O Sol estará mais ativo este ano, proporcionando uma rara oportunidade de estudar como as tempestades solares e a radiação afetarão os futuros astronautas no Planeta Vermelho.

Nos próximos meses, dois dos NASAde Marte A espaçonave terá uma oportunidade sem precedentes de estudar como as erupções solares – explosões gigantescas na superfície do Sol – afetam futuros robôs e astronautas no Planeta Vermelho.

Isso ocorre porque o Sol está entrando em um período de pico de atividade denominado máximo solar, algo que acontece aproximadamente a cada 11 anos. Durante o máximo solar, o Sol é particularmente propenso a explosões de fogo em uma variedade de formas – incluindo… Erupções solares E Ejeção de massa coronal – Que libera radiação nas profundezas do espaço. Quando uma série desses eventos solares irrompe, isso é chamado de tempestade solar.

Saiba como o rover MAVEN da NASA e o rover Curiosity da agência estudam as erupções solares e a radiação em Marte durante o máximo solar – o período em que o Sol está mais ativo. Crédito: NASA/Laboratório de Propulsão a Jato– Caltech/GSFC/SDO/MSSS/Universidade do Colorado

O campo magnético da Terra protege em grande parte o nosso planeta natal dos efeitos destas tempestades. Mas Marte perdeu o seu campo magnético global há muito tempo, tornando o Planeta Vermelho mais vulnerável às partículas energéticas do Sol. Quão intensa é a atividade solar em Marte? Os pesquisadores esperam que o atual máximo solar lhes dê a chance de descobrir. Antes de enviar humanos para lá, as agências espaciais precisam determinar, entre muitos outros detalhes, que tipo de proteção radiológica os astronautas necessitarão.

“Para os humanos e as origens marcianas, não temos uma compreensão sólida do impacto da radiação durante a atividade solar”, disse Shannon Curry, do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado em Boulder. Curry é o investigador principal do orbitador MAVEN (Mars Atmospheric and Volatile Evolution) da NASA, operado pelo Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. “Na verdade, gostaria de ver um ‘grande evento’ em Marte este ano – um grande evento que possamos estudar para compreender melhor a radiação solar antes dos astronautas irem a Marte.”

O detector de avaliação de radiação no rover Curiosity da NASA é destacado nesta imagem anotada do Mastcam do rover. Os cientistas da RAD estão entusiasmados em usar o instrumento para estudar a radiação em Marte durante o máximo solar. Fonte da imagem: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Meça a altura e a queda

MAVEN monitora radiação, partículas solares e muito mais acima da superfície de Marte. A fina atmosfera de um planeta pode afetar a densidade das moléculas no momento em que atingem a superfície, e é aí que a sonda Curiosity da NASA entra em ação. Dados do detector de avaliação de radiação do Curiosity, ou RadAjudou os cientistas a compreender como a radiação decompõe as moléculas de carbono na superfície, um processo que pode afetar a preservação de sinais de vida microbiana antiga. A ferramenta também deu à NASA uma ideia de quanta proteção os astronautas poderiam esperar da radiação, usando cavernas, tubos de lava ou faces de penhascos para proteção.

Quando ocorre um evento solar, os cientistas observam a quantidade de partículas solares e quão ativas elas são.

Este conceito artístico retrata a atmosfera marciana e a espaçonave MAVEN da NASA perto de Marte. Crédito: NASA/GSFC

“Poderíamos ter 1 milhão de partículas de baixa energia ou 10 partículas de energia muito alta”, disse o investigador principal da RAD, Don Hasler, do escritório do Southwest Research Institute em Boulder, Colorado. “Embora os instrumentos MAVEN sejam mais sensíveis a instrumentos de baixa energia, o RAD é o único instrumento capaz de ver instrumentos de alta energia que podem cruzar a atmosfera até a superfície, onde estarão os astronautas.”

Quando o MAVEN detecta uma grande explosão solar, a equipe do orbitador informa à equipe do Curiosity para saber sobre isso para que possam monitorar as mudanças nos dados RAD. As duas missões também podem compilar uma série temporal que mede as mudanças até meio segundo quando as partículas atingem a atmosfera marciana, interagem com ela e, eventualmente, atingem a superfície.

