Física na Veia!

Arquivo : fevereiro 2016

Dica: como ver a ISS passando sobre a sua cidade
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

ISS

A belíssima Estação Espacial. Crédito: NASA.

 

Acabei de ver uma belíssima passagem da ISS, a Estação Espacial Internacional, que começou às 18h58min e durou cerca de 6 minutos. A ISS estava bem brilhante, se destacando contra o fundo quase escuro do céu ao cair da tarde.

Você não sabia que dá para ver a ISS passando sobre a sua cidade? Sim! A olho nu! E é bem fácil de ver! Ela aparece como um ponto bem brilhante, como se fosse uma estrela, se movendo bem rápido já que a sua velocidade real é de aproximadamente 27000 km/h (veja, na fanpage do Física na Veia! no Facebook, foto  mostrando uma passagem da ISS sobre São Carlos, interior de São Paulo. O registro foi feito pelo meu amigo Gustavo Rojas, astrofísico da UFSCar).

O “truque” começa por descobrir com antecedência dia/hora em que ocorrerá uma passagem da ISS sobre a sua cidade. Existem softwares para computador, tablet e smartphone que calculam as passagens da ISS (bem como de outros satélites) na sua região.

Tenho usado um serviço gratuito da NASA, muito simples e bastante eficiente, o Spot The Station, mostrado na imagem a seguir.

ISS_NASA_STS

Página inicial do Spot The Station, da NASA

Assim que você acessa o site, pode escolher o seu país e a sua cidade. Se não encontrar a sua cidade na lista, escolha a mais próxima. No meu caso (veja na imagem acima) escolhi Campinas, a 120 km daqui de São João da Boa Vista, interior de São Paulo. Em seguida, basta clicar no botão azul “GO” e o sistema calcula, em tempo real, as passagens com base na data do sistema operacional do seu computador. Veja, a seguir, as passagens da ISS para a data de hoje para a minha região.

ISS_NASA_STS_tabela

Tabela gerada pelo Spot The Station da NASA

Note que o sistema retorna uma “família” de passagens da ISS em torno da data da consulta (no meu caso, 27 de fevereiro). A passagem que acabei de ver corresponde à quarta linha da tabela, que teve início às 6:59 PM (18h59min, horário de Brasília), com duração de cerca de 6 min e altura máxima de 34 graus. O sistema avisa, em coordenadas geográficas (N, S, E, W) e altitude (em graus) o ponto aproximado onde a ISS vai aparecer (Appears) bem como o ponto onde ela vai desaparecer (Disappears). E fornece ainda a altitude máxima da trajetória aparente (Max Height) também em graus. Quanto mais alta a ISS passar no céu, melhor para avistá-la (lembre-se de que observações de objetos próximos ao horizonte são sempre mais complicadas por conta das poluições atmosférica e luminosa). Tudo isso é bastante útil para sabermos para onde dirigir o olhar para começar a avistar a passagem bem como entender como será a trajetória aparente da ISS no céu, como ilustrado na imagem a seguir retirada do próprio site do Spot The Station.

ISS_astro_horizon

Esquema para entender a trajetória aparente da ISS no céu

Mas o mais legal do Spot The Station é clicar no botão azul “Sign Up for Alerts now!” que aparece no topo da tabela. Ele dá acesso a um sistema de cadastramento. Você fornece o seu endereço de e-mail e, toda vez que a ISS for passar na sua região, o sistema envia mensagem de alerta com antecedência suficiente para que você possa se organizar para fazer a observação.

O e-mail é bastante direto e contém apenas informações sobre a passagem da ISS. Quer um exemplo? Veja, abaixo, o conteúdo da mensagem que recebi avisando sobre a passagem da ISS de hoje:

Time: Sat Feb 27 6:58 PM, Visible: 6 min, Max Height: 42°, Appears: 10° above NNW, Disappears: 11° above SE

São, basicamente, as mesmas informações da tabela. Dia/hora do início da passagem, altura máxima (em graus) da trajetória e ponto inicial e final da trajetória.

Para não ter erro, gosto de simular cada passagem da ISS usando o software Stellarium, planetário desktop (freeware e opensource) para Windows e outras plataformas, inclusive sistemas operacionais móveis. Assim, dá para saber a trajetória exata da ISS e garantir um bom local para observar a passagem em toda a sua plenitude. Confira abaixo simulação para a passagem de hoje. O arco branco mostra o caminho da ISS no céu. Por sorte, hoje, a ISS passou bem diante das janelas do meu apartamento voltadas para o leste. Vi tudo praticamente de camarote!

ISS_27fev2016

Simulação (com o software Stellarium) da passagem da ISS hoje sobre a minha cidade

Com o aplicativo ISS Finder, para iOS, além de acompanhar a trajetória da ISS em torno da Terra em tempo real e prever passagens pela sua cidade/região, dá para saber qual é a tripulação atual da ISS, ou seja, que astronautas estão a bordo da nave. É muito louco, quando vemos o pontinho luminoso cruzando o céu sobre nossas cabeças, imaginar que dentro dele, a cerca de 400 km de altitude, estão alguns astronautas em plena missão espacial!

