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domingo, 24 de julho de 2022

 

Por que o interior do sistema solar não gira mais rápido? Velho mistério tem possível nova solução

Por que o interior do sistema solar não gira mais rápido?  Velho mistério tem possível nova solução
Crédito: Shutterstock

O movimento de um pequeno número de partículas carregadas pode resolver um mistério de longa data sobre discos finos de gás girando em torno de estrelas jovens, de acordo com um novo estudo da Caltech.

Esses recursos, chamados de  , duram dezenas de milhões de anos e são uma fase inicial da evolução do sistema solar. Eles contêm uma pequena fração da massa da estrela em torno da qual giram; imagine um anel semelhante a Saturno tão grande quanto o sistema solar. Eles são chamados de discos de acreção porque o gás nesses discos espirala lentamente em direção à estrela.

Os cientistas perceberam há muito tempo que, quando essa espiral interna ocorre, deve fazer com que a parte radialmente interna do disco gire mais rápido, de acordo com a lei da conservação do momento angular. Para entender a conservação do momento angular, pense em patinadores artísticos giratórios: quando seus braços estão esticados, eles giram lentamente, mas quando puxam os braços, giram mais rápido.

O momento angular é proporcional à velocidade vezes o raio, e a lei da conservação do momento angular afirma que o momento angular em um sistema permanece constante. Assim, se o raio do patinador diminuir porque ele esticou os braços, a única maneira de manter o momento angular constante é aumentar a velocidade de rotação.

Resultados simulados. (a), (b) As trajetórias de partículas de um sistema com íons e elétrons. (c), (d) As trajetórias de partículas de um sistema de referência tendo apenas neutros. (e), (f) O perfil de velocidade de deriva radial neutra e a fração de densidade de íons e elétrons do sistema em (a), (b). Crédito: The Astrophysical Journal (2022). DOI: 10.3847/1538-4357/ac62d5

O movimento espiral para dentro do disco de acreção é semelhante a um skatista puxando seus braços – e, como tal, a parte interna do disco de acreção deve girar mais rápido. De fato,  mostram que a parte interna de um disco de acreção gira mais rápido. Curiosamente, porém, ele não gira tão rápido quanto o previsto pela lei de conservação do momento angular.

Ao longo dos anos, os pesquisadores investigaram muitas explicações possíveis para o motivo pelo qual o momento angular do disco de acreção não é conservado. Alguns pensaram que o atrito entre as partes rotativas internas e externas do disco de acreção poderia desacelerar a região interna. No entanto, os cálculos mostram que os discos de acreção têm atrito interno desprezível. A principal teoria atual é que os campos magnéticos criam o que é chamado de "instabilidade magnetorrotacional" que gera gás e turbulência magnética - efetivamente formando atrito que diminui a velocidade de rotação do gás em espiral para dentro.

"Isso me preocupou", diz Paul Bellan, professor de física aplicada. "As pessoas sempre querem culpar a turbulência por fenômenos que não entendem. Há uma grande indústria caseira argumentando que a turbulência é responsável pela eliminação do momento angular nos discos de acreção."

Há uma década e meia, Bellan começou a investigar a questão analisando as trajetórias de átomos, elétrons e íons individuais no gás que constitui um disco de acreção. Seu objetivo era determinar como as partículas individuais no gás se comportam quando colidem umas com as outras, bem como como elas se movem entre as colisões, para ver se a perda de momento angular pode ser explicada sem invocar turbulência.

Como ele explicou ao longo dos anos em uma série de artigos e palestras focados nos "primeiros princípios" - o comportamento fundamental das partes constituintes dos discos de acreção - partículas carregadas (ou seja, elétrons e íons) são afetadas tanto pela gravidade quanto pelos campos magnéticos , enquanto os átomos neutros são afetados apenas pela gravidade. Essa diferença, ele suspeitava, era a chave.

O estudante de pós-graduação da Caltech, Yang Zhang, participou de uma dessas palestras depois de fazer um curso no qual aprendeu a criar simulações de moléculas à medida que colidem umas com as outras para produzir a distribuição aleatória de velocidades em gases comuns, como o ar que respiramos. “Aproximei-me de Paul após a palestra, discutimos e finalmente decidimos que as simulações poderiam ser estendidas para partículas carregadas colidindo com partículas neutras em campos magnéticos e gravitacionais”, diz Zhang.

Por fim, Bellan e Zhang criaram um modelo de computador de um disco de acréscimo virtual giratório e superfino. O disco simulado continha cerca de 40.000 partículas neutras e cerca de 1.000 partículas carregadas que poderiam colidir umas com as outras, e o modelo também levou em consideração os efeitos da gravidade e de um  . "Este modelo tinha a quantidade certa de detalhes para capturar todas as características essenciais", diz Bellan, "porque era grande o suficiente para se comportar como trilhões e trilhões de partículas neutras colidindo, elétrons e íons orbitando uma estrela em um campo magnético. campo."

A simulação de computador mostrou que colisões entre  e um número muito menor de partículas carregadas fariam com que íons carregados positivamente, ou cátions, espiralassem para dentro em direção ao centro do disco, enquanto partículas carregadas negativamente (elétrons) espiralavam para fora em direção à borda. As partículas neutras, enquanto isso, perdem momento angular e, como os íons carregados positivamente, espiralam para o centro.

Uma análise cuidadosa da física subjacente no nível subatômico - em particular, a interação entre partículas carregadas e campos magnéticos - mostra que o momento angular não é conservado no sentido clássico, embora algo chamado "momento angular canônico" seja de fato conservado.

O momento angular canônico é a soma do momento angular ordinário original mais uma quantidade adicional que depende da carga de uma partícula e do campo magnético. Para partículas neutras, não há diferença entre o momento angular comum e o momento angular canônico, então se preocupar com o momento angular canônico é desnecessariamente complicado. Mas para partículas carregadas – cátions e elétrons – o momento angular canônico é muito diferente do momento angular comum porque a quantidade magnética adicional é muito grande.

