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Reduzindo a conta de “luz” …

Para reduzir a conta de energia elétrica

Por prof. Idelfranio Moreira em economia, energia, LED, tecnologia

03 de julho de 2015

Pergunta: se uma lâmpada incandescente custa R$ 3,00 e uma lâmpada de LED custa R$ 30,00, quanto você economiza comprando uma lâmpada incandescente?

Resposta: NENHUM TOSTÃO! Na verdade, além de não economizar, você tem prejuízo!

Acontece que “energia não cria, se transforma”. No caso de uma lâmpada (tanto faz se incandescente ou LED): Energia ELÉTRICA = CALOR + LUZ. Assim, para conseguir a luz que quer, você paga pela energia elétrica que precisa e tem parte desse valor torrado com o calor gerado, mesmo contra a sua vontade!

É uma lei geral da Natureza: não existem rendimentos de 100%, já garante a termodinâmica. Em todo processo de transformação de energia, uma parte pelo menos, é dissipada sob a forma de calor.

ledlamp

Considerando isso, o que queremos? Conseguir muita luz gastando pouca energia elétrica!

E como podemos conseguir isso? Com lâmpadas LED, em vez de lâmpadas incandescentes.

Comprar uma lâmpada incandescente pode custar 10 vezes menos, mas a conta de energia no final do mês custará 10 vezes mais!

[Uma lâmpada LED de R$ 30,00 tem 9 W de potência e ilumina o mesmo que uma lâmpada incandescente com 100 W de potência. O valor de R$ 3,00 a que me referi é de uma lâmpada incandescente com 40 W que ainda podem ser encontradas no mercado. Afinal, até as de 60 W, agora, “nem por decreto”! Veja portaria 1007).]

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Lendo a conta de energia elétrica você perceberá que há duas maneiras básicas de reduzir o consumo e, consequentemente, o valor da conta: reduzir o tempo de uso e/ou reduzir a potência da lâmpada!

Trocando sua lâmpada incandescente por uma LED, a quantidade de watt pode ser reduzida de 100 para 9! Logo, mesmo que o tempo de uso seja o mesmo, o consumo de energia elétrica será mais de 10 vezes menor (e a iluminação, a mesma!).

Parte do segredo de tamanha eficiência das LED está no fato de apenas 5% da energia elétrica que recebem ser transformada em calor, ao contrário das incandescentes, nas quais apenas 5% virava luz (ou seja, 95% de energia elétrica transformada em calor!).

E, se mais algum argumento for necessário: que tal uma lâmpada que pode durar até 30 mil horas, em vez de mil!?

Para finalizar: você pode estar se perguntando porque nem mencionei as fluorescentes… ok, ok!
As fluorescentes foram uma excelente opção (custo da compra = até 3 vezes mais; custo mensal = 4 vezes menor; duração = 6 mil horas; parcela de calor = 30%) até o Prêmio Nobel de 2014. Agora, não há o que discutir: não esquente com a matemática e deixe a Física economizar sua grana!

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Brasileiro faz o mapa da Via Láctea, nossa casa…

Direto da Nasa: Brasileiro faz o mapa da Via Láctea, nossa casa

A Nasa divulgou para o mundo o trabalho de um brasileiro, o astrofísico Denilso Camargo, líder de uma equipe de pesquisadores da UFRGS, que elaborou um novo mapa da Via Láctea, com a confirmação de que o formato da galáxia é uma espiral com quatro braços.

Por Ethevaldo Siqueira

Este mapa, resumido nesta ilustração, poderia ser chamado de “planta de nossa casa no Cosmos”. A notícia da Nasa tem o título jornalístico e curioso de “Mapeando a Via Láctea de Dentro para Fora”. Nós vivemos em torno de uma estrela, nosso Sol, localizado a cerca de dois terços do caminho de saída a partir do centro da galáxia.

O pesquisador brasileiro e diversos astrônomos de diversas instituições no mundo, a começar da própria Nasa e do JPL (Jet Propulsion Lab), de Pasadena, utilizaram os dados do projeto WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer), da agência espacial norte-americana, que faz o que poderia ser chamado de varredura de nossa galáxia em radiação infravermelha, com uma espécie da câmera grande-angular nessa faixa de frequência. Além de Denilso Camargo, trabalharam no estudo os pesquisadores brasileiros Charles Bonatto e Eduardo Bica, também da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

Segundo a Nasa, muitos pesquisadores se dedicam hoje a mapear a Via Láctea, com a utilização dos dados do WISE. A partir desses dados, os astrônomos descobriram mais de 400 verdadeiros berçários de estrelas envoltos em nuvens de poeira, que traçam o desenho dos braços da espiral de nossa galáxia. Sete desses aglomerados de estrelas embutidos são descritos no estudo publicado online no dia 20 de maio de 2015 no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Para o brasileiro Denilso Camargo, “a localização do Sol em disco galáctico obscurecido pela poeira é um fator complicador para quem quer observar a estrutura da Via Láctea” O astrofísico brasileiro acrescenta ainda: “Os braços da espiral da galáxia são como vias congestionadas de tráfego em que gases e estrelas se movimentam mais lentamente porque se amontoam e se comprimem. À medida que o material passa através dos braços da densa espiral, ele é comprimido e dispara a formação de mais estrelas”.

Um trabalho anterior da equipe de Camargo descobriu dois aglomerados embutidos bem além do plano de nossa Via Láctea, a 16 mil anos-luz de distância. A história completa desse trabalho pode ser localizada clicando aqui.

Brasileiro faz o mapa da Via Láctea (Crédito: Divulgação) Brasileiro faz o mapa da Via Láctea
(Crédito: Divulgação)
Leia mais: http://cbn.globoradio.globo.com/comentaristas/ethevaldo-siqueira/2015/06/04/DIRETO-DA-NASA-BRASILEIRO-FAZ-O-MAPA-DA-VIA-LACTEA-NOSSA-CASA.htm#ixzz3cBr4MB1Y

Postagem de referência para os alunos 1ºF–ETEC Júlio de Mesquita.

8 elementos químicos incríveis da tabela periódica

Redação Super 15 de maio de 2014

Por Mariana Cepeda

1789 foi o ano em que o químico Antoine Lavoisier ensaiou a primeira formação de uma tabela com 33 elementos químicos conhecidos, dividindo-a em categorias. A partir daí, a famosa tabela periódica só foi ficando mais sofisticada, organizada e maior. Atualmente, os 118 elementos químicos são sistematicamente ordenados de acordo com seus números atômicos, camadas eletrônicas, número de elétrons na camada de valência (camada mais externa) e propriedades físicas. Bom, entre os metais, semimetais, não metais e novos elementos que nem puderam ser bem classificados ainda, destacam-se alguns casos muito interessantes. Alguns deles pudemos estudar um pouco nas aulas de química, outros são tão recentes que só os mais novos puderam ver em seus livros escolares. Conheça os 8 elementos químicos mais bizarros da tabela periódica:

1-    Hidrogênio

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O elemento mais abundante do universo – compõe 75% de sua matéria – é o átomo mais simples existente, com número atômico 1 e massa atômica de aproximadamente 1,00 U. Apesar de sua abundância, o hidrogênio em seu estado natural é muito raro na atmosfera da Terra, por causa de sua baixa densidade (a menor entre todos os elementos conhecidos), a qual permite que ele facilmente escape do campo gravitacional do planeta.

Nas condições normais de temperatura e pressão da Terra, este elemento existe como gás diatômico, o H2, e na forma de compostos químicos como hidrocarbonetos e água. O hidrogênio não se enquadra perfeitamente em nenhum grupo da tabela periódica e seu isótopo de maior ocorrência é formado por um único próton, um elétron orbitando à sua volta e nenhum nêutron. O mais incrível em relação a este elemento talvez seja sua importância para a formação das estrelas e como principal combustível no ciclo de fusão nuclear das mesmas, sendo, portanto, primordial na fabricação de outros elementos, a começar pelo Hélio.

2-    Hélio

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Depois do hidrogênio, o hélio é o elemento de maior presença no universo e também na composição do Sol, constituindo 23,8% desse último (o hidrogênio representa 74,9%). O hélio é um gás nobre, ou seja, não reage com outros elementos, e tem o menor ponto de evaporação da tabela periódica. Esse gás só se torna líquido em condições extremas, de alta pressão e baixa temperatura, e também tem o ponto de solidificação mais baixo de todos os elementos químicos, sendo o único líquido que não se solidifica apenas com a diminuição de temperatura.

3-    Mercúrio

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O mercúrio é um dos poucos elementos que são encontrados em estado líquido à temperatura ambiente. Entre estes outros – césio, gálio, frâncio, rubídio e bromo -, apenas o bromo, além do mercúrio, são líquidos em condições normais de temperatura e pressão. Este elemento é um metal líquido prateado e inodoro, de alta densidade – tão alta que é possível fazer uma moeda boiar em sua superfície! O mercúrio é tóxico para os seres vivos e tem a capacidade de dissolver ouro, prata, metais alcalinos e até chumbo.

4-    Irídio

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O irídio é conhecido também por sua alta densidade, mas, por sua vez, é um metal sólido em temperatura e pressão padrões. Não só este elemento tem a maior densidade da tabela periódica, como também é o metal mais resistente à corrosão. Por causa disso, é muito usado em ligas de alta resistência que precisam suportar altas temperaturas.

