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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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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.

 

 

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Asteroides : O início e o fim da humanidade?

Asteroides têm seu próprio charme. Mais do que uma simples pedrinha espacial, um asteroide pode ser a resposta pra vida da Terra e mesmo o responsável pelo fim da humanidade no futuro. Várias agências de pesquisas têm concentrado seus esforços para entender melhor esses objetos.

A hipótese que a vida pode ter sido trazida a Terra é chamada de Panspermia. Essa ideia foi abandonada por muitos anos pela falta de dados que pudessem corroborar essa ideia mas no fim dos anos 70 com a descoberta de meteoritos originados de Marte na Terra, mostrou-se que era possível a troca de matéria entre objetos no espaço e essa hipótese ganhou força novamente. [1] [2]

A chegada de um asteroide com material orgânico na Terra não é simples. Os microrganismos precisam de um ambiente em que possam sobreviver durante toda a viagem interplanetária. Entretanto, experimentos espaciais demonstraram que com proteção ultravioleta mínima, vários tipos de microrganismos podem sobreviver por anos ao ambiente hostil do espaço. Os resultados demonstraram que os microrganismos poderiam sobreviver a aceleração para a velocidades de escape de Marte e ao impacto subsequente em superfícies de diferentes composições. Assim, há fortes evidências de que microrganismos podem sobreviver às condições de transferência interplanetárias [1].

O sistema Terra-Marte não é o único lugar onde transferência natural pode ocorrer. A descoberta de potencialmente ambientes habitáveis, como alguns satélites de Júpiter e Saturno, expande a possibilidade de transferência de vida no Sistema Solar [1].

Para estudar melhor as possibilidades de microrganismos e composição de asteroides, várias missões têm sido lançadas com o objetivo de coleta de material para a análise na Terra.

A Hayabusa, da Agência Japonesa de Exploração Aeroespacial (JAXA), foi desenvolvida para coletar amostras do asteroide Itokawa e devolvê-las à Terra. Itokawa é um NEO (Near Earth Object), um objetos próximos da Terra que foi empurrado pela atração gravitacional de planetas próximos em órbitas que lhes permitem entrar na vizinhança da Terra, ou seja, tem maiores chances de colisão com a Terra [3][6].

A missão foi lançada em maio de 2003 e encontrou o asteróide Itokawa em novembro de 2005. Lá, fez várias tentativas de coletar. Durante uma dessas tentativas, a espaçonave inesperadamente perdeu a comunicação com a Terra e aterrissou na superfície do asteroide, danificando a espaçonave. Apesar desse revés, a JAXA conseguiu devolver a Hayabusa com segurança para a Terra em junho de 2010 [3].

Embora o mecanismo de coleta não tenha funcionado, milhares de partículas foram encontradas em um dos recipientes de amostra, aparentemente introduzidos durante o impacto da espaçonave na superfície do asteroide. Muitas dessas partículas seriam do asteroide por sua química e mineralogia, mas infelizmente foram contaminadas por partículas da espaçonave. Assim, em vez de devolver vários gramas de amostra, a Hayabusa retornou menos de um miligrama de amostra. No entanto, estas são as primeiras amostras diretas de um asteroide e, portanto, têm grande valor científico [3].

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Figura 1: Foto do Itokawa tirada pela Hayabusa em 2005. Créditos: JAXA

Seguindo a mesma linha, a JAXA enviou a Hayabusa2 que teria os pontos fracos da missão anterior resolvidos. Hayabusa2 foi lançado em dezembro de 2014 e encontrou-se com o asteroide 162173 Ryugu em 27 de junho de 2018. A missão deve inspecionar o asteróide por um ano e meio e retornar à Terra em dezembro de 2020 [4].

A Hayabusa2 também coletará material do asteroide e contem um dispositivo explosivo adicional que será usado para cavar o subsolo do asteroide [4].

 

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Figura 2: Foto do 162173 Ryugu tirada pela Hayabusa2 . Créditos: JAXA

A missão da NASA, OSIRIS-REx (Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer) segue a mesma lógica das missões japonesas, é uma missão de retorno de amostras de asteroides. Lançada em setembro de 2016, sua missão é estudar o asteroide 101955 Bennu, também considerado um NEO, e retornar uma amostra para a Terra em setembro de 2023 [5].

