Campo magnético primitivo teria permitido vida na Terra

Estrutura foi fundamental para preservar a atmosfera do planeta e evitar a destruição de moléculas biológicas

RICARDO ZORZETTO | Edição Online 14:38 16 de março de 2016

© M. WEISS / CFA

Reconstrução artística da estrela Kappa 1 Ceti, com atividade semelhante à que o Sol deve ter tido quando muito jovem (500 milhões de anos): sem a proteção de um campo magnético, a Terra teria sua atmosfera destruída e se tornaria inabitável.

Consulte um pesquisador que investiga a origem da vida na Terra e provavelmente ouvirá que duas condições foram necessárias para que ela surgisse: a existência de água líquida e de uma atmosfera capaz de reter um pouco de calor e gerar, a partir de moléculas muito simples, outras mais complexas que formam os seres vivos. Esses fatores, porém, parecem não ter sido suficientes. Um estudo publicado nesta quarta-feira (11/3) na revista Astrophysical Journal Letters sugere que a vida no planeta poderia ter sido fulminada bem no início caso bilhões de anos atrás não existisse um escudo magnético como o que o atualmente protege a Terra das partículas e do excesso de radiação emitidos pelo Sol.

Uma equipe internacional coordenada pelo astrofísico brasileiro José-Dias do Nascimento Júnior, professor da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), chegou a essa conclusão depois de investigar ao longo dos últimos anos a atividade da estrela Kappa 1 Ceti, uma espécie de Sol bem jovem. Visível no céu à direita da constelação de Órion, a Kappa 1 Ceti é a décima estrela mais brilhante da constelação da Baleia e, em quase tudo, é semelhante ao Sol: tem praticamente as mesmas massa, temperatura e composição química. Por causa dessas características, os astrofísicos dizem que ela é uma análoga solar (ver Pesquisa FAPESP nº 175). A principal diferença está na idade. A Kappa 1 Ceti tem algo entre 400 milhões e 600 milhões de anos, enquanto o Sol já chegou aos 4,6 bilhões. Como não é possível voltar no tempo, os pesquisadores se baseiam no comportamento das análogas do Sol atrás de pistas de como teria sido o ambiente do Sistema Solar no passado e como pode vir a ser no futuro. Distante apenas 30 anos-luz do Sistema Solar – bem próximo em termos astronômicos –, a estrela chamou a atenção por ter a idade que o Sol teria quando a vida surgiu na Terra, por volta de 3,8 bilhões de anos atrás.

© CFA

Kappa 1 Ceti, estrela semelhante ao Sol quando jovem, localiza-se no céu próximo à constelação de Órion

Em colaboração com astrofísicos do Observatório do Pic du Midi, nos Pireneus franceses, Nascimento registrou ao longo de meses o comportamento do campo magnético da estrela, que oscila à medida que ela completa, a cada nove dias, uma volta em torno de seu próprio eixo. Nascimento usou essas informações para alimentar um programa de computador que simulou a atividade do campo magnético da Kappa 1 Ceti e calculou a concentração de partículas que ela lança para o espaço. Os resultados mostraram que o campo magnético da estrela é, em média, 50 vezes mais intenso que o do Sol hoje. Também revelaram que os ventos que emanam dela são 50 vezes mais vigorosos do que o vento solar atual e jogam no meio interestelar cerca de 1 quatrilhão de toneladas de matéria por ano.

“Um planeta que estivesse tão distante de Kappa 1 Ceti quando a Terra está do Sol seria bombardeado por uma quantidade de radiação e partículas energéticas suficiente para varrer sua atmosfera e destruir moléculas necessárias à vida, como os aminoácidos”, afirma Nascimento, que também é pesquisador-visitante do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, nos Estados Unidos.

