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Cientistas estão se preparando para tempestades solares em Marte

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Cientistas estão se preparando para tempestades solares em Marte

Esta ejeção de massa coronal, capturada pelo Solar Dynamics Observatory da NASA, explodiu no Sol em 31 de agosto de 2012, viajando a mais de 1.400 quilômetros por segundo e enviando radiação para as profundezas do espaço. O campo magnético da Terra protege-a da radiação de eventos solares como este, enquanto Marte carece deste tipo de protecção. Fonte: NASA/SDO

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.

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“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.”

Detector de avaliação de radiação do rover Curiosity

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.

Atmosfera de Marte e Evolução Volátil da NASA (MAVEN)

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.”

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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).

Animação de uma tempestade global de poeira em Marte

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.

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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.

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Quebrando a velocidade da luz: o mistério do túnel quântico

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Quebrando a velocidade da luz: o mistério do túnel quântico

O tunelamento quântico permite que as partículas contornem as barreiras de energia. Foi proposta uma nova maneira de medir o tempo que as partículas levam para tunelar, o que pode desafiar afirmações anteriores sobre velocidades de tunelamento ultraleves. Este método envolve o uso de átomos como relógios para detectar diferenças horárias mínimas. Crédito: SciTechDaily.com

Num fenômeno surpreendente da física quântica conhecido como tunelamento, as partículas parecem se mover mais rápido que a velocidade da luz. No entanto, os físicos de Darmstadt acreditam que o tempo gasto pelas partículas no túnel foi medido incorretamente até agora. Eles propõem uma nova maneira de parar a velocidade das partículas quânticas.

Na física clássica existem leis estritas que não podem ser contornadas. Por exemplo, se uma bola rolante não tiver energia suficiente, ela não será capaz de subir a colina; Em vez disso, irá cair antes de atingir o pico. Na física quântica, este princípio não é totalmente estrito. Aqui, uma partícula pode atravessar uma barreira, mesmo que não tenha energia suficiente para atravessá-la. Ele se comporta como se estivesse deslizando por um túnel, razão pela qual esse fenômeno também é conhecido como “tunelamento quântico”. Longe de ser apenas uma mágica teórica, esse fenômeno tem aplicações práticas, como na operação de drives de memória flash.

Tunelamento quântico e relatividade

No passado, experiências com partículas mais rápidas que a luz atraíram alguma atenção. Afinal, a teoria da relatividade de Einstein proíbe velocidades mais rápidas que a da luz. A questão é, portanto, se o tempo necessário para o tunelamento foi devidamente “pausado” nesses experimentos. Os físicos Patrick Schach e Eno Giese, da Universidade de Darmstadt, seguem uma nova abordagem para determinar o “tempo” de uma partícula em túnel. Eles propuseram agora uma nova maneira de medir esse tempo. Em seu experimento, eles mediram isso de uma forma que acreditam ser mais adequada para a natureza quântica do tunelamento. Eles publicaram seu projeto de experimento na famosa revista Avanço da ciência.

Dualidade onda-partícula e tunelamento quântico

De acordo com a física quântica, pequenas partículas como átomos ou partículas de luz têm uma natureza dupla.

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Dependendo do experimento, eles se comportam como partículas ou como ondas. O tunelamento quântico destaca a natureza ondulatória das partículas. Um “pacote de ondas” rola em direção à barreira, semelhante ao fluxo de água. A altura da onda indica a probabilidade de uma partícula se materializar naquele local se sua posição fosse medida. Se um pacote de ondas atingir uma barreira de energia, parte dele será refletido. Porém, uma pequena porção penetra na barreira e existe uma pequena possibilidade de que a partícula apareça do outro lado da barreira.

Reavaliação da velocidade do túnel

Experimentos anteriores observaram que uma partícula de luz percorreu uma distância maior após o tunelamento do que uma partícula que tinha um caminho livre. Portanto, teria viajado mais rápido que a luz. No entanto, os pesquisadores tiveram que determinar a localização da partícula depois que ela passou. Eles escolheram o ponto mais alto do pacote de ondas.

