ao seu redor. Em termos práticos, isso evitará que os coletores solares superaqueçam e derretam.

O resultado é que um enxame de Dyson deve irradiar no infravermelho térmico. Para descobrir um, então, os astrônomos devem detectar um objeto no espaço profundo que esteja emitindo quantidades anômalas de radiação infravermelha. O problema é que os objetos naturais - por exemplo, estrelas vermelhas evoluídas que produzem poeira, nebulosas planetárias ou galáxias empoeiradas distantes - podem imitar a assinatura de uma esfera de Dyson no céu noturno. Isso significa que os caçadores de enxames de Dyson devem primeiro descartar todas as explicações naturais possíveis antes de afirmar que encontraram uma megaestrutura alienígena.

🔹 ENCONTRAMOS ALGUMAS MEGASTRUTURAS ALIENÍGENAS? 

As primeiras buscas por enxames de Dyson foram realizadas na década de 1980 com dados do Infrared Astronomical Satellite (IRAS). Em 2009, Richard Carrigan, astrônomo do Fermi National Accelerator Laboratory, retomou a pesquisa, revisando e reanalisando os dados do IRAS. Carrigan identificou 16 fontes de infravermelho que, segundo ele, mereciam uma investigação mais aprofundada, acrescentando a ressalva de que provavelmente são fenômenos naturais.

Mais recentemente, um programa de busca de enxames de Dyson chamado Projeto Hephaistos, auxiliado por aprendizado de máquina, analisou 5 milhões de objetos nos bancos de dados do Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) da NASA, da missão astrométrica Gaia da Agência Espacial Europeia e do Two Micron All-Sky Survey. Ele revelou sete enxames de Dyson candidatos que exibiam excesso de emissão infravermelha. Esses enxames, se reais, seriam enxames parciais que circundam apenas parte de sua estrela.

Entretanto, esses sete candidatos foram refutados por outro grupo, que mostrou que pelo menos alguns dos candidatos estão muito próximos no céu de algumas galáxias de fundo empoeiradas que têm fortes emissões de infravermelho. Enquanto isso, outra pesquisa com os mesmos dados encontrou 53 candidatos com emissões infravermelhas interessantes. No entanto, em todos esses casos, os fenômenos naturais são a explicação mais provável e devem ser descartados antes que algo seja declarado um enxame de Dyson.

Caso em questão: a estrela de Boyajian, também conhecida como estrela de Tabby ou KIC 8462852. Encontrada pela astrônoma Tabetha Boyajian, a estrela exibe muitos trânsitos incomuns, como se um enxame de objetos a estivesse orbitando. Em alguns momentos, 22% da luz da estrela foi bloqueada, em comparação com o 1% que um gigante gasoso do tamanho de Júpiter bloquearia durante o trânsito.

Houve muita discussão sobre se esses estranhos trânsitos estavam sendo causados por uma megaestrutura alienígena, como um enxame parcial de Dyson. No final, as quedas na luz das estrelas foram explicadas como sendo causadas por nuvens de poeira, possivelmente de uma exo-lua órfã em evaporação ou de um exocometa.

É claro que nossa galáxia não é o universo inteiro. Mesmo que não existam outras civilizações tecnológicas na Via Láctea, há mais 2 trilhões de galáxias por aí - portanto, talvez exista uma civilização tecnológica em algum lugar que esteja construindo enxames de Dyson.

Embora enxames de Dyson individuais sejam indetectáveis a distâncias intergalácticas, uma galáxia inteira cheia deles seria detectável. Essa civilização que se estende por toda a galáxia, com enxames de Dyson ao redor de cada estrela da galáxia, seria uma civilização do tipo III de Kardashev. Embora uma pesquisa com o WISE não tenha encontrado nenhuma, ela deixou em aberto a possibilidade de galáxias em que apenas uma fração das estrelas tenha enxames de Dyson.

É claro que é totalmente possível que os alienígenas, se existirem, não construam enxames de Dyson. Talvez isso leve muito tempo ou exija muitos recursos, ou o crescimento infinito por meio do consumo de energia não seja mais um objetivo para eles. O conceito de um enxame de Dyson é, afinal de contas, apenas uma ideia humana do século XX.

🔹 PERGUNTAS E RESPOSTAS COM UM ESPECIALISTA

Erik Zackrisson é professor associado do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Uppsala, na Suécia, e fala sobre seu trabalho de busca de enxames de Dyson para o Projeto Hephaistos.

👁️ A equipe do Projeto Hephaistos encontrou sete candidatos parciais a enxames de Dyson com excesso de infravermelho incomum. Qual é a próxima etapa para verificá-los? 

-- Já temos espectros ópticos de observações de acompanhamento de alguns desses candidatos. Esses espectros indicam que os objetos são anãs vermelhas normais sem nenhum sinal óbvio de juventude, o que poderia explicar o excesso de infravermelho. Novas imagens de infravermelho médio com o Telescópio Espacial James Webb (JWST) ou mapas submilimétricos do ALMA [Atacama Large Millimeter/submillimeter Array] poderiam nos dizer se estamos vendo um único objeto ou uma superposição de dois, como no caso em que o excesso de infravermelho vem de um objeto de fundo.