Os NEOs podem ser uma grande ameaça para a humanidade. Mais de 1 milhão de asteroides têm o potencial de impactar a Terra, e através de todos os telescópios disponíveis em todo o mundo, descobrimos apenas cerca de um por cento. Por causa disso foi criado o Dia do Asteroide (Asteroid Day), cujo os detalhes você pode encontrar no texto do próprio blog.

Resumidamente, o Asteroid Day (30 de Junho) é uma maneiras para conscientizar a sociedade sobre asteroides e as possibilidades de queda na Terra. A iniciativa também é uma maneira para estimular o investimento em pesquisa desses objetos. Alguns projetos brasileiros compostos de astrônomos profissionais e amadores têm colaborado para o monitoramento desses objetos quando atingem a atmosfera da Terra, como é o caso do Bramon e do Exoss.

O Brasil, pelo segundo ano seguido, foi a país que mais desenvolveu atividades no Asteroid Day. As atividades foram constituídas de palestras, cartazes, observações do céu dentre outras atividades, tudo acessível para todos os públicos.

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Figura 3: Número de eventos do Asteroid day em diversos países. Créditos: EXOSS

O Asteroid Day é uma ótima forma de conectar a academia com a comunidade e o Brasil fez o seu dever de casa. De norte a sul iniciativas como esta tem se tornando cada vez mais comum entre os cientistas, o que colabora para o acesso da população aos trabalhos desenvolvidos dentro da universidades e centros de pesquisas.

Referências:

[1] P. H. Rampelotto; PANSPERMIA: A PROMISING FIELD OF RESEARCH; Astrobiology Science Conference 2010;

[2] http://www.sciencemag.org/news/2016/08/nasa-sample-asteroid-clues-life-earth

[3] https://curator.jsc.nasa.gov/hayabusa/

[4] http://global.jaxa.jp/press/2018/06/20180627_hayabusa2.html

[5] https://www.nasa.gov/mission_pages/osiris-rex/

[6] https://cneos.jpl.nasa.gov/about/basics.html

 

 

 

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Alquimia do universo: como produzir elementos químicos – Parte II

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Figura 1:  Estrela Sh2-106. Imagem do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA mostrando a estrela recém-formada Sh 2-106. Crédito: NASA/ESA

Continuamos a nossa série “Alquimia do universo” que começou aqui falando sobre os elementos criados durante o Big Bang. O evento que deu origem ao universo produziu a maior parte do hidrogênio e do hélio que existe! Isso não é pouca coisa quando consideramos que aproximadamente 98% de toda a matéria comum (bariônica) que forma você, as árvores, a Terra, o Sol é composta por hidrogênio e hélio.

Tudo muito bom e muito bonito mas hoje nós vamos falar das estrelas! ⭐ Antes de nós passarmos para nosso bate-bola estelar (e não, não vamos falar de falar de futebol 🤣), vamos falar sobre o que são estrelas.

Vídeo 1: SN 2006gy, uma estrela explodindo. Simulação de uma estrela extremamente massiva lançando algumas de suas camadas externas em uma grande erupção antes de colapsar violentamente. A explosão (do tipo supernova) por sua vez entra no gás expelido (em cor acobreada), que se encontra numa temperatura mais fria, criando um espetáculo de luz brilhante. Créditos: NASA/CXC/A.Jubett.]

Estrelas são bolas de gás e poeira com a particularidade que elas conseguiram juntar tanto gás e tanta poeira (graças à força gravitacional) que o núcleo dessas bolas esquentou, e esquentou, até atingir uma temperatura em torno de 4 milhões de Kelvins! Isso é tipo um cadinho menos que 4 milhões de graus Celsius! 🔥😵🔥 Essa temperatura é especial porque significa que agora a nossa “bolinha de poeira” tem energia suficiente para fusionar os núcleos de hidrogênio originando novos núcleos de hélio. E isso acontece bilhões de vezes por segundo, e cada fusão desse tipo gera mais energia, numa cadeia de inúmeras explosões atômicas. É essa energia liberada no processo de fusão que transforma a ex-bola de gás numa bola de gás incandescente: uma estrela.