“Mas a partícula não segue uma trajetória no sentido clássico”, objeta Eno Giese. É impossível determinar exatamente onde uma partícula estava em um determinado momento. Isto torna difícil fazer declarações sobre o tempo necessário para ir de A a B.

Uma nova abordagem para medir o tempo de tunelamento

Por outro lado, Shash Brief é guiado por uma citação de Albert Einstein: “Tempo é o que você lê no relógio”. Eles propõem usar a própria partícula do túnel como um relógio. A segunda partícula não gasta atua como referência. Ao comparar esses dois relógios naturais, é possível determinar se o tempo passa mais devagar, mais rápido ou na mesma velocidade durante o tunelamento quântico.

A natureza ondulatória das partículas facilita esta abordagem. A oscilação das ondas é como a oscilação de um relógio. Especificamente, Schach e Giese propõem o uso de átomos como relógios. Os níveis de energia dos átomos oscilam em certas frequências. Depois de abordar A milho Com um pulso de laser, seus níveis inicialmente oscilam de forma síncrona – o relógio atômico é iniciado. Durante o túnel, o ritmo muda ligeiramente. Um segundo pulso de laser faz com que as duas ondas internas do átomo se sobreponham. A detecção de interferência torna possível medir a distância entre duas ondas de nível de energia, o que por sua vez é uma medição precisa do tempo decorrido.

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Já o segundo átomo, que não é tunelado, serve de referência para medir a diferença de tempo entre cavar túneis e não cavar túneis. Os cálculos dos físicos sugerem que a partícula do túnel aparecerá um pouco mais tarde. “O relógio que foi escavado no túnel é um pouco mais antigo que o outro relógio”, diz Patrick Schach. Isto parece contradizer experiências que atribuíram a velocidade da luz à construção de túneis.

O desafio de implementar o experimento

Em princípio, o teste poderia ser feito usando a tecnologia atual, diz Schach, mas representa um enorme desafio para os experimentos. Isso ocorre porque a diferença de tempo a ser medida é de apenas cerca de 10-26 Segundos – um tempo muito curto. O físico explica que ajuda usar nuvens de átomos como relógios em vez de átomos individuais. Também é possível amplificar o efeito, por exemplo, aumentando artificialmente as frequências do clock.

“Atualmente estamos discutindo essa ideia com nossos colegas experimentais e em contato com nossos parceiros de projeto”, acrescenta Gizzi. É muito provável que a equipe decida em breve realizar este experimento emocionante.

Referência: “Teoria unificada dos tempos dos túneis promovida pelos relógios Ramsey” por Patrick Schach e Eno Giese, 19 de abril de 2024, Avanço da ciência.
doi: 10.1126/sciadv.adl6078

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Estamos tentando decifrar os planos em constante mudança da SpaceX para a Starship na Flórida

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Estamos tentando decifrar os planos em constante mudança da SpaceX para a Starship na Flórida
Mais Zoom / A torre Starship da SpaceX (à esquerda) no Complexo de Lançamento 39A supera a plataforma de lançamento do foguete Falcon 9 (à direita).

Há duas maneiras de ler o anúncio da FAA de que iniciará uma nova revisão ambiental do plano da SpaceX de lançar o foguete mais poderoso do mundo a partir da Flórida.

A Administração Federal de Aviação disse em 10 de maio que planeja desenvolver uma declaração de impacto ambiental (EIS) para a proposta da SpaceX de lançar naves estelares do Centro Espacial Kennedy da NASA, na Flórida. A FAA ordenou a revisão depois que a SpaceX informou a agência reguladora sobre a taxa de lançamento esperada da espaçonave e o projeto da infraestrutura terrestre necessária no Complexo de Lançamento 39A (LC-39A), a plataforma de lançamento histórica anteriormente usada para as missões Apollo e do ônibus espacial. .

