Explorando o Universo

Poluição espacial: catástrofe iminente

03 de Junho de 2019, por Rodrigo Silva 0

Ilustração da quantidade de lixo espacial (pontos acinzentados) na órbita terrestre

No dia 4 de outubro de 1957, a base de testes de foguetes da União Soviética – Cosmódromo de Baikonur – lançou o Sputnik 1; o primeiro satélite artificial da Terra. O satélite, que consistia em uma esfera de cerca de 58cm de diâmetro e massa aproximada de 84kg, orbitou a Terra por cerca de 6 meses e foi o marco para o início do que chamamos de “corrida espacial”. Porém, iniciou-se naquele dia o que denotamos aqui como “catástrofe iminente”.

Decorridos 62 anos desde o início da corrida espacial, milhares de objetos foram colocados em órbita do planeta. O que poucos sabem é que a região próxima à Terra se tornou um verdadeiro depósito de lixo: mais de 90% dos milhares de objetos em órbita terrestre se trata de lixo espacial (ou, aplicando um pouco de eufemismo, detrito espacial).

Quaisquer utensílios lançados no espaço orbital do planeta Terra e que já não são mais utilizados compõem o lixo espacial. São fragmentos de foguetes ou satélites, satélites desativados e, inclusive, instrumentos perdidos pelos astronautas durante as missões realizadas no espaço.

A poluição espacial não apresenta um perigo direto à integridade física da humanidade. Afinal, grande parte do lixo espacial é queimada e destruída ao entrar em contato com a atmosfera terrestre, que atua como uma espécie de barreira de proteção contra os destroços. Além do mais, quaisquer fragmentos que ultrapassem essa barreira possuem maior probabilidade de atingir o oceano, já que este corresponde a aproximadamente 71% da área da superfície terrestre. Não obstante, impactos na superfície terrestre são possíveis. A título de exemplo, no ano 2000 duas esferas metálicas caíram em fazendas da África do Sul; identificadas pela agência espacial estadunidense como detritos do Foguete Delta que havia sido lançado em 1996 – as esferas possuíam massa de 30kg e 55kg, aproximadamente.

O lixo espacial representa um perigo gigantesco para satélites ativos (como os recém lançados pela SpaceX a fim de prover internet do espaço); também é uma ameaça para naves espaciais tripuladas e para a Estação Espacial Internacional (laboratório espacial que orbita a Terra, utilizado em inúmeras pesquisas). Uma simples ferramenta que “escapasse” da mão de um astronauta, por exemplo, viajaria a cerca de 9km por segundo ao entrar em órbita (o equivalente a 32400 km/h), de forma que uma colisão com um veículo espacial tripulado por humanos ameaçaria de forma significativa a vida das pessoas ali presentes. Segundo a NASA, um objeto que tenha somente 1 mm de tamanho (menor que um grão de arroz) seria capaz de quebrar cabos de dados e cabos de força secundários da Estação Espacial Internacional; já um com 4 ou 5 mm seria capaz de danificar os cabos de força principais, tubos e painéis.

O que tem sido feito para lidar com o problema do lixo espacial?

Projetos e ideias para lidar com o problema do lixo espacial têm sido apresentados por especialistas do mundo todo nos últimos anos. Um projeto que merece destaque e tem realizado testes desde setembro de 2018 é o Projeto RemoveDEBRIS, que capturou com sucesso, neste primeiro semestre de 2019, um fragmento de lixo espacial.

O projeto RemoveDEBRIS conta com várias tecnologias para coleta do lixo espacial, a fim de garantir a “limpeza” da órbita da Terra. Na recente captura de um detrito espacial, o satélite lançou um arpão/garra em um alvo a uma velocidade de 20 metros por segundo (72 km/h).

A captura do fragmento pode ser assistida no link a seguir: https://www.youtube.com/watch?time_continue=13&v=3oryJMdonUA.

 

É revelada a primeira imagem real de um buraco negro – Einstein estava certo

18 de Abril de 2019, por Rodrigo Silva 0

À esquerda, simulação de como seria um buraco negro, baseada nas equações de Einstein. À direita, a imagem real do buraco negro

Publicado em 10 de abril de 2019

Atualizado em 18 de abril de 2019

 Buracos negros: o que são?

