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Solstício de Inverno: A Física das estações do ano, e como ela afeta nossa vida

O próximo solstício acontecerá neste domingo (21/06). O solstício marca o início do inverno no hemisfério sul, em que 93% do território brasileiro está localizado, e do verão no hemisfério norte, onde parte dos estados de Roraima, Amapá, Amazonas e Pará está localizada (mas apesar de estarem no hemisfério norte, essas regiões apresentam clima quente e úmido mesmo durante o inverno por estarem próximas à linha do Equador).

Figura 1 – Partes de Roraima, Amazonas, Amapá e Pará, estados da região Norte do país, encontram-se acima da Linha do Equador. Créditos: IBGE

A alternância entre dia e noite e a existência das estações do ano são intimamente ligadas com o formato e a movimentação da Terra no espaço. A rotação da Terra, que tem aproximadamente 24 horas, determina quais regiões do planeta recebem luz solar a cada instante, e portanto a alternância entre dia e noite.

Essa alternância foi captada em imagens na Namíbia pelo fotógrafo de astronomia polonês Bartosz Wojczyński (vídeo abaixo), que programou a base de sua câmera para rotacionar ao longo de um dia de forma a compensar a rotação do planeta, usando como referência o pólo sul celeste (por isso as estrelas aparecem paradas no vídeo). Já a translação ao redor do Sol, que leva aproximadamente 365 dias, determina as estações do ano em cada hemisfério.

Vídeo – A rotação da Terra estabilizada no céu noturno. Créditos: Bartosz Wojczyński / Youtube

Solstícios são eventos astronômicos observados há dezenas de milhares de anos por humanos, mesmo antes que se conhecesse tudo o que sabemos hoje sobre as movimentações dos astros, e são uma oportunidade para refletirmos como a física faz parte de nossa vida de formas que muitas vezes não paramos para pensar.

Há milênios, diversas culturas ao redor do mundo observam as mudanças das estações do ano, como elas afetam o tempo, o comportamento dos animais, as cores das folhagens das árvores, as melhores épocas para plantar legumes, grãos e frutas. Essas mudanças afetam o nosso próprio comportamento, já que para garantir comida ao longo do ano, precisamos planejar o cultivo e armazenamento de alimentos de forma a usar as estações do ano ao nosso favor.

As estações também afetaram a nossa história – as derrotas de Napoleão e Hitler na Rússia se devem em grande parte ao inverno rigoroso enfrentado pelos soldados franceses e alemães – assim como nossas culturas e religiões já que, para se relacionar com os fenômenos naturais, cada povo significou as estações de forma diferente. As mudanças cíclicas do tempo foram associadas por diversas religiões a deuses e deusas – como é o caso de Perséfone , deusa grega da associada às estações – bem como a celebrações anuais, como foi o caso do Festival do Sol Invicto , associado ao deus romano Mitra, que acontecia próximo ao solstício de inverno no hemisfério norte e é uma das origens mais prováveis do atual Natal cristão.

Nem todas as culturas classificam apenas quatro estações como estamos acostumados no Ocidente. O calendário Hindu determina seis estações diferentes: Grisma (correspondente ao verão), Varsa (transição entre nossos verão e outono), Sarad (correspondente ao início do outono), Hemanta (final do outono), Sisira (inverno) e Vasanta (primavera). No calendário usado no Egito Antigo, que deu origem ao atual calendário Copta (religião cristã egípcia), há apenas três estações: a de inundação (do Nilo), a do crescimento (das plantações) e a de colheita. A forma de diferenciar uma estação da outra está relacionada com os eventos naturais que são determinantes em cada uma das regiões que foram e são habitadas por estes povos.

Em todos os sistemas de classificação concebidos por humanos, essas mudanças acontecem periodicamente a cada ano. Essa periodicidade se deve a dois fatores físicos principais. Primeiramente, o eixo de rotação do planeta (o eixo em volta do qual o globo terrestre rotaciona) tem uma diferença de um pouco mais de 23 graus com relação ao eixo orbital (que é o eixo perpendicular ao plano determinado pela translação da Terra ao redor do Sol). Isso faz com que a radiação solar recebida pelos dois hemisférios seja diferente conforme a época do ano. Ou seja, no inverno do hemisfério sul, o hemisfério norte está mais “apontado” para o sol, de forma a receber mais radiação solar.

Figura 2 – O eixo orbital da Terra (perpendicular à órbita) e o eixo de rotação têm uma diferença de aproximadamente 23.4°. A direção da órbita indica a direção em que o Sol está com relação à Terra. Dependendo da época do ano, ou o hemisfério sul ou o hemisfério norte recebem mais radiação solar. Crédito: Wikimedia Commons

Além disso, a órbita da Terra ao redor do Sol não é um círculo, mas sim uma elipse. O formato “achatado” da órbita elíptica impõe uma variação na distância entre a Terra e o Sol. Essa distância também causa flutuação na quantidade de radiação solar que recebemos na Terra e no ângulo de incidência dos raios solares em cada parte da superfície terrestre, de forma que diferentes posições do planeta tenham “dias” (períodos com luz solar) mais curtos ou mais longos.

Durante os solstícios de verão e inverno, os dias são mais longos e curtos, respectivamente. Nos equinócios de primavera e outono, os dias tem aproximadamente a mesma duração que as noites nos trópicos de Câncer e Capricórnio – que não por acaso foram traçados também a aproximadamente 23 graus da linha do Equador.

Figura 3 – Ilustração explicativa da posição da Terra com relação ao Sol ao longo do ano, destacando os equinócios e solstícios. Créditos: Kepler de Souza Oliveira Filho & Maria de Fátima Oliveira Saraiva – Universidade Federal do Rio Grande do Sul (link)

Somada à diferença entre os eixos orbital e de rotação, e a outros fatores como ventos e correntes marítimas, a órbita da Terra determina o clima em cada região do globo, o que influencia nas formas de vida que se desenvolveram em cada um desses lugares e também a forma como humanos se relacionam com a natureza, afetando de forma indireta como culturas e mitologias se desenvolvem e mesmo a nossa história. Nas ciências, todas as coisas se conectam de forma complexa e fascinante.

Referências adicionais

Wikipedia – Season

Geometry and the physics of seasons

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Gigantes no Céu, o Desvio da Luz e o Eclipse de Sobral

Figura: “Noite aglomerada”. Artista: Vanessa Guida. No Instagram @universosubmerso.art

Aglomerados de galáxias: os gigantes do céu

Você já parou para pensar no que existe além do nosso céu noturno? Numa cidade grande só conseguimos ver algumas dezenas de estrelas devido à poluição luminosa. Mas se não tivéssemos esta limitação, veríamos milhões, bilhões e sextilhões de estrelas (1 seguido de 21 zeros!). Essas estrelas — que são objetos massivos e que possuem gravidade — se agrupam e formam “ilhas de estrelas” que chamamos de galáxias, que por sua vez também se agrupam e formam os aglomerados de galáxias. Os aglomerados são os maiores objetos ligados gravitacionalmente no Universo, portanto, são os nossos gigantes do céu. Além de estrelas e galáxias, eles são compostos por um gás extremamente quente (10 a 100 milhões de graus Celsius) em forma de plasma. Tudo isso é o que podemos ver ou detectar com algum instrumento. No entanto, a maior parte da massa dos aglomerados (~80%) é composta por algo que não podemos ver ou detectar diretamente: a matéria escura. Mas então, como é possível saber da existência de matéria escura nos aglomerados? 

