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A misteriosa ‘aranha’ cósmica encontrada para ser uma fonte de poderosos raios gama

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Impressão artística da evolução de uma anã branca (em primeiro plano) e um sistema binário de pulsar (em segundo plano). Usando o telescópio SOAR de 4,1 metros em Cerro Passion no Chile, parte do Observatório Pan-Americano Cerro Tololo, um programa do NSF NOIRLab, os astrônomos descobriram o primeiro exemplo de um sistema binário que consiste em uma anã branca em evolução orbitando um pulsar de milissegundo, em qual o pulsar de milissegundo está na fase final do processo de rotação. A fonte, descoberta pelo Telescópio Espacial Fermi, é o “elo perdido” na evolução de tais sistemas binários. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. Agradecimentos da Silva/Spaceengine: M. Zamani (NSF’s NOIRLab)

O sistema binário foi investigado pelo telescópio SOAR operado pelo NOIRLab, o primeiro sistema encontrado no penúltimo estágio de seu desenvolvimento.

Usando o telescópio SOAR de 4,1 metros no Chile, os astrônomos descobriram o primeiro exemplo de um sistema binário onde uma estrela está em processo de transformação em anã branca girar em torno Estrêla de Neutróns Que acabou de se transformar em um spinner rápido pulsar. Este par foi originalmente descoberto pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi e é o “elo perdido” na evolução de tais sistemas binários.

Descobriu-se que uma fonte brilhante e misteriosa de raios gama é uma estrela de nêutrons em rápida rotação – apelidada de estrela de milissegundos – orbitando uma estrela no processo de evoluir para uma anã branca de massa extremamente baixa. Os astrônomos se referem a esses tipos de sistemas binários como “aranhas” porque um pulsar tende a “comer” as partes externas da estrela companheira quando se transforma em uma anã branca.

A dupla foi descoberta por astrônomos usando o telescópio SOAR de 4,1 metros em Cerro Pachón, no Chile, parte do Observatório Interamericano Cerro Tololo (CTIO), um programa do NSF NOIRLab.

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NASAO Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi catalogou objetos no universo que produzem copiosos raios gama desde seu lançamento em 2008, mas nem todas as fontes de raios gama que ele detecta foram classificadas. Uma dessas fontes, que os astrônomos chamaram de 4FGL J1120.0-2204, foi a segunda fonte de raios gama mais brilhante em todo o céu que ainda não foi identificada.

Astrônomos dos Estados Unidos e Canadá, liderados por Samuel Swehart do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA em Washington, DC, usaram o Goodman Spectrograph no telescópio SOAR para determinar a verdadeira identidade do 4FGL J1120.0-2204. A fonte de raios gama, que também emite raios X, conforme observado pelos telescópios espaciais Swift da NASA e pelo XMM-Newton da Agência Espacial Européia, mostrou ser um sistema binário que consiste em um “pulsar de milissegundos” girando centenas de vezes por segundo, e Introdução a uma anã branca de massa muito baixa. O par está localizado a mais de 2.600 anos-luz de distância.

“O tempo atribuído à MSU no telescópio SOAR, sua localização no Hemisfério Sul e a precisão e estabilidade do espectrômetro Goodman foram aspectos importantes dessa descoberta”, diz Swihart.

“Este é um ótimo exemplo de como os telescópios de tamanho médio em geral, e o SOAR em particular, podem ser usados ​​para ajudar a caracterizar descobertas extraordinárias que foram feitas usando outras instalações terrestres e espaciais”, observa Chris Davis, diretor do NOIRLab. programa da Fundação Nacional de Ciências dos EUA. “Esperamos que o SOAR desempenhe um papel crítico na busca de muitas outras fontes de várias mensagens que variam no tempo na próxima década.”

O espectro óptico do sistema binário medido pelo espectrômetro de Goodman mostrou que a luz da companheira da anã branca primária é Doppler – deslocada alternadamente para vermelho e azul – indicando que ela orbita uma estrela de nêutrons compacta massiva a cada 15 horas.