A massa de um objeto, propriedade da matéria relacionada à quantidade desse objeto que ocupa determinado lugar no espaço, apresenta como consequência um curioso fato: a formação de um campo de forças ao redor do corpo que irá interagir com qualquer outro que também possua massa e esteja próximo o suficiente. Sim! Os seres humanos, assim como todos os objetos cotidianos que os rodeiam, possuem massa. Conseguinte, todos os seres (animados ou não) geram tal campo de forças ao redor de si, de forma que todos os objetos se atraem. Porém, nossos corpos, e os objetos à nossa volta, possuem massa muito pequena para que essa força de atração seja fisicamente significante, que seja sequer notada. Não obstante, quando falamos de corpos espaciais de grande massa (planetas, estrelas...) a situação é diferente.

Quando a massa de um objeto espacial é grande o suficiente, o campo de forças torna-se extremamente significativo e atrai para si corpos que estejam nas proximidades. Chamamos tal campo de forças de “campo gravitacional”. A gravidade, que nos prende à terra, é consequência direta desse campo que é gerado pela massa que o planeta possui (aproximadamente 5,9 sextilhões de toneladas – para se ter ideia da magnitude da grandeza, “sextilhões” é o equivalente ao número dado seguido de 21 “zeros”).

Esse campo gravitacional, porém, não depende somente da massa. O tamanho do corpo, que está diretamente relacionado à quantidade de espaço ocupada pelo mesmo, também é um fator determinante. Já foi dito que quanto maior a massa de um corpo, maiores serão as forças de atração causadas pelo campo gravitacional por ele formado.  Já com o tamanho do objeto, ocorre o oposto: quanto menor for o objeto, em tamanho, maiores serão os efeitos do campo gravitacional por ele gerado. Tendo isso em mente, imaginemos agora um corpo espacial com massa extremamente grande (bilhões de vezes a massa da terra) e que, simultaneamente, ocupe um espaço extremamente pequeno para uma quantidade de massa tão grande... teríamos uma força gravitacional gigantesca que atrairia qualquer objeto nas proximidades para si! Teríamos, teoricamente, um buraco negro!

Um buraco negro não pode ser visto

O efeito da gravidade como uma força gerada por massa que atrai massa foi apresentada pelo físico britânico Isaac Newton em 1687, num conjunto de postulados válidos e amplamente utilizados: as famosas “Leis de Newton”. Porém, Einstein propôs – em 1915, com a “Teoria da Relatividade Geral” – que a gravidade, na realidade, se tratava da iteração entre energia e energia. Em outras palavras, Einstein propôs que a gravidade não governa somente o movimento de partículas com massa; mas governa também o movimento de partículas que não possuem massa, como a luz.

Quando olhamos os objetos à nossa volta não enxergamos diretamente os objetos em si, mas sim o que eles refletem. Em outras palavras, o que nossos olhos captam, na realidade, é a luz que incide sobre os objetos e que por eles é refletida. Por isso não enxergamos quando não há luz.

Observações astronômicas ao longo da história apontam a existência de estrelas que se movem de maneira “estranha”, como se estivessem orbitando um objeto de massa muito maior, mas invisível. Assim nasceu a teoria do buraco negro, com base nos postulados de Einsten: uma região de campo gravitacional tão imenso que nem mesmo a luz escapa de sua força de atração.

A região ao redor de um buraco negro à qual a luz não escapa é denominada “horizonte de eventos”. Dessa forma, o buraco negro não reflete luz alguma e, consequentemente, não podemos vê-lo. Todas as imagens de buracos negros disponíveis em livros, na internet, ou em filmes, até o dia de hoje (10 de abril de 2019), tratam-se de simulações feitas em computador. A primeira simulação foi realizada pelo astrofísico Jean-Pierre Luminet na década de 1960.

Se buracos negros são invisíveis, como sabemos que existem e como os detectamos?

Tal detecção é feita de forma indireta. Buracos negros podem ser percebidos pelos efeitos gravitacionais que causam nas regiões próximas ainda visíveis (regiões às quais a luz ainda é refletida pelos objetos – fora do horizonte de eventos). Os corpos que tendem a ser atraídos pelo buraco negro apresentam variações de velocidade que são observáveis e podem indicar a presença de um buraco negro. Essa variação de velocidade, inclusive, possibilita o cálculo para a massa aproximada do buraco negro.

Além do mais, quando o campo gravitacional de um buraco negro absorve a matéria ao seu redor, toda a matéria é comprimida. Essa matéria apresenta significativo aumento de temperatura e passa a emitir uma grande quantidade de raios-X. Dessa forma, sensores que detectam raios-X podem ser utilizados para a localização de buracos negros.