No entanto, desde que o fluxo óptico e o infravermelho médio sejam provenientes do mesmo objeto, é realmente necessário fazer espectroscopia no infravermelho médio para determinar a natureza do excesso de infravermelho. Se o excesso for devido à poeira, espera-se ver características de emissão que reflitam a composição da poeira. Por outro lado, se o excesso for causado por uma esfera de Dyson, esperamos ver radiação contínua pura. O instrumento de infravermelho médio do JWST seria o instrumento perfeito para isso.

👁️ Houve um artigo de refutação que sugeriu que os candidatos são a contaminação de fundo de galáxias empoeiradas. Você concorda que essa é uma possibilidade? 

-- Para os casos em que o rádio é detectado, concordo plenamente. Para os casos em que nenhuma fonte de rádio foi detectada, acho que a situação é menos clara.

👁️ Em 2018, você escreveu um artigo sobre como uma estrela com um enxame de Dyson ao seu redor pode parecer muito mais distante devido ao quão vermelha ela é em comparação com sua distância medida por meio de paralaxe e que Gaia poderia ser usada para encontrar essas incompatibilidades de distância. Esse método poderia ajudar com relação aos candidatos encontrados pelo Projeto Hephaistos? 

-- Em geral, seria muito útil ter diagnósticos adicionais além do excesso de infravermelho, mas o problema com o diagnóstico de incompatibilidade de distância é que ele só funciona para enxames de Dyson com fração de cobertura muito alta (ou seja, uma esfera quase completa). Portanto, ele não é muito útil para nossos candidatos atuais.

👁️ As pesquisas de enxames de Dyson estão procurando uma forma muito específica de engenharia, mas como não sabemos realmente o que os ETs podem fazer e construir, será que podemos estar deixando passar outros tipos de tecnoassinaturas? 

-- A simples busca por desvios e anomalias das leis naturais poderia ser uma boa maneira de procurar por tecnoassinaturas sem fazer suposições sobre elas? A busca por exceções de um tipo ou de outro em grandes conjuntos de dados poderia ser um método viável para sondar a astrofísica extrema, novos fenômenos astrofísicos e, em princípio, a astroengenharia artificial. No entanto, é preciso ter em mente que a grande maioria dos outliers tende a se dever a dados ruins, defeituosos ou ambíguos, portanto, tentar encontrar algo realmente interessante usando esse método pode ser um trabalho bastante árduo.

🔹 RECURSOS ADICIONAIS 

Veja como as esferas de Dyson poderiam ser construídas, bem como suas propriedades, na página de perguntas frequentes sobre esferas de Dyson do pesquisador de Oxford Anders Sandberg. Saiba mais sobre o compromisso da NASA em investir na busca de tecnoassinaturas, incluindo enxames de Dyson. Explore a história da missão Wide-field Infrared Survey da NASA, que tem sido usada para várias buscas de enxames de Dyson.

🔹 BIBLIOGRAFIA

Solar Irradiance, NASA, 2018, https://sunclimate.gsfc.nasa.gov/article/solar-irradiance

John Kennewell e Andrew McDonald, The Solar Constant, Centro Australiano de Previsão do Tempo Espacial, https://www.sws.bom.gov.au/Educational/2/1/12

Robert H. Gray, The Extended Kardashev Scale, The Astronomical Journal, 159, 228, 23 de abril de 2020, https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ab792b

N. S. Kardashev, Soviet Astronomy-AJ, 8, 2, setembro-outubro de 1964, https://adsabs.harvard.edu/full/1964SvA.....8..217K

Antong Zhang, Jiani Yang, Yangcheng Luo e Siteng Fan, Forecasting the Progression of Human Civilization on the Kardashev Scale through 2060 With a Machine Learning Approach (Previsão da progressão da civilização humana na escala de Kardashev até 2060 com uma abordagem de aprendizado de máquina), Scientific Reports, 13, 11305 (2023) https://www.nature.com/articles/s41598-023-38351-y

Freeman J. Dyson, Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation, Science, 131, 3414, pp. 1667-1668, 3 de junho de 1960, https://www.science.org/doi/10.1126/science.131.3414.1667

Austin A. Morris, 'Maker of Patterns: An Interview with Freeman Dyson", Universidade de Edimburgo, 2017, https://blogs.ed.ac.uk/physics-astronomy/wp-content/uploads/sites/180/2018/11/Interview-with-Freeman-Dyson.pdf

George Dyson, 'Freeman John Dyson, 15 December 1913-28 February 2020', Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society, 1 June 2022, https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsbm.2021.0050

Star Trek: The Next Generation - Relics, IMDb, https://www.imdb.com/title/tt0708764/\

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🌏 Créditos/fonte/Publicação: por  Keith Cooper  . space.com

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