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“Os espectros também nos permitiram restringir a temperatura aproximada e a gravidade da superfície da estrela companheira”, diz Swihart, cuja equipe foi capaz de pegar essas propriedades e aplicá-las a modelos que descrevem como os sistemas estelares binários evoluíram. Isso permitiu que eles determinassem que a companheira é uma precursora de uma anã branca de massa extremamente baixa, com uma temperatura de superfície de 8.200 graus Celsius (15.000 graus Fahrenheit) e uma massa de apenas 17% da massa do Sol.

Quando uma estrela com massa comparável à do Sol ou menos chega ao fim de sua vida, o hidrogênio usado para alimentar os processos de fusão nuclear em seu núcleo se esgotará. Por um tempo, o hélio assume a liderança e fortalece a estrela, fazendo com que ela encolha e aqueça, empurrando sua expansão e evolução para uma gigante vermelha com centenas de milhões de quilômetros de tamanho. Eventualmente, as camadas externas dessa estrela em balão poderiam se acumular em uma companheira binária e a fusão nuclear pararia, deixando para trás uma anã branca aproximadamente do tamanho da Terra e cuspindo a temperaturas superiores a 100.000 graus Celsius (180.000 graus Fahrenheit).

A anã branca primária no sistema 4FGL J1120.0-2204 ainda não terminou de evoluir. “Atualmente está inchado e seu raio é cerca de cinco vezes maior do que o de anãs brancas comuns de massa semelhante”, diz Swihart. “Ela continuará a esfriar e encolher e, em cerca de dois bilhões de anos, parecerá idêntica a muitas das anãs brancas de massa muito baixa que já conhecemos”.

Os pulsares de milissegundos giram centenas de vezes a cada segundo. É girado acumulando material de um companheiro, neste caso de uma estrela que se tornou uma anã branca. A maioria dos pulsares de milissegundos emite raios gama e raios-X, muitas vezes quando ventos estelares, um fluxo de partículas carregadas que emanam de uma estrela de nêutrons em rotação, colidem com o material emitido por uma estrela companheira.

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Cerca de 80 anãs brancas de massa muito baixa são conhecidas, mas “este é o primeiro prenúncio de uma anã branca de massa muito baixa descoberta provavelmente orbitando uma estrela de nêutrons”, diz Swihart. Assim, 4FGL J1120.0-2204 é um olhar único no final deste processo de ciclagem. Todos os outros binários anões e pulsares que foram descobertos contornaram a fase de rotação.

“A continuidade da espectroscopia com o telescópio SOAR, que visa fontes de raios gama Fermi não relacionadas, nos permitiu ver que o companheiro estava orbitando algo”, diz Swihart. “Sem essas observações, não teríamos sido capazes de encontrar este sistema emocionante.”

Referência: “4FGL J1120.0-2204: Uma estrela de nêutrons brilhante binária de raios gama única com uma anã branca primária muito baixa” por Samuel J. Quach, Kirill F. Sokolovsky, Elizabeth C. Ferrara, Maqbool, Jornal Astrofísico.
arXiv: 2201.03589

A equipe consistia em Samuel J. Swihart (Assistente de Pesquisa no Conselho Nacional de Pesquisa, Academia Nacional de Ciências e Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA, Washington, DC), Jay Strader (Centro de Dados Astronômicos Intensivos e Domínio do Tempo, Departamento de Física e Astronomia, Michigan State University), Elias Aydi (Department of Physics, McGill University, Canadá), Laura Chomiuk (McGill Space Institute, McGill University, Canadá), Kristen C. Dage (McGill Space Institute and Department of Physics, McGill University, Canadá), Adam Kawash (Center for Intensive Data and Field Astronomy Chronology, Department of Physics and Astronomy, Michigan State University), Kirill F. Sokolovsky (Centre for Intensive Data and Time Domain Astronomy, Department of Physics and Astronomy, Michigan State University) e Elizabeth C. Ferrara (Departamento de Astronomia da Universidade de Maryland e Centro de Exploração e Estudos Espaciais (CRESST) no Goddard Space Flight Center da NASA).