5-    Tungstênio

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Outro metal muito utilizado em objetos que precisam ser sujeitos a altas temperaturas é o Tungstênio, o elemento com o maior ponto de fusão (3422°C!) entre todos os metais e o segundo maior de toda a tabela periódica (o primeiro é o carbono). Tem também a menor pressão de vapor e requer temperaturas próximas da temperatura da superfície solar para tornar-se gasoso, ou seja, cerca de 5000 °C!

6-    Carbono

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Um mesmo elemento químico pode dar origem a substâncias simples diferentes, a partir de distintas modificações estruturais, em que os átomos do elemento estão ligados entre si de maneiras diferentes. Essas formas distintas de um elemento são chamadas de formas alotrópicas. No caso do carbono, tais alótropos variam tanto que ele é capaz de ser o grafite ou o diamante! Além disso, o carbono é a base para a vida, faz parte de todos os seres vivos e de cerca de 10 milhões de compostos orgânicos.

7-    Urânio

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O urânio é o último elemento químico natural da tabela periódica e o primeiro em que se descobriu a radioatividade. Seu átomo é composto por 92 prótons, 92 elétrons e de 135 a 148 nêutrons e tem o núcleo mais pesado a existir naturalmente no planeta. Seus isótopos têm uma meia-vida (intervalo de tempo em que uma amostra de um elemento radioativo se reduz à metade) muito longa, entre 700 milhões e 4,5 bilhões de anos. Pode ser encontrado em abundância na crosta terrestre, na forma de minerais, e é utilizado principalmente para a produção de energia, em usinas de energia nuclear. Com uma completa fissão nuclear, 1kg de urânio geraria 8×1013  Joules, uma quantidade de energia que necessitaria de 3 mil toneladas de carvão!

8-    Ununóctio

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O mais interessante deste elemento é que pouquíssimo se sabe sobre ele. O ununóctio faz parte dos novos elementos da tabela periódica, criados recentemente de forma sintética. De 1994 para cá, foram adicionados 9 elementos à tabela, do número 110 ao 118, complicando ainda mais a difícil vida dos alunos de química. O Ununóctio foi descoberto em 2006 e até seu nome e símbolo químico são temporários. Ele foi detectado indiretamente e produzido através de colisões de átomos de califórnio e cálcio em laboratório, mas sua meia-vida é tão curta – 0,89 milissegundo – que não é possível descobrir muito sobre suas propriedades. Há debates sobre se ele seria gasoso ou não, e estima-se que ele será bem mais reativo que os outros elementos de seu grupo, mas as previsões não vão muito além.

Conheça 10 grandes mistérios das estrelas que os cientistas ainda não conseguiram explicar.

Foto: ESO. Acknowledgement: ESO Imaging Survey

Foto: NAOJ/Subaru

Foto: NASA / Hubble

 

 

Veja as imagens e os 10 mistérios das estrelas !!!

 

A ESTRELA QUE NÃO DEVERIA EXISTIR – A ‘SDSS J102915 +172927’ foi descoberta em 2011. Localizada na constelação de Leão, é uma estrela pequena (com aproximadamente 80% do tamanho do Sol) e muito antiga – tem 13 bilhões de anos – quase a idade do Universo! Mas por que ela não deveria existir? Porque sua composição é raríssima: 99,9993% de Hélio e Hidrogênio. Estes dois elementos são muito leves se condensarem e formarem uma estrela. Cientistas já fizeram testes em computadores, mas não chegaram nem perto de uma conclusão sobre o mistério.

MISTERIOSA POEIRA DE ESTRELAS – ‘PSR B1257 +12’ é o que restou da explosão de uma supernova. O interessante é que cientistas encontraram planetas orbitando a poeira. Como a explosão da supernova não mandou os planetas para longe (ou os destruiu) e como os gases e a poeira de ‘PSR B1257 +12’ conseguiram retornar a um ponto inicial, ninguém sabe explicar.

 

A ESTRANHA – ‘V838 Monocerotis’ é uma hipergigante vermelha, localizada na constelação de Monoceros, é uma das mais brilhantes da Via Láctea. No entanto, em 2002, o brilho da estrela desapareceu repentinamente. Os cientistas então a classificaram como uma simples ‘nova’ – uma designação par o núcleo restante de uma estrela morta, chamada de anã branca. Mas, um mês depois, a estrela voltou a brilhar! Na verdade, V838 não era uma anã branca. Ela só havia entrado em erupção por si mesma. Inclusive, outras erupções ocorreram nos próximos meses. Após este processo, o telescópio Hubble capturou esta imagem que mostra uma nuvem de gás e detritos em volta da estrela.

A POEIRA DESAPARECIDA – ‘TYC 8241 2652’ tem praticamente o mesmo tamanho do Sol e está localizada a 450 anos-luz da constelação de Centauro. Entre 1983 e 2008, cientistas estudaram o anel de poeira que circundava a estrela para compreender mais a respeito da formação de um sistema solar. Mas, em 2009, houve uma surpresa: o anel de poeira desapareceu! Não havia mais nenhum sinal da poeira! Nenhum cientista sabe explicar o fenômeno.

O ÓRFÃO – ‘CFBDSIR 2149’ é uma anã marrom, ou uma estrela fracassada, que não conseguiu iniciar o processo de fusão de hidrogênio em seu núcleo. Por possuir grande massa e volume, alguns cientistas, não a classificam como estrela, mas como um planeta gigante gasoso. Desta forma, ele seria um planeta errante, pois não orbita nenhuma estrela. Somente outros três corpos foram categorizados com este comportamento.

A ESTRELA QUE NÃO ENGOLIU O PLANETA – ‘Wasp 18’ está localizada há 330 anos-luz da constelação de Fênix e tem 25% mais massa do que o nosso Sol. Em 2009, cientistas da Universidade Keele descobriram que um planeta um pouco maior do que Júpiter orbita Wasp, mesmo estando a apenas 3 milhões de quilômetros de distância. O planeta está tão próximo da estrela que sua translação dura apenas 23 horas e sua temperatura chega a 2200 graus Celsius! Ainda não se sabe explicar porque o planeta não foi engolido por Wasp 18.

A ESTRELA RODEADA DE ESPIRAIS – Em 2011, astrônomos descobriram que existem espirais em volta de ‘ SAO 206462’. A estrela, localizada na constelação de Lupus, é única por causa desta formação peculiar. Ainda não existe uma explicação certeira sobre o fenômeno, mas cientistas afirmam que pode ser causado pela influência gravitacional de planetas próximos.

A ESTRELA ETERNAMENTE JOVEM – As estrelas do aglomerado ‘Messier 4’, localizadas na constelação de Escorpião, são muito antigas, com mais de 12,2 bilhões de anos. No entanto, lá está uma estrela composta basicamente de Lítio! O que há de estranho nisso? Bem, o Lítio geralmente desaparece nos primeiros bilhões de anos do ciclo de vida de uma estrela. De alguma forma, umas das estrelas conseguiu uma forma de repor o Lítio, mantendo-se eternamente jovem. Como isso aconteceu ainda é um mistério.

A ESTRELA AMBÍGUA – ‘Swift J1822.3-1606’, localizada na constelação de Ophiuchus, é uma estrela de nêutrons bastante peculiar. Geralmente, estrelas de nêutrons são magnetares (com alto campo gravitacional) ou pulsares (com alta velocidade de rotação). Já Swift apresenta ambos os comportamentos!

 

AS ESTRELAS SOBREVIVENTES – No centro da galáxia de Andrômeda, há um buraco negro supermaciço tão gigantesco que nem a luz pode escapar de sua força. Mas, em 2005, cientistas descobriram milhões de jovens estrelas azuis que estão vagando ao redor do buraco negro. Ninguém sabe explicar como elas não foram sugadas.

O Paradoxo de Fermi: onde é que estão as outras Terras?

Por: Tim Urban

The Fermi Paradox (1)

Quando você está em algum lugar propício para admirar as estrelas, e se a noite estiver especialmente boa para vê-las, é incrível olhar para cima e se deparar com algo semelhante à imagem acima.

Algumas pessoas ficam impressionadas pela beleza do céu, ou se deslumbram com a vastidão do universo. No meu caso, eu passo por uma leve crise existencial, e depois ajo bem estranhamente por meia hora. Cada um reage de um jeito diferente.

O físico Enrico Fermi também reagia diferente, e se perguntou: “cadê todo mundo?”

Os números

Um céu estrelado parece imenso, mas tudo o que estamos vendo é a nossa vizinhança. Nas melhores noites estreladas, nós podemos ver até 2.500 estrelas (mais ou menos um centésimo de milionésimo do total de estrelas em nossa galáxia). Quase todas estão a menos de mil anos-luz de nós (ou 1% do diâmetro da Via Láctea). Então, na verdade estamos olhando para isto:

Divulgação

Nosso céu noturno é formado por uma pequena parte das estrelas próximas e mais brilhantes dentro do círculo vermelho.

Quando somos confrontados com o assunto de estrelas e galáxias, uma questão que atormenta a maior parte dos humanos é: “há vida inteligente lá fora?” Vamos colocar alguns números nessa questão; se você não gosta de números, pode ler só o negrito.

Nossa galáxia tem entre 100 bilhões e 400 bilhões de estrelas; no entanto, este é quase o mesmo número de galáxias no universo observável. Então, para cada estrela da imensa Via Láctea, há uma galáxia inteira lá fora. No total, existem entre 10^22 e 10^24 estrelas no universo. Isso significa que para cada grão de areia na Terra, há 10.000 estrelas no universo.