Pesando gigantes com as lentes gravitacionais

Existem diversas maneiras de se medir a massa, ou seja, “pesar” objetos astronômicos. Na década de 1930, o astrônomo suíço Fritz Zwicky estudando o movimento das galáxias nos aglomerados mostrou que a quantidade de massa devido à matéria visível não era suficiente para explicar a velocidade desses objetos. Daí ele criou o termo “matéria escura” para denominar essa componente dominante nas galáxias e aglomerados, que não emite luz e só pode ser detectada devido a sua ação gravitacional. Na década de 1970, a astrônoma americana Vera Rubin chegou à mesma conclusão ao estudar o movimento de estrelas e gás nas galáxias, confirmando em vários estudos subsequentes a existência da matéria escura. (Apesar da importância da descoberta, ela nunca foi cogitada a receber um prêmio Nobel … mas isso já foi papo de um outro artigo). Tanto Zwicky quanto Rubin usavam métodos que assumem aglomerados como objetos bem comportados e em equilíbrio dinâmico, o que muitas vezes, não é o caso. Uma maneira mais “limpa” (ou seja, sem tantas suposições) de se pesar aglomerados se dá pelo uso do efeito de lentes gravitacionais. Imagine você aqui na Terra observando por um telescópio. Distante, na sua linha de visão está um aglomerado, que é um objeto massivo e portanto possui um campo gravitacional bem forte. Atrás dele, numa distância bem maior, temos ainda mais galáxias. A luz dessas galáxias de fundo ao passar próximo ao aglomerado sofre um desvio devido ao seu campo gravitacional que atua como um “lente” (veja o esquema na figura abaixo). Por isso o nome “lente gravitacional”.

Figura: Esquema do efeito de lentes gravitacionais. Créditos: NASA/STScI.

Como resultado você vai ver uma imagem distorcida dessas galáxias de fundo, como na figura abaixo, onde temos a lente gravitacional conhecida como “lente sorridente”. Fazendo medidas de quanto as formas das galáxias de fundo são distorcidas é possível estimar a massa do aglomerado que serviu de lente. Essa técnica também pode ser utilizada para medir a massa de galáxias e estrelas, pois esses objetos também servem como lentes. Assim, as lentes gravitacionais ocorrem em diferentes regimes (forte, fraco e micro) que dependem do tamanho e forma do objeto que serve de lente, sua distância até nós e até as galáxias de fundo, além do alinhamento em relação à nossa linha de visão.

Figura: Aglomerado de galáxias SDSS J1038+4849, conhecido como a lente “sorridente”
(smiling lens). Créditos: NASA & ESA.

O desvio da luz e um pouco de história

O desvio da luz por um objeto massivo já havia sido especulado pelo físico inglês Isaac Newton, em 1704. Entretanto, apenas em 1801 foi publicado o primeiro artigo neste tópico, pelo físico alemão Johann von Soldner, onde ele calculou e previu que raios de luz passando próximos ao disco do Sol sofreriam um desvio de 0.84 segundo de arco. Como esse cálculo se baseava na teoria corpuscular da luz, que não estava tão em voga na época, esse artigo não ganhou muita repercussão. 

Aproximadamente um século depois, em 1911, o físico alemão Albert Einstein refez os cálculos de Soldner e chegou ao mesmo valor para o ângulo de desvio dos raios de luz. Note que, nessa época ele ainda não tinha desenvolvido sua famosa Teoria da Relatividade Geral. Além do valor para o ângulo de desvio da luz, Einstein propôs que o esse ângulo poderia ser medido durante um eclipse solar. A primeira tentativa de fazer essa medição ocorreu no eclipse de 1912, na cidade de Cristina em Minas gerais, numa expedição argentina liderada pelo astrônomo americano Carlos Dillon Perrine. Mas devido ao mal tempo, não foi possível fazer a medição. No eclipse de 1914, na Rússia, houve uma segunda tentativa de medição do ângulo de desvio, mas os integrantes desta expedição foram detidos por causa da Primeira Guerra Mundial, que começou 20 dias antes do eclipse.              

Em 1915, Einstein finalmente publicou sua teoria da Relatividade Geral, e ao aplicá-la  para calcular o ângulo de desvio da luz, ele obteve um valor que era aproximadamente o dobro de sua previsão anterior sem a Relatividade Geral e também o dobro da previsão Newtoniana, ou seja, em sua nova previsão o ângulo de desvio deveria ser de 1.75 segundo de arco. Mais uma dessas histórias que demonstram que não só de trabalho duro vive um cientista, também tem que ter uma pitadinha de sorte. Se alguma das expedições anteriores em 1912 e 1914 tivessem conseguido medir o ângulo de desvio, a primeira previsão de Einstein estaria errada, pois como veremos a seguir, a sua segunda previsão com a Relatividade é a que se mostrou correta.     

O eclipse que possibilitou a medição do ângulo de desvio da luz ocorreu 101 anos atrás, nos céus da África e do Brasil. É nesse momento que a história da Relatividade Geral de Einstein cruza com a história dos brasileiros. 

O eclipse de Sobral

Em 29 de maio de 1919, na Ilha do Príncipe na costa africana e em Sobral no Ceará, duas expedições científicas observaram um eclipse solar total para testar a previsão da Relatividade Geral de que o desvio da luz teria o dobro do valor previsto pela teoria de Newton. A expedição em Sobral foi liderada pelo astrônomo irlandês Andrew Crommelin. A ideia era fotografar (com placas fotográficas) as estrelas posicionadas próximas ao Sol durante o eclipse. Depois, em julho, eles voltariam a fotografar essas estrelas na mesma região, mas sem o Sol para atrapalhar. Finalmente, comparando as posições das estrelas com e sem o campo gravitacional do Sol, foi possível determinar que o desvio sofrido era igual ao previsto pela teoria de Einstein. Historiadores afirmam que as placas tiradas em Sobral (veja a figura abaixo) eram as de melhor qualidade, portanto, decisivas para esta comprovação, o estabelecimento de um novo campo de pesquisa (lentes gravitacionais) e orgulho geral da nação!

Figura: Imagem positiva da placa observada em Sobral. Os pequenos traços brancos marcam as posições das estrelas usadas para verificar o desvio da luz devido a presença do Sol. Créditos: Royal Society of London/F. W. Dyson, A. S. Eddington and C. Davidson.

O ângulo de desvio medido no eclipse de 1919 em Sobral foi a primeira e mais famosa prova experimental da validade da Teoria da Relatividade Geral de Einstein. Essa comprovação também marcou o início de um campo de pesquisa totalmente novo baseado nos efeitos do desvio da luz por corpos celestes, e que hoje conhecemos como lentes gravitacionais. O fenômeno de lenteamento gravitacional ocorre em diferentes regimes, e não produz apenas imagens bonitas (como anéis e cruz de Einstein, ou arcos gravitacionais) mas também pode ser usado em diversos estudos de Astrofísica e Cosmologia para entender a evolução do nosso Universo. Mas isso é tópico para um próximo post!

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Astronomia para Todas e Todos (Astronomia Inclusiva)

Esse texto pode até parecer um pouco fora do contexto atual mas é justamente pra isso. Em meio a uma época tão difícil eu precisava sentir uma esperança de futuros melhores.

Diante de situações complexas o ser humano consegue muitas vezes adaptar-se, vemos agora a nossa luta diária para enfrentar novos cenário do cotidiano mas o que pra nós é apenas uma sitação passageira, para muitos é o rotineito.

Algumas iniciativas têm ajudado pessoas que possuem alguma necessidade especial a aprender ciências e em especial a astronomia. Todos nos beneficiamos quando a astronomia e outras ciências são desconstruídas e reimaginadas sob uma luz diferente para criar atividades acessíveis a todos.

A astronomia é, para muitos, o primeiro amor por um universo chamado ciência. Respostas para perguntas como “de onde viemos?” e “para onde vamos?” são encontradas neste vasto campo. Se considerarmos este caminho realmente crucial para o desenvolvimento humano, devemos então nos perguntar: esse conteúdo é acessível para a todos, independente da idade, status socieconômico, capacidade mental ou física?