Como os elétrons são negativos e os cátions são positivos, o movimento para dentro dos íons e o movimento para fora dos elétrons, que são causados ​​por colisões, aumenta o momento angular canônico de ambos. As partículas neutras perdem momento angular como resultado de colisões com as  e se movem para dentro, o que equilibra o aumento do momento angular canônico da partícula carregada.

É uma pequena distinção, mas faz uma enorme diferença em uma escala do sistema solar, diz Bellan, que argumenta que essa contabilidade sutil satisfaz a lei de conservação do momento angular canônico para a soma de todas as partículas em todo o disco; apenas cerca de uma em um bilhão de partículas precisa ser carregada para explicar a perda observada de  neutras .

Além disso, diz Bellan, o movimento para dentro dos cátions e o movimento para fora dos elétrons faz com que o disco se torne algo como uma bateria gigantesca com um terminal positivo próximo ao centro do disco e um terminal negativo na borda do disco. Tal bateria conduziria  que fluíam para fora do disco tanto acima quanto abaixo do plano do disco. Essas correntes alimentariam jatos astrofísicos que saem do disco em ambas as direções ao longo do eixo do disco. De fato, os jatos têm sido observados por astrônomos há mais de um século e são conhecidos por estarem associados a discos de acreção, embora a força por trás deles seja um mistério há muito tempo.

O artigo de Bellan e Yang foi publicado no The Astrophysical Journal em 17 de maio.


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Mais informações: Yang Zhang et al, Neutral-charged-particle Collisions as the Mechanism for Accretion Disk Angular Momentum Transport, The Astrophysical Journal (2022). DOI: 10.3847/1538-4357/ac62d5
Informações do jornal: Astrophysical Journal 

quinta-feira, 14 de julho de 2022


 

Afinal, o que as cinco primeiras imagens do Telescópio James Webb nos revelam?

As capturas de tirar o fôlego deste conjunto de imagens, que incluem a visão mais profunda em infravermelho de galáxias antigas, são uma prévia dos trabalhos espetaculares que ainda estão por vir com o observatório espacial mais poderoso da história.
Webb

A imagem do Telescópio Espacial James Webb revela centenas de estrelas recém-nascidas antes invisíveis no berço estelar conhecido como Nebula Carina, um vasto aglomerado de gás e poeira a 7.600 anos-luz da Terra. Crédito: Nasa, ESA, CSA and STScI

A próxima grande era da astronomia verdadeiramente começou nesta manhã (nos EUA). Depois de quase três décadas de um desenvolvimento cheio de complicações, US$ 10 bilhões gastos, um lançamento de estremecer o coração no Natal de 2021 e meio ano de roer as unhas durante as suas preparações delicados no espaço profundo, o Telescópio Espacial James Webb entregou o conjunto completo de suas primeiras imagens coloridas. 

O próprio presidente Joe Biden apresentou uma prévia na noite de ontem na Casa Branca, revelando o que está destinado a se tornar a imagem mais icônica do conjunto. 

“Essas imagem farão o mundo lembrar que os Estados Unidos são capazes de grandes conquistas, e farão os americanos — especialmente nossas crianças — lembrarem que não há nada para além de nossa capacidade”, afirmou o presidente durante o evento. “Podemos ver possibilidades que ninguém nunca viu. Podemos ir a lugares onde ninguém nunca foi.”

Construído pela Nasa, assim como pelas agências espaciais canadense e europeia, o Webb recebeu, apesar da controvérsia, o nome de um antigo administrador da Nasa, e é o observatório espacial mais poderoso já criado. Mas, durante algum tempo, ele parecia mais com uma piada sádica nos círculos de astrônomos: as demandas técnicas empurraram o projeto tanto para além do orçamento e para trás de sua agenda que muitos suspeitavam que ele nunca seria lançado. 

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Confira uma prévia das imagens do Telescópio James Webb, capturada por um de seus instrumentos

Agora, ele promete revolucionar nosso entendimento do cosmos em uma missão que pode se estender até a década de 2040. Cada uma das novas imagens do telescópio requereu a capacidade total de pelo menos um dos quatro instrumentos principais do Webb, assim como seu enorme espelho primário segmentado de 6,5 metros, composto de 18 painéis hexagonais do tamanho de uma mesa de café feitos de berílio laminado a ouro. Eles se dobraram na posição correta como um origami para encaixar-se no foguete de lançamento Ariane 5. 

Empoleirado a 1,5 milhão de quilômetros da Terra e protegido por um quebra-sol de diversas camadas do tamanho de uma quadra de tênis, os instrumentos do telescópio permanecem em uma temperatura próxima a do vácuo espacial. Esse “congelamento” os permite ver — ou “sentir” — o brilho infravermelho de galáxias para além de distantes, planetas próximos e tudo que está entre os dois. 

Até antes da divulgação oficial das primeiras imagens de hoje, imagens anteriores produzidas para guiar a complexa instrumentação de espaço profundo do Webb davam pistas de suas capacidades incríveis. Capturas simples de uma estrela, obtidas pelo instrumento mais flexível do telescópio, a Câmera Quase Infravermelha (NIRCam, em inglês), também acabou incluindo mais de mil galáxias de fundo invadindo a imagem. Seu brilho seria simplesmente fraco demais para que apareçam nas lentes de qualquer outro observatório. 

Esses testes preliminares, afirma Marcia Rieke, investigadora principal da NIRCam da Universidade do Arizona, mostraram que “todos os instrumentos do Webb estão atingindo uma sensibilidade melhor do que planejamos” e que a performance do espelho também está excedendo expectativas. Com essas novas imagens, afirma Rieke, “passamos a ver que o retorno científico provavelmente será ainda maior do que ousamos acreditar”.