Nascimento, então, simulou o que ocorreria se o hipotético planeta – ainda não se sabe se há planetas orbitando Kappa 1 Ceti – tivesse um campo magnético tão intenso quanto era o da Terra nos primórdios do Sistema Solar. No ano passado o geofísico John Tarduno, da Universidade de Rochester, nos Estados Unidos, conseguiu medir o campo magnético de amostras de zircão com idades variando de 3,3 bilhões a 4,2 bilhões de anos extraídas de uma região no oeste da Austrália e reconstituir o campo magnético terrestre primitivo. Naquele período, quando as primeiras formas de vida provavelmente começaram se formar nos oceanos, o campo magnético do planeta era semelhante ao atual ou apenas um pouco mais fraco.

© ALINE VIDOTTO / OBSERVATÓRIO DE GENEBRA E TRINITY COLLEGE, DUBLIN

Simulação feita por computador das linhas de campo magnético (cinza) da Kappa 1 Ceti: a atividade magnética da estrela gera um vento de partículas 50 vezes mais intenso do que o vento solar.

Nas novas simulações, Nascimento constatou que aquele campo magnético já seria suficiente para proteger o planeta da fúria de um sol jovem semelhante a Kappa 1 Ceti. Como o vento solar era mais intenso e a quantidade de radiação maior, a chamada magnetopausa – região do espaço em que o campo magnético da Terra forma uma barreira às partículas vindas do Sol – estaria bem mais próxima do planeta. “Hoje a magnetopausa está a cerca de 60 mil quilômetros da Terra, aproximadamente um sexto da distância até a Lua”, explica Nascimento. “No início da existência do Sistema Solar, deve ter ficado a metade ou até um terço dessa distância.” Segundo Nascimento, a radiação vinda do Sol foi importante para a formação das moléculas complexas que deram origem à vida, mas, em excesso, ela poderia ter destruído completamente essas moléculas.

“Naquelas condições, a vida seria extinta em qualquer planeta que estivesse àquela distância do Sol sem a proteção de um campo magnético”, diz o astrofísico. O abrandamento da radiação e do vento solares teria permitido posteriormente a expansão do campo magnético terrestre e a magnetopausa ocupar sua posição atual. “Quem estuda a química da vida terá de passar a levar o efeito do campo magnético em consideração”, conclui Nascimento.

“O trabalho permite ter uma ideia de como era a atividade magnética do Sol quando os primeiros sinais de vida começaram a surgir na Terra”, comenta o astrofísico Jorge Meléndez, da Universidade de São Paulo, que também estuda estrelas semelhantes ao Sol. “A radiação altamente energética naquela época poderia dificultar o surgimento da vida na Terra sem a proteção de um campo magnético.” Enquanto a vida florescia por aqui, o oposto pode ter ocorrido com Marte, planeta que também se encontra na zona considerada habitável do Sistema Solar. “Marte é um caso extremo”, explica Meléndez. O vento solar, especialmente quando o Sol era mais jovem, pode ter varrido a atmosfera marciana porque o planeta não tinha um campo magnético. Além disso, Marte tem uma massa considerada baixa, cerca dez vezes menor que a da Terra, que não foi suficiente para segurar sua atmosfera.

Artigo científico
 
DO NASCIMENTO JR, JD. et al. Magnetic field and wind of Kappa Ceti: towards the planetary habitability of the young Sun when life arose on Earth. Astrophysical Journal Letters. 11 mar. 2016.

Planeta azul: quando o Sol ilumina céu e mar

Basta pensar na enorme mancha azul que é o céu sobre toda a superfície terrestre e na extensão dos oceanos para termos a noção da dominância da cor azul. Entender este predomínio implica uma viagem sobre a interação da radiação solar com as matérias constituintes do planeta. 

 

Por: Miguel A. R. B. Castanho

Publicado em 16/09/2015 | Atualizado em 16/09/2015

Predomínio da cor azul no planeta é resultado das interações entre radiação solar e matérias constituintes da Terra. (foto: MR/FreeImages.