Como capturar a imagem de um objeto do qual nem mesmo a luz escapa?

O poder de um telescópio é limitado ao tamanho que possui. Para captar pequenos pontos de luz “residuais” no horizonte de eventos de um buraco negro, combiná-los e formar uma imagem nítida, seria necessário um telescópio de milhares de quilômetros de diâmetro. Seria um telescópio tão grande que poderia se reduzir a destroços ao sucumbir ao próprio peso. A solução apresentada por uma colaboração internacional foi “transformar a Terra” em um telescópio gigante!

O projeto Event Horizont Telescope (EHT), que envolveu aproximadamente 200 cientistas, combinou oito telescópios, cada um de observatórios de diferentes pontos ao redor da Terra, como se cada um deles fosse o fragmento de um espelho gigante. Cada um deles foi sincronizado com relógios extremamente precisos. Cada sinal detectado foi combinado e organizado com algoritmos matemáticos complexos que exigiram alto poder de processamento. Dessa forma, transformaram a Terra num telescópio virtual gigante, com cerca de 10.000 quilômetros de diâmetro. Os dados foram coletados no ano de abril de 2017 e foram processados e analisados durante os dois últimos anos.

O “telescópio virtual gigante” foi apontado para dois pontos específicos: o primeiro é Sagittarius A*, a região central da nossa própria galáxia (a Via Láctea), onde estimavas apontam a existência de um buraco negro com a massa de aproximadamente quatro milhões de vezes a do Sol. O segundo é o centro da galáxia M87, que está a cerca de 500 milhões de trilhões de quilômetros, também um local onde estimava-se a existência de um outro buraco negro, ainda mais massivo, com cerca de 6,5 bilhões de vezes a massa do Sol.

Divulgada a primeira imagem de um buraco negro

Após dois anos de espera, foi divulgada – hoje (10 de abril de 2019), por volta das 10h (horário de Brasília), em conferência coletiva de astrônomos – a primeira imagem real de um buraco negro. A imagem é referente ao horizonte de eventos do buraco negro supermassivo com cerca de 6,5 bilhões de vezes a massa do Sol, localizado na galáxia M87. Possui tamanho de 40 bilhões de quilômetros (cerca de 3 milhões de vezes o tamanho da Terra) e foi descrito pelos cientistas como “um monstro”.

Tal registro representa um marco histórico para a ciência e tecnologia e coloca em jogo os postulados de Einstein. A imagem da região central da Via Láctea (Sagittarius A*) ainda não foi divulgada. Antxon Alberdi, diretor do Instituto de Astrofísica da Andaluzia, afirmou que tal imagem não foi apresentada devido à existência de algumas dificuldades técnicas que logo serão contornadas.

Einstein estava certo!

Com a fotografia real de um buraco negro recém divulgada, a existência do mesmo deixa de ser uma teoria e torna-se um fato. Torna-se válida, inclusive, a “Teoria da Relatividade Geral” de Albert Einstein. Afinal, a existência confirmada de uma região cujo campo gravitacional é tão grande a ponto de sugar tudo o que está ao redor, inclusive a luz, confirma que a gravidade governa também o movimento de partículas sem massa, como propôs Einstein.

Além do mais, a imagem revelada está extremamente de acordo com simulações realizadas pela equipe do projeto EHT. As simulações foram baseadas nas equações de Einstein que previram o buraco negro como um anel brilhante no entorno de uma forma escura. Previram que o horizonte de eventos deveria ter uma forma circular e tamanho proporcional à massa do buraco negro. O anel brilhante é produzido por partículas de gás e poeira aceleradas em alta velocidade e destruídas pouco antes de serem completamente “sugadas” pelo buraco negro e desaparecem.

O lado oculto da Lua

11 de Marco de 2019, por Rodrigo Silva 0

Foto tirada pela sonda Chang’e 4 na superfície do lado oculto da Lua

É senso comum que a Terra realiza dois movimentos: o movimento de rotação em torno do próprio eixo (responsável pela alternância entre dia e noite) e o movimento de translação em torno Sol (responsável pelas estações do ano – primavera, verão, outono e inverno). Além disso, também é do conhecimento de todos que, de forma semelhante, a Lua (satélite natural do nosso planeta) possui o movimento de translação em torno da Terra (responsável pela ocorrência das fases lunares – nova, crescente, cheia e minguante). Não obstante, há um fato que muitos desconhecem: a Lua também possui movimento de rotação em torno de si mesma; o que proporciona uma curiosa consequência: nós terráqueos vemos somente um único lado da Lua!