Webb

Uma comparação lado a lado mostra as observações notoriamente detalhadas feitas pelo Webb da Nebula do Anel do Sul em luz quase-infravermelha (esquerda) e infravermelha média (direita). Localizada a mais de 2.000 anos-luz da Terra, a nebula é composta de camadas de gás e poeira expelidas por uma estrela moribunda que, em cada imagem, pode ser vista próxima ao centro da nebula. Crédito: Nasa, ESA, CSA and STScI

Todos os olhos no Webb

Projetado para mostrar a largura e a profundidade da visão cósmica do Webb (ao mesmo tempo que para servir como uma vista arrebatadora), as primeiras imagens realmente não desapontaram. Entre elas estão vistas sem precedentes da Nebulosa Carina — um berço estelar agitado a quase 7.600 anos-luz da Terra, que é iluminado por enormes estrelas brilhantes e com vida curta — como também uma captura da Nebulosa do Anel do Sul, um sol moribundo a mais de 2 mil anos luz de distância expelindo sua camada superficial rica em elementos na forma de camadas de gás brilhante. 

O ciclo de criação e destruição celestial continua em outras imagens a mais de 290 milhões de anos-luz de distância, que capturam o Quinteto de Stephan de galáxias em interação. Elas estão brilhando em um intenso período de formação estelar dentro das ondas de choque intergalácticas conforme o quinteto lentamente se une em apenas uma galáxia gigantesca.

Webb

As galáxias em interação do Quinteto de Stephan capturadas pelo Webb a aproximadamente 290 milhões de anos-luz da Terra. Cobrindo um quinto do diâmetro da Lua, esse mosaico foi construído a partir de quase mil imagens separadas, e revela detalhes nunca antes vistos desse grupo de galáxias. Crédito: Nasa, ESA, CSA and STScI

Mas o âmbito completo da audácia científica do Webb é melhor revelado através de duas outras imagens — uma impactante e a outra sutil. 

A sutil é um espectro — essencialmente apenas uma série tortuosa de picos e vales registrando como diversos comprimentos de onda de luz brilham através da camada superior da atmosfera de WASP-96b, um exoplaneta chamuscado com metade da massa de Júpiter que gira ao redor de uma estrela a mais de mil anos-luz de distância uma vez a cada 3,4 dias. Esse espectro quase nem são imagens, mas podem revelar a composição total de um objeto, afirma Knicole Coln, a vice-cientista de projeto para ciência de exoplanetas no Centro de Voos Espaciais Goddard, da Nasa. “Webb fornecerá o primeiro espectro de resolução relativamente alta da atmosfera de exoplanetas, começando um novo capítulo na era de caracterização de exoplanetas”, adiciona ela. 

A imagem feita pelo Webb do aglomerado de galáxias SMACS 0723 revela milhares de galáxias, entre elas as mais distantes e com menor brilho já vistas em infravermelho. Essa imagem cobre um trecho do céu equivalente ao tamanho de um grão de areia sendo segurado com os braços esticados. Crédito: Nasa, ESA, CSA and STScI

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Um total de 70% do primeiro ano de observações do observatório está reservado para observações que envolvem capturar o espectro de algum tipo de alvo, de acordo com Klaus Pontoppidan, o cientista de projeto do Webb no Instituto de Ciência do Telescópio Espacial. 

A maioria dessas medições irá rastrear a evolução química de galáxias ao longo do tempo e dentro de estrelas e discos formadores de planetas espalhados pela Via Láctea. Mas uma parte delas irá, ao invés disso, registrar o espectro de uma série de mundos de tamanho pequeno e temperatura amena distribuídos ao redor de estrelas próximas para detectar a presença de gás carbônico atmosférico, vapor de água, metano e outros compostos associados com habitabilidade e vida. Mesmo que seja improvável, um desses espectros poderia prover a primeira evidência convincente de que não estamos sozinhos no cosmos. 

O espectro do exoplaneta WASP-96b produzido pelo Webb, sobreposto a uma ilustração artística. O espectro revela a presença de vapor de água, assim como nuvens e névoa na atmosfera desse mundo gigante gasoso, que existe em uma órbita de 3,4 dias ao redor de uma estrela a cerca de mil anos-luz da Terra. Crédito: Nasa, ESA, CSA and STScI

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Telescópio Espacial James Webb faz suas primeiras imagens

A mais impressionante das imagens do primeiro conjunto tem pouco a ver com a busca por vida extraterrestre, mas ainda é tão espectacular que ela convenceu a Casa Branca a mudar seus planos de última hora, permitindo que o presidente Biden participe da glória do observatório ao apresentá-la para o mundo um dia antes do que a Nasa havia originalmente planejado.

Capturada pela NIRCam, essa imagem é uma observação de campo profundo da SMACS 0723, uma região tumultuada do cosmos cheia de galáxias, como joias em um veludo escuro. A maioria dessas joias galácticas estão a mais de 4,5 bilhões de anos-luz de distância, mas elas são uma distração de primeiro plano para o tesouro real, que pode ser encontrado nas formas fracas e distorcidas pairando além da escuridão. Toda a imagem lotada de galáxias corresponde a um trecho do céu noturno do tamanho de, aproximadamente, um grão de areia na ponta de um braço estendido. (Veja aqui uma versão de alta resolução, para dar zoom.)

Contemplando a alvorada cósmica

O conjunto total das galáxias aglomeradas da SMACS 0723 é tão grande que distorce o espaço ao seu redor, formando “lentes gravitacionais” semelhantes a um bolha, através da qual a luz mais fraca de galáxias muito mais distantes — talvez alguns dos primeiros objetos luminosos do cosmos — é distorcida e ampliada à vista. Essas imagens fazem do Webb menos um telescópio e mais uma máquina do tempo, porque ele coleta luz de éons atrás, liberada para o espaço apenas alguns momentos (na escala da vida do Universo) depois do Big Bang, durante a chamada “alvorada cósmica”, quando acredita-se terem se formado as primeiras estrelas e galáxias. 

