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Um astrofísico deriva novas soluções matemáticas para um antigo problema da astronomia

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O astrofísico teórico de Berna, Kevin Heng, conseguiu um feito raro: no papel, ele criou novas soluções para um antigo problema matemático que era necessário para calcular os reflexos da luz em planetas e luas. Agora, os dados podem ser interpretados de forma simples para entender as atmosferas dos planetas, por exemplo. É provável que as novas fórmulas sejam incorporadas em futuros livros didáticos.

Milhares de anos atrás, a humanidade observou a mudança de fases da lua. A ascensão e queda da luz do sol refletida na lua, ao mostrar suas várias faces para nós, é conhecida como a “curva de fase”. Medir as curvas de fase da Lua e dos planetas do Sistema Solar é um antigo ramo da astronomia que data de pelo menos um século. As formas das curvas de fase codificam informações sobre as superfícies e atmosferas desses corpos celestes. Na era moderna, os astrônomos mediram as curvas de fase dos exoplanetas usando telescópios espaciais como Hubble, Spitzer, cabrae CHEOPS. Essas observações são comparadas com as previsões teóricas. Para fazer isso, é necessário um método para calcular essas curvas de fase. Envolve a busca de uma solução para um difícil problema matemático relacionado à física da radiação.

Métodos para calcular curvas de fase existem desde o século XVIII. A mais antiga dessas soluções pertence ao matemático, físico e astrônomo suíço Johann Heinrich Lambert, que viveu no século XVIII. Ele é creditado com a “Lei da Reflexão de Lambert”. O astrônomo americano Henry Norris Russell apresentou o problema de calcular a luz refletida dos planetas do Sistema Solar em um influente artigo de pesquisa de 1916. Outra solução conhecida é atribuída em 1981 ao lunarologista americano Bruce Happie, que se baseou no trabalho clássico de Indian -Americano Prêmio Nobel Subrahmanyan Chandrasekhar em 1960. Hapke foi o pioneiro no estudo da lua usando soluções matemáticas para curvas de fase. O físico soviético Viktor Sobolev também fez contribuições importantes para o estudo da luz refletida de corpos celestes em seu influente livro de 1975. Inspirado no trabalho desses cientistas, o astrofísico teórico Kevin Heng do CSH Space and Habitat Center em Universidade de Berna Descubra uma ampla gama de novas soluções matemáticas para calcular curvas de fase. O artigo de pesquisa, escrito por Kevin Heng em colaboração com Brett Morris do Centro Nacional de Competência em Pesquisa NCCR PlanetS – dirigido pela Universidade de Bern junto com a Universidade de Genebra – e Daniel Kitsman do CSH, foi publicado em astronomia natural.

Soluções geralmente aplicáveis

“Tive a sorte de que um trabalho tão rico já tivesse sido feito por esses grandes cientistas. Hapke descobriu uma maneira mais simples de escrever a solução clássica de Chandrasekhar, que era famoso por resolver a equação da transferência radiativa de espalhamento isotrópico. Sobolev percebeu que era possível estudar o problema em pelo menos dois sistemas de coordenadas matemáticas. ” Sarah Seeger chamou a atenção de Heng para o problema, resumindo-o em seu livro de 2010.

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Combinando essas ideias, Heng foi capaz de escrever as soluções matemáticas para a força de reflexão (albedo) e a forma da curva de fase, completamente no papel e sem recorrer a um computador. “O principal aspecto dessas soluções é que elas são válidas para qualquer lei de reflexão, o que significa que podem ser usadas de maneiras muito gerais. O momento crucial para mim veio quando comparei esses cálculos com papel e caneta com os de outros pesquisadores feito com cálculos de computador. Fiquei impressionado com a forma como eles combinaram “, disse Heng.”.