ISS_Crew

Tela do aplicativo ISS Finder rodando no iPad mostra os seis atuais tripulantes da ISS

O ISS Spotter, para iOS, também é um bom “tracker” da ISS. Estou testando-o.

Outra coisa divertida a se fazer é ver a Terra registrada em tempo real e em HD diretamente da ISS. Enquanto aguarda a passagem da ISS, você pode ficar vendo as imagens da Terra. É como se você estivesse de carona com os astronautas, a bordo da ISS, vendo a sua região lá de cima. Pelo site  www.n2yo.com/space-station você pode acompanhar a ISS em suas sucessivas órbitas ao redor da Terra e, em tempo real, ver imagens da Terra vista do espaço. Confira abaixo um “print” das telas do sistema, incluindo imagens em vídeo.

ISS_n2yo

Página do n2yo.com

 

Enquanto escrevia esse post, a ISS está dando uma volta completa ao redor da Terra, viajando cerca de 40000 km (circunferência da Terra) à taxa de 27000 km/h, o que dá aproximadamente (40000 km)/(27000 km/h) = 1,5 h. Logo, fará nova passagem sobre a minha região, desta vez bem curtinha (cerca de 1 min) e bem baixa (em torno de 11 graus), daqui uns 10 minutos. Trajetória tão baixa, próxima do horizonte, é bem difícil de observar. Mas não custa nada tentar! Na próxima madrugada (veja tabela lá em cima) terei outra passagem da ISS, dessa vez bem mais alta no céu, e com duração de 4 min.

Fica a dica. Tente seguir a ISS, ver imagens da Terra vista do espaço em tempo real, e principalmente descobrir passagens sobre a sua cidade/região. É muito divertido!

Se você tem tablet ou smartphone que roda Windows Phone ou Android, procure por aplicativos na loja oficial do sistema operacional. Busque por “ISS” ou “satellite tracking”. Certamente você encontrará boas opções. Experimente e veja aquela com a qual se dá melhor.  Mas o Spot The Station mais o www.n2yo.com/space-station  dão conta do recado com folga e garantem bons momentos de diversão.

Boas observações!

 


 

Já publicado no Física na veia!

(*) Post publicado na plataforma antiga do blog

The BOBs 2016… valendo!
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

TheBobs_2016

 

Pela décima segunda vez, a alemã Deutsche Welle promove o The BOBs, seu concurso internacional de blogs.

Segundo Gerda Meuer, diretora de programação da DW: “Para além das fronteiras linguísticas e culturais, valorizamos pessoas criativas e seu engajamento
pela liberdade de expressão e por uma sociedade mais aberta”.

As inscrições on line vão até 3 de março. E os internautas poderão inscrever no concurso páginas de internet e iniciativas online em quatro categorias:

  1. Mudança Social: o prêmio será concedido a um projeto que utiliza as modernas possibilidades digitais para promover a mudança social – em áreas
    como educação, igualdade de gênero, saúde ou meio ambiente.
  2. Tech pro Bem: será premiada uma inovação ou um website da área de proteção de dados, software livre, segurança na rede ou ferramentas anticorrupção e anticensura.
  3. Arte e Cultura: será agraciado um projeto de arte e cultura que use de forma extraordinária os meios da comunicação digital para interpretar artisticamente temas socialmente relevantes.
  4. Jornalismo cidadão: como o nome já diz, prêmio específico para projetos jornalísticos corajosos e inovadores, que explorem as possibilidades de participação da internet.

Além disso, os diretores da DW irão conceder o Prêmio Freedom of Speech (Liberdade de Expressão). Em 2015, essa honraria foi para o blogueiro
saudita preso Raif Badawi.

O The BOBs é o prêmio de ativismo online de maior renome internacional e único por sua diversidade linguística pois envolve 14 línguas, incluindo a Língua Portuguesa. Para tanto, um júri internacional, representando países que falam essas 14 línguas, vai se reunir em breve em Berlim para a análise dos finalistas que serão divulgados em 31 de março. Haverá também os prêmios do público, por votação aberta via internet, que acontecerá entre 31 de março e 2 de maio.  O resultado final dos eleitos pelo júri e vencedores pelo voto popular sairá em 2 de maio, véspera do Dia Internacional da Liberdade de Imprensa.

A premiação acontecerá no dia 14 de junho em Bonn, Alemanha, durante o Deutsche Welle Global Media Forum.

Em 2010 o Física na Veia! foi eleito pelo júri iternacional do The BOBs como o Melhor Weblog em Língua Portuguesa 2009/2010. Confira abaixo momentos incríveis que guardo para sempre na minha memória afetiva .