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Como os sólitons distorcem o tempo, o espaço e as regras

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Como os sólitons distorcem o tempo, o espaço e as regras

Os sólitons topológicos, que são parte integrante de vários processos naturais e tecnológicos, estão a ser aproveitados através de interações não recíprocas para inovação na ciência dos materiais e na robótica, oferecendo novas possibilidades de locomoção autopropulsada e funcionalidade avançada. Crédito: SciTechDaily.com

Se anda como uma partícula e fala como uma partícula… provavelmente não é uma partícula. Um sóliton topológico é um tipo especial de onda ou deslocamento que se comporta como uma partícula: pode se mover, mas não pode se espalhar e desaparecer como seria de esperar, por exemplo, de uma ondulação na superfície de um lago. Em um novo estudo publicado em naturezaPesquisadores da Universidade de Amsterdã demonstraram o comportamento incomum de isolamentos topológicos em um metamaterial robótico, algo que poderá ser usado no futuro para controlar como os robôs se movem, sentem o que os rodeia e se comunicam.

Isolados topológicos podem ser encontrados em muitos lugares e em muitas escalas de comprimento diferentes. Por exemplo, eles assumem a forma de dobras Os fios telefônicos estão enrolados E moléculas grandes, como proteínas. Numa escala completamente diferente, A Buraco negro Pode ser entendido como um sóliton topológico na estrutura do espaço-tempo. Os solitons desempenham um papel importante nos sistemas biológicos, estando relacionados aos organismos vivos Dobramento de proteínas E Morfologia – Desenvolvimento de células ou órgãos.

As características únicas dos sólitons topológicos – que podem se mover, mas sempre mantêm sua forma e não podem desaparecer repentinamente – são particularmente interessantes quando combinadas com as chamadas interações não recíprocas. “Nesta interação, o fator A interage com o fator B de forma diferente da forma como o fator B interage com o fator A”, explica Jonas Veenstra, estudante de doutoramento na Universidade de Amesterdão e primeiro autor da nova publicação.

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“As interações não recíprocas são comuns na sociedade e nos sistemas vivos complexos, mas têm sido ignoradas há muito tempo pela maioria dos físicos porque só podem existir num sistema fora do equilíbrio”, continua Veenstra. Ao introduzir interações não recíprocas nos materiais, esperamos remover as fronteiras entre materiais e máquinas e criar materiais vivos ou semelhantes à vida.

O Laboratório de Materiais Automatizados onde Veenstra conduz suas pesquisas é especializado em design metamateriais: Materiais artificiais e sistemas robóticos que interagem com seu ambiente de forma programável. A equipa de investigação decidiu estudar a interação entre interações não recíprocas e isolamentos topológicos há quase dois anos, quando os estudantes Anahita Sarvi e Chris Ventura Minnersen decidiram prosseguir o seu projeto de investigação para o curso de mestrado “Habilidades Académicas para Investigação”.

Soluções robóticas de metamateriais

O metamaterial robótico soliton e anti-soliton fica na fronteira entre as seções inclinadas para a esquerda e para a direita da cadeia. Cada haste azul é conectada às suas vizinhas com elásticos rosa, e há um pequeno motor sob cada haste que torna as interações entre as hastes adjacentes não recíprocas. Crédito: Jonas Veenstra/UvA

Soliton se move como um dominó

O metamaterial hospedeiro soliton desenvolvido pelos pesquisadores consiste em uma série de hastes rotativas ligadas entre si por faixas elásticas – veja a figura abaixo. Cada haste é montada em um pequeno motor que aplica uma pequena força à haste, dependendo de como ela está orientada em relação aos vizinhos. Mais importante ainda, a força aplicada depende de qual lado o vizinho está, tornando as interações entre as barras adjacentes não recíprocas. Finalmente, os ímãs nas barras são atraídos por ímãs colocados próximos à corrente, de modo que cada barra tenha duas posições preferidas, giradas para a esquerda ou para a direita.