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Image credit: NASA/JPL-Caltech/ESA/Harvard-Smithsonian CfA

De acordo com o World Health Organização, cerca de um bilhão de pessoas, 15% da população mundial atual, têm algum tipo de deficiência, como alcança-las?
Os recursos podem ser escaços mas o entusiamos é grande. Clubes de astronomia, sociedades e esforços institucionais, principalmente realizados por voluntários, estão entre os melhores proliferadores de ciência no mundo, produzindo e oferecendo divulgação e materiais educacionais.

Programas de estudo escolarem em todo o mundo incluem principalmente temas sobre astronomia, uma enorme resposta tendo em vista que cidadãos com deficiência são menos prováveis para iniciar ou concluir a escola formal, eles também são condenado a um nível mais alto de pobreza, e sua participação como cidadãos é restrita devido à falta de apoio apropriado, infraestrutura e barreiras adicionais .

Um dos benefícios mais generalizados de imaginar, projetar e implementar ferramentas e atividades para cidadãos com alguma forma de deficiência é a necessidade de desconstruir a complexidade conceitual inerente de um idéia ou problema astronômico em sua forma mais componentes básicos. Este exercício fornece uma ponto de partida universal que é benéfico para comunicar astronomia de forma mais eficaz e claramente.

Para a comunidade com problemas visuais mais agravados, é cortada fora as fascinantes imagens astronômicas, esforços especiais foram desenvolvidos para décadas para tornar a astronomia acessível em formas alternativas e complementares. Livros em baixo-relevo e pôsteres de fenômenos cósmicos existem há décadas, juntamente com um quantidade limitada de literatura disponível em Braille. Modelos artesanais da posição constelações na esfera celeste trouxe as estrelas para os deficientes visuais.

Mais construções sofisticadas, por exemplo, um esfera oca aquecida semelhante ao sol,com ventiladores cuidadosamente colocados em seu interior, produz uma analogia térmica tátil de resfriador regiões – conhecidas como manchas solares – em nosso estrela-mãe, permita uma exoperência sensoriais imersiva.

Tendo consciência da importancia da acessibilidade deste universo oficinas para pessoas com deficiência intelectual foram projetados em torno do uso do sentidos, especialmente toque, ou através do uso de expressões artísticas.

Poderosamente impulsionado pelo Ano Internacional da Astronomia 2009, esforços globais foram feito para criar, montar e padronizar linguagem de sinais para fenômenos cósmicos, como como buracos negros, supernovas e planetas nomes. Essa linguagem permite uma comunicação muito mais clara e eficaz de idéias. Tais esforços fazem passeios em instituições, museus e exposições mais fáceis para se comunicar, permitindo uma método de educação. O observatório McDonald no Texas, por exemplo, projetou uma cadeira de rodas telescópio acessível para cidadãos com comprometimento da mobilidade.

Existem dois passos adicionais negligenciados de extrema importância para tornar a ciência verdadeiramente acessível. Primeiro, é a necessidade de divulgar e compartilhar livremente desenvolvimentos, procedimentos e implantação experiências. Poucos periódicos, se considerarmos aqueles com abertura acesso,é acessível a população. Em segundo, os departamentos e as comunidades científicas precisam projetar e implementar políticas públicas que fornecem recursos para, desenvolvimento e acesso à ciência, tecnologia, engenharia e matemática (STEM) para todos os cidadãos. Pessoas que podem abordar e usar a ciência em sua vida diária através dessas ferramentas pode alcançar uma melhoria qualidade de vida.

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Embora os recursos sejam limitados em nosso país, existem muitos esforços para aumentar a acessibilidade, algumas universidades públicas tem direcionados grupos que trabalhem desevolvendo ciencia para aproximação deste público.

Na UFRJ criaram uma réplica da Lua, assim os estudantes e visitantes puderam imagina-la a partir do toque. Esta criação tardou um ano em ser terminada, contou com materiais de baixo custo, como miçangaas e papelão. Este trabalho desenvolvido por meio dos pesquisadores não parou por ai, para efetivar uma cultura de acessibilidade, o grupo criou um material didático específico para esses alunos, um material que auxilie no desenvolvimento intelectual e facilite sua inclusão no meio social.

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Outra dificuldade é o ensino e aprendizagem pela comunidade surda, bem como no ensino tradicional, os professores dificilmente são capacitados para lidar de maneira professionais alunos que com essa necessidade. A Astronomia em LIBRAS possibilita ao Surdo não apenas o conhecimento de diferentes disciplinas, mas sintetiza ao demonstrar à comunidade cientifica uma nova abordagem para aprendizagem, ao desenvolver uma ferramenta de interação que possibilita uma melhor compreensão da metodologia proposta em sala de aula. É desafiador e instigante o trabalho com o ensino de Astronomia na comunidade Surda, ao analisarmos o interesse apresentado pelas crianças Surdas e ouvintes sobre a importância do conhecer a vastidão do Universo. É imprescindível ao professor que ensina Astronomia ter ao alcance material didático apropriado, de forma tátil, visual e auditiva; jogos didáticos e atividades lúdicas. Alguns canais no youtube tem auxiliado na difusão dos sinais relarivos a astronomia.

https://www.youtube.com/watch?v=q5N9bKbo6iA

Quando pensamos em acessibilidade temos de pensar em impactos causados em cenários em que um deficiente ocupe espaço de produção cientifica para deficientes, cenário ideal para criação de metodos educacionais mais próximos da realidade dos que têm essa demanda. A National Science Foundation menciona que em 2012, independente do campo, cerca de 11% dos estudantes de graduação relataram uma deficiência, enquanto cerca de 7% dos estudantes de pós-graduação relataram também.

Referências

[1] De Leo-Winkler, M.A. The universal Universe or making astronomy inclusive. Nat Astron 3, 576–577 (2019). https://doi.org/10.1038/s41550-019-0837-5

[2] http://www.ibc.gov.br/noticias/980-lua-criada-pelo-observatorio-do-valongo-e-aprovada-pelos-alunos-do-ibc

[3] https://tab.uol.com.br/noticias/redacao/2019/09/13/astronomos-criam-projetos-para-deficientes-visuais-conhecerem-universo.htm

[4] Marilia Rios Nunes. Possibilidades e Desafios no Ensino de Astronomia pela Língua Brasileira de Sinais. Dissertação apresentada ao Departamento de Astronomia do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo

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Descobrindo novos planetas, redescobrindo a Terra

Sempre nos perguntamos se estamos sozinhos no Universo. A probabilidade é que não estejamos: já se conhece mais de 4.000 planetas fora do Sistema Solar e é possível que existam mais de 60 bilhões de planetas com chances de habitabilidade parecidas com o nosso em todo o Universo. Se vamos conseguir achar vida – para não dizer vida complexa – nesses planetas é outra história. O exoplaneta em zona habitável mais próximo de nós, Proxima Centauri b, está a mais de quatro anos-luz de distância de nós. Se a mera ideia de viajar até lá está bem distante da realidade, encontrar um planeta “substituto” para a Terra está ainda mais distante no horizonte de possibilidades. A ciência diz que não existe mesmo um “planeta B”.

A astrônoma Raphaëlle Haywood, Sagan Fellow no Harvard College Observatory (EUA), tem plena consciência disso e busca compartilhar esta perspectiva ganha com anos de pesquisa sobre exoplanetas. Para ela, a descoberta de planetas longínquos “é uma nova revolução Copernicana” que nos ajuda a enxergar com mais clareza o nosso lugar no Universo – e nos ajuda, também, a entender que é preciso cuidar bem da Terra, nossa casa e único planeta comprovadamente habitável que conhecemos. 

Haywood conta um pouco mais o assunto nesta entrevista ao blog Cientistas Feministas.

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Raphaëlle Haywood (arquivo pessoal)

Quando você percebeu que queria ser uma astrônoma?