Análise bem-sucedida da curva de fase do comprador

“O que me emociona não é apenas a descoberta de uma nova teoria, mas também suas principais implicações para a interpretação dos dados”, diz Heng. Por exemplo, arquivo Cassini Nave espacial medindo curvas de fase de Júpiter no início dos anos 2000, mas nenhuma análise aprofundada dos dados havia sido feita antes, provavelmente porque os cálculos eram muito caros em termos computacionais. Com esse novo conjunto de soluções, Heng foi capaz de analisar as curvas de fase da Cassini e concluir que a atmosfera de Júpiter está cheia de nuvens compostas por partículas grandes e irregulares de tamanhos diferentes. Este estudo paralelo acaba de ser publicado por Astrophysical Journal Letters, Em colaboração com o especialista em dados e cientista planetário da Cassini Liming Li, da Universidade de Houston, no Texas, EUA

Novas possibilidades para analisar dados de telescópios espaciais

“A capacidade de escrever soluções matemáticas para as curvas de fase da luz refletida no papel significa que podemos usá-las para analisar dados em segundos”, disse Heng. Ele abre novas maneiras de interpretar dados que antes eram inaplicáveis. Heng está colaborando com Pierre Auclair-Desrotour (anteriormente CSH, agora no Observatório de Paris) para popularizar essas soluções matemáticas. “Pierre Auclair-Desroetour é um matemático aplicado mais talentoso do que eu, e prometemos resultados emocionantes em um futuro próximo”, disse Heng.

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No astronomia natural Paper, Heng e colegas demonstraram um novo método para análise de curva de fase planeta extra-solar Kepler-7b do telescópio espacial Kepler. Brett Morris liderou a parte de análise de dados do artigo. “Brett Morris lidera a análise de dados para a missão CHEOPS em meu grupo de pesquisa, e sua abordagem moderna à ciência de dados tem sido crítica para a aplicação bem-sucedida de soluções matemáticas a dados reais”, explicou Heng. Eles estão atualmente colaborando com cientistas do Telescópio Espacial TESS, liderado pelos EUA, para analisar os dados da curva de fase do TESS. Heng prevê que essas novas soluções levarão a novas maneiras de analisar os dados da curva de fase dos próximos US $ 10 bilhões Telescópio espacial James Webb, que deve ser lançado no final de 2021. “O que mais me entusiasma é que essas soluções matemáticas permanecerão válidas por muito tempo depois que eu morrer e provavelmente farão parte dos livros-texto padrão”, disse Heng.

Referências:

“Beginners Closed Solutions to Geometric Lapis and Reflexive Phase Curves for Exoplanets” Por Kevin Heng, Brett Morris e Daniel Kitsman, 30 de agosto de 2021 Disponível aqui astronomia natural.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01444-7

“Jupiter as an Exoplanet: Insights from Cassini Phase Curves” por Kevin Heng e Liming Lee, 11 de março de 2021 Disponível Cartas de jornal astrofísico.
DOI: 10.3847 / 2041-8213 / abe872

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Podemos estar errados sobre o T.Rex novamente, diz novo estudo: ScienceAlert

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Podemos estar errados sobre o T.Rex novamente, diz novo estudo: ScienceAlert

Droga fraca ou músculo inteligente? fim de discussão Tiranossauro Rex A inteligência continua, com novas pesquisas inclinando-se para a teoria original de que estes temíveis gigantes não eram tão inteligentes.

Em 2023, um polêmico estudo sugere a existência de um dos dinossauros mais famosos do mundo. tiranossauro Rexpoderiam ser tão inteligentes quanto os macacos modernos, o que levanta muitas dúvidas por parte de outros pesquisadores que agora colocaram suas receitas na mesa.

“A possibilidade disso Tiranossauro Rex “Talvez ele fosse tão inteligente quanto um babuíno, o que é ao mesmo tempo fascinante e assustador, e tivesse o poder de reinventar a nossa visão do passado.” Ele explica Paleontólogo da Universidade de Southampton, Darren Naish. “Mas o nosso estudo mostra como todos os dados que temos contradizem esta ideia.”

Liderado pelo zoólogo Kai Kaspar do Universidade Heinrich Heine na AlemanhaO novo estudo descobriu que as medições do tamanho do cérebro no estudo de 2023 eram imprecisas, inflacionando as estimativas de quantos neurônios um réptil pré-histórico poderia caber em sua cabeça, especialmente no cérebro. Cérebro anterior.