Vídeo 2: Simulação sobre a formação estelar. O início da simulação parte de uma nuvem molecular distribuída esfericamente que, graças ao efeito da gravidade, começa a colapsar até eventualmente originar estrelas. Créditos: Youtube/Francis Villatoro.

Durante esse período no qual a estrela transforma o hidrogênio presente em seu núcleo em hélio, dizemos que a estrela está na sequência principal de sua evolução estelar. E essa também corresponde a maior fase da vida de uma estrela, como se fosse sua vida adulta.

Se você quer entender melhor como estrela evoluem, dá uma olhada nessa simulação maneiríssima onde você mesma, pessoa, escolhe o tamanho da sua estrela. Tá em português!

 

Só para dar uma ideia..
uma estrela como o nosso Sol demorou 50 milhões de anos para juntar energia suficiente antes de começar a fusionar hidrogênio. Ela está na sequência principal (fase adulta) há aproximadamente 5 bilhões de anos e assim vai permanecer por mais uns 5 bilhões de anos.🌞

 

Depois que a estrela queima o hidrogênio do seu núcleo, os eventos seguintes dependem da massa da estrela. Estrelas entre 0,08 até ~8 massas solares são consideradas estrelas de baixa massa. E estrelas superiores a 8 massas solares estão na categoria de estrelas massivas. A estrela mais massiva observada até hoje tem 265 vezes a massa do Sol, mas estima-se que no começo de sua fase na sequência principal sua massa foi de 320 vezes a massa do Sol! 🤯

Talvez você esteja pensando que estrelas de massivas “vivam” mais do que estrela com menos massa, mas é o contrário. A força gravitacional das estrelas massivas é maior do que as com menos massa. Por isso, a pressão do seu núcleo é muito maior, o que eleva ainda mais a temperatura, fazendo com que queimem o seu hidrogênio muito mais rápido do que estrelas menos massivas. Uma estrela com baixa massa fica na sequência principal por dezenas de bilhões de anos, enquanto estrelas massivas “apenas” por centenas de milhões de anos. Fala sério, vai me dizer que não bateu um alívio do Sol ser do time das baixinhas agora! 

 

Voltando ao assunto, depois que a estrela queima o hidrogênio do núcleo, ela passa a queimar outros elementos (ou o hidrogênio de camadas fora do núcleo), desde que ela atinja a energia de fusão desses outros elementos químicos. E, como você pode imaginar pelo papo que tivemos até aqui, quanto maior a massa da estrela, maior a temperatura que ela pode atingir. Então, quanto mais massiva, mais elementos químicos ela produz.

Sendo assim, estrelas de baixa massa têm energia suficiente para produzir carbono, nitrogênio e oxigênio. Estrelas massivas produzem esses elementos e continuam colapsando e subindo a temperatura de seus núcleos produzindo, subsequentemente, elementos químicos até chegar ao Ferro. Dá uma olha na tabela periódica a seguir para conferir os elementos.

Figura 2: Tabela periódica com elementos produzidos na natureza e legenda representando os eventos que os produzem. Em azul, nucleossíntese do Big Bang; em verde, a morte de estrelas de baixa massa; em rosa, fissão de raios cósmicos; em dourado, explosão de estrelas massivas; em roxo, colisão de estrelas de nêutrons; e em cinza, explosão de anãs brancas. Créditos: Wikipedia/Jennifer Johnson (OSU).

 

E agora vamos ao nosso bate-bola!

Evento: Nucleossíntese estelar

Quando acontece

Dentro das estrelas, durante a fase principal da vida das estrelas e depois em sucessivos processos anteriores a sua morte.

O que é 

As estrelas fundem elementos químicos através de fusão nuclear de forma a manterem sua estabilidade hidrostática: o equilíbrio entre a força gravitacional gerada pelo efeito sua própria massa (pressão “para dentro” da estrela) contra a radiação eletromagnética produzida durante a fusão dos elementos (pressão “para fora” da estrela).