Quando criança, a primeira coisa que eu queria ser era florista. Eu amo flores, árvores e plantas… e depois eu queria ser uma botânica. E desde sempre, eu sabia que eu queria fazer um doutorado. Meu pai fez doutorado (em ornitologia), e acho que isso teve uma influência forte para mim desde pequena. Minha mãe tem um mestrado em biologia e minha família tem uma veia acadêmica bastante forte, e me sinto muito sortuda por isso e por ter tido bons professores. 

Então desde cedo eu sabia que queria fazer um doutorado, mas não sabia ainda em que área. Quando mais nova, pensava bastante em botânica, mas, quando me tornei adolescente, comecei a pensar em astronomia. Eu queria muito entender como o mundo funciona e que padrões existem no funcionamento das coisas – e então fui estudar Física, o que parecia um percurso natural, porque a Física te ajuda a entender como o mundo natural e as coisas funcionam. Tive uma professora que ensinava sobre estrelas e planetas – ela me contou sobre esse grupo de pesquisa na Escócia (na Universidade de St. Andrews), que se debruçava sobre planetas fora do nosso sistema solar, ou exoplanetas. E então se tornou muito claro para mim que eu queria trabalhar com isso, e fui para lá pesquisar isso no doutorado. 

A sua pesquisa envolve encontrar e caracterizar planetas pequenos no entorno de estrelas fora do nosso sistema solar. Como se encontra e se mede estes exoplanetas?

Quando se tem um planeta orbitando uma estrela, esse planeta gira ao redor dela porque a gravidade dessa estrela “puxa” esse planeta para perto. Ao mesmo tempo, esse planeta está exercendo uma força contrária sobre essa estrela também, mas proporcional ao seu tamanho. Quando o planeta é pequeno, ele exerce uma força pequena sobre a estrela – é pequena, mas está lá. Então a estrela “balança” um pouco – e esse “bamboleio” cria uma oscilação na luz da estrela. 

Luz é basicamente onda – e as cores que vemos no arco-íris têm comprimentos de onda um pouco diferentes entre si. Nós vemos, por exemplo, a luz do nosso Sol como amarela – e quando a luz de uma estrela como o Sol oscila, a luz vai do azul para o vermelho, mas em uma quantidade muito, muito pequena – e conseguimos medir essa variação entre azul e vermelho usando telescópios pequenos e incrivelmente precisos. O tamanho dessa variação de luz depende da massa do planeta que estamos observando. Então, por exemplo, se estamos olhando para um planeta grande e massivo, vamos ter mais azul e mais vermelho. 

Descobrir a massa e o tamanho de um exoplaneta é o mais fundamental quando se faz esse tipo de pesquisa. Olhamos para a estrela e, em alguns casos, o planeta passa bem na frente dela, fazendo um pouco de sombra. O tamanho dessa sombra, ou dessa pequena queda na emissão de luz, nos diz muito sobre o tamanho desse corpo celeste – que vamos perceber como planeta se fizer esse trânsito sempre à mesma velocidade e de forma regular. 

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Impressão artística de exoplanetas encontrados pela sonda Kepler (Imagem: NASA/W. Stenzel)

Como entender o funcionamento do nosso Sol pode ajudar a procura por exoplanetas?

É importante ter um pouco de perspectiva. Quando falamos de exoplanetas, estamos falando de planetas que orbitam estrelas muito, muito longe de nós. Aquelas estrelas que vemos no céu à noite são as mais brilhantes do céu – e muitos dos exoplanetas que estudamos estão orbitando essas estrelas. E tudo o que fazemos, de fato, é estudá-las – porque só conseguimos informação sobre exoplanetas de forma indireta, observando como eles afetam a luz das estrelas que orbitam. É como se a estrela fosse o farol de um carro que está a dois campos de futebol de distância de você – e você está procurando por um mosquito passando à frente desse farol. Tudo o que fazemos, de fato, é observar esse farol. 

Estamos procurando por planetas muito menores que suas estrelas – e há fluídos de plasma super quentes em erupção, sendo ejetados e voltando à superfície, e há campos magnéticos e manchas escuras… há muitas coisas acontecendo na superfície de uma estrela, que não é completamente uniforme. Então, precisamos corrigir esses efeitos todos para conseguirmos desemaranhar os sinais e entender a influência indireta que o planeta tem sobre a luz dessa estrela – e que melhor forma de fazer isso do que olhando para o nosso Sol? Nós o conhecemos muito bem – conseguimos ver os detalhes de sua superfície, suas manchas… a superfície do Sol é como a pele de uma laranja, não é lisa – e há outras estrelas assim também. Mas não conseguimos ver a superfície delas tão bem, porque estão muito mais longe – mas conseguimos ver mudanças na luminosidade delas ao longo do tempo. Como essas estrelas giram sobre si mesmas, as manchas aparecem e desaparecem, causando variações na luz delas também.

Mas então, como se diferencia uma mancha escura de um planeta orbitando essa estrela? Porque pode-se confundir os dois, não?

Sim, isso é um risco e já aconteceu. Em algumas das primeiras detecções de exoplanetas, pensamos que era um exoplaneta, quando na verdade era uma mancha. 

Para não confundir as duas coisas é preciso conhecer a estrela, como ela funciona, se tem manchas ou não, com que frequência essas manchas aparecem, como elas evoluirão com o tempo… Uma forma muito boa de se saber se temos um planeta ou não é ter duas detecções diferentes com métodos separados. Eu falava do método de trânsito e do método em que se vê azul e vermelho na estrela quando um planeta passa na frente de uma estrela. Se você consegue ver o trânsito de um planeta e também o “bamboleio” que esse planeta induz na estrela, então pode ter certeza que este é um planeta, mesmo. 

Estudando planetas distantes, você começou a prestar mais atenção aos processos naturais acontecendo aqui mesmo, na Terra. Como isso aconteceu?

Foram duas coisas: uma é minha paixão por plantas, árvores… e ter sido extremamente sortuda durante meu doutorado e agora no pós-doutorado, tendo a oportunidade de viajar para tantos lugares para fazer pesquisa, observações e participar de conferências. Conhecer tantos lugares me fez apreciar melhor o nosso planeta. 

Ao mesmo tempo, paro e penso que estou procurando por outros lugares como a Terra no meu trabalho. E ao fazer isso, percebo que sim, estamos começando a encontrar muitos planetas que têm algumas semelhanças com o nosso – eles são um pouco maiores e mais massivos (porque esses são mais fáceis de encontrar) – e se extrapolarmos sobre esses achados, esperamos que existam muitos outros planetas que se pareçam de alguma forma com a Terra. Mas acontece que nenhum deles será exatamente igual à Terra, certo? Mesmo um planeta gêmeo seria muito diferente – e isso me dá uma razão adicional para apreciar o que temos aqui na Terra. O que temos é muito precioso – e se quisermos manter nosso lar habitável para nós mesmos, temos que trabalhar para isso. Não existem outros lugares como aqui.

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É provável que o turismo para outros planetas habitáveis ainda permaneça no reino da ficção científica por muito tempo (Imagem: NASA-JPL/Caltech)

É uma perspectiva bastante ampla para pensar sobre sobre nosso planeta e nosso lugar no Universo. 

O fato de que estamos encontrando todos esses planetas fora do sistema solar… isso é algo sobre o qual a humanidade tem pensado por milênios. E todo mundo em algum momento, especialmente enquanto criança, já olhou para o céu – e pode ter se perguntado em algum momento se existem outros planetas como o nosso lá fora ou se esses planetas têm vida. As perguntas são muito antigas e as respostas são muito recentes: o primeiro exoplaneta encontrado fora do sistema solar, 51 Pegasi b, foi descoberto em 1995. E o que estamos vivendo com esses achados é uma nova revolução Copernicana – está nos fazendo repensar o nosso lugar no Universo e nos dando uma outra perspectiva. Acho que essas descobertas estão nos ajudando a pensar que sim, existe um monte de planetas no Universo, e provavelmente alguns muito similares à Terra – e podemos ousar pensar que, mesmo que não tenhamos encontrado vida neles ainda, pode haver seres vivos nesses lugares. E quem sabe se esses seres não estão encarando os mesmos problemas que nós? 