A missão MAVEN também conduz um sistema de alerta precoce que permite que outras equipas de naves espaciais de Marte saibam quando os níveis de radiação começam a subir. O sistema de alerta permite que as missões desliguem dispositivos que podem ser vulneráveis ​​a explosões solares, que podem interferir na eletrônica e nas comunicações de rádio.

Água perdida

Além de ajudar a manter os astronautas e as naves espaciais seguros, estudar o máximo solar também pode fornecer informações sobre a razão pela qual Marte mudou de um mundo quente e húmido, semelhante à Terra, há milhares de milhões de anos, para um deserto congelado hoje.

O planeta está em um ponto de sua órbita quando está mais próximo do Sol, aquecendo a atmosfera. Isso pode causar tempestades de poeira crescentes que cobrem a superfície. Às vezes as tempestades se fundem, tornando-se globais (veja a imagem abaixo).

Marte antes e depois da tempestade de poeira: filmes lado a lado mostram como a tempestade de poeira global de 2018 cobriu o planeta vermelho, graças à câmera Mars Color Imager (MARCI) a bordo do Mars Reconnaissance Orbiter da NASA. Esta tempestade global de poeira fez com que a espaçonave da NASA perdesse contato com a Terra. Fonte da imagem: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Embora reste pouca água em Marte – principalmente gelo sob a superfície e nos pólos – parte dela ainda circula como vapor na atmosfera. Os cientistas questionam-se se as tempestades globais de poeira ajudam a expulsar este vapor de água, elevando-o bem acima do planeta, onde a atmosfera é destruída durante as tempestades solares. Uma teoria é que este processo, repetido várias vezes ao longo de eras, pode explicar como Marte deixou de ter lagos e rios para ser hoje praticamente sem água.

Se uma tempestade global de poeira ocorresse ao mesmo tempo que uma tempestade solar, seria uma oportunidade para testar esta teoria. Os cientistas estão particularmente entusiasmados porque este máximo solar ocorre no início da estação mais poeirenta de Marte, mas também sabem que uma tempestade de poeira global é rara.

Mais sobre missões

O Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, gerencia a missão MAVEN. A Lockheed Martin Space construiu a espaçonave e é responsável pelas operações da missão. JPL fornece navegação e suporte de rede espacial profunda. O Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado Boulder é responsável pelo gerenciamento de operações científicas, divulgação pública e comunicações.

O Curiosity foi construído pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, operado pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, Califórnia. O JPL está liderando a missão em nome da Diretoria de Missões Científicas da NASA em Washington. A investigação RAD é apoiada pela Divisão de Heliofísica da NASA como parte do Heliophysics System Observatory (HSO) da NASA.

A análise do tecido cerebral humano revelou diferenças na forma como as células imunitárias se comportam nos cérebros de pessoas com doença de Alzheimer em comparação com cérebros saudáveis, sugerindo um potencial novo alvo terapêutico.

A descoberta foi feita por pesquisa liderada pela Universidade de Washington, publicada em agosto Células da micróglia No cérebro de pessoas com doença de Alzheimer Em um estado pró-inflamatório Muitas vezes, tornando-os menos vulneráveis ​​à protecção.

Microglia são células imunológicas que ajudam a manter nosso cérebro saudável, removendo resíduos e mantendo a função cerebral normal.

Em resposta à infecção ou para remover células mortas, estas formas elegantes e que mudam de forma podem tornar-se menos rotativas e mais móveis para engolir invasores e lixo. eles também Sinapses “podam” durante o desenvolvimentoo que ajuda a formar os circuitos que ajudam nosso cérebro a funcionar bem.

Não é certo qual o papel que desempenham na doença de Alzheimer, mas em pessoas com esta doença neurodegenerativa devastadora, algumas microglias respondem muito fortemente. Pode causar inflamação O que contribui para a morte das células cerebrais.

Infelizmente, os ensaios clínicos para Medicamentos anti-inflamatórios para a doença de Alzheimer não mostraram efeitos significativos.

Para aprofundar o papel da micróglia na doença de Alzheimer, os neurocientistas Katherine Prater e Kevin Green, da Universidade de Washington, juntamente com colegas de diversas instituições dos EUA, usaram amostras de autópsias cerebrais de doadores de pesquisa – 12 com doença de Alzheimer e 10 pessoas saudáveis ​​– para estudar a atividade da microglia do gene Small.