O que é produzido

Desde do hélio-4, a partir do fusão dos núcleos de hidrogênio, até o oxigênio-16 em estrelas de baixa massa. Em estrelas massivas são produzidos elementos desde o hélio-4 até o ferro-56. Veja na tabela periódica a seguir os outros elementos químicos.

Escala de energia
  • o hélio-4 é produzido a temperaturas de 4 milhões de Kelvins;
  • o oxigênio-16 a 2 bilhões de Kelvins;
  • e o ferro-56 a 3 bilhões de Kelvins.
Em quanto tempo são produzidos
  • todo o hélio-4 é produzido em dezenas de milhões de anos;
  • a produção de oxigênio-16 em menos de 1 ano;
  • e, por fim, todo o ferro-56 em menos de 1 segundo!!!
Com que frequência ocorre 

Isso está acontecendo desde que o universo tinha aproximadamente 100 milhões de anos. Hoje, estima-se que o universo tem mais ou menos 14 bilhões de anos e em torno de 2 trilhões de galáxias. E cada galáxia tem em torno de 100 milhões de estrelas, das quais 90% estão na fase de transformar hidrogênio em hélio e as outras 10% estão produzindo outras coisas. Vou deixar para você contar quantas estrelas estão queimando hidrogênio nesse exato instante 😉

Os dados desse bate-bola foram retirados dessa aula super legal do Dr. Dmitry Semenov, Instituto de Astronomia Max Planck, na Alemanha.

 

Espero que você esteja pensando “tá legal, mas perá lá! E o que acontece depois disso? Como é que a estrela libera tudo isso no espaço? Cadê estrela de nêutrons, buracos negros e supernovas? Falta coisa aí!”. E você está certíssima, pessoa! E esse será o tema do nosso próximo papo: os elementos químicos produzidos na morte das estrelas. ⭐💥💀💫

Vídeo 3: Animação da formação de uma nebulosa planetária. Ao contrário do que o nome sugere nebulosas planetárias não dão origem a planetas. Elas são a sopa quente e poderosa de elementos químicos formadas após a explosão de anã branca. 🤩 Esse é tipo o de fim de vida que nosso Sol vai levar. 💥 Créditos: NASA/ESA/J.Gitlin(STScI).

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As luas geladas e suas implicações para a astrobiologia: Conheça Europa

Parte II

No primeiro texto dessa incrível série que fala das “luas geladas”, conhecemos um pouco mais sobre o que são essas luas, o que elas precisam ter para receber essa definição e falamos brevemente sobre Europa e sobre algumas missões espaciais que estão por vir. Quem quiser relembrar da primeira parte da nossa jornada, é só clicar aqui. A parte II da nossa saga, que ainda fala das luas de Júpiter, agora foca em Europa.

Características indispensáveis para que a vida possa existir e ser mantida:

Antes de falar desse satélite, gostaria resgatar um pedacinho do nosso primeiro texto para lembrarmos o que essas luas precisam ter para serem consideradas “luas geladas”. Para receberem esse título, os satélites naturais, cobertos principalmente por gelo, que orbitam os gigantes gasosos do nosso Sistema Solar precisam apresentar os três seguintes pré-requisitos:

  • um meio líquido,
  • uma fonte de energia e
  • condições necessárias para a formação de moléculas complexas responsáveis pelo surgimento e pela manutenção da vida.

Uma viagem por Europa

Feito! Com isso em mente, vamos focar na nossa lua principal, Europa, e entender com um pouco mais de detalhes como encontramos esses três pré-requisitos.

  1. Presença de meio líquido:

Sendo a menor das quatro “luas geladas” de Júpiter, Europa é formada por um núcleo metálico envolto por uma crosta, ambos localizados abaixo de uma camada de água (na forma líquida e de gelo). Estima-se que essa camada de água tenha de 80 a 170 quilômetros de extensão, sendo composta de uma crosta congelada localizada logo acima de um oceano líquido. A existência de um oceano global abaixo de sua crosta de gelo é o elemento mais importante para a habitabilidade de Europa e seu estudo é de grande interesse para determinar se a vida foi ou é capaz de surgir e de se manter na lua.