 

A cor é uma sensação produzida após a entrada de luz em nossos olhos. A modificação da luz solar por interação com a matéria à nossa volta (atmosfera, solo, objetos, plantas, animais, elementos das paisagens) faz com que ela adquira características particulares que produzem em nós a sensação de cores diferentes. Em realidade, não só a cor em si, mas também o brilho, o contraste, a intensidade e outras características associadas. Porém, vamos deter-nos na cor.

A abordagem mais simples ao fenômeno da cor baseia-se apenas na frequência da radiação que lhe dá origem. Para muitas aplicações práticas, a radiação pode ser descrita como um campo magnético e um campo elétrico perpendiculares e oscilantes. É ao campo elétrico de parte dessa radiação que podemos atribuir a responsabilidade pela percepção da cor.

A radiação visível de maior frequência é percebida em nosso cérebro como azul (anil/violeta, no limite), enquanto a de menor frequência, como vermelho. Entre esses extremos, temos a mesma paleta que nos oferece o arco-íris, com verde, amarelo e laranja. Misturando radiações de frequências diferentes, percebemos a cor resultante dessa mistura e, desse modo, temos à disposição uma gama de cores incrível, para tornar as paisagens naturais um fascínio cromático.

A fração visível do espectro eletromagnético é pequena se comparada com toda a gama de radiação disponível. (arte: Luiz Baltar)

É interessante notarmos que a gama de radiações conhecida excede em muito as frequências associadas às cores. Em realidade, frequências maiores do espectro eletromagnético (ultravioleta, raios X e raios gama) correspondem a energias mais altas, capazes de quebrar ligações químicas de nosso material genético (DNA) e, assim, provocar danos nas células e nos tecidos, podendo levar à formação de tumores. No entanto, não lhes fazemos corresponder quaisquer sensações.

Já as frequências menores, quando próximas da frequência do vermelho, levam à sensação de calor, mas também não lhes associamos cores.

A radiação visível de maior frequência é percebida em nosso cérebro como azul, enquanto a de menor frequência, como vermelho

 

A radiação de que os nossos olhos tiram partido – que suscita o sentido da visão e, por isso, chamamos visível – é simplesmente aquela que mais abunda na superfície terrestre, conseguindo penetrar na água, vinda da maior fonte de radiação a que a Terra se expõe: o Sol. Afinal, evoluímos para usar a radiação mais abundante à nossa volta. De fato, a fração visível do espectro eletromagnético é pequena se comparada com toda a gama de radiação disponível para uso prático. A especialização dos olhos em uma fração tão estreita do espectro eletromagnético parece, à primeira vista, um desperdício sem sentido. Mas não é bem assim: os olhos evoluíram naturalmente, segundo os princípios darwinistas habituais de adaptação aos recursos disponíveis.

Prismas, diamantes e céu

Como dito antes, a percepção da cor é dada como resultado da combinação da radiação que chega a nossos olhos. Quando se trata de luz vinda de uma fonte luminosa direta, a situação é simples. No entanto, a radiação pode sofrer transformações quando incide sobre a matéria que compõe nosso ambiente. Ela pode ser absorvida por determinados materiais, refletida ou ‘desviada’ (refratada). Talvez um dos exemplos de refração mais conhecidos seja o da luz solar passando através de um prisma de vidro e sendo ‘decomposta’ por este. No caso, as cores separam-se de forma clara, pelo fato de a radiação ter, no novo meio (vidro), um desvio que depende de sua frequência, o que faz com que diferentes cores emanem do prisma com ângulos diferentes.

Um fenômeno igualmente fascinante, mas que envolve tanto reflexão quanto refração, é a passagem da luz por um diamante com a lapidação na forma de brilhante. Se a pedra for de boa qualidade, nenhuma radiação visível é absorvida – isto é, o diamante é de uma transparência pura –, e as medidas e os ângulos dos cortes são tais que a luz que entra nele é desviada e refletida para ser devolvida pelo topo, causando a sensação de brilho e luminosidade.