Agora mesmo, com as mudanças climáticas que estamos induzindo e com todas as implicações que vêm com elas, estamos mudando a habitabilidade do nosso próprio planeta a ponto de nos prejudicar. Estamos tornando nosso planeta um lugar menos confortável e menos habitável para nós mesmos. E penso que essa revolução Copernicana de encontrar outros planetas além do nosso sistema solar pode nos ajudar a enxergar as coisas de uma outra forma – pensando que talvez não sejamos os únicos a lidar com estas questões no Universo. Assim a situação fica menos dramática e conseguimos pensar que dá para fazer algo para lidar com isso. 

E então esperamos que as gerações futuras farão isso por nós porque falhamos nessa missão.

É bom colocar esperança nas gerações futuras, sim – mas na nossa geração também! Acho que a maior lição que tive com as oportunidades que me foram dadas por fazer astronomia é que nós, como indivíduos, podemos fazer a diferença. Cada um de nós deveria fazer o que acha certo, mesmo sentindo às vezes que o problema não está nas nossas mãos – de alguma forma, ele está, sim. 

Ajuda pensar que somos parte de algo maior. Às vezes eu gosto de pensar sobre o nosso cérebro e sobre como há bilhões de neurônios nele e eles estão “atirando” em direções aleatórias, mas, como um todo, ainda assim conseguimos ter pensamentos coerentes – existem padrões na forma como esses neurônios se comportam em meio ao caos.

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Atualidades sobre a Lua e Exomoons

Recentemente a missão Apollo 11, responsável pelo primeiro pouso na Lua, completou 50 anos e um novo plano está em ação para o retorno. A missão Artemis levará pela primeira vez uma mulher até o solo lunar, sendo um projeto de autoria da NASA, ESA e algumas instituições privadas.

A versão atual do programa Artemis incorpora vários componentes principais de outros projetos cancelados da NASA, tais como o Projeto Constellation (uma nova geração de naves para voos espaciais com humanos) e o Asteroid Redirect Mission (uma futura missão espacial que iria de encontro com um grande asteroide próximo da Terra e usaria braços robóticos com pinças de fixação para recuperar uma pedra de aproximadamente 4 metros do asteroide).

 

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Figura 1: Lua. Créditos: NASA/GSFC/Arizona State University

 

A missão Artemis sofreu vários golpes orçamentários nos últimos anos o que fez com que o projeto adiasse seu cronograma algumas vezes com previsão atual de chegada à Lua em 2024 .

Recentemente uma notícia curiosa chamou a atenção, a sonda israelense Beresheet foi feita para ser a primeira sonda privada a pousar na Lua. E tudo estava indo bem até que os controladores da missão perderam contato em abril enquanto a nave robótica descia. Além de toda a tecnologia que foi perdida no acidente, Beresheet tinha uma carga incomum: alguns milhares de tardígrados conhecidos como ursos-d’água. Muito resistentes, os tardígrados podem sobreviver a temperaturas variando desde pouco mais do que o zero absoluto (-272,15 °C) até os 150°C, pressões altíssimas e grandes níveis de radiação, cerca de 1000 vezes mais que um ser humano pode suportar!

Como a Lua é considerada sem vida, o escritório de proteção planetária da Nasa não desaprova as missões que derramam organismos terrestres em sua superfície. Afinal, astronautas já deixaram para trás seus próprios micróbios nos 96 sacos de lixo humano que aguardam algum futuro limpador na Lua. Se a espaçonave tivesse derramado sua carga viva em Marte, a história poderia ser diferente.

Dentro do sistema Solar sabemos que diversos planetas têm “luas”, satélites naturais, como pode ser visto mais detalhadamente nessa série de artigos da nossa página . Fora do nosso sistema temos as Exomons, “luas” de planetas orbitando estrelas que não se encontram no Sistema Solar. No final de 2018 pesquisadores apresentaram novas observações de uma candidata a “lua” associada ao Kepler-1625b usando o Telescópio Espacial Hubble.

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Figura 2: Impressão artística do planeta Artist’s do planeta Kepler-1625b orbitando sua estrela com a possível exomoon.Créditos:Dan Durda/Science

 

O sistema Kepler-1625 se encontra a mais de 8 mil anos-luz do nosso sistema e contém uma estrela bem similar ao Sol, o planeta Kepler-1625b é um gigante gasoso com cerca de 10 massas da Júpiter. As evidências em favor da hipótese da “lua”, foi baseada em decréscimos de fluxo de luz da estrela consistente com uma grande exomoon em trânsito (passando na frente da estrela). Como todo o trabalho foi feito apenas com os dados do Hubble, os pesquisadores defendem o monitoramento futuro do sistema para verificar as previsões do modelo e confirmar a existência da “lua”.

 

Referências:

[1] Evidence for a large exomoon orbiting Kepler-1625b; Alex Teachey and David M. Kipping; Sci Adv 4 (10), eaav1784. DOI: 10.1126/sciadv.aav1784

[2] https://apod.nasa.gov/apod/ap190716.html

[4] https://www.nasa.gov/artemis/

[3]https://www.theguardian.com/science/2019/aug/06/tardigrades-may-have-survived-spacecraft-crashing-on-moon

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Nuvens de Júpiter ou pinturas de Van Gogh?

No início de 2019, a sonda Juno conseguiu capturar mais fotos jovianas de tirar o fôlego. A sonda Juno enviada à Júpiter em 2011 pela NASA tem como missão fornecer informações sobre o campo gravitacional e o campo magnético do planeta, além de ajudar os cientistas a compreenderem um pouco mais sobre sua composição interna (mais informações aqui).

Além de conter todos os aparatos científicos necessários para completar sua missão principal, a nave também é equipada com sensores e câmeras (apelidadas de JunoCam), que desde de 2016, quando a sonda entrou na órbita de Júpiter, vem nos fornecendo imagens de tirar o fôlego.

Essas fotos são possíveis somente devido à proximidade que a sonda consegue chegar do planeta. Isso é inédito, uma vez que as outras sondas que visitaram Júpiter fizeram observações muito distantes na tentativa de evitar a intensa radiação causada pelas partículas do Sol que ficam presas no campo magnético de Júpiter. Juno, por sua vez, foi criada para se esquivar dessa radiação, voando abaixo dos principais cinturões de radiação. 

Em 2017, quando a NASA liberou os primeiros resultados da missão Juno, as fotos já eram deslumbrantes. 

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Créditos: NASA/JPL-CALTECH/SWRI/MSSS/BETSY ASHER HALL/GERVASIO ROBLES.

Nessa foto, podemos ver o polo sul de Júpiter recoberto por ciclones (estruturas ovais no centro da imagem). Alguns desses ciclones podem chegar até 1.400 quilômetros de diâmetro!! Fazendo um paralelo, a nossa lua tem aproximadamente 3.400 quilômetros de diâmetros, então é como se os maiores ciclones de Júpiter fossem equivalente à metade do tamanho da nossa lua!!

Já recentemente, na primeira metade de 2019, quando os cientistas achavam que Júpiter não poderia mais nos surpreender, a sonda surge com mais fotos incríveis que mais parecem ter saído das telas de Van Gogh.

Jupiter.jpgCréditos: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

Essa imagem, de cor aperfeiçoada, criada com a ajuda do cientista Kevin M. Gill, foi obtida em 12 de fevereiro de 2019, quando a sonda realizou seu 18º voo ao redor do gigante gasoso. Na imagem conseguimos ver uma formação arredondada (em marrom), que se acredita ser um sistema complexo de ciclones, rodeada de nuvens turbulentas (em azul e branco).