O Telescópio Espacial Hubble e outros instrumentos predecessores já capturaram imagens semelhantes, mas não possuíam a sensibilidade necessária para detectar essas galáxias mais distantes, as quais o Webb consegue ver aos montes. Esses objetos aparecem não apenas com pouco brilho e tamanho reduzido no céu, mas também ficam tão distantes no passado que a subsequente expansão do Universo alongou os comprimentos de onda da luz que emitem, puxando-os para o infravermelho (“redshift”). Eles são a questão elusiva que o Webb foi projetado para responder desde de o surgimento do projeto em um obscuro relatório técnico de 1996, que se referia a ele, após o Hubble, com o simples nome de Telescópio Espacial da Próxima Geração. 

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Telescópio James Webb chega ao seu destino final longe da Terra

Como está o Telescópio Espacial James Webb duas semanas após seu lançamento?

Para saber o quão distante no passado chegaram as observações de campo profundo do SMACS 0723, afirma Rieke, serão necessárias observações adicionais para medir os redshifts para cada galáxia alterada pela lente gravitacional. Mas o que é certo é que essa é a imagem infravermelha mais profunda e mais clara já feita do Universo — um fato que está claro para os que ajudaram a criá-la. 

Fazendo uma referência enigmática a imagem em uma coletiva de imprensa semanas antes da sua divulgação, Thomas Zurbuchen, administrador associado do Diretório de Missões Científicas da NASA, afirmou que ver as primeiras capturas do Webb quase o fez chorar. 

A tarefa de baixar e então distribuir os dados brutos do Webb à equipe de 30 pessoas que preparou suas imagens inaugurais recaiu sobre Pontoppidan, que foi o primeiro a ver a observação de campo profundo do SMACS 0723. Por um breve momento, no escritório de sua casa, ele fitou mais longe nas profundidades luminosas do Universo do que qualquer outro terráqueo. “Provavelmente, eu passei duas horas apenas encarando a imagem”, relembra, “sentado no meu porão, na frente da tela do meu computador e me sentindo muito só neste mundo.” 

A imagem produziu uma sensação semelhante quando o resto da equipe a viu durante um encontro presencial. “Foi comovente”, afirma Pontoppidan. “Todas as pessoas naquela sala ficaram quietas por um bom tempo.”

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Telescópio Espacial James Webb é lançado

Para ver essa imagem — e ficar, mesmo que por um momento, perdido nas profundidades indescritíveis repletas de galáxias — significa apreciar até onde chegamos. O Webb é tão tecnicamente intimidador que, nas palavras de Keith Parrish, gerente do observatório no Centro Goddard, ele “não queria existir”. Ainda assim ele foi bem-sucedido, sobrevivendo a numerosas experiências de quase-morte no seu caminho de décadas até a plataforma de lançamento e então, desafiando as probabilidades, passou por uma série de implantações decisivas para além da Terra. 

Ver sua primeira observação dedicada a um campo profundo revela uma jornada ainda mais épica, tingida com o que pode ser chamado de divino: ao ter um vislumbre dessas galáxias recém-nascidas incandescendo com a luz das primeiras estrelas, vemos nossos ancestrais cósmicos mais antigos emergindo do vácuo, adquirindo forma e esperando tudo o que está por vir — a Via Láctea, o Sol, a Terra e nós — latentes em sua majestade anciã.

Talvez se encaixando com isso, quando mais sabemos sobre as origens do Webb — e quanto mais ele revela sobre a nossa origem — mais milagrosa parece ser a sua e a nossa existência. Para aqueles capazes de captar isso, o grande peso desse conhecimento nos imobiliza dentro de um espaço de contemplação para além das palavras, fazendo o coração estremecer da mesma forma que qualquer sermão ou hino. 

“A astronomia possui uma capacidade inerente de nos fazer pensar maior — para pensar para além de nós mesmos e considerar nosso lugar no Universo”, afirma Amber Straughn, vice-cientista de projeto no Centro Goddard. “Exploração e descobrimento tocam em algo importante dentro de todos nós — são partes cruciais do que nos faz humanos. Esse telescópio mudará como entendemos o Universo de maneiras que nunca antes sonhamos.” 

O que vem por aí para o Webb

O sucesso do observatório, proclama Pontoppidan com capricho, se opõe às avaliações muito comuns e sempre pessimistas de que nosso presente momento na Terra seria a pior linha do tempo em algum multiverso fictício. “O lançamento e comissionamento inicial do Webb pode ser visto, até o momento, como dividido entre dois mundos radicalmente diferentes”, diz ele. “Há um mundo onde colocamos US$ 10 bilhões neste complicado observatório de origami, e ele simplesmente colapsou em um enorme fiasco. E também há o mundo que estamos vivendo, onde ele funcionou! Para onde quer que formos a partir daqui, com o Webb — e com a astronomia em geral —, será a um lugar muito diferente.”

E como quase todos os astrônomos o lembrarão com entusiasmo, a missão transformadora do telescópio apenas começou. “É uma coisa prever seu poder de observação, mas é algo completamente diferente ver o que o Webb pode produzir quase sem se esforçar”, afirma Coln. “Essas primeiras imagens são apenas a ponta do iceberg das capacidade do Webb.”

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O Telescópio Espacial James Webb pode resolver um dos mistérios mais profundos da cosmologia

Confira o desdobramento do Telescópio Espacial James Webb

A imagem mais profunda do Universo produzida pelo Hubble, aponta Pontoppidan, levou 14 dias de observação do mesmo ponto no céu. A imagem recordista de campo profundo do Webb — junto de todas as outras reveladas hoje — emergiram coletivamente de um total de apenas cinco dias de observações. “Sabe, nem estávamos tentando destacar um objeto ou criar a imagem mais profunda para sempre”, afirma ele. “O que quer que tenhamos feito, outros cientistas usando o Webb poderão fazer ainda melhor — e mais rápido.” 