Física na Veia! em Bonn, em 2010

O vídeo abaixo marca um momento delicioso para mim: o anúncio do prêmio ao vivo, via web, direto de Berlim. Sempre me divirto com o sotaque alemão ao pronunciar o nome do blog.

Estive em Bonn, Alemanha, a convite da Deutsche Welle, para receber o prêmio dentro do Global Media Forum. Confira a seguir esse momento inesquecível registrado em vídeo pelo meu amigo Bruno Rezende, editor do blog Coluna Zero, que no The BOBs 2010 recebeu o prêmio especial Climate Changes e foi companheiro de boas cervejas alemãs!

Ainda quero voltar em Bonn para reencontrar Carlos Albuquerque, brasileiro, grande figura que trabalha na Deutsche Welle como Multimediadirektion Regionen Brasilianisch (precisa traduzir?) e que foi o anjo da guarda dos blogueiros brasileiros que estiveram no Global Media Forum em junho de 2010. Foi ele quem me mandou por e-mail os detalhes do The BOBs 2016.

Entrevista na premiação durante o Global Media Forum

Entrevista para a DW na premiação dentro do Global Media Forum

Todos os blogueiros premiados no The BOBs 2010

Todos os blogueiros premiados no The BOBs 2010. Agachados, à esquerda, eu e os dois outros
brasileiros premiados: Bruno Rezende (do “Coluna Zero”, prêmio “Climate Changes”) e Vitor Knijnik
(do “Blogs do Além”, prêmio “Blogwurst”)


Para saber mais


Já publicado aqui no Física na Veia!

(*) Posts na plataforma antiga do blog

Quer entender o que são ondas gravitacionais?
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

LIGO_Caltech_OG

Concepção artística de ondas gravitacionais geradas pela dança cósmica de dois buracos negros
prestes a se fundirem. Crédito: Caltech

 

Se você mora no planeta Terra e presta um mínimo de atenção em notícias veiculadas na web, no rádio, na TV e até mesmo na mídia impressa,  certamente ficou sabendo que ontem (11/02/2016) foi oficialmente divulgada notícia sobre experimento científico que parece ter comprovado  a existência das tão esperadas ondas gravitacionais. E talvez tenha visto imagens parecidas com essa logo acima.

No entanto, se você não é físico ou não tem pelo menos uma mínima formação na área das exatas, talvez não tenha a menor ideia do que são as tais ondas gravitacionais e porque a sua comprovação já era tão esperada pela comunidade científica.

Por conta disso, pensando na maioria das pessoas que ficaram literalmente “boiando” diante da relevante notícia científica, resolvi cumprir o meu papel de professor/divulgador científico escrevendo sobre o tema de uma forma mais light, ou seja, tentando explicar tudo sem complicações e a assustadora “calculeira”.

 

O que são ondas?

No ensino médio, onde  atuo como professor e autor de material didático, de forma simples (mas sem perder o rigor conceitual), definimos onda mais ou menos da seguinte maneira:

Onda_def

Toda onda, enquanto se propaga, oscila. Logo, tem dois movimentos intrínsecos: o de propagação (movimento de translação que faz a onda se espalhar e se afastar da fonte) e o de oscilação (movimento repetitivo, um quase incessante “vai e vem”).

Também ensinamos para os jovens estudantes que, do ponto de vista da natureza das ondas, dentro da Física Clássica¹, há dois tipos bem diferentes de onda: onda mecânica e onda eletromagnética.

Onda_Mec_def

Onda_EM_def

Nas ondas mecânicas, como sugere o nome, a oscilação ocorre no próprio meio. São as partículas do meio que “sacodem” (ou oscilam, num “vai e vem”) enquanto a onda passa. Já nas ondas eletromagnéticas, quem oscila são dois campos: um elétrico e outro magnético. Não é o meio quem “sacode” mas os campos, grandezas vetoriais que ficam oscilando numa dada direção, mudando periodicamente de intensidade e de sentido.

Sendo assim, uma onda mecânica não pode existir sem o meio que lhe dê suporte, ou seja, sem as partículas que oscilam. Mas as ondas eletromagnéticas podem sobreviver à ausência do meio material pois a oscilação não está no próprio meio e sim nos campos elétrico e magnético que existem sem necessidade do meio material².

O som é um excelente exemplo de onda mecânica. Ao se propagar, uma onda sonora ondula o meio material sem o qual não poderia existir. Você sabe que não existem ondas sonoras no vácuo, ou seja, sem partículas materiais que ficam “sacudindo” enquanto a onda passa.  Já a luz é típico exemplo de onda eletromagnética. A luz não depende do meio para existir porque quem oscila enquanto a onda luminosa passa não são as partículas do meio mas os dois campos, o elétrico e o magnético. Por isso mesmo não há problema algum para uma onda eletromagnética encarar o vácuo, ou seja, a ausência de matéria.

Na Física Clássica, que compreende todo o conhecimento de Física até o final do século XIX, é assim que tratamos e classificamos as ondas.