Ao penetrar a atmosfera, os raios solares são espalhados, desviados de sua trajetória original, como resultado das colisões com as moléculas de ar. (arte: Luiz Baltar)

Estruturas cristalinas como as safiras têm compostos de íons metálicos em seu interior, ausentes nos diamantes, estes contendo apenas carbono. Esses compostos absorvem as radiações com frequências específicas. Assim, ‘sobram’, para a reflexão e refração, as restantes frequências, que emanam da pedra e chegam a nossos olhos. Como resultado, as safiras podem ser de um verde ou azul deslumbrantes.
O azul do céu – também ele esplendoroso – pode ser explicado de forma semelhante. Ao penetrar a atmosfera, os raios solares são espalhados, desviados de sua trajetória original, como resultado das colisões com as moléculas de ar. O espalhamento da radiação azul – por conta de sua frequência mais alta – é mais pronunciado do que o do restante da radiação, fazendo dessa cor a dominante no meio. É isso que nos faz perceber o céu diurno como azul.

Miguel A. R. B. Castanho

Instituto de Medicina Molecular,

Faculdade de Medicina,

Universidade de Lisboa (Portugal), e

Instituto de Bioquímica Médica,

Universidade Federal do Rio de Janeiro

O céu a um clique

Publicado em 01/07/2015

Tags: Divulgação científica, Astronomia, Tecnologias digitais, Tecnologia

Aplicativos de astronomia estimulam o conhecimento dos céus e ajudam a localizar corpos celestes no espaço.

Em dispositivos móveis, a Carta Celeste ajuda a identificar estrelas e constelações observadas pelo usuário. (imagem: Reprodução.

 

Pontilhado de centenas de milhares de astros e planetas dos mais diversos tamanhos e a diferentes distâncias de nós, o céu ainda é uma imensidão de mistérios para os especialistas – para os leigos, então, nem se fala! Alguns aplicativos, no entanto, estão trazendo essa imensidão para a palma da mão, e deixando as belezas e curiosidades celestes mais acessíveis aos portadores de smartphones e tablets.

Os apaixonados pela astronomia, claro, saem ganhando. Embora a maioria dos programas esteja disponível apenas em língua inglesa, em português há boas opções. Um exemplo é a Carta Celeste, disponível para aparelhos com sistema Android, que guarda a localização das estrelas e constelações conhecidas. Apontando a câmera do aparelho para o céu, o usuário descobre logo que astros está observando. É possível também explorar o céu noturno como visto de outros pontos da Terra.

Já o Google Sky Map (para Android e iOS) usa o GPS do aparelho para dar nome e fornecer informações sobre corpos celestes. Com uma ferramenta inovadora, ele também permite descobrir em que locais os objetos do espaço vão estar em momentos diferentes da noite – uma interessante experiência de realidade aumentada.

O ganho real de aplicativos como estes – e tantos outros já disponíveis – ainda é ponto de discussão entre especialistas.

Clima extraterrestre

Para quem tem curiosidade sobre nosso astro-rei, uma boa novidade é o Magnetic Storms (para iOS), que ajuda a monitorar as atividades solares. Desenvolvido pelo geofísico Eder Cassola Molina, da Universidade de São Paulo, o aplicativo atua na área conhecida como space weather (em tradução livre, meteorologia espacial), que estuda o clima fora do planeta.
“Ele serve para estudar a interação do Sol com a Terra, não no sentido clássico de transferência de calor, mas sim dos efeitos desta interação com o campo magnético terrestre”, explica o cientista. Alguns eventos ocorridos na superfície solar podem danificar satélites e usinas de retificação de energia elétrica em nosso planeta.

Quando o Sol nascer...

Desenvolvido no Observatório Nacional, a ferramenta Astro (disponível na página do observatório) promete conhecer, em qualquer ponto do planeta, o exato instante do nascer e do pôr do sol. Ela também determina as fases da lua para as coordenadas geográficas do observador, indicando possíveis eclipses.