O mundo da ciência não está em total acordo sobre qual porcentagem dessas estrelas são parecidas com o Sol (similares em tamanho, temperatura e luminosidade). As opiniões tipicamente vão de 5% a 20%. Indo pela mais conservadora (5%) e o número mais baixo na estimativa total de estrelas (10^22), isso nos dá 500 quintilhões, ou 500 bilhões de bilhões de estrelas similares ao Sol.

Também há um debate sobre qual porcentagem dessas estrelas similares ao Sol poderiam ser orbitadas por planetas similares a Terra (com condições parecidas de temperatura, que poderiam ter água líquida e que poderia sustentar vida similar à da Terra). Alguns dizem que é até 50%, mas vamos ficar com os conservadores 22% que apareceram em um recente estudo no PNAS. Isso sugere que há um planeta similar à Terra, potencialmente habitável, orbitando pelo menos 1% do total de estrelas do universo: um total de 100 bilhões de bilhões de planetas similares à Terra.

Então existem 100 planetas parecidos com a Terra para cada grão de areia do mundo. Pense nisso na próxima vez que for à praia.

Daqui para a frente, nós não temos outra escolha senão sermos especulativos. Vamos imaginar que, depois de bilhões de anos de existência, 1% dos planetas parecidos com a Terra tenham desenvolvido vida (se isso for verdade, cada grão de areia representaria um planeta com vida). E imagine que em 1% desses planetas avance até o nível da vida inteligente, como aconteceu na Terra. Isso significaria que teríamos 10 quatrilhões, ou 10 milhões de bilhões de civilizações inteligentes no universo observável.

Voltando para a nossa galáxia e fazendo as mesmas contas usando a estimativa mais baixa de estrelas na Via Láctea, estimamos que existem 1 bilhão de planetas similares à Terra, e 100 mil civilizações inteligentes na nossa galáxia. (A Equação de Drake traz um método formal para esse processo limitado que estamos fazendo).

A SETI (Busca por Inteligência Extraterrestre, na sigla em inglês) é uma organização dedicada a ouvir sinais de outras vidas inteligentes. Se nós estivermos certos e houver 100 mil ou mais civilizações inteligentes na nossa galáxia, uma fração delas estaria emitindo ondas de rádio, ou raios laser, ou qualquer coisa para realizar contato. Então os satélites da SETI deveria estar recebendo sinais de todo tipo, certo?

Mas não está. Nunca recebeu.

Cadê todo mundo?

Tipos de civilização

E tudo fica mais estranho. Nosso Sol é relativamente jovem em relação ao universo. Há estrelas muito mais velhas, com planetas muito mais velhos e semelhantes à Terra, o que em teoria representaria civilizações muito mais avançadas que a nossa. Por exemplo, vamos comparar nossa Terra de 4,54 bilhões de anos com um hipotético planeta X, com seus 8 bilhões de anos.

Divulgação

Se o planeta X tiver uma história similar a da Terra, vamos olhar para onde sua civilização estaria hoje:

DivulgaçãoHoje, o Planeta X estaria a 3,46 bilhões de anos de desenvolvimento além do que temos hoje.

A tecnologia e o conhecimento de uma civilização mil anos à nossa frente poderia ser tão chocante quanto nosso mundo seria para uma pessoa medieval. Uma civilização um milhão de anos à frente poderia ser tão incompreensível para nós quanto a cultura humana é para chimpanzés. E o planeta X está a 3.4 bilhões de anos à frente de nós…

Existe algo chamado de Escala Kardashev, que nos ajuda a agrupar civilizações inteligentes em três grandes categorias, de acordo com a quantidade de energia que usam:

  • uma Civilização Tipo I tem a habilidade de usar toda a energia de seu planeta. Nós não somos exatamente uma Civilização Tipo I, mas estamos perto (Carl Sagan criou uma fórmula para essa escala que nos coloca como uma Civilização Tipo 0,7);
  • uma Civilização Tipo II pode colher toda a energia de seu sistema solar. Nosso débil cérebro Tipo I mal consegue imaginar como alguém faria isso, mas nós tentamos nosso melhor, imaginando coisas como a Esfera de Dyson.
  • uma Civilização Tipo III ultrapassa fácil as outras duas, acessando poder comparável ao da Via Láctea inteira.

Se esse nível de avanço parece difícil de acreditar, lembre-se do planeta X e de seus 3,4 bilhões de anos de desenvolvimento além do nosso (cerca de meio milhão de vezes mais do que o tempo que a raça humana existe). Se uma civilização no planeta X for similar à nossa e foi capaz de sobreviver até chegar no Tipo III, é natural pensar que a essa altura eles provavelmente já dominaram a viagem interestelar, possivelmente até mesmo colonizando a galáxia inteira.

Como essa colonização galáctica teria acontecido? Uma hipótese: cria-se um maquinário que pode viajar para outros planetas, passam-se uns 500 anos se auto-replicando usando os materiais que encontrarem no novo planeta, e então enviam-se duas réplicas para fazerem a mesma coisa.

Mesmo sem alcançar nada perto da velocidade da luz, esse processo colonizaria a galáxia inteira em 3,75 milhões de anos, relativamente um piscar de olhos quando estamos falando de uma escala de bilhões de anos:

Divulgação

Nesta evolução exponencial, a galáxia estaria completamente colonizada em 3,75 milhões de anos. Fonte: J. Schombert, U. Oregon

Continuando a especular, se 1% da vida inteligente sobreviver tempo suficiente para se tornar uma colonizadora de galáxias Civilização Tipo III em potencial, nossos cálculos acima sugerem que haveriam mil Civilizações Tipo III só em nossa galáxia. Dado o poder de tal civilização, sua presença provavelmente seria fácil de se notar. E, ainda assim, nós não vemos nada, não ouvimos nada e não fomos visitados por ninguém.

Então cadê todo mundo?

Sejam bem-vindos ao Paradoxo de Fermi.

Ainda não há uma resposta para o Paradoxo de Fermi. O melhor que podemos fazer é conseguir “explicações possíveis”. E se você perguntar a dez cientistas diferentes qual o palpite deles sobre a explicação correta, você terá dez respostas diferentes. Sabe quando humanos de antigamente discutiam se a Terra era redonda, ou se o Sol girava em torno da Terra, ou achavam que os raios aconteciam por causa de Zeus? Por isso, hoje eles parecem primitivos e ignorantes; no entanto, esse é mais ou menos o ponto em que estamos neste assunto.

Ao analisar as hipóteses mais discutidas sobre o Paradoxo de Fermi, vamos dividi-las em duas grandes categorias: as explicações que supõem que não há sinal de Civilizações Tipo II e III porque elas não existem; e as explicações que sugerem que elas estão lá, só que não estamos vendo ou ouvindo nada por outros motivos.

Grupo 1 de Explicações: não há sinais de civilizações superiores (Tipos II e III) porque elas não existem.

Aqueles que acreditam em explicações do Grupo 1 recusam qualquer teoria do tipo “existem civilizações maiores, mas nenhuma delas fez qualquer tipo de contato conosco porque todas _____”. O pessoal do Grupo 1 vê os números, entende que deveria haver milhares (ou milhões) de civilizações superiores, e intui que pelo menos uma delas deveria ser a exceção à regra. Mesmo se uma teoria abarcasse 99,99% das civilizações superiores, o 0,001% restante se comportaria de alguma outra forma e nós perceberíamos sua existência.

Por isso, dizem as explicações do Grupo 1, não entramos em contato com civilizações superavançadas porque porque não existem. Como a matemática sugere que existem milhares delas só na nossa galáxia, alguma outra coisa deve estar acontecendo.

Essa “outra coisa” é o Grande Filtro.

A teoria do Grande Filtro diz que, em algum ponto entre o início da vida e a inteligência Tipo III, há uma barreira. Há algum estágio naquele longo processo evolucionário que é improvável ou impossível de ser atravessado pela vida. Esse estágio é chamado de O Grande Filtro.

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As linhas amarelas mostram saltos evolucionários comuns de serem alcançados. A linha vermelha é o Grande Filtro. A linha verde representa uma espécie que, passando por eventos extraordinários, consegue ultrapassar o Grande Filtro.

Se essa teoria for real, a grande questão é: quando acontece o Grande Filtro na linha do tempo?

Acontece que, quando o assunto é o destino da humanidade, essa questão é muito importante. Dependendo de quando O Grande Filtro ocorre, sobram para nós três possíveis realidades: nós somos raros; nós somos os primeiros; ou nós estamos ferrados.

1. Nós somos raros (já passamos do Grande Filtro)

Uma esperança é que já tenhamos passado do Grande Filtro. Nós conseguimos atravessá-lo, portanto é extremamente raro que a vida alcance nosso nível de inteligência. O diagrama abaixo mostra apenas duas espécies passando por ele; nós somos uma delas.

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Esse cenário explicaria por que não existem Civilizações Tipo III… mas isso também poderia significar que nós podemos ser uma das exceções, já que chegamos até aqui. Isso significaria que há esperança para nós. Superficialmente, isso parece com as pessoas de meio século atrás, sugerindo que a Terra é o centro do universo. Sugere que nós somos especiais.

Mas se nós somos especiais, quando exatamente nos tornamos especiais? Isto é, qual passo nós superamos, apesar de quase todo mundo ficar preso nele?