Mas, graças a Albert Einstein e sua Teoria da Relatividade Geral, que pertence à Física Moderna, a Física do século XX, podemos ter ainda um outro tipo de ondas: as gravitacionais.

A Teoria da Relatividade Geral começou a ser desenhada em 1907 e ficou pronta em 1916, há cem anos.

Mas, antes de falarmos de ondas gravitacionais, vamos dar uma passadinha rápida pela Relatividade Geral.

Uma pitada de Relatividade Geral

Pensando diferente de Isaac Newton, que tratava a gravidade em sua Lei da Gravitação Universal como uma força atrativa mútua entre dois corpos dotados de massa, Einstein, com Teoria da Relatividade Geral, geometrizou a gravidade.

Para Einstein, vivemos num espaço de quatro dimensões: três espaciais (x, y, z) e uma temporal (t). Estamos, portanto, imersos num espaço quadridimensional (x, y, z, t). Essa ideia nasceu da Relatividade Restrita (1905). Mas, a partir de 1907, Einstein começou a pensar diferente quando, num insight, teve o que ele mesmo chamou de ideia mais importante da sua vida, o que ficou conhecido na Física como Princípio da Equivalência e que diz:

Princ_Equivalencia

De uma forma resumida, podemos dizer que os efeitos da gravidade e da aceleração são indistinguíveis. Se você estiver dentro de um elevador, dependendo da situação, poderá sentir-se mais pesado. De dentro do elevador não há como saber se você ficou mais pesado porque a gravidade local (g) aumentou de valor ou foi mero efeito da aceleração (a) do elevador que muda constantemente de velocidade.

A partir dessa ideia simples e bem conhecida por todos nós, especialmente pensando no efeito da aceleração ou da gravidade sobre um raio de luz, Einstein vislumbrou uma nova maneira de tratar a gravidade. Para ele, a gravidade não é uma força atrativa mas sim o efeito da deformação no tecido espaço-temporal (x, y, z, t) que um corpo dotado de massa (m) provoca ao seu redor.

Einstein literalmente “entortou” o Universo ao repensar uma nova concepção para a gravidade!  E abandonou o espaço imutável e bem comportado de Newton, bem-descrito pela geometria euclidiana, onde a menor distância entre dois pontos é uma reta. As novas ideias de Einstein para a gravidade requerem uma geometria não euclidiana para dar conta de um espaço curvo, literalmente deformado, onde a menor distância dentre dois pontos pode não ser mais uma reta e sim uma curva.

Mas nesse texto não queremos “calculeira” nem complicações. Certo? Como é bastante complicado (e quase impossível) raciocinar em quatro dimensões sem ter o domínio de ferramentas matemáticas avançadas, vamos simplificar a ideia imaginando um tecido espaço-temporal de apenas duas dimensões. Para ficar mais fácil ainda, e até palpável, imagine que você, com a ajuda de alguém, esticou um lençol na horizontal. Mais do que imaginar, se quiser, você pode agora pegar um lençol na gaveta do armário e, com a ajuda de outra pessoa, esticá-lo na horizontal. Esse é o nosso modelo (simplificado) de Universo local de duas dimensões!

OG_Lencol_01

Agora precisamos deformar o espaço-tempo (no nosso experimento representado pelo lençol). Imagine (ou faça!) o seguinte: coloque um corpo massivo no centro do lençol. Você sabe: um corpo massivo, qualquer corpo que tenha massa, de preferência bastante massa, como uma bola de basquete ou, quem sabe, uma melancia! Algo que consiga deformar o lençol de maneira bem perceptível. A concavidade que o lençol, nosso tecido espaço-temporal, assume, provoca a gravidade. Segundo Einstein, a gravidade não é mais uma força e sim o “efeito colateral” de uma deformação no tecido do espaço e do tempo provocado por um corpo massivo.

OG_Lencol_02

Agora imagine: se você lançar um limão sobre o lençol deformado, tentando tangenciar a concavidade, certamente o limão vai realizar uma trajetória curva e que acompanha a deformação do tecido. Para Newton, o limão teria sido atraído pelo corpo central por uma força centrípeta que curva a sua trajetória. Para Einstein, no entanto, o limão apenas segue a curvatura do espaço-tempo. No final das contas, em qualquer um dos casos, o limão vai “orbitar” a melancia. Concorda? Mas são duas concepções bem diferentes de gravidade.

OG_Lencol_03

Troque a melancia pelo Sol e o limão pela Terra e temos um modelo gravitacional relativístico para explicar porque a Terra orbita o Sol. O Sol, com grande massa, deforma o espaço-tempo ao seu redor. E a Terra, ao orbitar o Sol, simplesmente está acompanhando essa deformação.