Astro é a ferramenta criada pelo Observatório Nacional que permite ao usuário conhecer o momento exato do nascer e do pôr do sol, a posição dos astros e a possibilidade de eclipses. (imagem: Reprodução)

“Com visualização em 3D e linguagem simples e bem objetiva, Astro ajuda a compreender melhor diversos fenômenos astronômicos importantes”, garante Carlos Veriga, um de seus desenvolvedores.

A melhor forma de conhecer

O ganho real de aplicativos como estes – e tantos outros já disponíveis – ainda é ponto de discussão entre especialistas. Enquanto alguns apostam que as novas tecnologias favorecem o acesso ao conhecimento, outros ponderam que elas podem esvaziar o valor de livros e outros métodos tradicionais de estudo.
Para o físico Awdry Miquelin, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, os aplicativos aproximam os usuários de uma leitura inicial do céu. “Por exemplo, algumas ferramentas permitem que a pessoa identifique estrelas e planetas que estão visíveis de forma muito rápida e isso é enriquecedor”, destaca. Por outro lado, o cientista acredita que os aplicativos devem ser vistos apenas como porta de entrada para o conhecimento dos céus. “Para um melhor aproveitamento, é necessário consultar textos específicos da área e estudar mais a fundo o assunto”, ressalta.

Miquelin acredita que o uso dos aplicativos deve ser estimulado dentro de salas de aula de educação básica, onde os alunos podem explorar o conteúdo em conjunto com o professor. “Quando tratamos de astronomia, muitos conceitos são abstratos, tornando difícil a visualização”, afirma. “Esses programas apresentam uma abordagem convidativa aos alunos, oferecendo um modo de enxergar os céus que apenas o quadro-negro pode não dar conta”.

Valentina Leite
Instituto Ciência Hoje/ RJ

Entenda o Solstício

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.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

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.

Um perigo a mais do Sol

A luz visível, além da radiação ultravioleta, também pode causar câncer de pele

GILBERTO STAM | ED. 227 | JANEIRO 2015

Esta é uma má notícia para quem gosta de tomar sol, mesmo que besuntado com protetor solar. Os filtros disponíveis no mercado protegem contra os efeitos da radiação ultravioleta, invisível ao olho humano, mas não evitam os danos causados pela luz visível. E esses danos podem ser intensos. Um estudo realizado por pesquisadores de São Paulo e do Paraná acaba de demonstrar que a luz visível também pode causar câncer de pele, o mais frequente no Brasil, que corresponde a 25% dos casos de tumores malignos, segundo dados do Instituto Nacional do Câncer.

Maurício Baptista, bioquímico da Universidade de São Paulo (USP) e coordenador do estudo, não chega a se surpreen-der com esse resultado, publicado em novembro de 2014 na revista PLoS ONE. É que, do ponto de vista físico, a luz que o olho humano enxerga e os raios ultravioleta (UV) têm a mesma natureza. Ambos são a mesma forma de energia, a radiação eletromagnética, que de acordo com a intensidade recebe diferentes nomes – raios gama, raios X, luz visível, radiação infravermelha. “Para a pele, a divisão entre luz visível e invisível é arbitrária”, afirma Baptista, que é professor do Instituto de Química da USP e pesquisador do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Processos Redox em Biomedicina (INCT-Redoxoma).

Ele e sua equipe demonstraram que a luz visível pode causar danos no material genético (DNA) das células de modo indireto ao interagir com a melanina. Esse pigmento escuro, responsável pela coloração da pele, absorve parte da energia da luz visível e a transfere para moléculas de oxigênio, gerando formas altamente reativas – o chamado oxigênio singlete. Essa molécula de oxigênio excitado, por sua vez, reage com moléculas orgânicas, como o DNA, e as deteriora. Quando esse tipo de dano afeta um gene regulador da proliferação celular, a célula pode começar a se multiplicar descontroladamente, originando um câncer.
Esse resultado pode ajudar a entender melhor a origem de algumas formas de câncer de pele. “A contribuição do grupo, bastante rigorosa em termos científicos, ajuda a compreender os perfis de mutações que encontramos em melanomas humanos, nos quais frequentemente se observam evidências de eventos de oxidação do DNA”, diz Roger Chammas, professor da Faculdade de Medicina da USP e pesquisador do Instituto do Câncer do Estado de São Paulo. “Antes esses eventos eram atribuídos à radiação UVA, mas, agora, como se mostrou, também podem ser efeito da luz visível.”