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Os isolados encontrados neste metamaterial são os locais onde as partes giratórias esquerda e direita da cadeia se encontram. Limites complementares entre seções de cordas giradas para a direita e para a esquerda são chamados de antisólitons. Isso é semelhante às torções nos fios telefônicos enrolados à moda antiga, onde seções de fio que giram no sentido horário e anti-horário se encontram.

Quando os motores em série são desligados, os sólitons e contra-solidões podem ser acionados manualmente em qualquer direção. No entanto, uma vez que os motores – e, portanto, as interações mútuas – são acionados – os sólitons e anti-sólons deslizam automaticamente ao longo da cadeia. Ambos se movem na mesma direção, a uma velocidade determinada pela propriedade de não reciprocidade imposta pelos motores.

Feenstra: “Muitas pesquisas se concentraram em mover sólitons topológicos aplicando forças externas. Nos sistemas estudados até agora, descobriu-se que sólitons e anti-solitons se movem naturalmente em direções opostas. No entanto, se você quiser controlar o comportamento de (anti-sólitons) -solitons) ), você pode querer empurrá-los na mesma direção. Descobrimos que as interações não recíprocas conseguem exatamente isso. As forças não recíprocas são proporcionais ao spin gerado pelo soliton, de modo que cada soliton gera seu próprio força motriz.

O movimento dos sólitons é como a queda de uma série de dominós, cada um derrubando o outro. No entanto, ao contrário do dominó, as interações não recíprocas garantem que a “derrubada” só possa acontecer numa direção. Embora um dominó só possa cair uma vez, um sóliton movendo-se ao longo do metamaterial simplesmente configura a corrente para que o anti-sóliton se mova através dele na mesma direção. Em outras palavras, qualquer número de isolados e anti-isolados pode passar pela cadeia sem precisar ser “reinicializado”.

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Controle de movimento

Compreender o papel do impulso não recíproco não só nos ajudará a compreender melhor o comportamento dos sólitons topológicos em sistemas vivos, mas também poderá levar a avanços tecnológicos. O mecanismo que gera os sólitons autônomos unidirecionais revelados neste estudo poderia ser usado para controlar o movimento de diferentes tipos de ondas (conhecido como direção de ondas) ou para fornecer ao metamaterial uma capacidade básica de processamento de informações, como a filtragem.

Os robôs futuros também poderiam usar silos topológicos para funções robóticas básicas, como movimento, sinalização e detecção do ambiente. Estas funções não serão mais controladas a partir de um ponto central, mas surgirão da soma das partes ativas do robô.

No geral, o efeito dominó dos sólitons em materiais sintéticos, agora uma observação interessante em laboratório, poderá em breve começar a desempenhar um papel em vários ramos da engenharia e do design.

Referência: “Sólitons topológicos não recíprocos em metamateriais ativos” por Jonas Veenstra, Oleksandr Gamayon, Xiaofei Guo, Anahita Sarvi, Chris Ventura Meinersen e Corentin Collet, 20 de março de 2024, natureza.
doi: 10.1038/s41586-024-07097-6

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Uma análise antecipada das previsões de cobertura de nuvens para o eclipse solar

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Comecemos pelo princípio: você não obterá nada aqui que se assemelhe a uma previsão de nuvem confiável de alguns minutos daqui a 12 dias. Mas se você planeja ver o eclipse solar total em 8 de abril, especialmente planos de viagem, achamos que você está desesperado o suficiente para continuar lendo.

Com toda a seriedade, há algumas coisas que podemos dizer sobre as previsões iniciais daquele dia, e algumas coisas que vale a pena aprender antes de começar a verificar obsessivamente as previsões todos os dias, várias vezes ao dia, se ainda não o fez.

Por que as nuvens são tão difíceis de prever?

As nuvens são um dos fatores climáticos mais difíceis de prever, mesmo com apenas alguns dias de antecedência, quanto mais com mais de 10 dias de antecedência.