  1. Fonte de energia:

A superfície de Europa é plana e recente, com poucas crateras antigas, o que indica que é renovada constantemente. Podemos assumir que exista essa renovação constante devido ao fato de que a lua está submetida a constantes bombardeamentos, e que, se não há crateras antigas expostas, deve haver uma renovação da superfície para que ela esteja sempre lisa. Os processos responsáveis por essa renovação seriam inúmeros, dentre eles: erupções locais de água aquecida e sob pressão; elevação e submersão de sólidos congelados e líquidos em algumas regiões; rupturas de camadas superficiais de gelo, etc.

Outra característica importante de Europa, que também remete a renovação da superfície é a existência de uma variedade de linhas escuras que cruzam sua superfície (Figura 1). Dentre as possíveis hipóteses que tentam explicar esse padrão, a mais aceita diz que essas linhas devem ter sido formadas por uma série de erupções de gelo aquecido ao passo que a crosta da lua se abria para expor camadas interiores mais quentes. Uma possível explicação para o surgimento de suas linhas antigas torna Europa ainda mais interessante. Imagens provenientes das sondas Voyager e Galileo revelaram evidências de processos geológicos tais quais os que ocorrem aqui na Terra em regiões de convergência de placas tectônicas, quando uma placa se desloca para baixo de outra. A existência dessas placas em Europa faria dela o único corpo celeste que possui placas tectônicas além da Terra.

Figura 1_Europa.jpg

Figura 1. Superfície de Europa. As linhas que cobrem sua superfície tiveram a coloração adicionada para que ficassem mais visíveis. Fonte: Nasa/JPL-Caltech/SETI Institute.

Outro fator interessante é em relação à sua atmosfera. Observações realizadas pelo Hubble revelaram que a atmosfera fina de Europa é composta principalmente por oxigênio molecular (em sua camada interior) e hidrogênio molecular (em sua camada exterior). Infelizmente, para astrobiólogos, esse oxigênio não indica atividade biológica, sendo proveniente da quebra da molécula de água na superfície da lua. Essa quebra é ocasionada pela radiação ultravioleta do Sol e por partículas carregadas da magnetosfera de Júpiter (íons e elétrons). Dessa forma, podemos então encontrar as principais fontes de energia nessa lua, sendo elas a energia do núcleo metálico (decaimento radioativo dos elementos), da força das marés (do oceano interno), e da radiação de Júpiter.

  1. Condições necessárias para a formação de moléculas complexas

Considerando que Europa tenha uma origem condrítica (formada de poeira e pequenos grãos presentes no início do Sistema Solar) e levando em consideração o contexto de intenso bombardeamento no qual está inserida, a lua teria uma variedade de compostos essenciais para a vida semelhante tal qual como conhecemos na Terra. Adicionalmente, atividades hidrotermais, se constatadas como presentes, transportariam esses elementos do manto para os oceanos, fazendo com dessa interação oceano-rocha, um componente de extrema relevância para a formação de moléculas complexas e do desenvolvimento da vida.

Portanto, até agora, temos Europa preenchendo os nossos 3 pré-requisitos: 1) existência de um meio líquido: água na forma de gelo na crosta de Europa e na forma líquida, encontrada em seu oceano interno; (2) fonte de energia: força de maré originada no oceano interno da lua, decaimento radioativo de seu núcleo metálico, e possivelmente também proveniente da radiação ionizante dos anéis radioativos de Júpiter; (3) condições necessárias para a formação de moléculas complexas: provável interação água líquida-rocha no leito oceânico da lua e possível origem exógena (de fontes externas à lua), devido ao intenso contexto de bombardeamento em que Europa está inserida.

Somado à esses pré-requisitos modelos atuais de Europa sugerem que condições como temperatura, pressão, pH e salinidade dos oceanos internos estão dentro dos limites capazes de suportar vida como conhecemos. Além disso, as informações atuais sobre a lua indicam que Europa não só pode ser habitável  nos dias atuais como provavelmente foi assim durante a maior parte da história do nosso Sistema Solar. Daí o extremo interesse em estudar essa lua e a necessidade da criação de missões de exploração,que serão abordadas em mais detalhes em no nosso último texto dessa série. Futuras observações, particularmente aquelas realizadas através de pousos na sua superfície e coleta de material, permitirão análises não apenas qualitativas, mas também quantitativas sobre o potencial habitável de Europa, especialmente quanto às fontes de energia disponíveis e evolução química de seu oceano.