O mecanismo produtor dessas moléculas mais reativas registrado pelo grupo de Baptista confirma o papel duplo desempenhado pela melanina: esse pigmento protege a pele dos danos causados por certos tipos de luz, mas facilita os provocados por outros. Assim como o experimento atual, trabalhos anteriores já haviam revelado que a exposição aos raios ultravioleta tipo B (UVB) fazia os melanócitos, células produtoras de melanina, aumentarem a síntese do pigmento. Também haviam mostrado que uma proporção maior dessas células sobrevivia a essa forma de radiação. A taxa de mortalidade, porém, era muito mais elevada quando células mais pigmentadas eram submetidas à radiação ultravioleta tipo A (UVA), algo semelhante ao que aconteceu agora sob a luz visível.
A proteção que a melanina oferece contra os raios UVB, porém, não é suficiente para evitar o câncer de pele. Essa forma de radiação, associada à queimadura de sol, resposta inflamatória aguda à exposição excessiva à luz solar, foi a primeira que se demonstrou poder causar câncer. Ela penetra pouco na pele, mas o que não é absorvido pela melanina atinge diretamente o DNA – em especial dos melanócitos –, podendo danificá-lo e causar uma forma rara e muito agressiva de câncer: o melanoma, que é mais comum em adultos com tez clara e representa 4% dos tumores de pele malignos no Brasil.

Já a radiação UVA, que assim como a luz visível causa lesões no DNA por meio da produção de formas excitadas e mais reativas de oxigênio, penetra mais profundamente. Na década de 1980 se descobriu que os raios UVA provocavam outra forma de câncer – chamado de não melanoma, mais comum a partir dos 40 anos –, com origem nas chamadas células basais ou escamosas. Tempos depois da comprovação dos efeitos danosos dos raios UVA e UVB a indústria farmacêutica desenvolveu compostos que bloqueiam essas duas faixas de radiação com eficiência. Mas agora começa a se constatar que isso pode não ser suficiente. “Os filtros protegem apenas contra os raios ultravioleta, por isso a informação de que protegem a pele está incompleta”, explica Baptista. “Um aspecto importante é a regulamentação das embalagens e da propaganda, para não passar informação enganosa.” Essa, aliás, é uma questão relevante que costuma demorar a ser resolvida. Baptista lembra o caso da radiação UVA. Embora seu efeito danoso tenha sido comprovado há cerca de 30 anos, só em 2013 os fabricantes foram obrigados a especificar nas embalagens se o produto protegia contra um ou os dois tipos de radiação UV.

Baptista obteve os primeiros indícios de que a luz visível também podia ser prejudicial em 2011, em testes mostrando que, ao interagir com a melanina pura ou a melanina dos fios de cabelo, surgia o oxigênio singlete. “A descoberta da ação nociva do UVA algumas décadas atrás quebrou o dogma de que o UVB era a única faixa do espectro solar que causava danos na pele”, conta Baptista. “Agora é necessário quebrar o dogma de que esse efeito nocivo acontece apenas por causa dos raios UV.”

Para demonstrar de forma completa o efeito carcinogênico da luz visível, entretanto, ainda falta ao menos mais uma etapa. É preciso comprovar que a lesão no DNA provocada pela luz visível leva a alterações profundas (mutações) nos genes. “Será necessário fazer testes em animais e depois em seres humanos, mas, se confirmada, essa é uma descoberta importante”, diz João Duprat Neto, cirurgião oncológico e diretor do Núcleo de Câncer de Pele do A. C. Camargo Cancer Center. “É possível que esses dados estimulem o desenvolvimento de protetores de pele mais eficientes.”