Antes, segundo Newton, a massa central “informava” para a gravidade como exercer uma força na outra massa. E a força “informava” para a outra massa como ela deveria acelerar. Depois de Einstein a coisa é bem diferente. A massa central “informa” para o espaço-tempo como se curvar. E o espaço-tempo, uma vez deformado (ou curvado) “informa” para a outra massa como e por onde ela deve se mover.

Deu para entender o espírito da coisa?


 

Antes de prosseguir, aproveitando o momento, abro parênteses para três observações importantes:

1) O que é um buraco negro?
Um buraco negro nada mais é que um corpo tão massivo que a deformação que provoca no tecido do espaço-tempo é tão grande que forma verdadeiramente um “buraco profundo”. Nesse caso, a velocidade de escape do corpo supera a velocidade (c) da luz no vácuo. Sendo assim, a partir de determinado limite, chamado de horizonte de eventos, nada escapa da gravidade desse corpo, nem mesmo a luz. Daí dizermos que o buraco é negro. Buracos negros são “filhos” da Teoria da Relatividade Geral de Einstein.

2) Luz faz curva?
Esse talvez seja o efeito mais incrível e imediato da Teoria da Relatividade Geral. Imagine um raio raio de luz propagando-se pelo espaço e que encontre em seu caminho um corpo bastante massivo e, portanto, capaz de deformar de maneira perceptível o espaço-tempo ao seu redor. O raio de luz tentará prosseguir o seu caminho em linha reta mas será obrigado a acompanhar a curvatura do espaço-tempo, fazendo (sim!) uma curva.
Einstein, além de imaginar esse efeito, também imaginou como observá-lo e como tirar medidas dele. Bastava medir a posição relativa de estrelas por trás do Sol durante um eclipse solar total, durante o dia, e depois, noutro dia, no período da noite, medir novamente a posição relativa das mesmas estrelas sem a presença do Sol. Se houvesse diferença nas posições estelares (com Sol e sem Sol), isso seria uma evidência direta da presença da grande massa do Sol capaz de desviar a luz mudando a posição aparente das estrelas! Incrível, não? Na minha opinião, uma das ideias mais impressionantes na história da Física, tanto pela teoria quanto pela possível experimentação!
Em 1919, durante um eclipse solar total, usando a ideia acima, cientistas mediram a curvatura dos raios de luz que passavam perto da nossa estrela, o Sol. E sabe onde as observações astronômicas que levaram a essas medidas foram feitas? Na cidade de Sobral, no Ceará, Brasil³! Esse foi o primeiro grande passo para confirmar a Teoria da Relatividade Geral e colocar Einstein em evidência no mundo. Confira mais sobre o eclipse de Sobral nesse post de 2006 aqui no Física na Veia!, ainda na plataforma antiga do blog.

3) Lentes gravitacionais
Assim como uma lente convencional de vidro ou outro material qualquer transparente desvia a luz e forma imagens, um corpo suficientemente massivo, segundo Einstein, também poderia desviar a luz e conjugar imagens, tal como uma lente. Esse efeito ficou conhecido como lente gravitacional. A ilustração a seguir dá uma ideia de como ele opera na prática.

Lente_Gravitacional

Reprodução de ilustração pertencente ao material de Óptica da primeira série do ensino médio da coleção Novo Ensino Médio do Sistema Integral de Ensino, de minha autoria.

A figura acima é, obviamente, uma montagem. Mas ilustra bem o conceito de lente gravitacional. Nela vemos suposta galáxia G1 desviando a luz proveniente de outra galáxia G2, mais afastada do observador. Daqui da Terra, usando telescópios potentes e técnicas apuradas de observação astronômica, podemos observar G2 diretamente e também uma segunda imagem da mesma galáxia G2 criada pelo efeito de lente gravitacional gerado pela grande massa de G1.

No final dos anos 90 do século passado o telescópio espacial Hubble conseguiu os primeiros registros de lentes gravitacionais. Depois do Eclipse e da comprovação do desvio sofrido pela luz ao passar perto de um objeto bastante massivo, esse foi o segundo grande passo para validar a Teoria da Relatividade Geral de Einstein. Provas de fogo! Mas a teoria resistiu bravamente!

Fecha parênteses. E vamos voltar ao texto principal.


Ainda falta o terceiro e último grande passo: a comprovação experimental da existência das ondas gravitacionais. Mas ainda nem falamos o que são ondas gravitacionais, não é mesmo? Vamos a elas!

 

Ondas gravitacionais? O que são?

Volte ao experimento do lençol esticado e deformado pela melancia (ou qualquer outro corpo massivo colocado no seu centro). Imagine que algo consiga perturbar de forma contundente o corpo central, a melancia, fazendo-a oscilar. Você mesmo pode interagir com o corpo central dando-lhe pancadas. Imediatamente verá que o tecido do lençol será portador de ondulações que vão se afastar do corpo central, rumo as bordas.  Claro que, no lençol, o que criamos são perturbações típicas de uma onda mecânica. Mas, nesse nosso modelo, essas oscilações equivalem à ondulações no tecido do espaço-tempo, ou seja, equivalem à ondas gravitacionais! Onda gravitacionais são oscilações no tecido quadridimensional do espaço-tempo (no nosso modelo, simplificado para duas dimensões). Incrível, não?