Uma possibilidade: o Grande Filtro pode estar no comecinho de tudo; pode ser incrivelmente raro que a vida comece. Esse é um candidato porque demorou um bilhão de anos para a vida na Terra finalmente acontecer, e porque nós tentamos exaustivamente replicar esse evento em laboratórios e jamais conseguimos. Se este é mesmo o Grande Filtro, isso significaria que não deve existir vida inteligente lá fora – pode simplesmente não haver vida.

Outra possibilidade: o Grande Filtro pode ser o salto de células procariontes simples para células eucariontes complexas. Após o surgimento das procariontes, elas permaneceram dessa forma por quase dois milhões de anos antes de darem o salto evolucionário para se tornarem complexas e ganharem um núcleo. Se esse é o Grande Filtro, isso significaria que o universo está repleto de células procariontes simples e quase nada além disso.

Há outras possibilidades. Alguns acham até que nosso salto evolucionário mais recente, alcançando nossa inteligência atual, é um candidato a Grande Filtro. Ainda que o salto de vida semi-inteligente (chimpanzés) até a vida inteligente (humanos) a princípio não pareça um passo miraculoso, Steven Pinker rejeita a ideia de que a “escalada ascendente” da evolução seja inevitável:

Uma vez que a evolução apenas acontece, sem ter um objetivo, ela usa a adaptação mais útil para um certo nicho ecológico. O fato que, na Terra, até hoje isso levou a inteligência tecnológica apenas uma vez, pode sugerir que essa consequência da seleção natural é rara e, consequentemente, não é um desenvolvimento infalível da evolução de uma árvore da vida.

A maioria dos saltos não se qualifica como candidatos a Grande Filtro. Qualquer Grande Filtro possível deve ser algo que só acontece uma vez em um bilhão, onde uma ou mais anomalias devem ocorrer para proporcionar uma enorme exceção.

Por esse motivo, algo como pular de uma vida unicelular para uma multicelular está fora de questão como filtro, porque isso aconteceu pelo menos 46 vezes em incidentes isolados, só no nosso planeta. Pela mesma razão, se nós encontrarmos uma célula eucarionte fossilizada em Marte, ela iria tirar o salto “de-célula-simples-para-complexa” da lista de possíveis Grandes Filtros (assim como qualquer outra coisa que esteja antes desse ponto na cadeia evolucionária). Se isso aconteceu tanto na Terra quanto em Marte, claramente não é uma anomalia.

Se nós formos mesmo raros, isso pode ser por causa de um acidente biológico, mas isso também pode ser atribuído ao que se chama de Hipótese da Terra Rara. Ela sugere que, ainda que existam muitos planetas similares a Terra, as condições particulares do nosso planeta o tornam tão conveniente à vida — sejam as relacionadas a seu sistema solar, seu relacionamento com a Lua (uma lua tão grande é incomum para um planeta tão pequeno, contribuindo para as condições peculiares de nosso clima e nosso oceano), ou algo sobre o planeta em si.

2. Nós somos os primeiros

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A civilização humana é representada pela linha laranja.

Para pensadores do Grupo 1, se já não tivermos passado pelo Grande Filtro, nossa única esperança é que, do Big Bang até hoje, as condições no universo estão alcançando um nível que permita o desenvolvimento de vida inteligente. Nesse caso, nós podemos estar a caminho da super inteligência, mas isso ainda não aconteceu. Por acaso, nós estaríamos na hora certa para nos tornarmos uma das primeiras civilizações super inteligentes.

Um exemplo de um fenômeno que poderia tornar isso realístico é o predomínio de explosões de raios gama, detonações absurdamente imensas que observamos em galáxias distantes. Levou algumas centenas de milhões de anos para que os asteróides e vulcões se acalmassem e a vida se tornasse possível.

Da mesma forma, pode ser que o começo das existências no universo esteja cheio de eventos cataclísmicos, como explosões de raios gama que incinerariam tudo à sua volta de tempos em tempos, evitando que qualquer vida se desenvolva a partir de um certo estágio. Talvez estejamos agora no meio de uma fase de transição astrobiológica, e essa seja a primeira vez que qualquer vida tenha sido capaz de se desenvolver ininterruptamente por tanto tempo.

3. Nós estamos ferrados (o Grande Filtro está chegando)

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O Grande Filtro é representado pela linha vermelha.

Se nós não somos nem raros nem pioneiros, os pensadores do Grupo 1 concluem que O Grande Filtro deve estar no nosso futuro. Isso implicaria que a vida frequentemente evolui até onde estamos, mas alguma coisa impede, em quase todos os casos, que a vida vá muito adiante e alcance a inteligência avançada — e dificilmente nós seremos uma exceção.

Um possível Grande Filtro seria algum evento cataclísmico que ocorra regularmente, como as já mencionadas explosões de raio gama. Só que ela ainda não teria ocorrido e, infelizmente, é uma questão de tempo até que ela acabe com toda a vida na Terra. Outra candidata é a destruição possivelmente inevitável que quase todas as civilizações inteligentes acabariam trazendo para si mesmas, uma vez atingido certo nível de tecnologia.

É por isso que o filósofo Nock Bostrom, da Universidade de Oxford, diz que “boa novidade é não haver novidade“. Se descobrirem vida em Marte, mesmo que simples, isso seria devastador, porque eliminaria diversos potenciais Grandes Filtros no passado. E se encontrarmos fósseis de vida complexa em Marte, Bostrom diz que “seria a pior notícia já impressa em uma primeira página de jornal”, porque significaria que o Grande Filtro está quase que definitivamente à nossa frente, condenando toda nossa espécie de uma vez. Bostrom acredita que, quando se trata do Paradoxo de Fermi, “o silêncio do céu noturno é ouro”.

Grupo 2 de Explicações: civilizações inteligentes dos Tipos I e II existem, mas há razões lógicas para que não tenhamos ouvido falar delas.

As explicações do Grupo 2 abandonam qualquer ideia de que nós somos raros, especiais ou qualquer coisa parecida. Pelo contrário, elas acreditam no Princípio da Mediocridade: ou seja, até que se prove o contrário, não há nada de especial ou incomum em nossa galáxia, sistema solar, planeta ou nível de inteligência. Além disso, elas são mais cautelosas antes de assumir que, se não há evidências de uma inteligência superior, ela não existe. Elas enfatizam o fato de nossas buscas por sinais só alcançarem mais ou menos até 100 anos-luz de nós (0,1% da galáxia) e só terem ocorrido há menos de uma década, o que é pouquíssimo tempo.

Pensadores do Grupo 2 têm uma ampla gama de possíveis explicações para o Paradoxo de Fermi. A seguir, eis as nove mais discutidas:

Possibilidade 1: a vida superinteligente pode ter visitado a Terra antes de estarmos aqui. Humanos sencientes só estão por aí há uns 50 mil anos, um piscar de olhos se comparado à existência do universo. Se o contato ocorreu antes disso, deve ter assustado alguns patos e só. Além disso, nossa história documentada só vai até uns 5.500 anos atrás. Por isso, talvez tribos humanas de caçadores-coletores pode ter passado por algumas experiências loucas com aliens, mas não tinham como contá-las para as pessoas do futuro.

Possibilidade 2: a galáxia foi colonizada, mas nós moramos em uma área despovoada. As Américas podem ter sido colonizadas pelos europeus muito antes de qualquer um daquela pequena tribo Inuit ao norte do Canadá ter percebido o ocorrido. Pode haver um elemento de urbanização nas moradias estelares das espécies mais avançadas: todos os sistemas solares de uma certa área são colonizados e estão em comunicação, mas seria pouco prático e inútil pra qualquer um deles vir até o canto distante e aleatório em que vivemos.

Possibilidade 3: todo o conceito de colonização física é comicamente atrasado para uma espécie mais avançada. Uma Civilização Tipo II consegue usar toda a energia de sua estrela. Com toda essa energia, eles podem ter criado um ambiente perfeito para eles, satisfazendo todas as suas necessidades. Eles podem ter meios hiperavançados de reduzir a necessidade de recursos, e interesse zero em deixar sua utopia feliz para explorar um universo frio, vazio e pouco desenvolvido.

Uma civilização ainda mais avançada poderia ver todo o mundo físico como um lugar horrivelmente primitivo, tendo há muito dominado sua própria biologia e feito upload de seus cérebros para uma realidade virtual, um paraíso da vida eterna. Viver em um mundo físico de biologia, morte, desejos e necessidades pode soar para eles da mesma forma como nos soam as espécies primitivas vivendo no oceano escuro e gelado.

Possibilidade 4: há civilizações predatórias e assustadoras lá fora, e as formas de vida mais inteligentes sabem que não devem transmitir sinais e divulgar sua localização. Essa é uma ideia desagradável, mas que ajudaria explicar a falta de sinais recebidos pelos satélites SETI. Ela também significaria que, ao transmitir nossos sinais lá pra fora, estamos sendo novatos inocentes e descuidados. Há um debate envolvendo METI (Mensagem às Inteligências Extraterrestes na sigla em inglês; o inverso de SETI, que só escuta). Basicamente, deveríamos mesmo enviar mensagens para o universo? A maioria das pessoas diz que não.

Stephen Hawking adverte: “se aliens nos visitarem, o resultado pode ser parecido com a chegada de Colombo nas Américas, que não terminou bem para os nativos”. Mesmo Carl Sagan, que geralmente acredita que qualquer civilização avançada o bastante para viagens interestelares seria altruísta, não hostil, diz que a prática de METI é “profundamente imprudente e imatura“, e recomendou que “as crianças mais novas de um cosmo estranho e incerto deveriam ouvir em silêncio por um longo tempo, aprendendo pacientemente e tomando notas sobre o universo, antes de gritar para uma selva desconhecida que não conseguimos compreender”. Assustador.

