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A cada 2,4 milhões de anos, Marte puxa a Terra com tanta força que altera o fundo do oceano

Notícias

Por Emily Cooke

Publicados cerca de 18 horas atrás

Um novo estudo geológico sugere que o campo gravitacional de Marte aproxima a Terra do Sol ao longo de ciclos que duram milhões de anos, aquecendo o nosso clima.

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Em ciclos de milhões de anos, Marte aproxima a Terra do Sol, o que poderá afectar o aquecimento do nosso planeta através de mudanças na circulação oceânica, prevê um novo estudo. (Crédito da imagem: SCIEPRO/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images)

A atração gravitacional de Marte sobre a Terra pode estar influenciando o clima em nosso planeta, sugerem novas pesquisas.

Evidências geológicas que remontam a mais de 65 milhões de anos e retiradas de centenas de locais em todo o mundo sugerem que as correntes do fundo do mar passaram repetidamente por períodos de maior ou menor intensidade. Isso acontece a cada 2,4 milhões de anos e é conhecido como “ grande ciclo astronômico ”.

As correntes mais fortes, conhecidas como "redemoinhos gigantes" ou redemoinhos, podem atingir o fundo do mar nas partes mais profundas do oceano, conhecidas como abismo . Estas correntes poderosas erodem os grandes pedaços de sedimentos que se acumulam durante os períodos mais calmos do ciclo, de acordo com uma pesquisa publicada terça-feira (12 de março) na revista Nature Communications .

Esses ciclos coincidem com o tempo das interações gravitacionais conhecidas entre a Terra e Marte , à medida que os dois planetas orbitam o Sol, descobriu o estudo.

“Os campos gravitacionais dos planetas no sistema solar interferem uns com os outros e esta interação, chamada ressonância, altera a excentricidade planetária, uma medida de quão próximas da circularidade estão suas órbitas”, diz o coautor do estudo, Dietmar Müller , professor de geofísica. na Universidade de Sydney, disse em um comunicado .

Relacionado: ‘Estamos nos aproximando do ponto de inflexão’: descoberto marcador do colapso da principal corrente do Atlântico

Devido a esta ressonância, a Terra é puxada ligeiramente para mais perto do Sol pela atração gravitacional de Marte, o que significa que o nosso planeta está exposto a mais radiação solar e, portanto, tem um clima mais quente, antes de retroceder novamente - tudo ao longo de um período de 2,4 milhões de anos.

Os autores do novo estudo usaram dados de satélite para mapear a acumulação de sedimentos no fundo do oceano ao longo de dezenas de milhões de anos. Eles descobriram que havia lacunas nos registros geológicos onde os sedimentos paravam de se acumular dentro desses ciclos astronômicos. Eles acreditam que isto pode estar ligado a correntes oceânicas mais fortes , como resultado do clima mais quente causado pela influência gravitacional de Marte na Terra.

Estas descobertas apoiam a ideia de que o Planeta Vermelho influencia o clima da Terra, tal como que passam as estrelas se teorizou que e outros objetos astronômicos o fazem. No entanto, o efeito de aquecimento observado não está ligado ao aquecimento global que está a ser impulsionado pelas emissões humanas de gases com efeito de estufa , enfatizaram os autores na declaração.

No entanto, embora sejam especulativas nesta fase, as descobertas sugerem que este ciclo pode ajudar a manter periodicamente algumas das correntes profundas do oceano, no caso de o aquecimento global as diminuir, dizem os autores.

“Sabemos que existem pelo menos dois mecanismos distintos que contribuem para o vigor da mistura em águas profundas nos oceanos”, disse Müller. Um desses mecanismos é conhecido como Circulação Meridional do Atlântico (AMOC), disse Müller. Isto funciona como uma “correia transportadora” oceânica, trazendo água quente dos trópicos para o Hemisfério Norte, puxando calor para as profundezas do oceano no processo.

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Alguns cientistas prevêem que o AMOC poderá entrar em colapso nas próximas décadas , por isso é possível que a ventilação induzida pelos redemoinhos oceânicos profundos possa ser benéfica.

“Nossos dados do mar profundo abrangendo 65 milhões de anos sugerem que os oceanos mais quentes têm uma circulação profunda mais vigorosa”, disse Adriana Dutkiewicz , principal autora do estudo e sedimentologista da Universidade de Sydney, no comunicado. "Isso potencialmente evitará que o oceano fique estagnado, mesmo que a circulação meridional do Atlântico diminua ou pare completamente."

O Sol vai parar

No próximo dia 21 de junho, chega oficialmente o inverno. A data, chamada pelos cientistas de solstício, tem a ver com o movimento aparente do Sol em relação à Terra, explica Adilson de Oliveira em sua coluna deste mês. 

 

Por: Adilson de Oliveira

Publicado em 19/06/2015 | Atualizado em 19/06/2015

Muitos séculos já se passaram desde que começamos a entender verdadeiramente os movimentos dos corpos celestes e como de fato estes influenciam o nosso dia-a-dia. (imagem: Harman Smith e Laura Generosa / Nasa) 

 

Todas as manhãs, quando acordamos para nossas atividades diárias, uma das primeiras atitudes é verificarmos como está o clima. Olhamos pela janela ou consultamos a previsão do tempo para saber se o dia estará nublado, chuvoso ou ensolarado – o resultado pode nos deixar mais dispostos ou desanimados enfrentar o que vem pela frente. Quem acorda cedo percebe que, a depender da época do ano e da região do Brasil onde vivemos, ao levantarmos da cama o dia pode já estar claro ou ainda escuro. Observadores mais atentos sabem também que, conforme os dias passam, o Sol nasce e se põe em lugares diferentes.
A explicação tem a ver com o fato de o eixo de rotação do planeta estar inclinado em cerca de 23,4 graus em relação a uma reta perpendicular ao plano orbital. Desta forma, os hemisférios são iluminados de maneira diferente, e as partes do globo que recebem mais e menos luz mudam ao longo da trajetória anual da Terra ao redor do Sol, provocando o fenômeno das estações do ano.