Esse ritmo estonteante, afirma Jane Rigby, cientista de projetos de operação do telescópio no Centro Goddard, faz do Webb “um carro esportivo Bugatti entre um mundo de cavalos e carroças”.

“É como a diferença entre viajar entre três e 300 quilômetros por hora”, diz ela. “E agora estamos indo colocá-lo na pista de corrida. Então, o quão profundo e o quão longe poderemos ir quando soltarmos os freios a afundarmos o acelerados? Eu estou tão animada como qualquer outro em relação a essas cinco imagens, mas meu coração está com as milhares e milhares de horas de projetos científicos revisados por pares e selecionados de forma competitiva que estamos começando a realizar durante o primeiro ano de observações do Webb.”

Lee Billings

Lee Billings é um editor sênior de espaço e física da Scientific American.

Publicado originalmente no site da Scientific American dos EUA em 12/07/2022; aqui em 13/07/2022.

segunda-feira, 23 de setembro de 2019

Uma colisão de asteroides há 466 milhões de anos criou meteoritos que ainda caem na Terra.
NASA / JPL-CALTECH

Véu de poeira do antigo asteroide pode ter resfriado a Terra

Diante de um mundo perigosamente aquecido, os possíveis geoengenheiros inventaram maneiras de diminuir rapidamente o calor. Uma técnica proposta: espalhar um véu de poeira que fica no espaço ou na atmosfera da Terra e reflete a luz do sol.  

Os pesquisadores dizem que agora encontraram evidências de um experimento semelhante que ocorreu naturalmente, 466 milhões de anos atrás, quando um asteroide no espaço explodiu em pedaços. A poeira resultante do rompimento cobriu o planeta, diz Birger Schmitz, geólogo da Universidade de Lund, na Suécia, mergulhando-o na era do gelo que logo foi seguida por uma explosão na vida animal.
 
O episódio antigo oferece encorajamento e cautela para os geoengenheiros. Se Schmitz estiver certo, demonstra dramaticamente como a poeira pode esfriar o planeta. Mas o congelamento profundo é uma lição sobre possíveis consequências não intencionais. "Talvez nosso estudo desencadeie uma grande controvérsia acadêmica", diz Schmitz, que lidera um estudo publicado esta semana na Science Advances .
 
Em todo o mundo, a proporção de isótopos decadentes em um tipo de meteorito comum sugere as rochas espaciais formadas em um evento de choque singular 466 milhões de anos atrás.  

Modelos baseados no tempo que levaram para esfriar sugerem que eles vieram de um corpo-mãe de 150 quilômetros de largura, que se rompeu em uma colisão no cinturão de asteroides além de Marte, enviando um fluxo de fragmentos para o sistema solar interno. Os pedaços do rompimento ainda caem na Terra hoje.
A equipe de Schmitz encontrou uma fonte rica de detritos: uma pedreira de calcário no sul da Suécia.  
Desde a década de 1990, ele produziu mais de 100 meteoritos fósseis, encontrados em camadas rochosas que datam logo após o rompimento do asteroide. "O fluxo tinha que ser enorme neste momento", diz Bill Bottke, cientista planetário do Instituto de Pesquisa Southwest em Boulder, Colorado, que estudou a separação.
 
Os meteoritos caíram na época em que a vida animal começou. Os principais grupos de animais já haviam evoluído, mas durante esse Grande Evento de Biodiversificação Ordoviciana (GOBE), os animais oceânicos dobraram ou até triplicaram em biodiversidade. Os recifes construídos por micróbios deram lugar a alguns dos primeiros recifes de coral, os trilobitas aumentaram e predadores com tentáculos, como nautiloides, diversificaram-se e invadiram os mares sem peixes.  

Em 2008, Schmitz argumentou que o rompimento de asteroides pode ser responsável. Talvez, ele e seus colegas propusessem, grandes fragmentos que atingiram a Terra estimularam o GOBE sacudindo ecossistemas, limpando nichos ecológicos para a evolução de novas espécies.
 
Mas a ideia não pegou, em parte porque não havia sinal de grandes crateras de impacto logo após a colisão. Em vez disso, alguns paleontólogos ofereceram um gatilho diferente para o GOBE: uma sucessão de eras glaciais que ocorreu ao mesmo tempo. Água mais fria pode conter mais oxigênio dissolvido, alimentando a vida. E quando a água congelou nas geleiras, o nível do mar caiu, isolando mares rasos e criando nichos para especiação.
 
A equipe de Schmitz agora pensa que o asteroide provocou essas eras glaciais, criando uma nuvem de poeira que pairava no espaço e na atmosfera, refletindo a luz solar longe da Terra e permitindo que o gelo se acumulasse. Em camadas de calcário de apenas alguns milhões de anos, desde a pedreira original e outros locais na Suécia e na Rússia, a equipe encontrou um aumento nos pequenos grãos extraterrestres e nos isótopos químicos que rastreiam poeira extraterrestre ainda mais fina. "Toda essa poeira flutuava, exatamente quando o nível do mar começou", diz Schmitz. "De repente, clicou."
Rebecca Freeman, paleontóloga da Universidade de Kentucky, em Lexington, diz que o momento é "perfeito". "Não é necessariamente a resposta para todas as perguntas, mas certamente reúne muitas observações", diz ela.
 