Usando um novo método de promoção Sequenciamento de RNA de fita simplesA equipe conseguiu identificar profundamente 10 populações diferentes de micróglia no tecido cerebral com base em seu conjunto único de expressão genética, que diz às células o que fazer.

TTrês grupos nunca haviam sido vistos antes e um deles era mais comum em pessoas com doença de Alzheimer. Este tipo de microglia contém genes que promovem inflamação e morte celular.

No geral, os investigadores descobriram que as populações de microglia nos cérebros das pessoas com doença de Alzheimer tinham maior probabilidade de estar num estado pró-inflamatório.

Isto significa que eram mais propensos a produzir moléculas inflamatórias que podem danificar as células cerebrais e possivelmente contribuir para o desenvolvimento da doença de Alzheimer.

Os tipos de microglia encontrados nos cérebros de pessoas com Alzheimer eram menos propensos a serem protetores, afetando a sua capacidade de puxar o peso, limpando células mortas e resíduos e promovendo o envelhecimento saudável do cérebro.

Os cientistas também acreditam que a microglia pode mudar de tipo ao longo do tempo. Portanto, não podemos simplesmente olhar para o cérebro de uma pessoa e dizer com certeza que tipo de micróglia ela possui; Acompanhar como as microglias mudam ao longo do tempo pode nos ajudar a entender como elas contribuem para a doença de Alzheimer.

“Neste momento, não podemos dizer se são as micróglias que estão a causar a doença ou se é a patologia que está a causar a mudança no comportamento destas micróglias.” Ele disse Prater.

Esta investigação ainda está numa fase inicial, mas avança a nossa compreensão sobre o papel destas células na doença de Alzheimer e sugere que algumas populações de microglia podem ser alvos de novos tratamentos.

A equipe espera que o seu trabalho leve ao desenvolvimento de novos tratamentos que possam melhorar a vida das pessoas com doença de Alzheimer.

“Agora que identificámos os perfis genéticos destas micróglias, podemos tentar descobrir exactamente o que fazem e, esperançosamente, identificar formas de mudar os seus comportamentos que possam contribuir para a doença de Alzheimer”, diz Prater. Ele disse.

“Se pudermos determinar o que eles estão fazendo, poderemos mudar seu comportamento com tratamentos que possam prevenir ou retardar esta doença.”

O estudo foi publicado em Natureza envelhecida.

Uma versão anterior deste artigo foi publicada em agosto de 2023.

As explorações da matéria escura estão a avançar utilizando novas técnicas experimentais concebidas para detectar eixos e aproveitando a tecnologia avançada e a colaboração interdisciplinar para descobrir os segredos desta componente indescritível do universo.

Um fantasma assombra nosso mundo. Isso é conhecido na astronomia e na cosmologia há décadas. Notas eu sugiro cerca de 85% Toda a matéria do universo é misteriosa e invisível. Essas duas qualidades estão refletidas em seu nome: matéria escura.

Vários experimentos Eles pretendem descobrir os seus ingredientes, mas apesar de décadas de investigação, os cientistas não conseguiram. agora Nossa nova experiênciaem construção em Universidade de Yale Nos Estados Unidos, oferece uma nova tática.

A matéria escura existe no universo desde o início dos tempos. Junte estrelas e galáxias. Invisível e sutil, não parece interagir com a luz ou qualquer outro tipo de matéria. Na verdade, deveria ser algo completamente novo.

O Modelo Padrão da física de partículas está incompleto e isso é um problema. Temos que procurar o novo Partículas fundamentais. Surpreendentemente, as mesmas falhas do modelo padrão dão pistas preciosas sobre onde podem estar escondidas.

O problema com o nêutron

Veja o nêutron, por exemplo. Forma o núcleo atômico com o próton. Embora geralmente neutra, a teoria afirma que é composta por três partículas carregadas chamadas quarks. Por esta razão, esperamos que algumas partes do nêutron tenham carga positiva e outras negativamente – o que significa que ele teve o que os físicos chamam de momento de dipolo elétrico.

Até agora, Muitas tentativas Medi-lo levou à mesma conclusão: é pequeno demais para ser descoberto. Outro fantasma. Não estamos a falar de deficiências nos instrumentos, mas sim de um factor que deve ser inferior a uma parte em dez mil milhões. É tão pequeno que as pessoas se perguntam se poderia ser completamente zero.