No verão do hemisfério sul, recebemos mais luz, os dias são mais longos e as noites, mais curtas. Nessa mesma época, o hemisfério norte está no inverno, recebe menos luz e tem noites mais longas. Curiosamente, na época do outono do hemisfério sul – primavera no hemisfério norte –, o Sol ilumina de maneira praticamente igual ambas as partes do globo. Por isso, no Brasil, no meio da primavera – normalmente em outubro –, instituímos o horário de verão, atrasando os relógios em uma hora. Assim, acordamos mais cedo, aproveitamos melhor a claridade do dia e, como consequência, economizamos energia.

Dependendo da localização de onde se observa o solstício, a distância do Sol ao Leste pode ficar bem grande. No Rio de Janeiro, são cerca de 22,5 graus. Em Porto Alegre, 30 graus. No extremo sul da Argentina, quase 50 graus! (foto: Eduardo Melon / Flickr / CC BY-NC 2.0)

A variabilidade da duração do dia no inverno ou no verão ocorre porque o Sol vai nascendo (ou se pondo) em diferentes lugares ao longo do ano. De fato, somente nos dias de início da primavera ou do outono o Sol nasce exatamente no Leste e se põe no Oeste. Após o outono no hemisfério Sul, por exemplo, o Sol vai nascendo e se pondo cada vez mais ao norte do ponto cardeal Leste, de forma a, no começo do inverno, atingir sua distância máxima em relação ao Leste – este ano, isso acontece no dia 21 de junho, que marca o início da nova estação. À data de início do inverno ou do verão damos o nome de solstício, uma palavra que significa “o Sol que não se mexe”. É o dia em que o Sol “para" o seu movimento e começa a voltar em direção ao Leste ou Oeste.

Esse movimento anual do Sol, claro, é apenas aparente, pois, como sabemos, é a Terra que gira ao redor da estrela, e não o contrário. Como todo movimento é relativo para quem observa, estando na Terra vemos não somente o Sol, mas também a Lua, os planetas e as estrelas realizando movimentos no céu. De fato, devido aos estranhos movimentos observados nos planetas, em particular Marte, foi possível determinar que de fato o Sol estava no centro do sistema planetário e não a Terra, como se acreditava até o século 16.

No próximo dia 21 de junho, precisamente por volta das 13h38, quando o inverno estiver chegando de vez, o Sol 'parará' e começará retornar em direção ao Leste. (foto: Barbara Eckstein / Flickr / CC BY-NC-ND 2.0)

Por que nos enganamos durante tanto tempo? Ora, a grande dificuldade de aceitar os movimentos da Terra deve-se ao fato de que não sentimos isso acontecer de uma maneira direta. A velocidade de rotação da Terra é de aproximadamente 1675 km/h e a de translação, 109 mil km/h – extremamente altas, considerando que, em nosso cotidiano, nos deslocamos a velocidades na ordem de 100 km/h. Porém, é difícil sentir essa velocidade vertiginosa porque também estamos nos movendo junto com o planeta.
Uma imagem para ajudar a compreender: quando estamos dentro de um automóvel percorrendo uma estrada reta com velocidade constante, não percebemos que estamos em movimento se olharmos apenas para dentro do carro. Se olhamos para a estrada, o que vemos são os objetos se deslocando para trás. Parece estranho, mas, do nosso ponto de vista, estamos parados. O resto do mundo é que se move. Esse é o conceito de relatividade do movimento, percebido pelo físico e astrônomo italiano Galileu Galilei no começo do século 17.

O Sol se move?

Galileu, um dos grandes defensores do sistema heliocêntrico proposto pelo polonês Nicolau Copérnico em 1542, acreditava que o Sol ficava no centro do sistema solar. Para defender essa ideia e justificar por que não percebemos os movimentos da Terra, ele desenvolveu o conceito da inércia, segundo o qual, quando qualquer objeto não está sujeito a ação de forças, mantém seu estado de movimento. Embora tanto a rotação como a translação da Terra sejam movimentos acelerados, não sentimos diretamente essa aceleração devido às dimensões do nosso planeta e da nossa órbita ao redor do Sol.

Como o movimento é relativo ao observador, quem está na Terra vê o Sol se mover, e não a Terra

É assim que fundamentamos nossa convicção de que a Terra se move, e não o Sol. Mas, como o movimento é relativo ao observador, quem está na Terra vê o Sol se mover, e não a Terra.
Tanto o Sol como a Terra têm um movimento em torno do chamado centro de massa do sistema solar, que leva em conta os efeitos gravitacionais dos planetas e outros corpos do sistema. Como a massa do Sol representa mais de 99% do total, essa posição fica muito próxima ao próprio centro do Sol, mas não é verdadeiramente fixa, pois se modifica em função dos movimentos de todos os corpos planetários e outros. Ainda assim, em termos práticos, o Sol não se movimenta em relação aos planetas.

Mas não é verdade que o Sol não se movimenta. Carregando consigo todo o sistema solar, nosso astro-rei faz uma viagem de aproximadamente 250 milhões de anos ao redor da Via-Láctea, a nossa galáxia. Ela também não está imóvel e se move junto com o grupo local de galáxias – é o processo de expansão do próprio universo.