Esta superestimação deveu-se principalmente às suposições do artigo original Tiranossauro Rex O cérebro preenchia a maior parte do espaço dentro do crânio, o que não acontece na maioria dos dinossauros, Naish Ele explica em uma postagem no blog.

A relação entre o cérebro e a massa corporal em vertebrados terrestres. Dinossauros como Tiranossauro Rex Eles têm proporções de tamanho cérebro-corpo semelhantes às dos répteis vivos. (Gutiérrez Ibáñez)

Além disso, Caspar e os seus colegas argumentam que o número de neurónios não corresponde de forma fiável à inteligência. Tomemos como exemplo os pássaros – durante muito tempo assumiu-se que o tamanho pequeno da sua cabeça significava que tinham menos neurónios e, portanto, não eram muito inteligentes.

Mas desde então aprendemos que aves como os corvos podem superar os primatas em algumas tarefas cognitivas, apesar do pequeno tamanho das suas cabeças, levando à conclusão de que outros factores para além do tamanho do cérebro, como os padrões de conectividade, desempenham um papel maior na determinação da inteligência.

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“Argumentamos que não é uma boa prática prever a inteligência em espécies extintas quando o número de neurônios reconstruídos a partir de fungos endofíticos é tudo o que temos para prosseguir.” Ele diz Kasper.

Em vez disso, são necessárias múltiplas linhas de evidência, desde a anatomia até às evidências sobre o comportamento e mais comparações com animais modernos para fazer estimativas mais precisas sobre a inteligência pré-histórica.

“É necessária uma compreensão significativamente melhorada da relação entre o número de neurônios e outras variáveis ​​biológicas, especialmente o desempenho cognitivo, nos animais existentes”, antes que previsões mais precisas possam ser feitas, disse a equipe. argumentar em seu artigo.

Árvore das relações entre répteis, dinossauros e pássaros, bem como a complexidade de seus cérebros
As relações entre grupos de répteis, além de representarem a complexidade de seus cérebros, mostram que os cérebros dos tiranossauros não diferiam muito dos dos crocodilianos. (Caspar et al., Registro anatômico2024).

Então, onde isso deixa? Tiranossauro Rex?

Evidências comportamentais recentes sugerem que os notórios répteis pré-históricos podem ter sido surpreendentemente sociais, Caça em matilhasMas isso não é suficiente para indicar o nível de inteligência dos primatas.

“Eles pareciam crocodilos gigantes e inteligentes, o que é igualmente notável.” Ele termina Bom.

Esta pesquisa foi publicada em Registro anatômico.

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Seu corpo precisa de três formas de movimento todas as semanas

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Seu corpo precisa de três formas de movimento todas as semanas

Inscreva-se na série de boletins informativos Fitness, But Better da CNN. Nosso guia dividido em sete partes ajudará você a adotar uma rotina saudável, com apoio de especialistas.



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Caminhar ganhou a reputação de ser uma forma de exercício excelente e acessível, acessível a muitas pessoas, e dezenas de estudos mostram que essa atividade popular também traz inúmeros benefícios à saúde.

Dar pelo menos 2.300 passos por dia reduz o risco de morte por doenças cardiovasculares, segundo o jornal britânico “Daily Mail”. Um estudo É publicado na edição de 2023 do European Journal of Preventive Cardiology.

Além disso, exercícios com levantamento de peso, como caminhada, ajudam a prevenir a osteoporose, segundo noticiou o site “healthline”. Outro estudo Publicado na revista Nature Scientific Reports.

No entanto, alguns especialistas nas áreas de saúde e preparo físico enfatizam que, embora caminhar seja certamente bom para a saúde e o preparo físico, não é um exercício de alta qualidade. Uma dessas especialistas é Melissa Boyd, personal trainer certificada e treinadora da Tempo, plataforma online de treinamento pessoal. Boyd mora em São Francisco.