Além das incríveis fotos, Juno já forneceu informações inéditas que se tornaram grandes descobertas científicas sobre o campo magnético do planeta e suas espetaculares auroras. A missão tem rendido tantas fotos e informações sobre o enigmático gigante gasoso que sua permanência na órbita de Júpiter já foi aprovada pela NASA para até pelo menos 2022.

 

Referências:

https://www.nasa.gov/image-feature/jpl/dramatic-jupiter

https://www.missionjuno.swri.edu/junocam/processing?id=6529

 

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O eclipse de 1919: pela paz e pelo método científico

A comprovação da Teoria da Relatividade está comemorando um século de idade. Neste 29 de maio, a comunidade científica rememorou as expedições de observação de um eclipse total do Sol em Sobral, no Ceará, e na Ilha do Príncipe, na costa oeste da África.

A data é relevante porque traz à memória uma contribuição extremamente importante daquele que provavelmente é o cientista mais conhecido de todos os tempos: Albert Einstein. Ele, que formulou a Teoria da Relatividade em 1915, não tinha como comprová-la apenas por cálculos. Era preciso fazer observações e comparações. Pesar evidências.

Einstein não acompanhou as expedições, que, lideradas por Arthur Eddington na Ilha do Príncipe e por Andrew Crommelin em Sobral, contaram com a participação de equipes da Royal Astronomical Society. Britânicos e brasileiros estavam atrás de evidências de que corpos massivos – como o Sol, por exemplo – “deformam” o espaço-tempo em seu redor. É mais ou menos como colocar uma bola de futebol sobre um tecido estendido ou em cima de uma cama fofa. Se essa bola fosse o Sol, a curvatura que causa no tecido, ou no Universo, é o que explicaria o movimento dos planetas ao seu redor. Não era mais a gravidade newtoniana.

Se fosse possível observar a luz de uma estrela próxima do Sol enquanto ele estivesse no céu – e se a posição dela fosse diferente quando o Sol não estivesse lá -, isso seria um forte indício de que a teoria de Einstein estava certa. Como o Sol ofusca as outras estrelas durante o dia, essa observação não era viável. No entanto, um eclipse solar era a oportunidade perfeita para fazer esse teste. E foi o que aconteceu em Sobral e Príncipe: os pesquisadores conseguiram observar a constelação de Touro e viram que sim, a posição dessas estrelas durante o dia não era exatamente a mesma durante a noite. Einstein tinha razão!

A descoberta catapultou o cientista alemão para o estrelato mundial, beneficiou a ciência brasileira e causou uma revolução no mundo da Física: as leis que valem para nós aqui na Terra não se aplicam a galáxias, estrelas e buracos negros.

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Esta foto, tirada na Ilha do Príncipe (oeste da África), consta no relatório de Arthur Eddington sobre as observações que fez com sua equipe. Fonte: Wikipedia, CC0

O feito também nos lembra sobre como o método científico funciona e como ele é importante para se chegar a fatos e conclusões. Hipóteses sem testes e análises continuam sendo hipóteses. Só se tem um fato comprovado quando grupos diferentes de pessoas se debruçam sobre aquela hipótese e procuram entender, com metodologias sólidas e de forma honesta, se ela se confirma na realidade.

O eclipse centenário tem outro legado que também fala muito sobre como a ciência funciona. Ela é, essencialmente, um empreendimento colaborativo e internacional, capaz de unir pessoas de crenças e valores diferentes na busca de um único objetivo. Não é exagero dizer que a ciência, por sua própria natureza, tem o potencial de promover a paz.

Não podemos nos esquecer de que as observações em Sobral e Príncipe aconteceram em um período imediatamente posterior à I Guerra Mundial. A busca de Einstein e Eddington resultou em uma colaboração científica entre Alemanha e Reino Unido. Em um período pós-guerra, isso definitivamente não foi pouca coisa.

Em um artigo de 2003, Matthew Stanley, pesquisador do departamento de história da ciência na Universidade Harvard, conta que as dores da guerra em curso deixou um gosto amargo que começou a atrapalhar a cooperação entre britânicos e alemães. Pesquisadores do Reino Unido não tinham o mesmo ânimo para continuar cooperando com seus colegas da Alemanha – e em 1916 houve quem dissesse que a Alemanha deveria ser banida da ciência internacional.

Arthur Eddington, em uma carta à publicação Observatory na mesma época, desejava que a guerra não envenenasse a cooperação científica entre países. A astronomia, em especial, era, e é, uma ciência altamente internacional. Para Eddington, levar as fronteiras da guerra para o empreendimento científico, relata Stanley, era “um completo desentendimento das necessidades básicas e dos objetivos mais nobres da ciência”.

Um alerta que continua válido mais de um século depois de publicado.

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Uma adolescente astronauta

Girls, vamos conversar?! Diz aí qual é o seu maior sonho de vida? Consegue entender o que você precisa fazer para realizá-lo? (Isso já é um mega passo!) E identificar quais são os maiores limitadores? Se você é mulher já deve saber que naturalmente a cultura patriarcal, machista e sexista interfere e molda muitas de nossas vontades, desejos e perspectivas de vida. Ela pode até interferir nos sonhos de meninas e mulheres, a não ser que elas (nós!) se atrevam a ultrapassar essa barreira e lutem pelos seus sonhos mais bravamente que muitos dos meninos por aí. Agarrem a bandeira do feminismo e vamos à luta! Perceba que nem estamos falando aqui de um outro limitador muito agressivo, que é a desigualdade social. Só essa questão traria muitos outros artigos para refletirmos e conversarmos no blog das CsFs.

Vamos falar aqui de uma adolescente e um sonho: ela é Alyssa Carson, uma adolescente norte-americana de 17 anos que nasceu em Hammond, no Louisiana. E seu sonho surgiu aos 3 anos de idade quando assistia um episódio de The Backyardigans onde os personagens faziam uma missão em um planeta que está há 55 milhões de quilômetros de distância da Terra: o planeta Marte!

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Imagem do episódio de The Backyardigans visto por Carson aos 3 anos de idade. Créditos: TV TIME.

Pois é, ela quer ser astronauta e realizar uma missão no planeta vermelho! Agora vem a melhor parte da história: Carson já está sendo treinada pela NASA para, possivelmente, ser a primeira mulher a fazer uma expedição em Marte!!! [1]

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Alyssa Carson, a menina astronauta.Créditos: NASA Blueberry.

Com o apoio de sua família, aos 8 anos Carson foi registrada no United States Space Camp. Ela também foi a primeira pessoa a participar dos treinos da NASA na totalidade dos seus Space Camps, já que participou das formações no Space Camp de Laval (no Quebec) e no Space Camp de Esmirna (na Turquia). Alyssa Carson visitou os 14 Centros de Visitantes da NASA nos EUA e por isso foi a primeira pessoa a completar o Passaporte da NASA. A jovem astronauta frequenta a Baton Rouge International High School, onde aprende as disciplinas escolares em 4 línguas: chinês, inglês, francês e espanhol.  E se tornou embaixadora do projeto de vôos privados Mars One, que pretende estabelecer a primeira colônia de humanos em Marte. Teoricamente a NASA não aceita candidaturas de menores de 18 anos para participarem de seu Programa Espacial, porém Carson já se formou na Advanced Possum Academy, visto que sua missão acontecerá em 2030 e, por isso, há muito o que se fazer para sua preparação.

Em sua missão, será responsável com sua equipe por construir os primeiros módulos habitacionais em Marte e iniciar culturas que sustentem os humanos. Além disso, na missão da NASA para Marte em 2014, foram encontradas pequenas esferas no solo com vestígios orgânicos, podendo ser uma pista de vidas que já passaram por lá. Será que há mais vestígios orgânicos em Marte? Alyssa Carson poderá fazer estudos dentro desse tema. [2]

Com todo esse cenário ainda desigual nos dias atuais, podemos olhar para Alyssa Carson e encher o peito para falar que representatividade importa sim! Ver uma menina sonhar e viver a vida para realizar seu sonho precisa ser enfatizado para incentivarmos outras meninas.