Avaliações ambientais duplas

Enquanto isso, a Força Espacial dos EUA está supervisionando um sistema eletrônico de informação semelhante à proposta da SpaceX de assumir a plataforma de lançamento na Estação da Força Espacial de Cabo Canaveral, alguns quilômetros ao sul do LC-39A. Essa plataforma de lançamento, chamada Space Launch Complex 37 (SLC-37), tornou-se disponível para uso depois que o último foguete Delta da United Launch Alliance foi lançado lá em abril.

Por um lado, estes As revisões ambientais geralmente levam algum tempo Isso poderia eclipsar a meta de Elon Musk de ter locais de lançamento de espaçonaves na Flórida prontos para serviço até o final de 2025. “Alguns anos não seriam uma surpresa”, disse George Nield, consultor da indústria aeroespacial e ex-chefe do Escritório do Administração da Aviação Federal. Transporte espacial comercial.

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Outra forma de analisar os recentes anúncios da FAA e da Força Espacial relativamente às revisões ambientais pendentes é que a SpaceX parece finalmente estar a solidificar os seus planos para lançar naves espaciais a partir da Florida. Esses planos mudaram pouco nos últimos cinco anos.

As revisões ambientais culminarão em uma decisão sobre a aprovação das propostas da SpaceX para o lançamento da Starship no LC-39A e SLC-37. A FAA passará então por um processo de licenciamento separado, semelhante à estrutura usada para autorizar os três primeiros lançamentos de teste da Starship no sul do Texas.

A NASA tem contratos com a SpaceX no valor de mais de US$ 4 bilhões para desenvolver uma versão humana da Starship para pousar astronautas na Lua para o primeiro de dois pousos lunares Artemis no final desta década. Para fazer isso, a SpaceX deve criar um depósito de combustível na órbita baixa da Terra para reabastecer o módulo lunar da nave estelar antes de seguir para a Lua. Serão necessários uma série de voos de navios-tanque da Starship – talvez de 10 a 15 voos – para encher o depósito com combustível criogênico.

O lançamento de tantas espaçonaves ao longo de um ou dois meses exigiria que a SpaceX girasse entre pelo menos duas plataformas de lançamento. Funcionários da NASA e da SpaceX dizem que a melhor maneira de fazer isso é lançar naves estelares de uma plataforma no Texas e outra na Flórida.

No início desta semana, Ars conversou com Lisa Watson Morgan, que dirige o programa de pouso lunar da NASA. Ela esteve no Centro Espacial Kennedy esta semana para instruções sobre o módulo de pouso Starship e um módulo de pouso concorrente da Blue Origin. Um dos tópicos foi uma nova revisão ambiental conduzida pela Administração Federal de Aviação (FAA) antes que a espaçonave pudesse ser lançada do LC-39A, disse ela.

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“Eu diria que estamos fazendo tudo o que podemos para levar o cronograma até onde ele precisa estar, e estamos trabalhando com a SpaceX para garantir que seu cronograma, o cronograma EIS e a NASA funcionem em paralelo, tanto quanto possível, para atingir nossos objetivos”, disse ela. “Quando você coloca isso no papel como está, parece que pode haver alguns pontos difíceis, mas eu diria que estamos trabalhando coletivamente nisso.”

Oficialmente, a SpaceX planeja realizar um ensaio de pouso lunar para a espaçonave no final de 2025. Esta será uma demonstração completa, com missões de abastecimento, um pouso não tripulado da espaçonave na superfície lunar e, em seguida, uma decolagem da Lua, antes que a NASA se comprometa. para colocar pessoas a bordo da espaçonave na missão Artemis III, atualmente programada para setembro de 2026.

Portanto, você pode ver que os prazos já estão apertados para a demonstração do pouso da Starship na Lua se a SpaceX ativar suas plataformas de lançamento na Flórida no final do próximo ano.

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Físicos finalmente confirmam as previsões surpreendentes de Einstein sobre buracos negros: ScienceAlert

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Físicos finalmente confirmam as previsões surpreendentes de Einstein sobre buracos negros: ScienceAlert

Os mecanismos detalhados de como a matéria cai num buraco negro vinda de fora do horizonte de eventos foram revelados num novo artigo de investigação.