É fascinante entender o quão importante algumas das luas do Sistema Solar podem ser na busca pela vida fora do nosso planeta. Espero que tenham gostado de conhecer um pouco mais sobre Europa e que estejam ansiosas para saber mais sobre a nossa vizinhança cósmica. No próximo texto, ainda estaremos em Júpiter, mas vamos viajar por outras de suas luas, também incríveis e de amplo interesse astrobiológico: Ganimedes, Calisto e Io.

Referências:

ANDERSON, J. D. et al. Europa’s differentiated internal structure: Inferences from four Galileo encounters. Science, v. 281, n. 5385, p. 2019-2022, 1998.

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

CARR, M. H. et al. Evidence for a subsurface ocean on Europa. Nature, v. 391, n. 6665, p. 363-365, 1998.

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Alquimia do universo: como produzir elementos químicos – Parte I

No artigo anterior, falamos sobre a observação da colisão de estrelas de nêutrons GW170817 e como graças à ela cientistas confirmaram a origem e abundância de 54 elementos químicos. Sim! A gente não tinha certeza de como foram produzidos muitos dos elementos que encontramos aqui na Terra, como o ouro, a prata e a platina. Imaginávamos — quer dizer, tínhamos as teorias — mas a prova mesmo chegou depois de 17 de agosto de 2017.

Dos 118 elementos químicos que conhecemos 24 são produzidos artificialmente em grandes laboratórios e 94 são produzidos naturalmente. E por natureza aqui nós não estamos falando do nosso pequeno planetinha. Estamos falando de estrelas, da morte de estrelas, da colisão entre estrelas, de fissão de raios cósmicos e do início do universo!

Nucleossíntese é o processo de sintetizar elementos químicos, ou seja, “colar” próton com próton e próton com nêutron, e em quantidades suficientes para “povoar” todo o cosmos com elementos químicos. E esse será o tema desta série de artigos sobre “Alquimia do universo: como produzir elementos químicos”.


Figura 1: Imagem em raios-X da supernova Cassiopeia A mostra como alguns elementos pesados são produzidos durante a explosão de estrelas massivas (supernova): silício (em vermelho), sulfúreo (amarelo), cálcio (verde) e ferro (roxo). As supernovas são uns dos eventos mais importantes na produção de elementos químicos. Créditos: NASA/CXC/SAO

Para preparar o terreno, alguns comentários sobre as escalas vamos usar para falar nesses eventos.

Kelvin
Indicamos a temperatura em Kelvin (K), escala absoluta de temperatura.
Só para ter uma ideia:

  • 0 K é o zero absoluto, equivalente a negativos 273,15 graus Celsius!
  • a temperatura do universo hoje é aproximadamente 2,7 K.
  • a temperatura ambiente de 20 graus Celsius é equivalente a 293 K.

Elétron-volts
É comum usar elétron-volts (eV) para falar sobre escala de energia, principalmente quando falamos em escalas de energia para acelerar partículas. Por definição, 1 eV é a energia cinética (energia convertida em movimento) que 1 elétron ganha quando é acelerado por uma diferença de potencial elétrico de 1 Volt no vácuo.
Só pra dar uma ideia:

  • a tomada da sua casa tem uma diferença de potencial de 110 Volts para acelerar milhares de elétrons presentes nos fios de cobre da sua instalação elétrica.
  • no CERN, o acelerador de partículas mais importante do mundo, cientistas atingiram o recorde de 13 TeV (1012 eV) numa colisão entre dois feixes de partículas. Ou seja, eles produziram energia suficiente para acelerar 13 trilhões de elétrons com uma diferença de potencial elétrico de 1 Volt no vácuo!

A escala de energia da nucleossíntese do Big Bang, evento que vamos falar a seguir, é de milhares de elétron-volts, 1 keV a 100 keV (103 eV) e a temperatura entre milhões e bilhões de Kelvins!