O objetivo do compartilhamento dessa história é você abraçar a sua menina hoje e dizer bem firme a ela:

– Você pode ser astronauta, querida!

 

Referências:

[1]https://revistagalileu.globo.com/Ciencia/noticia/2018/07/menina-de-17-anos-pode-ser-primeira-pessoa-pisar-em-marte.html

[2]https://bit2geek.com/2018/07/09/blueberry-alyssa-carson/

 

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A trajetória e pesquisa de Katie Bouman

ou Quantas pessoas constroem um cientista?

Existe uma mulher muito sábia na minha vida.

Não, espera.

Vou começar outra vez.

Só existem mulheres muito sábias na minha vida, . Porque as mulheres são, em sua totalidade e não apenas por maioria, sábias. Mas uma mulher muito sábia me falou recentemente, depois que eu me queixei de erros que cometi no passado:

– Mas não tinha como você saber. O conhecimento é um fruto que se colhe maduro.

E essa foi uma lição (muito mas muito) imensa pra mim. Sobre autoperdão, construção de saberes, sobre cada trecho que nós – enquanto cientistas e professores – contribuímos para a pavimentação desse caminho: a educação. E, vocês já vão me desculpando pela emotividade aqui, quero falar sobre a trajetória de uma outra mulher, também sábia, que brilhou recentemente.

(Você achou que eu usei muito a palavra sábia, não foi? Está certo. Usei mesmo. Foi para naturalizá-la no seu coração.)

Se você estava no planeta Terra ou em suas imediações no último mês, provavelmente ouviu falar sobre a primeira imagem de um buraco negro, que foi obtida através de uma grande colaboração de pesquisadores de muitos países. A responsável por liderar a equipe que desenvolveu o algoritmo responsável pelo cruzamento e correção de dados obtidos usando o Event Horizon Telescope foi Katherine Louise Bouman ou Katie Bouman – como já estamos nos sentindo íntimas o suficiente para chamá-la. E, se você ainda está em dúvida de qual imagem estou falando, é essa aqui

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coisa_mais_linda.jpg Créditos: Event Horizon Telescope

 

 

Katie nasceu em 1989 e é professora assistente de ciência da computação no Instituto de Tecnologia da Califórnia. Sua pesquisa é relacionada a métodos computacionais para geração de imagens (guarde bem essa informação).

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querida.jpg Créditos: Facebook/Katie Bouman

Uma das coisas interessantes sobre uma cientista como Katie é entender como a sua pesquisa evoluiu até o estágio atual. Quando procuramos o perfil com todas as publicações de Katie na ferramenta do Google Scholar, encontramos 40 artigos com sua autoria e/ou cooperação, a maioria de livre acesso. Além disso, existem diversos textos de Katie publicados em revistas de divulgação científica e curiosidades. Entre os artigos acadêmicos, vemos o primeiro deles ser publicado em 2006 com o título: “Digital Image Forensics Through the Use of Noise Reference Patterns” , Análise forense de imagens digitais através do uso de padrões de referência de ruído, em livre tradução.

Fonte: engineering.purdue.edu

“Rostinho” do primeiro artigo de Katie. Créditos: engineering.purdue.edu

O artigo fala sobre a possibilidade de, através de métodos de reconstrução, verificar se imagens muito modificadas ainda poderiam ser identificadas usando os “defeitos” de uma câmera na forma de um padrão de ruído de referência. Ou seja: se uma foto estiver muito estragada, ainda seria possível descobrir qual câmera tirou aquela foto tendo como base uma bom banco de dados de como as câmeras tiram fotos?

Deu pra sentir o arrepio? Pois prepare-se para ficar ainda mais surpreso.

Eu não vou conseguir abordar aqui todos os artigos científicos da Katie mas gostaria de traçar uma linha do tempo em sua pesquisa. Quem quiser pode ter acesso a todos os outros textos clicando aqui. Em 2010 ela publicou “A low complexity method for detection of text area in natural images” ou Um método de baixa complexidade para detecção de área de texto em imagens naturais. Pode parecer pouco linkado com o trabalho sobre o buraco negro mas neste artigo temos uma pesquisa sobre um método de baixa complexidade para segmentação de regiões de texto em imagens.
E aí? Estão sentindo o impacto?

Créditos: Twitter

sera_que_um_dia_eu_vou_conseguir_abandonar_o_meme_da_Mulher_Pepita_arrepiada?.jpg Créditos: Twitter

Só mais um trabalho antes de falar do nosso queridinho, ok? O trabalho intitulado “IMAGING AN EVENT HORIZON: MITIGATION OF SCATTERING TOWARD SAGITTARIUS A*”.

EM LETRA MAIÚSCULA SIM, POIS JÁ ESTAMOS EMOCIONADOS COM ESSE TRABALHO.

EM PORTUGUÊS: PROCESSANDO IMAGENS DE UM HORIZONTE DE EVENTO: MITIGAÇÃO DA DISPERSÃO PARA O SAGITÁRIO A.

Esse foi nada mais, nada menos, que o primeiro trabalho de parte da equipe que viria a conseguir a foto do buraco negro este ano, focando já em Sagitario A (o objeto astronômico do qual o buraco negro faz parte). Foi publicado em 2014 e o seu resumo começa assim:

“Espera-se que a imagem da emissão que circunda o buraco negro no centro da Via Láctea exiba a impressão de efeitos relativísticos gerais (GR), incluindo a existência de uma feição de sombra e um anel de fótons de diâmetro ~ 50 μas.”

E traz, como um de seus resultados, essa imagem da simulação:

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nem_tenho_mais_legenda.jpg Créditos:The Astrophysical Journal

Em abril deste ano, quando tivemos acesso a real imagem do buraco negro, vimos que ele se parecia muito com a imagem acima. E mais: que se parecia muito com o que Einstein esperava de um buraco negro em 1915. A pesquisa da foto do buraco negro gerou não um, não dois mas seis (!!!!) artigos com os resultados obtidos. Estão envolvidos no projeto 144 departamentos de  diferentes universidades ao redor do globo.

E, sinceramente, eu não sei quantos pessoas estão envolvidas no projeto.

Quantas professoras e professores, técnicas e técnicos, alunas e alunos de graduação e pós graduação. Quantas pessoas chegaram mais cedo para limpar os laboratórios, para preparar refeições nas universidades, quantas mães e pais, esposas e maridos, namorados e namoradas deram suporte a quem aparece na autoria dos seis artigos. Eu sei que cada um deles foi parte desse passo pois o conhecimento amadurecido ao longo de anos de pesquisa, desde Einstein e antes dele, passando por Katie e seus professores, não começa, nem termina nesta imagem. Este é, sem dúvidas, o (doce) fruto colhido da colaboração de tanta gente para fazer ciência.

Referências

Bouman, K. L., N. Khanna, and E. J. Delp. “Digital Image Forensics Through the Use of Noise Reference Patterns.” (2016).

Bouman, K.L., Abdollahian, G., Boutin, M. and Delp, E.J., 2011. A low complexity sign detection and text localization method for mobile applications. IEEE Transactions on multimedia, 13(5), pp.922-934.

Fish, V.L., Johnson, M.D., Lu, R.S., Doeleman, S.S., Bouman, K.L., Zoran, D., Freeman, W.T., Psaltis, D., Narayan, R., Pankratius, V. and Broderick, A.E., 2014. Imaging an event horizon: Mitigation of scattering toward Sagittarius A. The Astrophysical Journal, 795(2), p.134.

Akiyama, K., Alberdi, A., Alef, W., Asada, K., Azulay, R., Baczko, A.K., Ball, D., Baloković, M., Barrett, J., Bintley, D. and Blackburn, L., 2019. First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole. The Astrophysical Journal Letters, 875(1), p.L1.