Não são apenas os grandes sistemas de tempestades que produzem uma cobertura generalizada de nuvens. Estas nuvens são relativamente fáceis de prever, especialmente dentro de alguns dias. Distúrbios menores e mais fracos na atmosfera também podem gerar nuvens, mesmo quando não contêm umidade suficiente para a precipitação. Enquanto isso, o céu pode passar de completamente nublado a completamente limpo a apenas 80 quilômetros de uma frente meteorológica, enquanto as previsões do modelo sobre a localização da frente podem estar erradas duas vezes mais com um ou dois dias de antecedência.

O desafio é que a cobertura de nuvens muitas vezes depende de processos que ocorrem em escalas muito pequenas na atmosfera, pequenas o suficiente para que os modelos não tenham dados detalhados suficientes para resolvê-los com precisão.

Por que preciso saber o que é uma “banda”?

Geralmente tentamos manter o jargão técnico ao mínimo. No entanto, para aqueles que investiram nestas previsões, é útil saber o que é um “grupo” e porque é que é importante.

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Existem dois tipos principais de modelos de previsão: determinísticos e conjuntos.

O modelo determinístico é a previsão que você está acostumado a ver. São previsões com uma única solução: a temperatura será X, a chance de precipitação será Y e a cobertura de nuvens será Z. Essas previsões geralmente são mais precisas com dois ou três dias de antecedência.

Para previsões com vários dias a cerca de duas semanas de antecedência, a maioria dos meteorologistas prefere observar os aglomerados. Estas são essencialmente múltiplas execuções de previsões determinísticas. Em cada execução ou simulação, as observações meteorológicas brutas inseridas nos modelos são ligeiramente modificadas para representar imperfeições tanto nas observações quanto nos próprios modelos. Ao analisar semelhanças e diferenças entre múltiplas simulações, os meteorologistas podem ter uma ideia melhor do alcance e das probabilidades dos possíveis resultados climáticos e da confiança geral na previsão.

Quais são as previsões inevitáveis ​​para 8 de abril?

A imagem acima é um modelo de previsão determinística para o meio-dia de 8 de abril. Ele mostra muitas nuvens em grande parte do caminho da totalidade, a faixa de aproximadamente 185 quilômetros de largura que se estende pelos Estados Unidos, do Texas ao Maine. Pode ser completamente verdade ou pode estar completamente errado. São dias demais para basear qualquer coisa em expectativas determinísticas.

O que mostra é semelhante à climatologia – ou condições médias de nuvens para esta época do ano – com céus mais claros no Texas e aumento de nuvens no Nordeste. No entanto, também existem bolsões de céu limpo no Nordeste, associados a uma área prevista de alta pressão próxima, na costa leste.

Quais grupos aparecem?

A imagem acima mostra uma previsão coletiva da pressão atmosférica, usando a pressão média prevista em 30 simulações do Sistema de Modelagem dos EUA. Em geral, as áreas de baixa pressão – mostradas em tons de azul – tendem a ser mais nubladas, enquanto as áreas de alta pressão – mostradas em amarelo e laranja – tendem a ser mais brilhantes.

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Um bom número de simulações individuais indica pressão mais baixa e, portanto, céus mais nublados em grande parte do percurso geral. Há alguns que indicam pressão mais alta e céus mais claros nas partes leste ou nordeste do caminho da totalidade, mas ainda mostram pressão mais baixa movendo-se para as partes ocidentais do caminho da totalidade, especialmente áreas do norte do Texas.

A previsão da cobertura de nuvens mostrada no início deste artigo indica que a área de baixa pressão está suficientemente longe ao norte do Texas para que a cobertura de nuvens possa ser limitada se a simulação da localização da baixa estiver correta.

É claro que não só a confiança na presença e localização dos sistemas meteorológicos é baixa, mas os modelos podem ser tão lentos ou tão rápidos como um ou dois dias em termos de como os sistemas irão progredir em todo o país.

XcartaUma startup de previsão do tempo com inteligência artificial lançou um projeto Rastreador de eclipse solar Fornecendo previsões de nuvens ao longo do caminho do eclipse.