Peter Reiners, geoquímico da Universidade do Arizona em Tucson, argumenta que a queda de poeira de asteroide também teria fornecido ferro aos oceanos do mundo, esfriando o clima de uma maneira diferente. A poeira teria nutrido micróbios fotossintéticos na superfície do mar, extraindo dióxido de carbono da atmosfera. Quando eles morriam e afundavam, grande parte do carbono que absorviam seria enterrado com eles, esfriando ainda mais o planeta.
 
Os eventos antigos são assustadoramente semelhantes aos esquemas de geoengenharia modernos. Um estudo realizado em 2012 avaliou a ideia de rebocar um asteroide para um ponto gravitacionalmente estável entre a Terra e o sol e reter poeira que permaneceria no espaço e sombrearia a Terra. Os pesquisadores descobriram que um asteroide próximo à Terra de 32 quilômetros de largura, chamado 1036 Ganymed, poderia criar uma nuvem de poeira grande o suficiente para permanecer no lugar e bloquear 6,6% da luz solar, bem acima da redução de 1,7% que os autores dizem que poderia compensar 2 ° C do aquecimento esperado. A fertilização do oceano com ferro também foi proposta para combater as mudanças climáticas.
 
Seth Finnegan, paleontólogo da Universidade da Califórnia em Berkeley, ainda não está convencido sobre o antigo evento de geoengenharia. 

Ele quer ver evidências globais de poeira extraterrestre, juntamente com sinais de resfriamento e biodiversidade. Ele também pede aos pesquisadores que modelem a quantidade de poeira que o rompimento de asteroides causaria e como isso afetaria o clima. Schmitz diz que está procurando poeira em um terceiro local no centro da China.
 
Se um asteroide em pó realmente teve um efeito tão profundo no Ordovician, Finnegan acrescenta, o episódio também envia um aviso: "mostra que as consequências de se mexer dessa maneira podem ser bastante graves".
 
Publicado em:
doi: 10.1126 / science.aaz5500

Joshua Sokol


sexta-feira, 6 de setembro de 2019

Qual é a diferença entre asteroides, cometas e meteoros?

Chuva de meteoros Perseidas 2015 no céu dinamarquês
Foto do Perseid Meteor Shower 2015 no céu dinamarquês.
(Imagem: © Ruslan Merzlyakov / RMS Photography )
 
Em nosso sistema solar, existem bilhões, possivelmente trilhões, de objetos perigosos que orbitam o sol. Esses espaçadores são pequenos demais para serem chamados de planetas e recebem os nomes de cometas, asteróides, meteoroides e, se atingirem a Terra, meteoros ou meteoritos. Com tantos rótulos, é fácil esquecer qual é qual.
 
Vamos começar com uma breve definição de cada um.
 
Asteroides: são as sobras rochosas e sem ar da formação de planetas em nosso sistema solar. Eles orbitam principalmente nosso sol no cinturão de asteroides entre Marte e Júpiter e variam do tamanho de carros a planetas anões.
 
Cometas: os cometas são bolas de neve no espaço sujo, principalmente de gelo e poeira que se formaram durante o nascimento do sistema solar, 4,6 bilhões de anos atrás. A maioria dos cometas tem órbitas estáveis ​​nos confins do sistema solar após o planeta Netuno.
 
Meteoroides, meteoros, meteoritos: Meteoroides são pequenos asteroides ou migalhas quebradas de cometas e, às vezes, planetas. Eles variam em tamanho, desde um grão de areia até pedregulhos com 1 metro de largura. Quando meteoroides colidem com a atmosfera de um planeta, eles se tornam meteoros . Se esses meteoros sobreviverem à atmosfera e atingirem a superfície do planeta, seus restos serão chamados meteoritos .
 
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Asteroides

À primeira vista, os asteroides podem parecer rochas espaciais comuns, mas esses antigos remanescentes do sistema solar têm todas as formas, tamanhos e sabores.
 
Apesar de sua baixa estatura (a massa de todos os asteroides combinados é menor que a lua da Terra), os asteroides também são chamados de planetas menores ou "planetoides". Eles variam em tamanho, desde os menores pedregulhos, com 1 metro de comprimento, até o maior asteroide, Ceres , que tem quase um quarto do tamanho da lua da Terra (cerca de 990 quilômetros de diâmetro, ou 950 quilômetros). Ceres é tão grande que recebeu uma promoção para o status de um planeta anão em 2006, a mesma distinção controversa dada a Plutão.
 
A maioria dos asteroides se parece com batatas espaciais gigantes, com suas formas e superfícies oblongas, marcadas por inúmeras crateras causadas por colisões com outros asteróides. Apenas um pequeno número de asteroides é grande o suficiente para que sua gravidade os transforme em esferas, como Ceres. A composição dos asteroides varia de aglomerados escuros e rochosos de entulho, consistindo de rochas de argila e silicato, a amálgamas brilhantes e sólidas de metais como ferro ou níquel, de acordo com a NASA .
 
Quase todos os asteroides são encontrados em uma região em forma de rosca entre Marte e Júpiter, chamada de cinturão de asteróides . O cinturão se formou pouco tempo após o nascimento de Júpiter, quando a gravidade do planeta retinha as sobras formadoras de planetas, fazendo com que colidissem umas com as outras e formassem os milhões de asteroides que hoje vemos no cinturão.
Imagem de mais de 100 asteroides capturados pelo Wide Field Infrared Survey Explorer da NASA, ou WISE, durante sua pesquisa total em 2014. As nuvens de gás e poeira cercam a região, visível apenas na luz infravermelha. Mais de 2.500 estrelas também estão nessa visão.
(Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech / UCLA)

Cometas

Por milênios, a visão de um cometa provocou medo e pavor. Astrônomos antigos acreditavam que os cometas predisseram a morte dos príncipes e os resultados das guerras. Os astrônomos modernos sabem que os cometas são as sobras cobertas de gelo do material que formou nosso sistema solar bilhões de anos atrás.
 