Ossos da Terra

Satélite delimita as regiões de maior densidade da superfície do planeta

CARLOS FIORAVANTI | Edição 219 - Maio de 2014

© EDUARDO CESAR

Os Andes, uma das regiões de difícil acesso investigadas pelo Goce…

Até cair no mar, em novembro do ano passado, encerrando sua missão de quatro anos na órbita do planeta, o satélite Goce (sigla em inglês para missão de estudo da gravidade e da circulação oceânica em regime estável) registrou com precisão o campo gravitacional da Terra, determinado pela variação de densidade. Quanto maior a massa no interior da Terra, maior o campo gravitacional e a aceleração da gravidade. Agora as informações estão ajudando a desvendar as grandes estruturas da Terra, principalmente de regiões de difícil acesso como a Amazônia, os Andes e a Sibéria, onde os dados terrestres são escassos. Projetado, lançado e administrado pela Agência Espacial Europeia (ESA), o Goce tem ajudado a reconstruir a história da Terra.

Usando as informações do Goce, Carla Braitenberg, da Universidade de Trieste, na Itália, determinou as regiões de maior densidade ou de maior campo gravitacional, destacando as áreas mais densas, como se estivesse observando os ossos da Terra, inacessíveis a observações geológicas diretas. Ela identificou as estruturas rochosas mais antigas, chamadas de crátons, da África e da América do Sul e detectou a continuidade das estruturas de maior ou de menor densidade dos dois continentes, como a Província da Borborema, no nordeste brasileiro, que se conectava geologicamente com o oeste da África Central. A conclusão é que esses blocos de rochas deviam ser contínuos antes de os continentes se separarem, afastando o que agora reaparece unido.

Usando o Goce, o físico Everton Bomfim, em seu doutorado no Instituto de Astronomia, Geociências e Ciências Atmosféricas (IAG) da Universidade de São Paulo (USP), detectou falhas nas medições da variação de gravidade, por terra, em áreas limitadas na Amazônia na década de 1970. Em seguida, ele verificou que o cráton da Amazônia, antes visto como único, pode ser na verdade dois – um ao norte, o Escudo das Guianas, e outro ao sul do rio Amazonas, o Escudo Brasileiro –, ainda que tenham idades geológicas próximas entre si, de até 3,2 bilhões de anos.

Essa possibilidade “poderia mudar um pouco a história geológica da região”, disse Bomfim, com a ressalva: “Não é possível tirar uma conclusão final a partir apenas de medidas gravitacionais. Precisamos também de outras fontes de dados como o paleomagnetismo”. O paleomagnetismo é uma técnica de análise das variações do polo magnético da Terra e de determinação dos polos magnéticos das rochas há milhares ou milhões de anos (ver Pesquisa FAPESP nº 85). Estudos paleomagnéticos recentes nas regiões sul e norte do cráton amazônico, coordenados por Manoel D’Agrella-Filho e Franklin Bispo-Santos, também do IAG-USP, detectaram uma possível diferença na direção entre as duas partes do cráton, indicando que elas poderiam ter origens distintas e que, em algum momento, já estiveram separadas. “Apenas sugerimos essa indicação, que contraria conclusões amplamente aceitas sobre a formação da bacia sedimentar amazônica”, observou Bomfim. Já é o bastante, porém, para aventar outras possíveis ocorrências de jazidas minerais e de petróleo ainda não identificadas na região.

© ESA

… cujas imagens de variações do campo gravitacional lembram uma Terra amassada

“O Goce não via detalhes, mas a Terra inteira”, sintetizou Eder Molina, professor do IAG-USP especializado em medições das variações do campo de gravidade, que foi o orientador de mestrado e doutorado de Bomfim. “Ou seja: via melhor coisas grandes, que os outros modelos gravimétricos não veem bem.” Por essa razão, disse ele, mesmo com uma resolução de 80 quilômetros, inferior a de outros satélites, os dados do Goce têm ajudado a complementar ou corrigir as medições terrestres, não tão abrangentes, e era o único a medir a variação dos componentes da gravidade em relação aos três eixos espaciais, chamados de x, y e z – até agora se media apenas a variação vertical, no eixo z, da aceleração da gravidade, determinada pela força da gravidade. O Goce via as variações do campo de gravidade de nove modos (para cima, para baixo, para frente, para trás e para os lados), indicando a influência de montanhas ou rochas mais densas da proximidade do ponto analisado, cujo formato, a partir daí, poderia ser delineado com mais precisão.

Em 2011, com informações de satélites gravitacionais mais simples que o Goce, Molina, com sua equipe, elaborou um mapa da variação do nível do mar, registrando uma diferença de 70 metros entre a altura da linha-d’água na África do Sul e em Belém, no Pará, em consequência da variação do campo gravitacional da Terra (ver Pesquisa FAPESP nº 181).

África e Andes

Sua obra seguinte, ainda não publicada, retratou o possível encaixe gravimétrico entre a América do Sul e a costa oeste da África antes da separação dos continentes. O mapa, ele notou, é muito semelhante ao publicado em fevereiro deste ano por Carla Braitenberg, de Trieste. Ela própria afirma, no artigo, que seu mapa representa outra forma de ver os continentes unificados em um único bloco e certamente será analisado com rigor por geólogos que examinavam apenas regiões específicas eventualmente comuns nos dois continentes.