Enquanto não surgem protetores que também filtrem a luz visível, a melhor forma de se proteger do câncer de pele é evitar a exposição excessiva ao sol. Mas, só a excessiva, porque há outro fator a ser considerado: a luz solar é fundamental para a pele sintetizar a vitamina D, importante contra a osteoporose e outras doenças dos ossos. Segundo o dermatologista Marco Antônio Oliveira, também do Núcleo de Câncer de Pele do A. C. Camargo, quem tem risco maior de desenvolver câncer de pele deve substituir a exposição ao sol pelo consumo de suplementos de vitamina D, cuja produção cai após os 40 anos com o envelhecimento da pele. “É importante lembrar que o uso de filtros solares é fundamental”, diz Oliveira. “Nas novas gerações, mais bem informadas sobre os efeitos do sol e que usam mais os protetores, a incidência de câncer caiu sensivelmente.”

Projetos

1. Fotossensibilização nas ciências da vida (nº 12/50680-5); Modalidade Projeto Temático; Pesquisador responsável Maurício da Silva Baptista (Instituto de Química/USP); Investimento: R$ 3.067.571,88 (FAPESP).

2. Redoxoma (nº 13/07937-8); Modalidade Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepid); Pesquisador responsável Ohara Augusto (Instituto de Química/USP); Investimento R$ 20.674.781,25 (para todo o projeto) (FAPESP).

Artigo científico

CHIARELLI NETO, O. et al. Melanin photosensitization and the effect of visible light on epithelial cells. PLoS ONE. 18 nov. 2014.

Telescópios investigam relação entre ciclo do Sol e clima

17/07/2014

Por Diego Freire
Agência FAPESP – Pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e da Universidade Federal Fluminense (UFF) construíram dois telescópios que vão funcionar de forma sincronizada na detecção contínua de partículas derivadas da radiação do Sol para investigar possíveis relações entre os ciclos solares e as variações climáticas da Terra.

O trabalho é resultado da pesquisa “Detecção e estudo de eventos solares transientes e variação climática”, realizada no âmbito de um acordo de cooperação entre a FAPESP e a Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (Faperj) que tem como objetivo apoiar projetos cooperativos e intercâmbio de pesquisadores e estudantes em áreas ligadas às mudanças climáticas globais.
De acordo com o coordenador da pesquisa na Unicamp, Anderson Campos Fauth, professor associado do Instituto de Física Gleb Wataghin, já se sabe que os ciclos solares e suas flutuações apresentam alguma relação com a intensidade com que os raios cósmicos atingem a Terra, apesar de não serem considerados uma das principais causas das mudanças climáticas globais.

Equipamentos serão sincronizados para monitorar a atividade solar de forma ininterrupta e registrar informações que podem ser associadas à variação climática (foto:divulgação)

“Não existe um consenso sobre o mecanismo que relaciona a atividade solar e as mudanças climáticas. Há uma hipótese de que o aumento do fluxo de raios cósmicos pode estar associado ao surgimento de nuvens baixas, que globalmente exercem um efeito de resfriamento e, nas regiões polares, onde a incidência da radiação solar é baixa, têm impacto contrário, provocando aquecimento”, disse.
Fauth explica que cientistas têm observado que certos fenômenos climáticos – oceanos mais quentes, maior quantidade de chuvas tropicais, menos nuvens subtropicais, circulação mais intensa de ventos – parecem estar em parte associados ao ciclo de atividade solar, que dura em média 11 anos.
“Entretanto, esses estudos estão em fase inicial e é necessário fazer novas observações das radiações emitidas pelo Sol, principalmente quando surgem atividades como as explosões solares, e monitorar suas variações sazonais”, ponderou.