Pela Teoria da Relatividade Geral é possível (e natural) intuir que perturbações na massa que provoca a deformação no espaço-tempo geram ondulações que se propagam na forma de ondas pelo tecido espaço-temporal. Pela concepção de gravidade de Newton, isso jamais seria sequer imaginável! Confira a ideia na ilustração abaixo.

OG_Lencol_04

Ondas gravitacionais, originadas em diversos eventos espalhados pelo Universo, devem estar se propagando por todo o espaço agora. E nós, na Terra, como o limão no lençol, podemos ser atingidos por elas. Ondulando o espaço-tempo, as ondas gravitacionais que nos atingem fazem o nosso planeta (e todos nós nele embarcados) oscilarmos. Sim, esticamos e encolhemos enquanto somos atingidos pelas ondas gravitacionais! A animação a seguir mostra esse efeito propositalmente exagerado.

Se as oscilações no espaço-tempo fossem tão exageradas quanto vemos na animação acima, não deveria ser muito complicado detectar as ondas gravitacionais. No entanto, como as ondas gravitacionais vêm de muito longe, até chegarem até nós certamente estão bastante “enfraquecidas”. Esse efeito oscilatório de esticar/encolher é muitíssimo sutil, o que dificulta a sua medição experimental. Mas, uma possível medida desse efeito seria contundente prova da existência das ondas gravitacionais.

Tente imaginar um experimento que possa medir essa oscilação que envolve comprimentos muito menores do que as menores partículas constituintes dos átomos. Que régua poderíamos usar para tal? Pensando bem, e piorando as coisas, será que a régua, ao oscilar em ressonância com a chegada das ondas gravitacionais, não iria mascarar esse efeito estica/encolhe, complicando e até impossibilitando a sua medição?

Como dizia Einstein, ” a imaginação é mais importante que o conhecimento (…). Cientistas, imaginativos, bolaram um método para medir a possível passagem de ondas gravitacionais pela Terra. Confira detalhes a seguir.

 

O delicado LIGO

LIGO

Um dos dois experimentos gêmeos do LIGO, localizado na Louisiana, EUA. Note os dois
braços perpendiculares, cada qual com cerca de 4 km, que partem do prédio central onde
fica a fonte laser que emite feixe que, depois de dividido, percorre cada um dos dois
braços para, então, se juntarem novamente no ponto de partida.

 

O LIGO – Laser Inteferometer Gravitational-Wave Observatory fica nos Estados Unidos e foi desenhando para tentar medir o efeito estica/encolhe provocado pela chegada e passagem de ondas gravitacionais aqui na Terra.

Ele se baseia na conhecida técnica de interferometria na qual um feixe laser único inicial é dividido em dois. Cada um dos dois feixes viaja por diferentes caminhos e, depois de refletidos por espelhos, voltam a se encontrar, sobrepondo-se, dando origem ao que conhecemos em Física como interferência.

Como os dois feixes têm origem numa só fonte, estão em concordância de fase. Mas é possível ajustar os comprimentos dos dois caminhos diferentes seguidos pelos dois feixes para que, quando se encontrarem, ocorra interferência destrutiva. Assim, crista de um se sobrepõe a vale do outro e vice-versa. E o que vemos, como produto final, é um sinal plano na tela do computador, ratificando que as oscilações dois feixes se anularam mutuamente. Essa ausência de sinal é um padrão importante. Enquanto ela existir significa que os dois caminhos permaneceram exatamente do mesmo tamanho, garantindo a condição de interferência destrutiva e sinal zero.

No entanto, se o efeito estica/encolhe provocado pela passagem de ondas gravitacionais na Terra alterar ainda que sutilmente qualquer um dos dois caminhos percorridos pelos dois feixes laser, ao se reencontrarem, não mais ocorrerá interferência destrutiva e um sinal não vai “brotar” na tela do equipamento denunciando a passagem das ondas gravitacionais. Linde demais! E ainda tem gente que não gosta de Física! Pode?

Confira na ilustração abaixo, por mim traduzida a partir de matéria na revista Scientific American, como funciona o “truque” de interferometria.

LIGO_JC_sciam

O princípio básico da interferometria.

 

As ondas gravitacionais podem vir, em tese, de todas as direções do espaço. Logo, os dois feixes laser do interferômetro devem ser dispostos em braços perpendiculares. Nesse arranjo, pelo menos um componente (ou projeção) do efeito estica/encolhe na direção de qualquer um dos dois braços já é suficiente para gerar um sinal não nulo na tela do equipamento e denunciar a passagem de possíveis ondas gravitacionais. Em outras palavras, se ondas gravitacionais passarem por ali e o equipamento for suficientemente sensível, elas (ondas) não escaparão do detector.