“Alguns resultados questionam a validade de conceitos estabelecidos”, comentou Orlando Álvarez, pesquisador da Universidade de San Juan, Argentina, que trabalhou em Trieste com Carla Braitenberg durante um mês em 2010.  De volta à Argentina, usando o Goce e outros modelos gravimétricos, ele mapeou as zonas de fraturas dos Andes, o limite geográfico dos crátons da Argentina e o avanço horizontal ou inclinado da placa de Nazca sobre o continente sul-americano. “As áreas de ruptura causadas por terremotos intensos, como o de Valdivia em 1960, coincidiram com nossos resultados”, disse ele. “Podemos agora mapear as regiões mais frágeis e as possíveis zonas de ruptura antes dos tremores, embora não seja possível prever onde e quando um tremor possa ocorrer.”

Talvez às vezes seja possível. No dia 27 de março, o chileno Hans Agurto Detzel, em uma apresentação no IAG-USP, onde é pesquisador, disse que tinha observado uma sequência de terremotos pequenos na costa norte do Chile, com base em uma rede de sismógrafos, um dos aparelhos mais comuns para estudos em geofísica. Ele indicou uma região ainda vazia – uma lacuna sísmica – e a possibilidade iminente de um terremoto de magnitude oito a nove naquela área; o último dessa intensidade tinha ocorrido em 1877. No dia 1º de abril chegou o terremoto de magnitude 8,2 na região que ele havia assinalado, rompendo somente 200 dos 500 quilômetros da lacuna sísmica.

Nos dias seguintes, acompanhando os tremores no norte do Chile, ele notou que os tremores começavam a migrar para o sul da lacuna sísmica. Exatamente ao sul, entre Iquique e a península de Mejillones, parecia haver muita energia acumulada, “o suficiente para gerar outro sismo de magnitude similar ou maior”, segundo ele. Uma página do IAG na internet contém informações atualizadas sobre tremores no Brasil e nos países vizinhos.

Artigos científicos

BOMFIM, E. P. et al. Mutual evaluation of global gravity models (EGM2008 and Goce) and terrestrial data in Amazon Basin, Brazil. Geophysical Journal International, v. 2, p. 870-82. 2013.

BRAITENBERG, C. Exploration of tectonic structures with Goce in Africa and across-continents. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 2014 (no prelo).

Um presente para Einstein

Em sua coluna de março, o físico Adilson de Oliveira destaca um feito importante: a obtenção recente de evidências de ondas gravitacionais produzidas pelo Big Bang. A descoberta reforça a teoria da inflação cósmica e permite supor que esse evento associado à criação do universo de fato aconteceu. 

 

Por: Adilson de Oliveira

Publicado em 28/03/2014 | Atualizado em 28/03/2014

Einstein é saudado na primeira visita aos EUA, em 1921. Na semana passada, perto do seu aniversário, um presente que o teria feito sorrir: a descoberta de evidências de ondas gravitacionais geradas pelo Big Bang. (foto: Life magazine/ Wikimedia Commons)

No último dia 14 de março, comemoramos o 135º aniversário de Albert Einstein (1879-1955), um dos maiores cientistas de todos os tempos. Eleito pela revista Times como o homem do século 20, suas contribuições para a ciência revolucionaram nossa visão sobre a natureza da luz, do tempo, do espaço, da gravidade, da matéria e da energia, entre outras contribuições fundamentais.

Um grupo de pesquisadores obteve pela primeira vez evidências de ondas gravitacionais produzidas pelo evento do Big Bang, que seria responsável pela criação do nosso universo

Falar sobre as teorias de Einstein pode até ser um assunto recorrente; diversas vezes as abordamos nesta coluna. Contudo, no dia 17 de março passado, talvez por um capricho do destino ou algo talvez pensado, Einstein ganhou um presente especial. Um grupo de pesquisadores do radiotelescópio BICEP2, situado no polo Sul, obteve pela primeira vez evidências de ondas gravitacionais produzidas pelo evento do Big Bang, que seria responsável pela criação do nosso universo.

Essas ondas gravitacionais estariam associadas à rápida expansão do universo em seus instantes iniciais.
As ondas gravitacionais são ondulações no espaço e tempo previstas pela Teoria da Relatividade Geral (TRG). Nessa teoria, de 1915, Einstein propôs uma nova teoria da gravitação, de modo a generalizar a chamada Teoria da Relatividade Especial (TRE), proposta por ele mesmo em 1905.
A TRE baseia-se em dois princípios fundamentais: i) as leis físicas são as mesmas em todos os referenciais iniciais, isto é, referenciais que estão em repouso ou em movimento uniforme (sem aceleração) entre si; ii) a luz se propaga no espaço vazio com uma velocidade definida, que independe da condição de movimento do corpo emissor. Tais princípios levaram a mudanças radicais na forma de se entender a natureza do espaço e do tempo.

O telescópio BICEP2, situado no polo Sul, permitiu que os cientistas tivessem evidências do Big Bang, ao detectar ondas gravitacionais dispersas no espaço desde que o universo começou a se expandir. (foto: Steffen Richter/ Harvard University)

Na mecânica clássica, tanto o espaço como o tempo são absolutos, mas na TRE eles se tornaram relativos, uma vez que há uma velocidade absoluta e limite para todos os fenômenos. Na concepção aceita na época, o espaço e o tempo são como o palco de um espetáculo, que não se altera com a dinâmica da estória.
Para Einstein, eles se transformaram em protagonistas importantes, que se modificam de acordo com a situação. Dessa forma, tanto o tempo como o espaço são relativos ao observador. Quanto mais próximo da velocidade da luz ele se move, mais devagar o tempo passa, e o comprimento do objeto se comprime na direção do movimento (mais detalhes na coluna ‘Cada vez mais rápido, sem espaço e tempo’).