O astrônomo Fred Whipple foi o primeiro a descrever os cometas como bolas de neve sujas ou conglomerados gelados de gases e poeira congelados. A bola de neve compõe o núcleo central de um cometa, que geralmente tem menos de alguns quilômetros de largura, de acordo com a NASA . Quando um cometa se aproxima do sol, o núcleo se aquece e o gelo começa a sublimar do sólido ao gás. Isso produz uma atmosfera ao redor do cometa que pode crescer a milhares de quilômetros de diâmetro, chamada coma. A pressão de radiação do sol afasta as partículas de poeira do coma para produzir uma longa e brilhante cauda de poeira. Uma segunda cauda é formada quando partículas solares de alta energia ionizam o gás, criando uma cauda de íon separada.
 
A diferença entre a composição de asteróides e cometas provavelmente se deve a como e onde eles nasceram, escreveu Britt Scharringhausen , professor de astronomia no Beloit College, em Wisconsin.
 
"Enquanto asteroides e cometas se formaram ao mesmo tempo, eles não se formaram sob as mesmas condições", escreveu Scharringhausen. "O sistema solar se formou a partir da nebulosa solar, uma nuvem de gás e poeira. No centro da nebulosa, o sol estava nascendo através do colapso gravitacional. Por causa desse colapso, que libera calor, as regiões centrais da nebulosa eram mais quentes. e mais denso, enquanto as regiões externas eram mais frias ".
 
Asteroides se formaram perto do centro da nebulosa quente, onde apenas rochas ou metais permaneceram sólidos sob temperaturas extremas. Cometas se formaram além do que é chamado de linha de geada, onde estava frio o suficiente para que água e gases como o dióxido de carbono congelassem. Por esse motivo, os cometas geralmente são encontrados apenas nos confins do sistema solar em duas regiões denominadas Cinturão de Kuiper e Nuvem de Oort .
 
O cometa de forma estranha 67P / Churyumov-Gerasimenko. Em agosto de 2014, a sonda Rosetta se encontrou e implantou um módulo de aterrissagem na superfície do asteróide, o primeiro da história.
(Crédito da imagem: NASA / ESA)

Meteoroides, meteoros e meteoritos

Meteoroides são as verdadeiras rochas espaciais do sistema solar. Com um tamanho não superior a um metro (3,3 pés) e às vezes o tamanho de um grão de poeira, eles são pequenos demais para serem considerados asteroides ou cometas, mas muitos são os pedaços de ambos. Alguns meteoroides se originam de detritos ejetados causados ​​por impactos em planetas ou luas .
 
Se meteoroides cruzam com a atmosfera de um planeta, como a da Terra, eles se tornam meteoros. O flash de fogo emitido pelos meteoros quando queimam na atmosfera pode parecer mais brilhante que o planeta Vênus, razão pela qual eles ganharam o apelido de "estrelas cadentes", de acordo com a NASA . Os cientistas estimam que mais de 48 toneladas (43.500 kg) de material meteorítico caem na Terra todos os dias. Se um meteoro sobrevive à sua descida através da atmosfera e atinge o solo, é chamado meteorito.
 
Quando a Terra passa pela trilha de destroços deixados por um cometa, somos tratados com a deslumbrante queima de fogos de uma chuva de meteoros, onde milhares de estrelas cadentes podem ser vistas no céu noturno. A chuva de meteoros Perseid é uma das mais espetaculares, ocorrendo todos os anos por volta de 12 de agosto. No seu pico, podem ser vistos de 50 a 75 meteoros por hora, se o céu estiver limpo. Os Perseidas são causados ​​pelos meteoroides quebrados pelo Cometa Swift-Tuttle.
 
Essas chuvas de meteoros brilhantes servem como um lembrete de que, apesar da extensão aparentemente vazia do espaço, estamos mais intimamente conectados ao nosso sistema solar do que imaginamos.

Fonte: https://www.livescience.com/difference-between-asteroids-comets-and-meteors.html 

quinta-feira, 5 de setembro de 2019

Conheça os 'pilares de elefantes gigantes', estruturas cósmicas misteriosas 10 vezes maiores que os 'pilares da criação'

pilares icônicos da criação, com troncos altos de elefante na nebulosa da águia
Os Pilares da Criação são formações imensas de gás e poeira cósmica que ficam no centro da Nebulosa da Águia. Uma equipe de pesquisa no Japão acabou de descobrir imensos troncos de elefantes gigantes que são muito maiores do que esses pilares.
 
(Imagem: © NASA, ESA e a Equipe do Hubble Heritage (STScI / AURA))
 
Ursa Maior, Galáxia do Girino , Nebulosa do Caranguejo - quando se trata de nomear objetos no espaço, às vezes parece que os astrônomos desejam ter entrado em zoologia. Continuando nessa longa tradição, um pesquisador identificou recentemente estruturas gigantescas em forma de coluna esculpidas em gás e poeira que ele chamou de Pilares de Elefante Gigante.
 
Os troncos de elefante astronômicos de tamanho regular são entidades bem estudadas. Quando as estrelas recém-nascidas são jovens, elas emitem quantidades colossais de radiação, que podem corroer gás e poeira interestelar nas proximidades.  

Bolsões densos de material são mais resistentes a essa erosão, protegendo gás e poeira a jusante da pressão de radiação e criando longos filamentos que se assemelham a probóscides de paquiderme, de acordo com a NASA .
 
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Exemplos famosos de tais estruturas incluem a Nebulosa Cabeça de Cavalo e a Nebulosa do Tronco do Elefante, bem como os Pilares da Criação altamente fotogênicos encontrados na Nebulosa da Águia. Os pesquisadores frequentemente investigam os troncos de elefante porque são os locais de nascimento de estrelas e evolução inicial.