“Nossas vidas se tornaram tão ocupadas – nos movimentamos, ficamos sentados o dia todo e ficamos exaustos à noite – que mesmo uma curta caminhada faz você se sentir como se tivesse feito algo grande e apressado”, disse Boyd. “Mas caminhar é, na verdade, um movimento essencial que seu corpo precisa para funcionar bem e para ajudar em coisas como circulação e digestão, além de aliviar o estresse.”

Para ajudar seus clientes a entender melhor por que caminhar diariamente não lhe dará um corpo de praia – no qual muitos deles acreditam, graças a muitos influenciadores das redes sociais – e discute os três tipos de movimento que são benéficos para a saúde e a boa forma em geral.

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O primeiro é o movimento que seu corpo necessita ou necessita todos os dias, como caminhar, alongar-se e curvar-se. Em segundo lugar, o movimento desportivo, que pode praticar várias vezes por semana para melhorar a sua condição física ou treinar para praticar algum desporto. Terceiro, um movimento social que você faz para se divertir ou para se conectar com outras pessoas, como dançar ou jogar vôlei.

“É importante pensar no movimento nessas diferentes categorias porque não se movimentar o dia todo se tornou normal”, disse Boyd. “Nossas vidas são muito sedentárias e muitos de nós tentamos sair dos déficits de movimento. Mas o exercício é diferente do movimento físico.

Caminhar é ótimo, mas é apenas uma forma de movimento unidirecional, e nossos corpos precisam de mais para estar funcionalmente aptos, disse o Dr. Carl Serino, cirurgião de medicina esportiva do HSS Orthopedics da Stamford Health em Connecticut.

As pessoas usam os músculos e tendões do corpo para ajudar em todas as flexões, torções e giros que fazem no dia a dia, por isso precisam ser trabalhados e alongados em muitas direções diferentes, disse Serino. Ele disse que ioga e Pilates são atividades muito eficazes e saudáveis ​​nesse sentido.

“O alongamento também é muito fácil e é algo que você pode fazer ao acordar e antes de dormir”, disse Serino.

Ter músculos soltos e flexíveis também significa que você terá mais equilíbrio e estabilidade, o que ajuda a prevenir quedas e lesões em todas as atividades físicas, disse ele. Também é uma boa ideia aumentar a frequência cardíaca algumas vezes por semana para a saúde cardiovascular.

O ideal é criar um plano que inclua movimentos diários de “valor”, como caminhada e alongamento, com algum trabalho cardiovascular, treinamento de força e atividade social ao longo da semana, disseram os dois. No entanto, isso pode parecer opressor para muitos.

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Dividir todos esses movimentos diferentes em lanches de treino é uma maneira de inserir os movimentos que seu corpo precisa, disse Boyd.

“Talvez consiga uma plataforma para caminhar e faça algumas de suas reuniões enquanto caminha lentamente na plataforma”, disse ela. “Talvez toda vez que você for ao banheiro faça 20 agachamentos, ou toda vez que pegar água, faça 10 flexões de parede. Se você conectar esses lanches de exercícios a outra coisa que já faz, poderá criar um hábito. ” “Tive grande sucesso com isso.”

Boyd também incentiva seus clientes a encontrar uma forma de movimento que gostem e que não pareça exercício, como jogar kickball ou pickleball. Dessa forma, você se divertirá e será sociável enquanto fica em forma.

Sereno concorda. “Vemos crianças aqui na medicina esportiva cujos pais querem que joguem beisebol, mas eles não querem”, disse ele. “É a mesma coisa com os exercícios. Você precisa encontrar algo interessante e fácil – talvez uma atividade que seus amigos estejam fazendo – e usar isso como base para construir bons hábitos.

Comece devagar e construa a partir daí

Boyd disse que repensar os exercícios como os movimentos regulares que seu corpo precisa para funcionar, se exercitar e socializar também pode ser uma forma de se dar permissão para reservar tempo para se exercitar.

Também é útil ter em mente que a criação de um plano de exercícios não requer uma grande mudança imediata em seu estilo de vida. Na verdade, é melhor começar lentamente com pequenos e novos segmentos de movimento.