Se a Lua não girasse em torno de si mesma, poderíamos ver toda a superfície lunar à medida que a mesma dá uma volta completa ao redor da Terra. Mas o que de fato acontece com a Lua (algo muito curioso, inclusive) é que as velocidades de rotação em torno de si mesma e de translação em torno da Terra estão em perfeita sincronia entre si, de forma que um observador que esteja na Terra verá sempre o mesmo lado do satélite, nunca verá o lado oposto.

O “lado oculto” da Lua foi, por muito tempo, alvo de grandes teorias da conspiração, como a engraçada afirmação de que lá seria o território de bases alienígenas que nos observam e nos estudam constantemente. A curiosidade acerca de tal conjuntura permaneceu até 7 de Outubro de 1959, quando a sonda soviética Luna 3 nos forneceu a primeira fotografia desse território até então nunca visto. A tecnologia espacial utilizada para a captura de imagens ainda possuía algumas limitações, portanto a primeira fotografia do lado oculto da Lua não apresenta alta resolução.

 Explorando o lado oculto da Lua

Nas últimas décadas, a Lua foi objetivo de estudo em diversas missões tripuladas e não tripuladas – a grande maioria foi feita somente em órbita (sem pousar na superfície lunar). Após a última missão tripulada (Apollo 17, realizada em Dezembro de 1972), a última missão não tripulada a pousar na superfície do satélite foi a sonda chinesa Chang’e 3, em dezembro de 2013. O fato é que todas essas missões haviam pousado somente na parte visível da Lua, até o presente ano de 2019.

A sonda chinesa Chang’e 4 (nome recebido em homenagem a uma deusa da mitologia chinesa que, segundo a crença, habita a Lua) pousou no lado oculto do satélite no dia 3 de janeiro de 2019, portando um veículo cujo objetivo é o estudo da composição do terreno e o relevo da área, a fim de proporcionar pistas a respeito das origens e da evolução da Lua. A Change 4 levou consigo (num pequeno recipiente lacrado) sementes de algodão, colza (planta utilizada na produção de biodiesel), batata e arabidopsis (uma semente da família das Brassicaceae, a que também pertencem as couves e mostardas), bem como ovos da mosca da fruta e algumas leveduras; tudo isso para fins de análise quanto à germinação, o crescimento e a respiração desses espécimes em condições de baixa gravidade na superfície lunar. As leveduras serviriam para regular o dióxido de carbono e oxigênio do recipiente, enquanto as moscas seriam consumidoras do processo de fotossíntese das plantas.

 O que foi descoberto até o presente momento: o lado oculto da lua é bem mais frio do que se pensava

Devido às características naturais próprias, a Lua apresenta extremos quando o assunto é temperatura: valores extremamente altos quando a luz solar incide sobre o satélite e extremamente baixos quando não há luz. A temperatura mais baixa até então conhecida foi registrada pelos equipamentos norte-americanos durante a missão Apollo na década de 1970 – um valor de 170º C negativos. A sonda chinesa registrou um recorde de 190º C negativos, o que provavelmente se dá devido às diferenças na composição do solo lunar entre um lado e outro.

 Algodão semeado na lua

Na “mini biosfera” montada pelos chineses, que continha sementes, ovos de moscas-de-fruta e leveduras, somente as sementes de algodão germinaram. Porém, por pouco tempo. Com a chegada da noite lunar e a brusca queda de temperatura, o veículo explorador entrou em modo de dormência, momento em que os chineses anunciaram o fim do experimento com as plantas e a morte da plantinha de algodão.

 O que vem por aí

A Administração Nacional Espacial da China evidenciou que vem por aí a Chang’e 5, que será lançada por volta de Dezembro de 2019. A missão da Chang’e 5 será a obtenção de amostras do solo da superfície do lado oculto da Lua, que serão trazidas para a Terra. Esta será a primeira vez que amostras do solo lunar serão trazidas para a Terra desde que a sonda soviética Luna-24 trouxe amostras da superfície da Lua em 1976. Porém, será a primeira vez que serão trazidas amostras do lado oculto da Lua!