Figura 2: Tabela periódica com elementos produzidos na natureza e legenda representando os eventos que os produzem. Em azul, nucleossíntese do Big Bang; em verde, a morte de estrelas de baixa massa; em rosa, fissão de raios cósmicos; em dourado, explosão de estrelas massivas; em roxo, colisão de estrelas de nêutrons; e em cinza, explosão de anãs brancas. Créditos: Wikipedia/Jennifer Johnson (OSU).

 

Evento: Nucleossíntese do Big Bang

Quando aconteceu: nos primeiros 3 minutos de existência do universo, há quase 14 bilhões de anos atrás. E, olha, já tinha acontecido muita coisa nesses 3 minutos: inflação, surgimento dos quarks, depois dos hádrons (prótons e nêutrons são bárions, tipos de hádron). Depois os neutrinos apareceram. Depois léptons, entre eles os elétrons. E, depois de tudo isso, a nucleossíntese aconteceu.

O que é: a nucleossíntese confinou prótons e nêutrons juntos, formando os primeiros núcleos atômicos.

O que foi produzido: Estima-se que o hidrogênio e o hélio constituem, mais ou menos, 74% e 24%, respectivamente, de toda a matéria (bariônica) do universo! E a maior parte do hidrogênio e hélio-4 encontrados no universo foram produzidos durante a nucleossíntese. Assim como pequenas quantidades de deutério (hidrogênio-2) , hélio-3 e lítio-7. Deutério, hélio-3, hélio-4 e lítio-7 são isótopos. (No fim do artigo você encontra uma pequena nota sobre isótopos.)

Escala de energia: 109 K a 107 K (100 keV a 1 keV).

Em quanto tempo produziu: uns 20 minutos.

Com que frequência ocorre: o Big Bang é por definição o evento que deu origem a tudo que existe, então ele aconteceu uma única vez. Porém nas teorias de universo cíclico o universo teria tido vários inícios, ou seja, ele se contrai e expande a cada dezenas (centenas?) de bilhões de anos. Mesmo que seja o caso, a cada contração tudo o que existe seria destruído durante o colapso. Então, se o universo for cíclico, ele necessariamente só tem 1 (um) evento de Big Bang por ciclo.

Nos vemos no próximo artigo para falar sobre os elementos produzidos durante a vida e morte de estrelas.
Até lá! 😀


Nota
Isótopos de um elemento químico têm o mesmo número de prótons e diferentes números de nêutrons. Hélio-3 e hélio-4 são isótopos estáveis do hélio; deutério é um dos isótopos instáveis do hidrogênio; e o lítio-7 é o tipo mais comum de lítio encontrado na natureza e é um dos seus dois isótopos estáveis, o outro é o lítio-6.


 

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Put a Ring on it: Os novos anéis do Sistema Solar

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Beyoncé e suas amigas que gostam de anéis

Saturno, o segundo maior planeta do Sistema Solar, sempre chamou grande atenção por seus lindos anéis. Os aneis de Saturno foram detectados pela primeira vez em 1610 por Galileu Galilei. Os anéis de Saturno são feitos de gelo e rocha de diversos tamanhos. Alguns são tão pequenos como um grão de areia e outros são tão grandes como uma casa. Por muito tempo pensou-se que Saturno era o único objeto com tal característica, mas tempos depois descobriu-se que os anéis não eram um privilégio de Saturno mas todos os planetas gigantes do Sistema Solar apresentam anéis, mesmo que não tão majestosos como o de Saturno. Apesar de ser uma descoberta de longa data, os cientistas não sabem quando e como os anéis se formaram.

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Saturno com seus majestosos anéis. Fonte: Istock/Getty Images

Parecia que este tipo de estrutura era formada em apenas planetas gigantes mas uma descoberta brasileira de 2014 revelou que era possível anéis em asteróides. Os pesquisadores do Observatório Nacional detectaram a presença de não apenas um, mas de dois anéis no objeto (10199) Chariklo, o que foi uma grande surpresa. Chariklo é pertencente aos Centauros, uma classe de pequenos objetos que se encontram entre Júpiter e Netuno. Chariklo tem um raio de cerca de 124 km. Os dois densos anéis tem 7 e 3 km de largura e foram batizados de Oiapoque e Chuí, uma referência aos extremos do Brasil. A maior parte da composição dos anéis é de água congelada. [1]

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Chariklo e os anéis Oiapoque e Chuí. Fonte: The Space Reporter.