Mas, com tanta sensibilidade, a simples passagem de um trem próximo ao equipamento já seria suficiente para produzir sinal não nulo no equipamento, criando um falso positivo.  Para evitar medidas falsas, detectores gêmeos, bastante separados entre si (um fica em Livingston, Lousiana, e o outro em Hanford, Washington), operam em conjunto. Se apenas um deles detectar algo, trata-se de um evento local. Mas se ambos detectarem sinal idêntico e simultâneo, então o fenômeno deixa de ser local para assumir escala planetária. E aí, então, a medida torna-se confiável. Genial, não?

Em sua primeira versão o LIGO não obteve sucesso. Melhorado, agora muito mais sensível, chamado de Advanced LIGO, em setembro de 2015 fez medidas que se mostram confiáveis e denotam possível existência das ondas gravitacionais. Sim, todo cuidado em afirmar qualquer coisa ainda é pouco. Mas as evidências são contundentes.

A origem das ondas gravitacionais foi um incrível evento cosmológico distante pouco mais de 1 bilhão de anos-luz da Terra: o encontro de dois buracos negros que se fundiram dando origem a um único buraco negro maior e mais massivo. O evento aconteceu num passado distante e só chegou à Terra na segunda metade do ano passado!

Há, ainda, um outro detalhe importantíssimo: somando as massas individuais dos dois buracos negros envolvidos na dança cósmica que culminou numa fusão colossal, não encontramos o valor da massa total do buraco negro final. Um dos buracos negros tinha massa equivalente a 36 massas solares e o outro massa de 29 massas solares. Deveríamos ter, como resultado final óbvio, 36 + 29 = 65 massas solares. Certo? No entanto, o buraco negro resultante tem 62 massas solares, 3 massas solares a menos do que se poderia imaginar. Onde foi parar essa diferença de massa? Afinal, massa, assim como energia, não podem ser criadas nem destruídas. E aí entra outra obra prima de Einstein: E = m.c²! A diferença de massa m = 3 x Msol foi convertida em energia (E) obedecendo a famosa equivalência massa-energia expressa naquela que talvez seja a equação mais pop da Física, E = m.c², onde c é a velocidade da luz no vácuo, algo próximo de 300000 km/s (ou 300000000 m/s). A massa do Sol, uma estrela, é enorme. A velocidade da luz no vácuo também é gigante. Elevada ao quadrado, fica ainda maior. Multiplique três massas solares por c³ e terá gigantesca quantidade de energia (E)! É essa energia brutal que provocou o abalo inicial que originou às ondas gravitacionais que viajaram por pouco mais de 1 bilhão de anos para chegar na Terra no ano passado, bastante “enfraquecidas”, “diluídas”, é claro. Mas dentro da sensibilidade projetada do Advanced LIGO.

Vou deixar o cálculo de E =m.c² para outro post. Você pode, se quiser, tentar fazê-lo. Vale a pena. É divertido!

Mas vou parando por aqui, para não esticar ainda mais o post. Fico com a sensação de missão cumprida. Expliquei o que são onda gravitacionais sem “calculeira”, tentando ser didático para que qualquer pessoa, especialmente as não iniciadas em Física, pudessem entender. Será que consegui? Deixe seu comentário!

Ah… sim… a descoberta, se confirmada, dá Nobel de Física. Quer apostar?!


1 – Física Clássica é todo o conhecimento da Física acumulado até o final do século XIX. Física Moderna é a Física do século XX.
2 – Vale observar que na virada do século XIX para o século XX havia a crença na existência de um meio material que desse suporte às ondas eletromagnéticas. Esse meio, muito sutil, ficou conhecido como Éter Lumnífero ou, simplesmente, Éter. Muito se tentou detectar o Éter. Mas sem sucesso. Einstein, nos primeiros passos da Teoria da Relatividade Restrita (1905), ignorando a existência do Éter, postulou que a velocidade da luz é absoluta. E o Éter, nunca detectado, foi esquecido. E, como nunca mais fez falta alguma, ignorado. Talvez ele exista. E tenha alguma função ainda desconhecida.
3 – Medidas também foram feitas por um segundo grupo de cientistas na Ilha do Príncipe, África. Mas prefiro privilegiar a presença marcante do Brasil nesse incrível acontecimento científico.

Para saber mais

  • O artigo original: Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger (PDF, em inglês)

Vídeos

“Mensageiro Sideral’, de Salvador Nogueira [português, 2min52s | 2016]

Palestra “Gravitational wave astronomy – opening a new window on the Universe” | Martin Hendry | TED x Glasgow [Em inglês, 15min07s | 2014)

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Por que o Carnaval acontece tão cedo em 2016?
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Lua&Carnaval

É científico! A Lua Cheia influencia o Carnaval!