Aceleração e gravidade

Mas, como o próprio Einstein percebeu, essa teoria só poderia ser aplicada a referenciais inerciais e não a referenciais em movimento acelerado. Mas o que aceleração tem a ver com gravidade?
Quando viajamos de pé em um ônibus e este faz uma curva fechada para a direita, sentimos uma ‘força’ que nos impulsiona para a esquerda, a força centrífuga. Contudo, uma pessoa que estivesse na calçada descreveria a situação de modo diferente. Para ela, o ônibus mudou sua trajetória e você continuou a se movimentar em linha reta, como prevê a lei da inércia. Para esse observador, nenhuma força atua sobre você; apenas a ação da tendência de todos os corpos manterem seu estado de movimento. Quem está correto?

Segundo a TRG, ambas as descrições estão corretas (para mais detalhes, veja a coluna ‘O enigma do movimento’). De fato, para a pessoa que está no ônibus, qual é a natureza da força que age sobre ela? Uma força que atua diretamente na matéria, ou seja, como se fosse uma força gravitacional. A partir disso, Einstein começou a relacionar a origem da inércia com a própria natureza da gravidade.
Ao formular a TRG, Einstein propôs que o campo gravitacional é criado a partir da ‘curvatura do espaço e do tempo’ provocada pela presença da massa e da energia. Para compreender isso, imaginemos que o espaço fosse algo parecido com uma tolha esticada, apoiada pelas pontas. Se não há nada sobre a toalha, ela permanecerá esticada e plana.

A Teoria da Relatividade Geral prevê que os movimentos orbitais perdem energia por meio de ondas gravitacionais. Mas como a gravidade é a mais fraca das forças fundamentais, o efeito é imperceptível

Mas, se colocarmos um objeto sobre ela, como uma bola de boliche (que fará o papel de uma estrela), ela afundará e curvará a toalha. Agora, se lançarmos uma bola de gude com determinada velocidade e direção, ela descreverá sobre a toalha uma trajetória quase circular ao redor da depressão provocada pela bola de boliche, de modo similar ao que um planeta realiza ao redor de uma estrela. Após algum tempo, a bola de gude começa a perder velocidade, devido ao atrito com a toalha, e cairá na direção do centro. No caso dos planetas, como eles viajam no espaço vazio, não há atrito e, portanto, não perdem velocidade.
Contudo, a TRG prevê que os movimentos orbitais perdem energia por meio de ondas gravitacionais. Mas como a gravidade é a mais fraca das forças fundamentais (quando comparada com a força elétrica, é um fator 10⁴⁰ vezes mais fraca), o efeito é imperceptível. Observou-se, no entanto, em duplas de pulsares (estrelas de nêutrons de massa elevada), um decaimento orbital que estaria associado a essa missão de ondas gravitacionais. Por essa descoberta, os americanos Russell A. Hulse e Joseph H. Taylor, Jr. ganharam o Nobel de Física em 1993.

Universo inflacionário

A descoberta feita pelo grupo de pesquisadores do radiotelescópio BICEP2 vai além da observação dos efeitos das ondas gravitacionais. De fato eles observaram que a radiação de fundo cósmico, uma espécie de ‘cinzas’ do Big Bang (radiação remanescente quando o universo tinha por volta de 380 mil anos), demonstra que, após esse evento, o universo apresentou enorme expansão, como previsto pelo físico americano Allan Guth.
O modelo conhecido como ‘universo inflacionário’, proposto por esse pesquisador, supõe que o universo teve uma expansão extraordinária em um intervalo de tempo de um trilionésimo de segundo. Nessa ínfima fração de tempo, ele cresceu do tamanho de uma partícula subatômica para o tamanho de algumas dezenas de centímetros.

Esquema artístico (realçado com imagens do satélite WMAP) da expansão do universo, em que o espaço é representado em seções circulares. (imagem: NASA/ WMAP Science Team)

Para detectar o fenômeno, observou-se que a radiação de fundo cósmico apresentava flutuações conforme os efeitos que se esperava que as ondas gravitacionais produzissem. De fato, essa radiação está presente em todos os lugares. Por exemplo, quando tentamos sintonizar um aparelho de televisão em um canal sem sinal, alguns chuviscos que aparecem na tela decorrem dessa radiação, cujo comprimento é da ordem de micro-ondas.

A inflação cósmica é uma peça importante para se entender por que o universo se estabeleceu da maneira que observamos. O resultado do experimento do BICEP2 necessita ser confirmado por outros experimentos, como os desenvolvidos pelo satélite Planck, especialmente lançado ao espaço para detectar essas flutuações esperadas na radiação de fundo cósmico. Os resultados atuais são promissores, mas, como toda descoberta científica importante, requerem confirmação.

A inflação cósmica é uma peça importante para se entender por que o universo se estabeleceu da maneira que observamos

 

A importância da descoberta recém-apresentada é que, além de se ter conseguido detectar pela primeira vez a inflação cósmica, tem-se também a mais forte evidência de que o Big Bang, evento contestado por outras teorias, teria de fato acontecido. A ocorrência da inflação cósmica, um evento em escala muito pequena, que está no reino da física quântica, mostra que há interações quânticas na força gravitacional.
Se Einstein estivesse vivo, acho que ele daria um leve sorriso, sabendo que mais uma vez sua maior criação, a Teoria da Relatividade Geral, continua sendo um sólido pilar da física atual e ajuda a entender uma das maiores perguntas da humanidade: afinal, como foi que tudo começou?