No dia 3 de junho de 2013, Chariklo passaria em frente à estrela UCAC4 248-108672, uma estrela distante. As observações foram feitas em diversos sítios de localizados no Brasil, Argentina, Uruguai e Chile. Durante o eclipse, os astrônomos puderam observar a silhueta do asteroide com mais cuidado. Os resultados de Chariklo, no entanto, surpreenderam. O brilho da estrela foi bloqueado em dois momentos inesperados, instantes antes e instantes depois da passagem do asteroide, como podemos observar no vídeo. Era um sinal de que Chariklo não estava sozinho. “Nós não estávamos procurando por anéis, e não achávamos que corpos tão pequenos quanto Chariklo tivessem anéis. Por isso essa descoberta – e a imensa quantidade de detalhes que conseguimos observar no sistema – foram uma grande surpresa”, declarou Felipe Braga Ribas, o principal pesquisador envolvido na descoberta. [3]

Os anéis ainda explicam um fenômeno observado quando da descoberta do asteroide em 1997. Quando avistado pela primeira vez, ele era um corpo brilhante, cuja luminosidade diminuiu até ressurgir em 2008. Isso aconteceu porque seus anéis, formados em grande parte por água congelada, refletem a luz como grandes espelhos. Entre 1997 e 2008, no entanto, a superfície refletora ficou voltada na direção oposta à Terra.

A ciência não para e um time composto por diversos brasileiros, inclusive muitos dos que estiveram envolvidos na descoberta dos anéis de Chariklo, anunciaram em meados de Outubro uma nova descoberta: um anel em um planeta anão!

O planeta anão Haumea é um objeto interessante, gira em torno do Sol em uma órbita elíptica que leva 284 anos, e leva apenas 3,9 horas para girar em torno de seu próprio eixo, muito menos que qualquer outro corpo que mede mais de cem quilômetros de comprimento em todo o Sistema Solar. Esta velocidade de rotação faz com que ele tenha uma forma elipsoidal semelhante a uma bola de rugby. Os dados recentemente publicados revelam que Haumea mede 2.320 km no seu maior eixo, quase o mesmo que Plutão. [2]

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Haumea (esquerda) e Plutão (direita). Fonte: Sylvain Cnudde – SIGAL – LESIA, Observatoire de Paris

De acordo com os dados obtidos a partir da ocultação estelar, o anel fica no plano equatorial do planeta anão, assim como o seu maior satélite, Hi’iaka, e exibe uma ressonância 3:1 em relação à rotação de Haumea, o que significa que as partículas congeladas que compõem o anel rodam três vezes mais lentamente ao redor do planeta do que gira em torno de seu próprio eixo.[4]

A origem destes anéis não foi esclarecida ainda. Uma hipótese é que a composição dos anéis podem ser remanescentes do disco de poeira primordial que ficou confinado. Outras possibilidades seriam colisão com outro objeto, ou na dispersão do material de superfície devido à alta velocidade de rotação do planeta no caso de Haumea.

Referências:

[1] Braga-Ribas, F. et al., A ring system detected around the Centaur (10199) Chariklo, ature. Nature, Volume 508, Issue 7494, pp. 72-75 (2014). https://arxiv.org/abs/1409.7259

[2] Ortiz, J.L., et al. The size, shape, density and ring of the dwarf planet Haumea from a stellar occultation. Nature, Volume 550, Issue 7675, pp. 219-223 (2017). http://www.nature.com/nature/journal/v550/n7675/full/nature24051.html?foxtrotcallback=true

[3] http://epoca.globo.com/tempo/noticia/2014/03/brasileiros-descobrem-bsistema-de-aneisb-em-torno-de-asteroide.html

[4] http://www.iaa.es/en/news/haumea-most-peculiar-pluto-companions-has-ring-around-it