Possibilidade 5: existe apenas uma única inteligência superior, uma civilização “superpredadora” (mais ou menos como os humanos aqui na Terra) que é muito mais avançada que todas as outras e mantém as coisas assim, exterminando qualquer civilização que ultrapasse um certo nível de inteligência. Isso seria um saco. Poderia funcionar se o extermínio de todas as inteligências emergentes fosse um desperdício de recursos, já que a maioria se mata sozinha. Mas, ultrapassado um certo ponto, esses super seres agiriam porque, para eles, uma espécie inteligente emergente se tornaria um vírus, conforme começasse a crescer e se expandir. Essa teoria sugere que a vitória é de quem foi o primeiro a alcançar a inteligência superior. Ninguém mais tem chance. Isso explicaria a falta de atividade lá fora, porque o número de civilizações superinteligentes seria 1.

Possibilidade 6: há muito barulho e atividade lá fora, mas nossas tecnologias são muito primitivas e nós estamos procurando pelas coisas erradas. É como entrar em um prédio de escritórios, ligar um walkie-talkie (que ninguém mais usa) e, ao não ouvir nada, concluir que o prédio está vazio. Ou talvez, como apontou Carl Sagan, pode ser que nossas mentes trabalhem exponencialmente mais rápido ou mais lentamente do que a de qualquer outra forma de vida lá fora. Ou seja, eles levam 12 anos pra dizer “oi” e, quando nós ouvimos essa comunicação, isso parece apenas ruído.

Possibilidade 7: civilizações mais avançadas sabem sobre nós e estão nos observando, mas se ocultam de nós (a “Hipótese do Zoológico”). Até onde sabemos, civilizações super inteligentes existem em uma galáxia controlada rigidamente, e nossa Terra é tratada como parte de um safári amplo e protegido, e planetas como o nosso estão sob uma estrita regra de “olhe, mas não toque”. Nós não estamos cientes deles porque, se uma espécie muito mais inteligente quisesse nos observar, ela saberia como fazer isso sem nos deixar saber. Talvez haja uma regra similar à “Primeira Diretriz” de Jornada nas Estrelas, que proíbe seres super inteligentes de fazerem qualquer contato aberto com espécies inferiores como a nossa, ou de se revelarem de qualquer forma, até que a espécie inferior alcance um certo nível de inteligência.

Possibilidade 8: civilizações superiores existem à nossa volta, mas somos primitivos demais para percebê-las. Michio Kaku resumiu isso assim:

Digamos que há um formigueiro no meio da floresta. Ao lado do formigueiro, estão construindo uma super autoestrada de dez faixas. E a questão é, “as formigas seriam capazes de entender o que é uma super autoestrada de dez faixas? Elas seriam capazes de entender a tecnologia e as intenções dos seres construindo a autoestrada a seu lado?”

Então não é que, usando nossa tecnologia, não sejamos capazes de receber os sinais do planeta X. É que nós não conseguimos sequer entender o que são os seres do planeta X, ou o que eles estão tentando fazer. É tão além de nós que mesmo se eles quisessem nos esclarecer, seria como tentar ensinar às formigas sobre a internet.

Seguindo essa linha, essa pode ser uma resposta para “se existem tantas exuberantes Civilizações Tipo III, por que ainda não entraram em contato conosco?”. Para responder isso, vamos nos perguntar: quando Pizarro chegou ao Peru, ele parou um tempo em um formigueiro e tentou se comunicar com ele? Ele foi magnânimo, tentando ajudar as formigas? Ele foi hostil e atrasou sua missão original só para esmagar e destruir o formigueiro? Ou, para Pizarro, o formigueiro era completa e absoluta e eternamente irrelevante? Essa pode ser a nossa situação nesse caso.

Possibilidade 9: nós estamos completamente enganados sobre nossa realidade. Há muitas maneiras pelas quais nós podemos estar totalmente iludidos em tudo que pensamos. O universo pode parecer ser de um jeito e ser de outro completamente diferente, como um holograma. Ou talvez nós sejamos os alienígenas e fomos plantados aqui como um experimento. Há até mesmo a chance de que sejamos parte de uma simulação de computador de algum pesquisador de outro mundo, e outras formas de vida simplesmente não foram programadas na simulação.

Conclusão

Conforme continuamos em nossa possivelmente inútil busca por inteligência extraterrestre, eu não tenho certeza o que queremos encontrar. Francamente, tanto faz saber se estamos oficialmente sozinhos no universo ou se estamos oficialmente na companhia de outros, ambas são opções assustadoras. É um tema recorrente em todos os enredos surreais acima: qualquer que seja a verdade, ela é de enlouquecer.

Além de seu chocante ingrediente de ficção científica, o Paradoxo de Fermi também me deixa profundamente humilde. Não só lembra que sou microscópico e minha existência dura uns três segundos, algo que me vem à cabeça sempre que penso sobre o universo. O Paradoxo de Fermi traz à tona uma humildade mais mordaz, mais pessoal, do tipo que só acontece depois de passar horas de pesquisa ouvindo os mais renomados cientistas de nossa espécie apresentando as teorias mais insanas, mudando de ideia e contradizendo um ao outro freneticamente. Ele nos faz lembrar que as futuras gerações olharão para nós da mesma forma que nós olhamos para os antigos, que tinham certeza que as estrelas estavam sob o domo do céu; no futuro, lembrarão de nós dizendo “uau, eles não tinham ideia nenhuma do que estava acontecendo”.

E ainda temos mais outro golpe à autoestima com todo esse assunto de Civilizações Tipos II e III. Aqui na Terra, nós somos os reis de nosso pequeno castelo, comandando os rumos do planeta mais do que qualquer outra espécie. Nessa bolha, sem competição e sem ninguém para nos julgar, é raro que sejamos confrontados com a ideia de sermos uma espécie inferior a qualquer outra. Mas não somos nem uma Civilização Tipo I!

Dito isso, toda essa discussão é maravilhosa para mim. Sim, tenho minha perspectiva de que a humanidade é uma órfã solitária em uma pequena rocha no meio de um universo solitário. Mas as hipóteses apontam que provavelmente não somos tão espertos como pensamos. Além disso, muito do que temos certeza pode estar errado. Tudo isso me deixa esperançoso em conhecer e descobrir mais, nem que seja um pouquinho, porque existem muito mais coisas do que nós temos consciência.


Este artigo foi republicado com permissão do site WaitButWhy.com. Siga-os no Facebook e no Twitter, e assine a newsletter para receber os posts semanais às terças-feiras.

Foto inicial por Andreas Schönfeld

Pentagrafeno: Descoberta nova variante do carbono

Redação do Site Inovação Tecnológica – 06/02/2015

Pentagrafeno: Descoberta nova variante do carbono

A simulação computacional garante que é possível sintetizar uma camada de átomos de carbono com estruturas de cinco lados. [Imagem: Virginia Commonwealth University]

Pentagrafeno

Uma equipe internacional acaba de descobrir uma variante estrutural do grafeno, batizada por eles de pentagrafeno.

Trata-se de uma folha monoatômica de carbono puro que apresenta uma estrutura pentagonal (5 lados) – o grafeno possui uma estrutura hexagonal (6 lados).

“As três últimas formas de carbono que foram descobertas foram os fulerenos, os nanotubos e o grafeno. O pentagrafeno vai pertencer a esta categoria,” avalia Puru Jena, da Universidade da Virgínia, nos Estados Unidos, que fez a descoberta em conjunto com colegas do Japão e da China.

A equipe simulou em computador a síntese do alótropo do carbono formado apenas por hexágonos. Os resultados sugerem que o material poderá rivalizar com o grafeno, sendo mecanicamente estável, muito forte e termicamente estável até cerca de 1.000º C.

Melhor que o grafeno

A grande vantagem da nova forma de carbono é que o pentagrafeno parece ser semicondutor, considerada a grande deficiência do grafeno para sua aplicação na eletrônica.

Para aplicações estruturais – fibras ultrafortes, por exemplo – o pentagrafeno parece ser melhor, já que, se for esticado, ele se expande nos dois planos, enquanto o grafeno expande-se na direção em que é puxado mas se contrai na perpendicular.

O próximo passo será sintetizar o pentagrafeno na prática e ver se ele realmente se comporta como nas simulações de computador.

“Uma vez que você o fabrique, ele será muito estável. Então a questão se torna, Como fazê-lo? Em nosso artigo nós damos algumas ideias. Neste momento o projeto é teórico, é baseado em modelagem computacional, mas nós acreditamos muito fortemente nessas previsões,” disse Shunhong Zhang, dono do momento eureca da síntese do pentagrafeno.

“E, uma vez que você o tenha fabricado, ele abrirá um ramo totalmente novo na ciência do carbono. Carbono bidimensional feito completamente de pentágonos era totalmente desconhecido até agora,” finalizou ele.

Bibliografia:
Penta-graphene: A new carbon allotrope
Shunhong Zhang, Jian Zhou, Qian Wang, Xiaoshuang Chen, Yoshiyuki Kawazoe, Puru Jena
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: Early Edition
DOI: 10.1073/pnas.1416591112

Nasce a evolução biológica

 

Por Salvador Nogueira

02/02/15 05:59

Mais um dos mistérios que cercam a origem da vida parece ter sido decifrado por um quarteto de cientistas na Alemanha. Eles basicamente descobriram como a evolução pode ter recebido o pontapé inicial da natureza, sem nenhuma ajuda externa.