A empresa é uma das várias empresas que desenvolveram modelos meteorológicos alimentados por IA, que fazem previsões aprendendo a reconhecer padrões em dados meteorológicos históricos, enquanto os modelos tradicionais processam equações matemáticas complexas que representam a física da atmosfera.

“Isso nos permite produzir previsões globais horárias altamente precisas em minutos, em vez de horas”, disse Vivek Ramavajala, CEO e fundador da Excarta, por e-mail. “Também podemos explorar a velocidade e o custo aprimorados para produzir conjuntos de previsões meteorológicas, que são cruciais para medir a incerteza das previsões daqui a alguns dias.”

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a Novo lançamento A empresa afirma que suas previsões podem ser 20% mais precisas do que os modelos tradicionais.

Abaixo estão as previsões atuais do modelo de IA para várias cidades no caminho da totalidade no momento do pico do eclipse:

  • Dallas: 53% de cobertura de nuvens (+/- 20% de incerteza).
  • Little Rock: 58% de cobertura de nuvens (+/- 15% de incerteza).
  • Indianápolis: 54 por cento de cobertura de nuvens (+/- 19 por cento de incerteza).
  • Cleveland: 55% de cobertura de nuvens (+/- 19% de incerteza).
  • Búfalo: 53 por cento de cobertura de nuvens (+/- 19 por cento de incerteza).
  • Burlington, Vermont: 47% de cobertura de nuvens (+/- 22% de incerteza).

(O número da incerteza significa, por exemplo, que se espera que Dallas tenha entre 33 e 73 por cento de cobertura de nuvens.)

A previsão é um ótimo começo para quem espera céu limpo? não exatamente. Mas ainda estamos a pelo menos vários dias de sermos capazes de levar a sério qualquer previsão de nuvens, e a confiança na previsão pode não ser terrivelmente elevada até apenas um ou dois dias antes de 8 de Abril.

O Washington Post lançará seu próprio software de rastreamento de previsão de nuvem de eclipses na sexta-feira, portanto, fique ligado.

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Como o Aeroporto de Rochester lidará com um eclipse solar?

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Como o Aeroporto de Rochester lidará com um eclipse solar?

A equipe News10NBC fornece notícias de última hora, tráfego e detalhes meteorológicos.

Na maior parte, tudo funcionará normalmente no Aeroporto Internacional Frederick Douglass Greater Rochester em 8 de abril, mas isso não significa que aqueles que o administram não planejam há meses para garantir que tudo corra da melhor maneira possível. .

“Esperamos 42 partidas e 42 chegadas, o que é semelhante a um dia normal de viagem de segunda-feira”, explica o diretor do aeroporto, Andy Moore. Mas o que vai acontecer no meio da segunda-feira não é normal. “Há quatro pessoas chegando a Rochester entre 14h e 16h30”, diz Moore. Nenhum dos voos deverá sobrevoar Rochester no horário total programado, 15h20. No entanto, os controladores de tráfego aéreo, os bombeiros dos aeroportos e os responsáveis ​​pela manutenção do solo e das pistas estão prontos quando anoitece.

“Estaremos operando manualmente as luzes da rampa no lado da rampa comercial do aeroporto, garantindo que as luzes da garagem estejam acesas e trabalhando com o controle de tráfego aéreo para garantir que as luzes da pista de táxi e da pista estejam acesas conforme necessário”, explica Moore.

Quanto a saber se o eclipse levou a um aumento no número de pessoas que voam para a nossa região, é difícil dizer, pois entra em conflito com aquela que é tipicamente uma das semanas de aviação mais movimentadas do ano. “Todo mundo volta das férias de primavera, digamos no sábado ou domingo antes do eclipse, é difícil saber se eles realmente estão voltando porque moram aqui ou se estão vindo aqui por causa do eclipse”, diz Moore.

Se você planeja viajar do aeroporto na tarde do eclipse, Moore sugere chegar cedo, trazer seus óculos e assistir ao eclipse do alto de um estacionamento ou de um dos estacionamentos do aeroporto.

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