Diante disso, o trabalho da Unicamp e da UFF com os telescópios foca em um dos sinais do ciclo solar: a presença e o comportamento das partículas múons na atmosfera terrestre.
O múon é a mais abundante partícula com carga elétrica presente na superfície da Terra, representando cerca de 80% dos raios cósmicos com carga elétrica em altitudes próximas ao nível do mar. A cada segundo surgem, aproximadamente, 140 múons por metro quadrado.
O fato de a partícula quase sempre possuir trajetória retilínea facilita sua detecção com um arranjo de poucos detectores. “Essas partículas permitem estudar os eventos solares em uma região de energia que os satélites e os monitores de nêutrons posicionados na superfície terrestre não observam”, explicou Fauth.
O ano de 2014 é propício à detecção de múons pelos telescópios da Unicamp e da UFF. Ao longo deste período, o ciclo atual do Sol atinge sua máxima atividade: o número de manchas solares observadas aumenta consideravelmente e os flares – explosões que ocorrem na superfície do Sol – irrompem com grande intensidade, libertando milhões de toneladas de gás magnetizado.
Além disso, Campinas e Niterói, onde os telescópios estão instalados, têm localização privilegiada para a detecção de partículas derivadas da radiação solar, pois estão próximas à região central da Anomalia Magnética do Atlântico Sul (SAA, da sigla em inglês), onde a resistência magnética para entrada de partículas carregadas vindas do espaço é muito baixa.
A maioria dos detectores de partículas solares energéticas está instalada próximo às regiões dos polos porque, nas outras regiões, o campo magnético da Terra desvia as partículas carregadas. Mas na região da SAA há uma intensidade magnética muito inferior, uma espécie de buraco na magnetosfera que se comporta como um funil.

Muonca

O telescópio construído na Unicamp, que recebeu o nome Muonca, iniciou em abril a tomada de dados contínua, utilizando quatro detectores de partículas. Os detectores da UFF entraram em funcionamento em junho, no modo monitor – quando se realiza a contagem dos múons, sem determinar ainda sua direção de chegada.

O Muonca utiliza quatro detectores de partículas idênticos. A partícula múon, ao atravessar o cintilador do detector, produz uma luz que permite o registro de sua passagem. Um computador é utilizado no sistema de aquisição de dados, e as informações brutas são registradas em arquivos diários.
O telescópio da Unicamp foi construído em dois anos, incluindo o tempo para os processos de importação, realização dos projetos, desenhos técnicos das peças, execução por técnicos da universidade e de empresas privadas, montagem por membros do grupo de pesquisa, desenvolvimento do software de aquisição de dados e calibração dos detectores, além da programação dos códigos de análise dos dados.
O experimento opera continuamente, 24 horas por dia, e os pesquisadores desenvolvem agora um sistema que alerte por e-mail e SMS quando ocorrer algum problema ou possível evento solar na aquisição dos dados.

Recentemente, os detectores instalados em Campinas e Niterói registraram simultaneamente uma tempestade geomagnética. De acordo com Fauth, os dados estão sendo avaliados para publicação e os primeiros resultados conjuntos dos dois telescópios serão apresentados em setembro no 34º Encontro Nacional de Física de Partículas e Campos, organizado pela Sociedade Brasileira de Física em Caxambu (MG).

De olho no Sol há 2.300 anos

Edição 220 - Junho de 2014

Revista Fapesp.

 

Vestígios do que pode ser o mais antigo sítio de observação astronômica  do hemisfério Sul foram descobertos na costa do Pacífico em um vale próximo à cidade de Chincha Altana, a cerca de 200 quilômetros de Lima.

Quem os encontrou foram pesquisadores da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, e do Instituto Francês de Estudos Andinos, do Peru. Construído há 2.300 anos pelo povo Paracas, antecessor da cultura que produziu as famosas linhas de Nazca, esse complexo arquitetônico-astronômico ocupava uma área de 40 quilômetros quadrados. Incluía 71 geoglifos (desenhos escavados no solo) lineares, montículos edificados para fins cerimoniais e moradias (PNAS, 20 de maio). As construções eram usadas em rituais e serviam de ponto de referência para rotas comerciais e para observação do céu, visto que eram orientadas na direção do nascer do sol durante o solstício de inverno.