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As luas geladas e suas implicações para a astrobiologia: pelos anéis de Saturno

Parte IV

No começo da nossa viagem pelas “luas geladas” conversamos sobre o que elas precisam ter para receber essa definição (aqui). Também falamos sobre Europa, uma das “luas geladas” mais famosas nos últimos anos (aqui), e sobre Ganimedes, Calisto e Io (e aqui). Hoje iremos ainda mais longe no nosso Sistema Solar a fim de explorar as “luas geladas” de Saturno.

Qualquer lua que seja coberta de gelo pode ser uma “lua gelada”?

Como no texto anterior, gostaria de começar resgatando um trechinho do nosso primeiro texto antes de mergulhar nas nossas novas luas. “Luas geladas” são satélites naturais, cobertos principalmente por gelo, que orbitam os gigantes gasosos do nosso Sistema Solar, sendo eles Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Para que sejam chamados de “luas geladas” é necessário que esses satélites apresentem três características: (1) a presença de um meio líquido, (2) uma fonte de energia, e (3) condições necessárias para a formação de moléculas complexas. Esses quesitos também são considerados responsáveis pelo surgimento e pela manutenção da vida.

Saturno e seus anéis

Comumente vemos Saturno sendo representado, em desenhos e esquemas, envolto por um anel. Porém, se fossemos desenhar o planeta como ele realmente é, ele ficaria muito mais complexo. Saturno possui mais de dez anéis constituídos essencialmente por gelo, poeira e rochas. Além disso, o planeta conta com 62 luas confirmadas até agora. Embora Saturno apresente tantos satélites, apenas duas são classificadas como “luas geladas” e hoje vamos conhecê-las um pouco mais de perto.

Anéis de Saturno

Figura 1. Anéis de Saturno compostos por gelo, poeira e rochas. Fonte: Nasa NASA/JPL-Caltech/SSI.

 Um encontro com Titã

Titã é a maior lua de Saturno e a segunda maior do nosso Sistema Solar, perdendo apenas para Ganimedes (vista na parte III). Titã é também o único satélite do Sistema Solar com uma atmosfera densa e evidência de corpos de água líquida e estável (lagos e rios) em sua superfície.

Titã

Figura 2. Vista de Titã pela Cassini. Fonte: Nasa NASA/JPL-Caltech/SSI.

Modelos teóricos predizem que uma camada de água líquida poderia existir abaixo do gelo na superfície da lua, desde que houvesse uma quantidade suficiente de amônia misturada à água, reduzindo sua temperatura de congelamento. Dessa forma, acredita-se que Titã seja dividida (da superfície para o centro) em uma camada de gelo, uma camada líquida de água e amônia, outra camada de gelo e um núcleo rochoso.

As informações obtidas até agora sobre o oceano de água no interior de Titã não sugerem que ela seja uma boa candidata para o desenvolvimento de formas de vida. Isso porque a camada de gelo sobre a lua parece ser bastante rígida, o que dificultaria as trocas de material entre a superfície e o oceano. Além disso a segunda camada de gelo sobre a crosta isolaria o oceano do núcleo rochoso, impossibilitando a existência dessa interface considerada de extrema importância para o surgimento da vida.

Ainda assim, o oceano aquoso não é o único ambiente de Titã onde poderíamos procurar formas de vida. Caso a vida tenha surgido lá, o ambiente da lua provavelmente levaria os organismos a desenvolverem características muito diferentes de qualquer um existente na Terra. Enquanto todas as formas de vida terrestre usam água como meio líquido, é concebível que a vida em Titã poderia utilizar outros componentes como metano e etano. Outro fator de interesse na busca por vida em Titã consiste no fato de sua atmosfera ser quimicamente ativa, conhecida por ser rica em compostos orgânicos; o que levou a especulações sobre se precursores químicos da vida poderiam ter sua origem lá.

Dessa forma, o ambiente de Titã, embora muito diferente do terrestre, possuiria os requisitos para a vida: (1) metano e etano na forma líquida encontrados em corpos líquidos na superfície do planeta; (2) provavelmente obtida através da radiação solar, que embora seja muito menor, quando comparada à da Terra, ainda suportaria formas de vida de crescimento lento; (3) proveniente da atmosfera quimicamente ativa e derivadas de metano e etano.

 

Um pulo em Encélado

Encélado é a sexta maior lua de Saturno e é aproximadamente 10 vezes menor do que Titã. Estima-se que a lua seja formada por um núcleo rochoso, envolto por um oceano líquido e uma crosta de gelo na superfície.

Encélado

Figura 3. Vista de Encélado pela Cassini com foco nas plumas de água e gelo no polo sul da lua. Fonte: Nasa NASA/JPL-Caltech/SSI.

As primeiras informações sobre Encélado vieram das espaçonaves Voyager Ie II. As mais recentes, porém, foram obtidas pela Cassini em 2005, que revelou mais detalhes sobre a superfície da lua e também confirmou a emissão de plumas de vapor de água e gelo no polo sul da Lua. Cassini também mostrou a existência de uma fina atmosfera ao redor de Encélado e confirmou que sua superfície era composta principalmente por água, gás carbônico e compostos orgânicos simples. O fato de ser totalmente coberta por gelo, torna a lua um dos objetos que mais reflexivos do Sistema Solar. Por refletir a maior parte da luz, a superfície de Encélado é mais fria do que a dos outros satélites de Saturno, podendo atingir -198oC.

Por não possuir água líquida em sua superfície, a existência de vida em Encélado estaria condicionada a presença de água líquida em seu interior. E o movimento da lua em torno de Saturno e a presença das plumas são evidências da presença de um oceano global localizado logo abaixo da camada superficial de gelo.

Um fator de extremo interesse para a astrobiologia é a relativa facilidade de coleta de amostras do oceano de Encélado através das plumas. Coletar material proveniente do oceano diretamente da atmosfera, dispensando missões de pouso e perfuração do gelo da superfície, como se planeja fazer em Europa no futuro, torna a pesquisa de vida em Encélado mais atrativa e economicamente viável com a tecnologia espacial atual.

Então, se olharmos para os nossos critérios de definição de luas geladas teríamos: (1) água existente na forma líquida encontrada logo abaixo da superfície; (2) força de maré originada no oceano interno da lua causada pela interação da lua com Saturno; (3) principalmente suprida pela interação água líquida-núcleo rochoso.

E assim encerramos nosso passeio por Saturno e suas luas! Até a próxima! 🌚❄

Referências:

CANUP, R. M.; WARD, W. R. Formation of the gallilean satellites: conditions of accretionsThe Astronomical Journal, v. 124, n. 6, p. 3404-3423, 2002.

FILACCHIONE, G. et al. Saturn’s icy satellites investigated by Cassini-VIMS: I. Full-disk properties: 350–5100 nm reflectance spectra and phase curves. Icarus, v. 186, n. 1, p. 259-290, 2007.

GALANTE, D. et al. Astrobiologia [livro eletrônico]: uma ciência emergente. Tikinet Edição: IAG/USP, São Paulo, 2016.

IRWIN, L. N.; SCHULZE-MAKUCH, D. Assessing the plausibility of life on other worlds. Astrobiology, v. 1, n. 2, p.143-160, 2001.

PASACHOFF, Jay M.; FILIPPENKO, Alex. The Cosmos: Astronomy in the new millennium. Cambridge University Press, 2013.

SCHUBERT, G. et al. Interior composition, structure and dynamics of the Galilean satellites. Jupiter: The planet, satellites and magnetosphere, v. 1, 2004.

SHOWMAN, A. P.; MALHOTRA, R. The Galilean satellites. Science, v. 286, p. 77-84, 1999.

WORTH, R. J.; SIGURDSSON, S.; HOUSE, C. H. Seeding life on the moons of the outer planets via lithopanspermia. Astrobiology, v. 13, p. 1155-1165, 2013.