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A vida pode ter começado aí, entre o oceano e a lava vulcânica. (Crédito: NOAA)

Talvez surpreenda, sobretudo para aqueles que se apegam a expressões “curinga” como “complexidade irredutível” para se esquivar do problema científico do surgimento da vida, o fato de a solução encontrada pelos pesquisadores — e testada em laboratório — ser de uma simplicidade franciscana.

Comece com microporos numa pedra aquecida, imersa em água. Nada diferente do que já se esperaria encontrar em rochas vulcânicas submersas nos oceanos da Terra, quatro bilhões de anos atrás. O único fator importante é que exista um gradiente de temperatura dentro do microporo — ou seja, que ele seja mais quente numa ponta e mais frio noutra. Algo que já aconteceria mesmo, naturalmente. Aí a “mágica” já está feita.

Os microporos assumem praticamente a função de protocélulas, promovendo a replicação de moléculas portadoras de informação genética, como RNA ou DNA. Com um detalhe adicional: o sistema favorece a replicação de moléculas cada vez mais longas, capazes de armazenar quantidade crescente de informações genéticas. Isso resolve um dos principais dilemas apresentados pelos estudos sobre a origem da vida: como isso pode ter acontecido se, ao serem deixadas ao sabor do mar aberto, as moléculas de DNA e RNA nunca cresceriam para ter sequências maiores, simplesmente porque é mais fácil replicar as moléculas curtas do que as compridas? O resultado mais esperado disso seria uma “seleção natural às avessas”, empurrando sempre na direção da redução da complexidade. A vida nunca apareceria desse jeito. Eis o problema.

Contudo, o esforço de Dieter Braun e seus colegas da Ludwig-Maximilians-Universität, em Munique, vira esse jogo espetacularmente. Como? A descrição completa saiu em artigo publicado na semana passada na revista “Nature Chemistry”. O trabalho mostra que o gradiente de temperatura, combinado a um processo chamado de convecção laminar, promove a entrada e saída de material dos poros e também encoraja o acúmulo e a multiplicação de DNA longo, desprezando as moléculas mais curtas. “Moléculas de 75 nucleotídeos sobrevivem, enquanto moléculas com a metade desse tamanho morrem, o que inverte o dilema da sobrevivência do mais curto”, escrevem os autores do trabalho.

Um sistema que empurra naturalmente as moléculas de DNA e RNA a ficarem maiores é a rota certeira para o surgimento da vida como a conhecemos. Afinal, quanto mais compridas as moléculas, mais sequências de letrinhas químicas (os chamados nucleotídeos) cabem nelas. Em suma, cabe mais informação genética, com preservação natural daquelas que, pelas mutações aleatórias que contêm, se replicam com mais facilidade e eficiência. Imagine esse processo avançando por muito, muito tempo, até que uma molécula tropece numa receita para produzir uma camada protetora ao seu redor. No interior dessa cápsula, a molécula genética complexa poderia finalmente deixar o microporo e ganhar o oceano, sem correr o risco de ser literalmente “diluída”. O resto, como dizem por aí, é história.

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A molécula de DNA não tem comprimento definido; quanto maior, mais informação cabe nele. (Crédito: NIH)

DESAFIOS PELA FRENTE
Por que esse trabalho não está sendo celebrado como a solução definitiva da origem da vida? Bem, porque ele de fato não é exatamente isso. Ele mostra o que pode ter sido a origem dos processos evolutivos, ainda puramente químicos, que antecederam as primeiras formas de vida. Mas faltam aí dois passos cruciais iniciais que antecedem essa etapa. Como se produzem as primeiras moléculas capazes de portar informação genética (RNA e DNA) e como elas primeiro “aprendem” a promover sua própria replicação? (No experimento, a replicação é promovida por uma proteína de origem biológica, que obviamente estava ausente na origem da vida.)

Essas são perguntas que ainda seguem sem solução. A síntese de RNA e DNA em um ambiente úmido permanece como um desafio porque a criação da molécula exige muitos passos químicos. Até aí, nada demais. O problema é que eles costumam ser perturbados pela água antes que cheguem ao seu desejado desfecho. A água desmancha os compostos antes que eles virem RNA ou DNA.

Alguns pesquisadores buscam chegar lá trabalhando em ambientes desérticos (talvez até em outros planetas). Outros procuram soluções ainda oceânicas, mostrando que reações hoje típicas de metabolismo biológico (que incluem as que são capazes de sintetizar coisas como RNA ou DNA) poderiam ser impulsionadas a partir de química mais simples. Se você seguir os links acima, verá que eles estão bem perto, mas ainda não chegaram exatamente lá.

Uma vez que se produzem as moléculas portadoras de informação, sobretudo no caso do RNA, a auto-replicação já é um problema mais bem encaminhado. Sabemos que o RNA é uma molécula versátil, que pode não só codificar informação como promover sua própria cópia, sem a necessidade de proteínas adicionais. Ele seria o ponto de partida para a evolução biológica, como a entendemos hoje.

No frigir dos ovos, o que os resultados já sugerem é que as barreiras remanescentes não são intransponíveis. Pouco a pouco, cada um dos passos envolvidos na origem da vida é recriado em laboratório, conforme as técnicas e a compreensão dos problemas evoluem. E tudo leva a crer que nenhuma condição extraordinária foi necessária para a aparição de formas de vida. Muito pelo contrário. O que os experimentos mostram é que tudo pode ter sido bem simples. Uma pequena variação de temperatura, a presença de ferro diluído no oceano e outras coisas assim, nada complicadas ou incomuns. O único requerimento realmente crítico para cobrir todas as etapas do processo sem ajuda artificial é o tempo — alguns milhões de anos, para ser preciso. Por isso não devemos esperar que os pesquisadores consigam, num único experimento, partir de química simples e terminar com um ser vivo. Mas eles já conseguem reencenar as diversas etapas cruciais separadamente. Falta muito pouco para entendermos a coisa toda. Estamos quase lá.

O campo magnético da Terra pode se inverter dentro de 100 anos

 

Por: Kelsey Campbell-Dollaghan
17 de outubro de 2014 às 15:50

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O campo magnético da Terra muda constantemente, e a cada 200.000 ou 300.000 anos, o norte e o sul invertem completamente. Atualmente estamos atrasados para uma dessas alterações – e cientistas agora dizem que ela pode acontecer em questão de 100 anos, mudando completamente a vida no nosso planeta de maneiras inesperadas.

Por muito tempo imaginou-se que essas inversões demoravam até 7.000 anos para se completarem, como diz um estudo de 2004 financiado pela National Science Foundation. Mas ao longo dos últimos anos outros cientistas sugeriram que as mudanças ocorrem a velocidades anteriormente não imaginadas. E um novo estudo publicado no Geophysical Journal International por uma equipe de cientistas da Europa e dos EUA dá mais detalhes sobre essas mudanças rápidas – sugerindo que a última alteração em 180 graus demorou apenas 100 anos.

Como eles percebem as mudanças no campo magnético que datam de centenas de milhares de anos atrás? Ao testar camadas de cinzas depositadas por erupções vulcânicas ao longo de 10.000 anos, encontradas em um leito de lago próximo a Roma. De acordo com um release da Universidade de Berkeley, as direções do campo magnético estão “congeladas” nessas camadas de cinzas, o que pode ser datado de forma confiável para saber quando as conversões ocorreram e quanto tempo levou para elas completarem. “Não sabemos se a próxima inversão vai ocorrer de repente, como foi esta, mas também não sabemos se ela não vai” disse Paul Renne, um dos autores do estudo.

Esse mapa mostra como, começando a cerca de 789.000 anos atrás, o polo norte que vagava ao redor da Antártida havia milhares de anos mudou para a orientação que conhecemos hoje, com o polo em algum lugar do Ártico. Via Berkeley.

Esse mapa mostra como, começando a cerca de 789.000 anos atrás, o polo norte que vagava ao redor da Antártida havia milhares de anos mudou para a orientação que conhecemos hoje, com o polo em algum lugar do Ártico. Via Berkeley.

Sabemos há bastante tempo que o campo magnético da Terra está mudando. Sabemos, por exemplo, que o Polo Norte se moveu quase 900 quilômetros nos últimos 200 anos. Também sabemos que, como observado por três satélites da Agência Espacial Europeia, o campo magnético da Terra está ficando mais fraco em alguns pontos e mais forte em outros. Também sabemos que as correntes de mudanças já forçaram algumas alterações no mundo humano: aeroportos que nomeiam suas pistas de acordo com direções de bússolas foram obrigados a alterar o nome por causa disso.

Então não é surpreendente que a alteração completa seja iminente. O estudo sugere como isso pode afetar a forma como vivemos na Terra. Um campo enfraquecido pode, por exemplo, significar menos proteção para humanos contra raios perigosos que causam câncer, o que significa que a taxa de câncer pode crescer. E o impacto infraestrutural de um campo alterado pode também causar problemas no grid de eletricidade e em outros sistemas sensíveis.

Para nós, humanos de vida curta, essas mudanças são normalmente impensáveis geologicamente. É fascinante aprender que, apesar de provavelmente não testemunharmos uma alteração dessa magnitude, outros da nossa espécie poderão passar por ela. [Berkeley]

Imagem: daulon.