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

Sob efeito da Lua

Força gravitacional lunar causa perturbações na atmosfera da Terra, facilitando interferência na comunicação com satélites 

RICARDO ZORZETTO | Edição 217 - Março de 2014

© NASA / EARTH OBSERVATORY

Um clássico de 1968: a Terra vista pela equipe da Apollo 8, a primeira missão tripulada a orbitar a Lua

A Lua, o maior objeto celeste próximo à Terra, influencia mais do que o nível dos oceanos. Assim como faz as águas subirem e baixarem ao longo do dia, a Lua também deforma a atmosfera do planeta – bem pouco, é verdade, cerca de 1 metro – e a deixa alongada como uma bola de futebol americano. Esse esticão sutil, decorrente da atração gravitacional lunar, gera perturbações na alta atmosfera que foram agora mapeadas em escala global por uma equipe do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe). O grupo coordenado pelo físico Paulo Prado Batista usou dados coletados durante 10 anos por um satélite norte-americano projetado para estudar a alta atmosfera da Terra e produziu o mais detalhado levantamento das variações na temperatura a altitudes superiores a 30 quilômetros (km) – três vezes mais alto do que voam os aviões comerciais.

Os pesquisadores verificaram que na faixa que vai dos 30 km aos 110 km de altura – e envolve a estratosfera e a mesosfera, na última estão as temperaturas mais baixas da atmosfera (até 100 graus Celsius negativos) – a temperatura pode oscilar até 8 graus ao longo do dia por influência, em grande parte, da atração gravitacional lunar. A força exercida pela Lua sobre o planeta provoca vibrações nas camadas mais baixas da atmosfera que se propagam para as mais altas na forma de ondas semelhantes às que surgem quando se agita uma corda. Assim como fazem a superfície do oceano oscilar, essas ondas, conhecidas como marés lunares, fazem a atmosfera pulsar. “Nos oceanos, a força gravitacional da Lua se manifesta como uma mudança de altura, já na atmosfera ela altera a temperatura ou a velocidade dos ventos”, explica Batista. Ele e as físicas Inez Staciarini Batista, pesquisadora do Inpe, e Ana Roberta Paulino, sua ex-aluna de doutorado no Inpe, apresentaram os detalhes desse mapeamento em dezembro de 2013 no Journal of Geophysical Research.
As variações observadas pelo trio se tornam maiores à medida que se sobe na atmosfera – e atingem o grau máximo por volta dos 110 km de altura, onde o ar é mais rarefeito e a densidade de gases menor. Essas oscilações de temperatura ocorrem em ciclos com 12 horas e 25 minutos de duração, característicos das marés lunares. O período corresponde ao tempo que leva para o planeta dar meia volta em torno de seu eixo e o ponto de sua superfície que estava mais próximo à Lua se tornar o mais distante – tanto a rotação da Terra como a translação da Lua ocorrem no mesmo sentido, embora o movimento da Lua seja mais lento, razão por que esse tempo não coincide com 12 horas. Como a atração gravitacional entre dois corpos depende da distância entre eles, quanto mais próximo da Lua, maior a força e quanto mais distante, menor. Tanto no ponto em que a força é máxima como naquele em que é mínima a atmosfera se esgarça: no primeiro caso, por sofrer um puxão mais intenso e, no segundo, por tender a escapar onde a força é mais fraca. É por causa dessa combinação que a atmosfera ganha a aparência de bola de futebol americano.

O mapeamento do Inpe fornece as evidências mais abrangentes de que as marés lunares na atmosfera, de cuja existência já se duvidou, de fato existem e são importantes para conhecer melhor o clima de uma região do espaço habitada por satélites de pesquisa e comunicação.
Quando formulou sua lei de gravitação universal no final do século XVII, o físico e matemático inglês Isaac Newton propôs que, assim como provoca oscilações no nível dos oceanos, a Lua também poderia influenciar a atmosfera, que também se comporta como um fluido. Pierre-Simon Laplace, astrônomo e matemático francês, retomou o tema cerca de um século mais tarde, mas os dados observacionais disponíveis eram insuficientes. Só em 1846 o coronel inglês Edward Sabine publicou as primeiras medições consideradas confiáveis das marés lunares na atmosfera, feitas no observatório da ilha britânica de Santa Helena, próximo à costa ocidental da África. Mas tanto essas medições como as feitas nas primeiras décadas do século XX eram pontuais. Agora, com o auxílio do satélite Timed, se conseguiu coletar informações sobre a estratosfera e a mesosfera numa faixa que se estende da latitude 50 Norte, mais ou menos na altura do Canadá e da Rússia, até a latitude 50 Sul, onde ficam a Nova Zelândia e o sul do Chile e da Argentina.

A propagação dessas marés na atmosfera agita as moléculas dos gases, provocando a mudança na temperatura. Os dados coletados de 2002 a 2012 pelo satélite Timed mostram que as variações térmicas são maiores nos meses de dezembro e janeiro em boa parte da alta atmosfera e menores entre março e maio. Elas também ocorrem com maior intensidade de junho a setembro no hemisfério Norte e em novembro e dezembro no hemisfério Sul. Segundo Batista, essas variações dependentes da latitude já eram bem explicadas por dois fatores: a excentricidade da órbita da Lua (sua trajetória ao redor da Terra não é circular, mas elíptica); e pela influência combinada da Lua e do Sol sobre a temperatura da atmosfera (enquanto a Lua faz a temperatura mudar pela atração gravitacional, o Sol altera a temperatura pela energia que fornece diretamente na forma de radiação).