Mas na física, o zero matemático é sempre uma afirmação forte. No final da década de 1970, os físicos de partículas Roberto Picci e Helen Coyne (e mais tarde Frank Wilczek e Steven Weinberg) tentaram descobrir Compreendendo a teoria e as evidências.

Eles sugeriram que o parâmetro provavelmente não é zero. Em vez disso, é uma quantidade dinâmica que perde lentamente a sua carga e depois evolui para zero. a grande explosão. Cálculos teóricos mostram que, se tal evento ocorreu, deve ter deixado para trás um grande número de partículas de luz ilusórias.

Eles são chamados de “áxions” em homenagem a uma marca de detergente porque podem “resolver” o problema dos nêutrons. E ainda mais. Se os áxions foram criados no início do universo, eles existem desde então. Mais importante ainda, as suas propriedades definem todos os elementos esperados da matéria escura. Por estas razões, os hubs tornaram-se um dos Partículas candidatas preferidas Para matéria escura.

Os áxions interagirão fracamente com outras partículas. No entanto, isso significa que eles ainda interagirão bastante. Eixos invisíveis podem se transformar em partículas comuns, incluindo – ironicamente – fótons, a essência da luz. Isto pode acontecer sob certas condições, como a presença de um campo magnético. Esta é uma dádiva de Deus para os físicos experimentais.

Design experimental

Muitos experimentos Eles tentam conjurar o fantasma de Axion em um ambiente de laboratório controlado. Alguns deles visam converter a luz em eixo, por exemplo, e depois transformar o eixo em luz do outro lado da parede.

Atualmente, a abordagem mais sensível tem como alvo o halo de matéria escura que permeia a galáxia (e, portanto, a Terra) usando um dispositivo chamado coroa. É uma cavidade condutora imersa em um forte campo magnético. O primeiro capta a matéria escura que nos rodeia (presumindo que sejam axônios), enquanto o segundo a faz se transformar em luz. O resultado é um sinal eletromagnético que aparece dentro da cavidade, oscilando em uma frequência característica dependendo da massa do áxion.

O sistema funciona como um receptor de rádio. Deve ser devidamente ajustado para interceptar a frequência de interesse. Na prática, as dimensões da cavidade são alteradas para acomodar diferentes frequências características. Se as frequências do áxion e da cavidade não corresponderem, é como sintonizar o rádio no canal errado.

O poderoso ímã é transportado para o laboratório da Universidade de Yale. Crédito: Universidade de Yale

Infelizmente, o canal que procuramos não pode ser previsto com antecedência. Não temos escolha a não ser varrer todas as frequências possíveis. É como selecionar uma estação de rádio em um mar de ruído branco – uma agulha em um palheiro – com um rádio antigo que precisa ser aumentado ou menor toda vez que giramos o botão de frequência.

Contudo, estes não são os únicos desafios. Cosmologia refere-se a Dezenas de gigahertz Como a última fronteira promissora da busca por axions. Como frequências mais altas requerem cavidades menores, a exploração dessa região exigiria cavidades muito pequenas para capturar uma quantidade significativa de sinal.

Novos experimentos tentam encontrar caminhos alternativos. nosso Experimento de plasmascópio longitudinal (Alpha). Utiliza um novo conceito de cavitação baseado em metamateriais.

Os metamateriais são materiais compósitos com propriedades universais que diferem dos seus componentes – são mais do que a soma das suas partes. Uma cavidade preenchida com hastes condutoras tem uma frequência característica como se fosse um milhão de vezes menor, enquanto seu tamanho quase não muda. É exatamente disso que precisamos. Além disso, as barras oferecem um sistema de ajuste integrado e fácil de ajustar.

Atualmente estamos construindo a configuração, que estará pronta para receber dados em alguns anos. A tecnologia é promissora. Seu desenvolvimento foi resultado da colaboração entre físicos do estado sólido, engenheiros elétricos, físicos de partículas e até matemáticos.

Embora rebuscados, os axions estão alimentando um progresso que nenhum espectro será capaz de eliminar.

Escrito por Andrea Gallo Russo, Pós-Doutorado em Física, Universidade de Estocolmo.

Adaptado de artigo publicado originalmente em Conversação.