Partícula nova é tanto matéria quanto antimatéria

 

Pesquisadores veem assinatura de “partículas de Majorana” em ferro supercondutor

Yazdani Lab, Princeton University

Físicos usaram um microscópio de tunelamento por varredura para produzir imagens de uma fina cadeia de átomos de ferro disposta sobre a superfície de um supercondutor de chumbo (barra amarela). As cores da imagem representam a probabilidade quântica de qualquer local conter uma partícula de Majorana, que é tanto matéria quanto antimatéria. A porção ampliada mostra que a probabilidade de encontrar uma partícula de Majorana aumenta muito nas extremidades do fio, como previsto em teoria.

Por Clara Moskowitz
Desde a década de 30, cientistas procuram partículas que sejam ao mesmo tempo matéria e antimatéria. Agora físicos encontraram fortes evidências de uma entidade desse tipo dentro de um material supercondutor. A descoberta poderia representar a primeira “partícula de Majorana”, e poderia ajudar pesquisadores a codificar informações para computadores quânticos.
Físicos acreditam que todas as partículas de matéria tenham uma contraparte de antimatéria com massa igual, mas carga diferente. Quando a matéria encontra seu equivalente de antimatéria, as duas se aniquilam.
De acordo com uma previsão realizada em 1937 pelo físico italiano Ettore Majorana, porém, algumas partículas podem ser suas próprias parceiras de antimatéria. Pela primeira vez pesquisadores declararam ter produzido imagens de uma dessas partículas de Majorana, relatando suas descobertas em 3 de outubro, na Science.
A nova partícula de Majorana apareceu em supercondutor, material em que o livre movimento de elétrons permite que a eletricidade flua sem resistência.
A equipe de pesquisa, conduzida por Ali Yazdani da Princeton University, posicionou uma longa cadeia de átomos de ferro, magnetizável, sobre a superfície de um supercondutor feito de chumbo.
O magnetismo normalmente prejudica supercondutores, que dependem da ausência de campos magnéticos para que seus elétrons fluam livremente. Nesse caso, porém, o campo magnético se transformou em um tipo especial de supercondutor, em que elétrons próximos uns dos outros coordenavam seus spins para satisfazer simultaneamente as exigências de magnetismo e supercondutividade.
Cada um desses pares pode ser entendido como um elétron e um antielétron, com carga negativa e positiva, respectivamente. Mas esse arranjo deixa um elétron em cada ponta da cadeia sem par, fazendo com que assumam as propriedades tanto de elétrons quanto de antielétrons – em outras palavras, de partículas de Majorana. 
Assim como partículas no vácuo, sem contato com outros tipos de matéria, essas entidades são chamadas de “partículas emergentes”. Elas emergem das propriedades coletivas da matéria adjacente e não poderiam existir fora do supercondutor.
O novo estudo mostra uma assinatura convincente de partículas de Majorana, declara Leo Kouwenhoven da Universidade de Tecnologia Delft, na Holanda, que não se envolveu na pesquisa mas que encontrou sinais de partículas de Majorana em um arranjo supercondutor diferente. “Mas para realmente falarmos sobre provas completas e evidências sem ambiguidade, precisaríamos de um teste”.
Esse teste, explica ele, deve mostrar que as partículas não obedecem às leis normais das duas classes de partículas conhecidas na natureza – férmions (prótons, elétrons e a maioria das partículas com que estamos acostumados) e bósons (fótons e outras partículas que carregam forças, incluindo o bóson de Higgs). “A melhor coisa das Majoranas é que elas podem ser uma nova classe de partícula”, adiciona Kouwenhoven. “Se for encontrada uma nova classe de partículas, adiciona-se um novo capítulo à física”.
O físico Jason Alicea do Instituto de Tecnologia da Califórnia, que também não participou da pesquisa, declara que o estudo oferece “evidências convincentes” de partículas de Majorana, mas que “nós deveríamos manter explicações alternativas em mente – mesmo se não houverem candidatos imediatamente óbvios”.
Ele elogiou a configuração experimental por sua aparente capacidade de produzir as elusivas partículas de Majorana com facilidade. “Uma das maiores virtudes de sua plataforma em relação a trabalhos anteriores é permitir que pesquisadores apliquem um novo tipo de microscópio para analisar a anatomia detalhada da física”.
A descoberta poderia ter implicações para a procura de partículas de Majorana livres fora de materiais supercondutores. Muitos físicos suspeitam que neutrinos – partículas extremamente leves com a estranha capacidade de alterar suas identidades, ou “sabores” – sejam partículas de Majorana, e experimentos estão sendo realizados para investigar essa hipótese.
Yazdani aponta que, agora que sabemos que partículas de Majorana podem existir dentro de supercondutores, pode não ser surpreendente encontrá-las na natureza. “Uma vez que o conceito esteja correto, é muito provável que ele apareça em outra camada da física. Isso é empolgante”.
A descoberta também poderia ser útil para construir computadores quânticos que façam uso das leis da mecânica quântica para realizar cálculos muitas vezes mais rapidamente que computadores convencionais.
Um dos principais problemas na construção de um computador quântico é a suscetibilidade de propriedades quânticas, como o emaranhamento (uma conexão tal entre duas partículas, que agir sobre uma delas afeta a outra), a colapsar devido à interferência externa.
Uma cadeia de partículas com Majoranas em cada extremidade seria quase imune a esse risco, porque seria necessário danificar as duas extremidades simultaneamente para destruir quaisquer informações codificadas nela. “Poderíamos construir um bit quântico com base nessas partículas de Majorana”, declara Yazdani. “A ideia é que esse bit seja muito mais robusto para o ambiente que os tipos de bits que já foram tentados até agora”.

Mais próximos da matéria escura.