© NASA

Um perfil da atmosfera: ônibus espacial Endeavour diante da troposfera (em laranja), estratosfera (em amarelo) e mesosfera (em azul)

Variação longitudinal

Um resultado, porém, surpreendeu os pesquisadores. Além da variação de acordo com a latitude, eles também observaram variações longitudinais (leste-oeste). Em alguns meses do ano houve picos de flutuação de temperatura nas regiões da alta atmosfera localizadas sobre a Amazônia, a África e o oceano Pacífico. Segundo o físico, algum efeito longitudinal era até esperado, mas não na intensidade observada – como a Terra gira em torno de seu eixo, todos os pontos do eixo longitudinal em algum momento são expostos à mesma força de atração da Lua, o que homogeneizaria essa influência. “Conseguimos separar a influência da componente lunar das demais perturbações na atmosfera”, conta Ana Roberta, atualmente pesquisadora na Universidade Estadual da Paraíba, em Campina Grande.

“Nossos dados indicaram, porém, que as características da superfície do planeta se refletem até alturas muito elevadas”, conta Batista. “A deformação na atmosfera decorrente da atração gravitacional da Lua sofre influência da distribuição dos mares e dos continentes no globo”, explica o físico. Além disso, continua Batista, “vimos que a flutuação no nível dos mares, a maré oceânica, afeta a atmosfera mais do que o esperado”.
As implicações desses achados não se restringem ao plano teórico. Do ponto de vista prático, conhecer melhor as variações de temperatura nessa faixa da alta atmosfera deve permitir a elaboração de modelos mais precisos de como funciona o clima em uma região ainda mais alta – a ionosfera, situada entre 100 km e 1.500 km de altitude –, onde estão os satélites de pesquisa e comunicação e é alta a concentração de partículas eletricamente carregadas. “Para modelar com precisão a ionosfera, não se pode mais ignorar fenômenos como as marés lunares”, afirma Batista.

“Esse mapeamento global do efeito das marés lunares é de grande importância para a previsão do clima espacial”, conta o engenheiro Clezio De Nardin, atual gerente do Centro de Estudo e Monitoramento Brasileiro do Clima Espacial (Embrace) do Inpe. As marés lunares são um dos três fatores que disparam a formação de bolhas na ionosfera. Os outros dois motivos são: os campos elétricos ao redor do equador e os fenômenos meteorológicos como a formação de nuvens de tempestade, o deslocamento de frentes frias ou ventos intensos na camada mais baixa da atmosfera (troposfera), onde estão 90% dos gases.

Bolhas de íons

As bolhas são regiões com menor densidade de íons. Elas começam a se formar em geral no início da noite a cerca de 250 km de altura na região do equador magnético da Terra, próximo ao equador geográfico. As marés lunares, explica De Nardin, funcionam como um peteleco que impulsiona o desenvolvimento dessas bolhas que podem alcançar milhares de quilômetros de extensão.

Como são menos densas que o ambiente ao redor, essas bolhas, à medida que crescem, sobem para regiões mais altas da atmosfera e reduzem a concentração de íons na atmosfera superior. Essa mudança na densidade de íons dificulta – e até bloqueia – a passagem das ondas de rádio emitidas pelos satélites de comunicação de baixa órbita, situados a alturas entre 400 e 600 km; pelos satélites do sistema GPS, que estão a 22 mil km de altura; e pelos satélites de comunicação geoestacionários, que orbitam a Terra a 36 mil km de altura. “Quando há bolhas, a comunicação com os satélites é extremamente degradada e até interrompida, às vezes, por horas”, conta De Nardin. Essa interrupção afeta a navegação aérea e marítima, a exploração de petróleo e a agricultura de precisão. “Se nenhuma medida é tomada, ela pode durar o suficiente para um barco em alto-mar se perder ou para romper um duto de uma empresa que faz exploração de petróleo”, exemplifica.

Segundo De Nardin, o mapeamento feito pelo grupo de Batista mostra que os períodos de marés lunares mais intensas coincidem com a temporada de bolhas na ionosfera, que vai de novembro a março. “Esse levantamento nos ajuda a prever e a explicar melhor qual o período em que é mais provável a ocorrência de bolhas”, diz De Nardin. Batista completa: “Não é possível impedir a formação das bolhas, mas se pode ajudar a evitar problemas com os satélites caso se consiga prever com maior precisão quando elas podem ocorrer”.

Artigo científico

PAULINO, A.R et al. A global view of the atmospheric lunar semidiurnal tide. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. v. 118, p. 13.128-139. 16 dez. 2013.

Em busca de uma teoria unificada

7/1/2011
Por Fábio de Castro

Agência FAPESP – A teoria da relatividade geral explica a gravidade. A mecânica quântica explica as forças nucleares e o eletromagnetismo. Conciliar as duas teorias é um dos maiores desafios para a física.
A solução mais eficiente até agora para unificar gravitação e mecânica quântica é a chamada teoria das supercordas, que está em plena construção. Nos últimos dez anos, o esforço internacional para promover avanços nessa área tem contado com a importante participação de pesquisadores ligados ao Projeto Temático "Pesquisa e ensino em teoria de cordas", financiado pela FAPESP.

Sob coordenação de Nathan Jacob Berkovits, professor titular do Instituto de Física Teórica (IFT) da Universidade Estadual Paulista (Unesp), o projeto é o terceiro realizado sobre o tema desde 2000. Naquele ano, Berkovits apresentou uma formulação matemática inovadora, desenvolvida ao longo de 15 anos, que ficou conhecida como “espinores puros”. Esse formalismo tem sido importante, na última década, para facilitar os cálculos relacionados ao estudo da teoria das supercordas. Em 2009, ele recebeu o Premio em Fisica de TWAS (Academia de Ciencias do Mundo em Desenvolvimento) em reconhecimento deste trabalho.