“O que geralmente vejo é que as pessoas gostam da maneira como isso as faz sentir”, disse Boyd. “Então, quanto mais fortes ficam, mais querem se mover. Movimento inspira movimento.”

Melanie Radziecki McManus Escritor freelance especializado em caminhadas, viagens e fitness.

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Explorando o “desequilíbrio cósmico” na gravidade

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Explorando o “desequilíbrio cósmico” na gravidade

Os investigadores estão a propor uma modificação à teoria da relatividade geral de Einstein, sugerindo uma “falha cósmica” que torna a gravidade ligeiramente mais fraca ao longo de vastas distâncias cósmicas. Esta modificação pode ajudar a explicar alguns fenómenos não explicados no universo. Crédito: SciTechDaily.com

Estamos um passo mais perto de compreender os mistérios nos confins do universo.

Um grupo de pesquisadores em Universidade de Waterloo A Universidade da Colúmbia Britânica descobriu um possível “desequilíbrio cósmico” na gravidade do universo, o que explica o seu estranho comportamento a nível cósmico.

Nos últimos 100 anos, os físicos confiaram na teoria da “relatividade geral” de Albert Einstein para explicar como a gravidade funciona em todo o universo. A relatividade geral, comprovada por inúmeros testes e observações, indica que a gravidade afeta não apenas três dimensões físicas, mas também uma quarta dimensão: o tempo.

“Este modelo de gravidade tem sido essencial para tudo, desde endoscopia a grande explosão Robin Wynn, autor principal do projeto, recém-formado em física matemática em Waterloo, disse:

Desafios em escala global

“Mas quando tentamos compreender a gravidade no nível cósmico, no nível dos aglomerados de galáxias e além, encontramos contradições claras com as previsões da relatividade geral. É como se a própria gravidade tivesse parado completamente de corresponder à teoria de Einstein. Chamamos isso de contradição. uma 'falha cosmológica'.” “A gravidade se torna cerca de 1% mais fraca ao lidar com distâncias de bilhões de anos-luz.”

Durante mais de vinte anos, físicos e astrónomos têm tentado criar um modelo matemático que explique as aparentes contradições na teoria da relatividade geral. Muitos destes esforços foram empreendidos em Waterloo, que tem uma longa história de investigação gravitacional de ponta resultante da colaboração interdisciplinar contínua entre matemáticos aplicados e astrofísicos.

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Contexto histórico e esforços de pesquisa

“Há quase um século, os astrónomos descobriram que o nosso Universo está a expandir-se”, disse Niayesh Afshordi, professor de astrofísica na Universidade de Waterloo e investigador do Instituto Perimeter.

“Quanto mais distantes as galáxias estão, mais rápido elas se movem, até o ponto em que parecem estar se movendo quase à velocidade da luz, o máximo permitido pela teoria de Einstein. Nossas descobertas sugerem que a teoria de Einstein, nessas mesmas escalas, também pode. ser inadequado.”

Modificando a teoria de Einstein

O novo modelo de “falha cosmológica” da equipe de pesquisa modifica e amplia as fórmulas matemáticas de Einstein de uma forma que resolve a inconsistência de algumas medições cosmológicas sem afetar os usos bem-sucedidos existentes da relatividade geral.

“Pense nisso como uma nota de rodapé à teoria de Einstein”, disse Wen. “Depois de chegar ao Reino Cósmico, os termos e condições se aplicam.”

“Este novo modelo pode ser apenas a primeira prova do quebra-cabeça cósmico que estamos começando a desvendar no espaço e no tempo”, disse Afshordi.

O estudo, intitulado “Uma falha de gravidade universal”, aparece em Jornal de Cosmologia e Física de Astropartículas.

Referência: “Cosmic Gravity Glitch” por Robin Y. Wen, Lucas T. Herget, Niayesh Afshordi e Douglas Scott, 20 de março de 2024, Jornal de Cosmologia e Física de Astropartículas.
doi: 10.1088/1475-7516/2024/03/045

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