Joshua Frieman conta sua estratégia para obter indícios da misteriosa substância

Reidar Hahn/DES

Republicado da RevistaQuanta
Assim como a maioria dos cosmólogos teóricos, Joshua Frieman ficou empolgado quando, em 1998, astrônomos anunciaram que a expansão do Universo parecia estar acelerando, conduzida por um agente invisível que eles batizaram de “energia escura”.
Frieman e seus colegas teóricos imaginaram duas possíveis causas para a aceleração cósmica: a energia escura poderia ser a oscilação quântica do espaço vazio – uma “constante cosmológica” que continua a aumentar conforme o espaço expande, empurrando-o com força cada vez maior.
Por outro lado, um campo de força ainda não detectado poderia permear o Cosmos, semelhante ao campo que cientistas acreditam ter alimentado a exponencial expansão do Universo durante o Big Bang.
Mas os cientistas também perceberam que as duas opções teriam consequências observacionais quase idênticas, e qualquer uma das teorias poderia corresponder adequar a medidas atuais imprecisas.
Para diferenciar uma da outra, Frieman, professor de astronomia e astrofísica da University of Chicago e cientista sênior do Fermilab perto de Batavia, no estado de Illinois, cofundou a Dark Energy Survey (DES, ou “Pesquisa de Energia Escura”), um experimento de 300 pessoas e US$50 milhões.
A peça central do projeto é a Câmera de Energia Escura, ou DECam, um detector ótico de infravermelho próximo e CCD com 570 megapixels, construído no Fermilab e instalado no Telescópio Blanco, no Chile, há dois anos.
Ao observar 300 milhões de galáxias espalhadas por 10 bilhões de anos-luz, a DES pretende rastrear a aceleração cósmica com mais precisão que nunca, esperando apoiar uma das duas hipóteses.
Frieman e sua equipe agora estão mostrando seus primeiros resultados.
A Revista Quanta se entrevistou Frieman no final de agosto durante a COSMO 2014, conferência que ele ajudou a organizar. Com sua curta barba branca, óculos de tartaruga e camisa de algodão orgânico, o cientista desaparecia entre clientes que almoçavam no restaurante italiano da esquina. Entre porções de tagliatelle, ele explicou exatamente o que sabemos e não sabemos sobre a energia escura, e como a DES ajudará a levar teóricos até uma ou outra das descrições de sua natureza. Segue uma versão editada e condensada da entrevista.
QUANTA MAGAZINE: Por que o senhor começou a Pesquisa de Energia Escura?
JOSHUA FRIEMAN: Como teórico trabalhando nos anos 90 com ideias sobre o que poderia fazer com que o Universo acelerasse, eu cheguei à conclusão de que poderíamos produzir modelos diferentes e fazer muita especulação, mas que não saberíamos qual desses caminhos seguir até que tivéssemos dados muito melhores.
Assim, nós começamos a discutir como obter esses dados. Por volta daquela época, o Observatório Nacional de Astronomia Ótica anunciou uma oportunidade que dizia, mais ou menos, “Se você conseguir construir um instrumento bem legal para o telescópio que operamos no Chile, você vai ganhar muito tempo no telescópio”. Foi então que formamos a colaboração da Pesquisa de Energia Escura e criamos o projeto de nossa câmera. 
Não é incomum que um teórico conduza um grande experimento de astrofísica?
É um pouco incomum, mas as fronteiras entre teoria e observação na cosmologia estão se tornando difusas, o que eu acredito ser uma evolução saudável. No passado, teóricos como eu trabalhavam com papel e caneta, e então observadores obtinham e analisavam dados. Mas agora temos um modelo baseado em que equipes treinadas para analisar e interpretar grandes conjuntos de dados, e isso não é teoria pura ou observação pura, mas uma combinação dos dois.
Como o senhor visualiza algo invisível e desconhecido como a energia escura?
Uma maneira de pensar sobre a energia escura é como um fluído, no sentido de que ela pode ser descrita por sua densidade e pressão. Essas duas propriedades nos informam seus efeitos sobre a expansão do Universo. Quanto mais energia escura existir – isto é, quanto maior sua densidade – maiores são seus efeitos. Mas o que é realmente crucial sobre a energia escura é que, ao contrário de todas as outras coisas que conhecemos, ela tem pressão negativa, e isso a torna gravitacionalmente repulsiva.
Por que a pressão negativa a torna repulsiva?
A teoria de Einstein afirma que a força da gravidade é proporcional à densidade energética mais três vezes a pressão então, na prática, a própria pressão gravita. Isso é algo a que não estamos acostumados porque, com a matéria comum, a pressão é apenas uma pequena fração da densidade. Mas se algo tiver pressão como uma fração considerável da densidade energética, e se essa pressão for negativa, então podemos mudar o sinal da gravidade. Assim a gravidade não é mais atrativa – é repulsiva.
O principal candidato para a energia escura é, de longe, a “constante cosmológica”. O que é isso?
Albert Einstein introduziu a constante cosmológica em 1917 como um termo adicional nas equações da gravidade. Na teoria de Einstein, a gravidade é a curvatura do espaço-tempo: você tem alguma fonte de energia e pressão que curva o espaço-tempo, e então outra matéria se move dentro desse espaço curvado. As equações de Einstein se relacionam à curvatura do espaço-tempo para a energia e pressão de qualquer coisa que estiver no espaço.
Einstein originalmente inseriu a constante cosmológica no lado da equação que continha a curvatura porque queria obter uma solução específica, que acabou se provando errada. Logo depois, porém, o físico belga Georges Lemaître percebeu que a constante cosmológica se relacionava naturalmente com as pressões e densidades energéticas, e que isso poderia ser interpretado como densidade energética e pressão de algo. O lado da densidade e pressão na equação já continha tudo no Universo: matéria escura, átomos, qualquer coisa. Se removermos tudo isso, então a constante cosmológica deve ser a densidade energética e a pressão do espaço vazio.
Como o espaço vazio pode possuir energia e pressão?
Na física clássica, o espaço vazio não tinha energia ou pressão.
Mas efeitos quânticos podem criar energia e pressão mesmo se não existirem partículas por lá. Na teoria quântica podemos imaginar partículas virtuais voando pelo vácuo, e essas partículas virtuais – que estão sempre sendo produzidas e aniquiladas – têm energia.
Assim, se a energia escura for a constante cosmológica, ela poderia ser a energia associada a essas partículas virtuais.
Como se mede a energia escura?
Estamos tentando fazer duas coisas que nos deem os limites para a energia escura: a primeira é medir distâncias, o que nos conta a história da expansão cósmica. A segunda é medir o crescimento de estrutura no Universo.
Para esse último, estamos usando uma técnica chamada de “lente gravitacional fraca”, que envolve medir, com muita precisão, os formatos de centenas de milhões de galáxias, e então inferir como esses formatos foram distorcidos, porque os raios de luz dessas galáxias ficam curvados com a gravidade enquanto eles viajam até nós.
Esse efeito de lente é minúsculo; assim, em 99 de cada 100 casos, você não consegue saber se o efeito incidiu sobre uma galáxia só de olhar para ela. Então temos que analisar o sinal estatisticamente.
Se compararmos os formatos de galáxias que não ficam tão distantes com o formato das que ficam, parte da diferença se deverá ao fato de que a luz passou por quantidades diferentes de estruturas aglomeradas.
Analisar o sinal das lentes nos dará uma medida de como a aglomeração do Universo evoluiu no tempo cósmico, e essa aglomeração é afetada pela energia escura.
A gravidade puxa as coisas para dentro, fazendo o Universo se tornar cada vez mais aglomerado com o tempo, mas a energia escura faz o oposto. Ela faz com que as coisas se afastem umas das outras.
Então, se pudermos medir como a aglomeração do Universo mudou ao longo do tempo cósmico, podemos inferir algo sobre a energia escura: quanto dela existia, e quais eram suas propriedades em momentos diferentes do tempo.
A DES tentará calcular o parâmetro w da “equação de estado” da energia escura. O que o w representa?
O parâmetro w informa a razão da pressão da energia escura por sua densidade. Se a energia escura for a constante cosmológica, então poderemos mostrar que o único w consistente para o espaço vazio é aquele em que a pressão é exatamente igual a menos a densidade energética. Então o w tem um valor muito específico: menos um.
Se a energia escura não for a constante cosmológica, o que mais ela pode ser?
As alternativas mais simples, e aquelas em que trabalhei nos anos 90, são inspiradas pela “inflação”. Antes de sabermos que a expansão do Universo está acelerando, acreditávamos que o Universo havia acelerado na menor fração de um segundo após o Big Bang. A ideia de aceleração cósmica inicial é chamada de inflação.
Assim, o mais simples a fazer era assumir a teoria que explica essa outra época de expansão acelerada e que envolve campos escalares.
Um campo escalar é uma entidade que tem um valor em todos os locais do espaço.
Conforme o campo evolui, ele pode agir como a energia escura: se evoluir lentamente, terá pressão negativa, o que fará o Universo acelerar.
Os modelos mais simples de inflação primordial sugerem que, durante certo período, o Universo foi dominado por um desses campos escalares, e ele eventualmente decaiu e desapareceu. E se essa é nossa melhor ideia a respeito do que aconteceu quando [a expansão do] Universo estava se acelerando há quase 14 bilhões de anos, deveríamos considerar que talvez algo semelhante esteja acontecendo agora.
Se observarmos esses modelos, veremos que eles tendem a prever que o w, a razão entre a pressão e densidade energética, será levemente diferente de menos um. Gostaríamos de testar essa ideia.
No futuro, a DES também tentará determinar se o w está mudando com o passar do tempo. O que isso nos dirá?
Em quase todos os modelos de energia escura distinta de constante cosmológica, o w tende a evoluir no tempo.
O w poderia, por exemplo, começar como menos um no passado distante e, conforme o campo escalar evolui cada vez mais rápido, o w se afasta cada vez mais de menos um.
Mas, de acordo com outras teorias, pode ocorrer o oposto.
Assim, se pudermos medir não apenas o w, mas também uma quantidade que chamamos de wa – a velocidade com que o w muda no tempo – poderemos dizer “Vivemos em um tipo de Universo, ou em outro?”.
O que os dados atuais nos dizem sobre o wa?
Eles são consistentes com a não-evolução – wa igual a zero – mas os erros são tão grandes que não temos informações significativas.
Assim, o que queremos fazer com a DES é produzir medidas suficientes para realmente começar a limitar o wa.
Se observarmos os valores atualmente permitidos de w0 e wa em um plano, veremos uma área aproximadamente limitada por uma elipse. Nossa esperança é conseguirmos reduzir a área da elipse no plano w0-versus-wa por um fator de três a cinco se comparado à sua posição nos últimos anos.
No momento, os dados ainda são consistentes com uma constante cosmológica. Mas esperamos que, quando começarmos a reduzir a elipse, ela possa ser reduzida a algo incompatível com a constante cosmológica.
Não podemos dizer se isso vai acontecer mas, se conseguirmos, será muito empolgante.
Por que o senhor prefere um campo escalar à constante cosmológica?
Porque isso revelaria que existe uma física nova em uma área em que não a esperávamos. E também, se o w for diferente de menos um, teríamos esperança de aprender algo sobre a física da energia escura.
Por outro lado, se tivermos apenas a constante cosmológica, isso será interessante, mas dificilmente nos indicará para onde ir.
Os primeiros artigos da DES foram publicados nos últimos meses. Que resultados foram relatados?
Esses resultados são de um período que chamamos de “verificação científica”, em que conduzimos uma mini versão de nossa pesquisa logo após instalar a câmera no telescópio para testar a qualidade dos dados que ela estava produzindo.
Em um estudo, por exemplo, nós medimos as massas de quatro aglomerados galácticos por meio de seu efeito de lentes gravitacionais. Em outro estudo, usamos as cores de galáxias para estimar seus desvios para o vermelho, o que efetivamente nos informa suas distâncias.
Quase todos os nossos resultados em energia escura vão depender fundamentalmente dessa técnica de cor.
Queríamos convencer a nós mesmos de que poderíamos medir esses desvios com precisão suficiente para realizar as medidas da matéria escura, e conseguimos demonstrar isso.
Qual é a sensação de operar o telescópio no Chile?
O observatório fica em uma montanha, Cerro Tololo, a uma elevação de aproximadamente sete mil pés (2,13 quilômetros). É muito seco, então não existe muita vegetação, mas eu acho lindo.
O sistema não é completamente automático, mas até um teórico como eu consegue operar a câmera. Nós temos um programa de computador que diz “Certo, com base no que observamos até agora, com base na posição da lua, com base no clima atual, aponte o telescópio para lá durante os próximos minutos”.
Assim, na maior parte do tempo você simplesmente fica sentado no console, garantindo que tudo esteja funcionando e observando imagens maravilhosas do Universo aparecendo na tela. É divertido.
Republicado com permissão de Quanta Magazine, uma divisão editorialmente independente da SimonsFoundation.com, que tem a missão de aumentar a compreensão pública da ciência cobrindo desenvolvimentos e tendências de pesquisa em matemática e nas ciências físicas e da vida.
Scientific American 1 de outubro de 2014

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