Projeto Temático coordenado por Nathan Berkovits (IFT-Unesp) contribuiu nos últimos dez anos para promover avanços na teoria das supercordas e em seu ensino. Área de fronteira poderá unificar gravitação com as outras forças (Wikipedia)

Desenvolvida a partir da década de 1960, a teoria das supercordas é um modelo físico no qual os compomentes fundamentais da matéria não são os pontos sem dimensão que caracterizavam as partículas subatômicas na física tradicional, mas objetos extensos unidimensionais, semelhantes a uma corda. Dependendo do “tom” da vibração dessas cordas, elas corresponderiam a cada partícula subatômica.
De acordo com Berkovits, o Projeto Temático, que envolve uma série de parcerias internacionais, tem explorado as aplicações dos espinores puros em várias frentes no desenvolvimento da teoria de supercordas.
“A teoria de supercordas é a tentativa mais bem sucedida até agora para unificar a gravitação e a mecânica quântica, teorias cuja conciliação corresponde a uma tarefa muito difícil. Os físicos teóricos também sonham que a teoria das supercordas possa unificar todas as forças e partículas fundamentais da natureza, mas isso, por enquanto, é apenas um sonho”, disse Berkovits à Agência FAPESP.
Os avanços no campo teórico, no entanto, são bastante reais. O formalismo dos espinores puros tem sido a ferramenta mais apropriada para o estudo da correspondência AdS/CFT (sigla em inglês para espaço anti-de-Sitter / teoria do campo conformal) – também conhecida como a conjectura de Maldacena.
Essa conjectura, proposta pelo argentino Juan Maldacena em 1997, deu um impulso sem precedentes à teoria das supercordas e à pesquisa sobre a gravitação quântica. O artigo no qual Maldacena propôs a conjectura teve mais de 3 mil citações e se tornou um dos principais marcos conceituais da física teórica na década de 1990.

“Além de trabalharmos a aplicação dos espinores puros ao estudo da correspondência AdS/CFT, temos avançado na aplicação desse formalismo a outras frentes também, como o cálculo da amplitude de espalhamento”, contou Berkovits.
O estudo do espalhamento de cordas – que está relacionado ao espalhamento de partículas – enfrenta grandes dificuldades quando as partículas envolvidas são férmions. Todas as partículas elementares da matéria são férmions ou bósons, que têm spin semi-inteiros ou inteiros, respectivamente, e obedecem mecânicas estatísticas diferentes.
“Com a aplicação do formalismo dos espinores puros, o estudo do espalhamento de cordas envolvendo férmions não é mais difícil que os casos que envolvem bósons. Outra vertente na qual trabalhamos com a aplicação do formalismo dos espinores puros é a teoria de campos de cordas, que ainda está em estágio inicial de desenvolvimento”, explicou.

Segundo Berkovits, quando o físico teórico descreve uma partícula, emprega uma variável que descreve a sua posição. Mas quando se trata de uma partícula com spin – como fótons ou elétrons – a variável da posição não é suficiente para a descrição.

“Existem várias maneiras para descrever o spin e a mais tradicional foi o formalismo de Ramond-Neveu-Schwarz, concebido em 1973. Mais tarde, em 1980, foi desenvolvido o formalismo de Green-Schwarz – uma nova maneira de descrever o spin que trazia algumas vantagens. Mas trazia desvantagens também: ele não preservava a invariância de Lorentz, uma importante propriedade relacionada às rotações do espaço-tempo”, disse.
Desde 1980, portanto, os físicos teóricos vinham tentando resolver os problemas com o formalismo de Green-Schwarz. Até que em 2000 o formalismo dos espinores puros resolveu a questão da descrição do spin de partículas de uma maneira que preservava todas as simetrias presentes na teoria da relatividade.

Comunidade internacional

Estima-se que existam atualmente cerca de 2 mil pesquisadores envolvidos com o estudo de teoria das supercordas. Berkovits tem trabalhado com cerca de 50 deles. O Projeto Temático que coordena se beneficia das conexões internacionais de seus pesquisadores participantes.
“Além dos estudos feitos pelos nossos pós-doutorandos e pós-graduandos, temos muitas colaborações no exterior. Trazemos uma série de especialistas para colaborar conosco e participar de congressos que organizamos e, por outro lado, enviamos frequentemente alunos para trabalhar com equipes internacionais e participar de eventos”, disse o pesquisador que recebeu em 2009 o Prêmio de Física da Academia de Ciências para o Mundo em Desenvolvimento (TWAS).
O grupo envolvido diretamente com o Temático tem atualmente um aluno de pós-doutorado, três de doutorado, três de mestrado e um de iniciação científica. Dois professores recentemente contratados pelo IFT também atuam no projeto. Outros alunos já passaram pelo grupo e agora atuam em outras universidades do Brasil e do exterior.

“Estamos contribuindo para a formação de uma comunidade envolvida com o estudo da teoria das supercordas. É uma importante e fértil área de fronteira, mas que ainda conta com pouca gente no Brasil, em comparação com o resto do mundo”, afirmou.

O interesse pela área, no entanto, está aumentando. Prova disso foi a alta procura pela participação no evento realizado em dezembro pelo IFT e pelo Centro Internacional de Física Teórica (ICTP, na sigla em inglês), da Unesco. “Recebemos 200 inscrições e só podíamos aceitar metade”, disse Berkovits.
O curso, intitulado Escola ICTP-Capes Latino-Americana de Cordas, reuniu alguns dos principais pesquisadores do mundo na área, como Juan Maldacena e o norte-americano Joe Polchinski – ambos vencedores do prêmio Dirac – a mais importante premiação da área da física depois do Prêmio Nobel.