Usando o rádio telescópio Nobeyama de 45 metros no Japão, o astrônomo Yoshiaki Sofue, da Universidade de Tóquio, recentemente conduziu uma pesquisa sobre o plano de nossa galáxia da Via Láctea. Em dois braços espirais menores, a 15.000 a 22.000 anos-luz de distância, conhecidos como braços Scutum e Norma, ele viu três troncos de elefante, exceto pelo fato de serem pelo menos uma ordem de magnitude maior em tamanho e massa do que as entidades vistas anteriormente.


 
Os troncos de elefantes gigantes encontrados em dois braços espirais da Via Láctea têm entre 65 e 160 anos-luz de diâmetro e podem ter 10.000 massas solares. Ainda não está claro o que os forma, mas é possível que esses sejam os locais de formação estelar em larga escala na galáxia.
 
(Crédito da imagem: Y. Sofue, et al )
 
 
 Os troncos de elefante comuns geralmente têm alguns anos-luz de diâmetro e talvez 10 vezes a massa do nosso sol. Sofue observou três objetos entre 65 e 160 anos-luz de comprimento, cada um pesando cerca de 1.000 a 10.000 vezes a massa do sol. Um artigo descrevendo as descobertas deve aparecer nas Publicações da Sociedade Astronômica do Japão.
  
Como as estruturas menores em forma de coluna são berços para estrelas recém-nascidas, Sofue disse à Live Science que os Troncos do Elefante Gigante poderiam ser criados por atividade de formação de estrelas em larga escala na galáxia. Talvez sejam regiões das quais surjam aglomerados globulares de baixa massa - coleções esféricas de pequenas estrelas -, sugeriu.
 
Agora que ele adulterou essas descobertas, Sofue disse que gostaria de realizar uma inspeção sistemática de seus dados na esperança de descobrir mais troncos de elefante gigante e listá-los em um atlas astronômico para outros pesquisadores estudarem.
Publicado originalmente em Live Science .

Overnight changes in Mars’ atmosphere could solve a methane mystery

Atmospheric gases may mix differently as the planet’s surface moves in and out of sunshine

Curiosity rover
The Curiosity Mars rover, shown in a self-portrait taken in May, detected a much higher concentration of methane gas on the ground than an overhead orbiter did. Now there may be an explanation.
MSSS/JPL-Caltech/NASA
Methane released in Gale crater stays in Gale crater. An overnight change in the Martian atmosphere could hold the gas close to the ground until morning, explaining why the Curiosity rover caught a whiff of methane while an overhead orbiter found none.

The theory offers “a way for the two measurements to live in harmony with each other,” says planetary scientist John Moores of York University in Toronto. He and his colleagues lay out the theory’s details online August 20 in Geophysical Research Letters.

Since 2003, several spacecraft have detected varying amounts of methane on Mars (SN: 1/15/09). NASA’s Curiosity rover, which landed in Gale crater in 2012, has found that amounts of the gas rise and fall in a seasonal cycle (SN: 6/7/18).

Methane should last no more than about 300 years in the Martian atmosphere before sunlight breaks it down. “To see a seasonal cycle tells you that something is actively producing or destroying methane in the present time,” Moores says. Microbes produce methane on Earth, so finding the gas on the Red Planet has been seen as a possible sign of life — although not a definitive one.
Methane “can be produced by abiotic processes,” says Dorothy Oehler, a planetary geologist and astrobiologist with the Planetary Science Institute who is based in Houston. “But even if it’s not directly related to biology, it can enhance habitability for other kinds of microbes. So it’s an important thing to be seeking,” says Oehler, who was not involved in the new study.

Curiosity measured average methane concentrations of 0.41 parts per billion inside Gale crater, a 154-kilometer-wide depression near Mars’ equator. So it was a surprise when the European Space Agency’s Trace Gas Orbiter, part of the ExoMars mission which arrived at Mars in 2016 (SN: 10/18/16), flew over Gale crater and found no methane at all. There could still be minuscule methane concentrations below 0.05 parts per billion in the atmosphere that the Trace Gas Orbiter can’t smell, the satellite team reported in Nature April 10.

Even so, “it is hard to reconcile those” different findings, Moores says. If Mars is oozing enough methane that Curiosity would sense so much, there should be enough methane in the atmosphere for the orbiter to detect.

But Moores’ team noticed a coincidence: Curiosity took all its methane measurements at night, when the rover is standing still and charging its batteries. Night could also mark a time when gases mix differently in the Martian atmosphere than they do in the daytime, the team realized.
During the day, sunlight warms the air, creating currents and convection that mix different molecules together. So, methane in the daytime atmosphere can get mixed up and diluted. But overnight, the air calms and methane could build up near the surface, where Curiosity can sniff it. At sunrise, the methane would get diluted again.
The idea is plausible, and the argument in the paper is convincing, says planetary scientist Sébastien Viscardy of the Royal Belgian Institute for Space Aeronomy in Brussels, a member of the Trace Gas Orbiter team. But the theory doesn’t explain everything, he says.

For one thing, Moores and colleagues calculated that, to be consistent with both measurements, only 27,000 square kilometers of Mars’ surface should emit methane at a constant rate. That’s an area equivalent to 1½ Gale craters.

And “it’s difficult to imagine that only Gale emits methane,” Moores says. “Either Gale is even more special than we imagine, or there’s something we’re missing in the chemistry of the atmosphere.”
The bigger problem, Viscardy says, is that the different nighttime methane concentrations detected don’t explain the periodic spikes in methane that Curiosity has also observed (SN: 4/28/15). Those spikes showed huge methane increases occurring at random intervals throughout Curiosity’s mission. The most recent spike, in June 2019, was the largest plume yet observed, with methane levels of about 20 parts per billion, about 50 times above the seasonal average. Within a few days, though, detected methane levels returned to normal.

So the daily change in atmospheric mixing “solves a very small problem, but not the global methane story,” Viscardy says.