Tal como previsto pela teoria da gravidade de Einstein, chega um ponto em que a matéria deixa de orbitar o buraco negro e cai diretamente para baixo, precipitando-se rapidamente para além do ponto sem retorno.

Agora, com dados de raios X de um buraco negro ativo, finalmente vimos evidências da existência desta “zona de subducção”.

“A teoria de Einstein previu esta queda recente, mas esta é a primeira vez que conseguimos provar que isso aconteceu.” diz o físico teórico Andrew Mummery Da Universidade de Oxford, no Reino Unido.

“Pense nisso como um rio se transformando em uma cachoeira – até agora, estivemos olhando para o rio. Esta é a nossa primeira visão de uma cachoeira.”

A matéria que entra em um buraco negro não segue uma linha reta. Ele gira, como água rodopiante, subindo inexoravelmente pelo ralo. Esta não é uma analogia inútil: a comparação é adequada, uma vez que os cientistas usam águas turbulentas para estudar os ambientes que rodeiam os buracos negros.

Via Láctea com MAXI J1820+070 marcada com uma cruz branca. Inserção: dados do Chandra mostrando o buraco negro piscando em 2018. (NASA/CXC/Université de Paris/M. Espinasi et al./banstars)

Estudar os próprios buracos negros é um pouco difícil, porque o espaço-tempo distorcido ao seu redor é muito extremo.

Mas há décadas, o trabalho teórico de Albert Einstein previu que a matéria, a uma certa distância de um buraco negro, já não seria capaz de seguir uma órbita circular estável e cairia a direito – como a água pela borda desse mesmo ralo.

Não há razão para acreditar que este não seja o caso – a matéria tem de cruzar o horizonte de eventos de alguma forma, e a teoria da gravidade de Einstein resistiu a um escrutínio geral – mas o que os astrofísicos não têm certeza é se o faremos ou não. capaz de detectá-lo.

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O trabalho de Mummery e seus colegas teve múltiplas partes. Um desses experimentos foi desenvolver simulações e modelos numéricos que visualizam a área submersa para revelar que tipo de luz ela emite. Em seguida, precisavam de evidências observacionais contendo as mesmas emissões na zona baixa.

O buraco negro em questão foi encontrado num sistema a cerca de 10.000 anos-luz de distância, chamado MAXI J1820+070. Este sistema contém um buraco negro com uma massa de cerca de 8,5 vezes a massa do Sol – e uma estrela companheira binária, da qual o buraco negro retira material à medida que os dois objetos giram, alimentando-se em rajadas. Aparece como um flash de raios X.

Os astrónomos têm monitorizado este buraco negro para compreender melhor o seu comportamento, para que os investigadores tenham acesso a dados de alta qualidade obtidos através de raios-X. Nustar E O mais bonito Instrumentos em órbita baixa da Terra. Eles se concentraram em particular na explosão ocorrida em 2018.

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Estudos anteriores indicaram que existe um brilho adicional detectado nas observações desta explosão completamente inexplicável.

a Estudo 2020 Ele especulou que este brilho poderia ter origem na órbita circular mais interna, a zona de mergulho. Mummery e os seus colegas estudaram este brilho com especial cuidado e descobriram que correspondia à emissão que derivaram das suas simulações.

Os investigadores dizem que isto finalmente confirma a existência da região que afunda, sem sombra de dúvida, dando-nos uma nova sonda do intenso sistema gravitacional na região fora do horizonte de eventos do buraco negro.

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“O que é realmente emocionante é que existem muitos buracos negros na galáxia, e agora temos uma nova e poderosa técnica para estudar os campos gravitacionais mais fortes conhecidos.” Mamãe diz.

“Acreditamos que isto representa um novo e excitante desenvolvimento no estudo dos buracos negros, permitindo-nos estudar esta região final que os rodeia.

Só então poderemos compreender completamente a força da gravidade. “Esta gota final de plasma ocorre na borda do buraco negro e mostra a resposta da matéria à gravidade no seu nível mais forte possível.”

A pesquisa foi publicada em Avisos mensais da Royal Astronomical Society.

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