 

Em 2011 a terça-feira de Carnaval foi em 8 de março. Em 2015 caiu em 17 de fevereiro, bem mais cedo. Mas agora em 2016 a terça de Carnaval acontece ainda mais cedo, no próximo dia 9 de fevereiro.

Você sabe porque a data do Carnaval muda a cada ano? E por que o Carnaval acontecerá tão cedo em 2016?

Tudo gira em torno da data da Páscoa que, de uma forma mais moderna, é obtida pela seguinte regra astronômica:

“A Páscoa acontece sempre no primeiro domingo depois da primeira Lua Cheia que ocorrer a partir do dia 21 de março”.

Note que 21 de março é a data aproximada do equinócio (de outono, no hemisfério sul, ou de primavera, no hemisfério norte).

Para descobrir a data da terça-feira de Carnaval, basta seguir os passos descritos abaixo.

 

Quatro passos para calcular a data da terça de Carnaval

1° passo: Procure no calendário o dia 21 de março, data aproximada do equinócio. Em 2016 é uma segunda-feira.

2° passo: Consulte um calendário lunar confiável para descobrir em que dia vai acontecer a primeira Lua Cheia depois de 21 de março Em 2016, a primeira Lua Cheia depois de 21 de março acontece dois dias depois, logo no dia 23 de março, quarta-feira.

3° passo: Encontre o primeiro domingo depois dessa primeira Lua Cheia após 21 de março. Em 2016 é o dia 27 de março. Você acaba de descobrir a data da domingo de Páscoa. E é claro que um dia antes da Páscoa é o Sábado de Aleluia e dois dias antes a Sexta-Feira da Paixão.

4° passo: A terça-feira de Carnaval acontece exatamente 47 dias antes do domingo de Páscoa.

Confira, no calendário abaixo, o resultado dos quatro passos descritos acima. E descubra porque a terça-feira de Carnaval em 2016 cai em 9 de fevereiro, tão cedo!

Data__Carnaval__2016

Calendário de 2016, organizado de segunda a domingo, e os quatro passos para encontrar a data da
terça-feira de Carnaval. Clique para abrir versão maior noutra janela.

 

Deu para entender a ideia? Todo ano é sempre assim. Você encontra a data do domingo de Páscoa (pela regra astronômica destacada em vermelho logo acima) e retrocede 47 dias no calendário para achar a terça-feira de Carnaval. Simples!

Em anos em que a primeira Lua Cheia depois do equinócio acontece mais tarde em relação ao dia 21 de março, a Páscoa é “empurrada” para frente no calendário. E pode ocorrer em março e até mesmo em abril. Junto com ela vai o Carnaval que acaba acontecendo também mais adiante, muitas vezes em março. Em 2016 a primeira Lua Cheia depois de 21 de março acontece bem cedo! Logo, a Páscoa também acontece mais cedo, trazendo consigo todas as outras datas móveis, forçando o Carnaval a acontecer mais cedo, logo no começo de fevereiro.

A tabela abaixo mostra diversas datas móveis e como encontrá-las a partir da data da Páscoa.

Tabela_datas_moveis

 

Corpus Christi  é um feriado bem tradicional no Brasil. Ele sempre acontece 60 dias depois do domingo de Páscoa. E, 60 dias depois de um domingo, é sempre uma quinta-feira. É costume emendarmos quinta, sexta, sábado e domingo, num feriadão prolongado. Em 2016 (pode contar os dias no calendário) Corpus Christi cai em 26 de maio.

Há alguns anos publiquei (ainda na plataforma antiga do blog) uma calculadora on line que descobre, apenas a partir do ano, as datas da terça-feira de Carnaval, do domingo de Páscoa e de Corpus Christi. Se estiver com preguiça de fazer as contas na mão, ela será útil!

Viu como a Astronomia, que tem a ver com Física, também tem tudo a ver até com o Carnaval? É que Física tem a ver com tudo! Certo?

 

Show de planetas nas madrugadas de Carnaval

Por falar em Astronomia e Carnaval, não perca durante o Carnaval o show de astros nas madrugadas. Cinco planetas (Mercúrio, Vênus, Marte, Saturno e Júpiter) estarão visualmente enfileirados no céu. Se ficar acordado até as madrugadas durantes o Carnaval, depois da folia, vale relaxar olhando para o céu e vendo os planetas. Confira abaixo a belíssima imagem feita por Denis Crute em 2 de fevereiro na Austrália. Ele mostra os quatro planetas no fila aparente, quase fazendo pose pra foto.

Denis_Crute_Australia_2fev2016_5planetas

5 planetas antes do Sol nascer (e mais a Lua). Denis Crute (fonte: Spaceweather)

Eu adorei essa foto. E você? Veja-a aqui em maior resolução.

Vou tentar observar/fotografar os planetas nas próximas madrugadas. Se conseguir, posto por aqui.


Já publicado no Física na Veia!

(*) post publicado na plataforma antiga do blog

 


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