Posts Tagged ‘Sol’

Sons do Sol

junho 28, 2010

Astrônomos da Universidade de Sheffield (Reino Unido) realizaram uma gravação do que seriam os harmônicos musicais produzidos pelo campo magnético da fotosfera solar. Dica do blog de Astronomia do astroPt.

Eles perceberam que os arcos magnéticos, que podem ser vistos na superfície solar, comportam-se como cordas vibrantes de um instrumento musical. A partir disso, obtiveram o que seria percebido caso estas cordas vibrantes hipotéticas estivessem aqui, na superfície terrestre. Ou seja, obtiveram as ondas sonoras emitidas por este instrumento hipotético.

Os dois vídeos, acima e abaixo, ilustram o que poderíamos ouvir, caso o espaço interplanetário não fosse puro vácuo, e se comportasse como nossa atmosfera.

O professor Robertus von Fáy-Siebenbürgen, chefe da equipe, argumentou que: “É estranhamente lindo e excitante ouvir estes ruídos pela primeira vez sabendo que são originários de uma fonte tão enorme e potente. Isto é um tipo de música já que tem harmônicos, e estes novos dados nos proverá meios alternativos de conhecer o sol, além de nos dar novas dicas sobre a Física que acontece nas camadas solares mais externas, onde as temperaturas podem alcançar alguns milhões de graus Celsius.”

Curtam o Som!

Física interessante

fevereiro 4, 2010

Será possível um ser humano ser mais potente que nosso astro-rei?

Aconteceu na semana passada o curso “Física Interessante”, promovido pela Comissão de Cultura e Extensão do Instituto de Física da USP. Otaviano Helene foi o professor responsável pelas aulas.

O curso tem sido oferecido frequentemente nos últimos anos. Ele é voltado a um público de educadores de ensinos fundamental e médio de formações distintas – não necessariamente físicos, mas também biólogos, químicos etc.

A proposta do curso é a de apresentar aspectos da Física de nosso cotidiano. Para tanto, o professor utiliza de alguns conceitos da Física Básica (aquela do ensino médio) e uma série de aproximações e hipóteses físicas pertinentes para tratar de assuntos como tsunamis, olho humano, estrutura da matéria (por exemplo, quanto se deve misturar o durepoxi para fazer uma massa homogênea?), energia consumida pelo corpo humano e seu resfriamento, entre outros.

Em alguns pontos do curso, o professor se sentiu à vontade de apresentar alguns conceitos de cálculo diferencial e integral (o que, salvo raras exceções, não é conteúdo de ensino médio) para tratar de problemas um pouco mais elaborados, como a formação de ondas do mar, fazendo com que alguns dos alunos que não tiveram esse conteúdo na faculdade ficassem “boiando” por um tempo e exercitando sua fé no que o professor nos apresentava. Apesar disso, os temas foram, de forma geral, apresentados em um formato mais atraente do que em uma aula média de Física em uma escola comum.

Um assunto que me chamou a atenção diz respeito à energia produzida por um ser humano com relação a sua própria massa e comparada ao Sol (aqui se manifesta mais uma vez a veia astrônoma do Café com Ciência).

Imagine que uma pessoa tenha uma alimentação diária que lhe forneça em média 2200 kcal – o que é razoável – para, em uma primeira aproximação, manter o corpo funcionando ou, basicamente, à uma temperatura constante e conveniente para seu funcionamento. Como 1 kcal equivale a aproximadamente (~) 4 J, então o corpo humano converte ~10 milhões de joules (107 J) de energia química, fornecida pela comida, em energia térmica por dia (ou 24 h x 60 min x 60 s = 86400 s).

Lembrando que a potência é igual a energia consumida por segundo, então a potência do corpo humano é igual a 107 J / 86400 s ou ~100 W). Se essa pessoa que consome 2200 kcal diárias pesar cerca de 100 kg, sua potência por massa deve ser de ~1 W/kg.

Para comparar esse valor com o do Sol, vamos dividir o valor da luminosidade (energia irradiada na superfície) solar, 4×1026 W, por sua massa, 2×1030 kg. A potência por massa do Sol é, portanto, 0,0002 W/kg.

Ou seja, a potência por massa do Sol é vinte mil vezes MENOR que a de um ser humano!

Essa comparação que vai contra o (meu) senso comum (afinal, como um ser humano pode produzir mais energia que uma estrela? Estudei estrelas todos esses anos acreditando em todo seu poder! Como pude ser tão inocente!?) só é razoável porque a maior parte da massa do Sol não contribui para sua produção de energia: apenas uma parte dos átomos de hidrogênio, presente em seu núcleo, participa das reações nucleares que produzem a energia liberada pelo Sol em forma de radiação. É essa massa “inerte”, que não produz energia, que de certa forma “dilui” a potência por massa solar; se levássemos em conta apenas o núcleo solar, sua potência por massa seria de aproximadamente ~108 W/kg!

E se pensarmos em potência absoluta, sem dividi-la pela massa, obviamente o Sol ainda é mais potente que o corpo humano (ufa!).

O material do curso foi disponibilizado pelo professor Otaviano aqui.

A Rodopsina e o Sol

janeiro 22, 2010

É incrível como às vezes fatos aparentemente simples se correlacionam em um nível tão profundo que te deixam simplesmente embasbacado. Uma dessas correlações acontece entre a rodopsina e o nosso estimado Sol.

A pergunta é: porque nós enxergamos bem em uma certa faixa estreita do espectro eletromagnético (entre 400 e 700 nm – veja a figura acima) e não em outras faixas, como o infravermelho, ultravioleta ou ondas de rádio? Como essa eficiência dos nossos olhos se desenvolveu durante a nossa evolução? E por quê? Bom, antes disso, um pouco de Física…

A Lei de Wien mostra que o comprimento de onda para o qual a emissão de radiação de um corpo negro é máxima é inversamente proporcional à sua temperatura superficial. Dessa forma ela é escrita assim:

Essa expressão pode ser deduzida (com um pouco de Cálculo I) sem muitos problemas à partir da Lei de Planck da Radiação. Ou seja, corpos com temperaturas maiores terão seus picos em comprimentos de onda cada vez menores (o azul é uma “cor mais quente” que o vermelho!).

É aí que entra a tal da rodopsina, que é um fotopigmento responsável pela detecção de fótons presente nos bastonetes dos olhos dos vertebrados (definição retirada daqui). Onde então se daria o máximo de percepção da luz para os nossos olhos, através da rodopsina?

A pergunta de 1 zilhão de dólares:  sabendo que a temperatura superficial do Sol é 5778 K e que, segundo a equação acima, o valor de λ é aproximadamente 500 nm (cuidado com as unidades! 1nm=10-9m),  qual é o comprimento de onda no qual a rodopsina possui maior eficiência na absorção da luz?

a) 1.

b) onda, que onda?

c) Plutão.

d) 1.01.

e) não foram fornecidos dados suficientes para a resolução do problema.

f) próximo a 500 nm, igualzinho ao Sol.

E, para a alegria e surpresa de todos, a absorção máxima da rodopsina se dá em 500 nm. A natureza é mesmo incrível…

Bom, eu não tenho propriedade para falar sobre aspectos evolutivos dos seres humanos, adaptações e temas relacionados, mas mesmo assim, essa correlação pode nos levar a uma série de constatações sobre o quão “por acaso” nós existimos e que, na verdade, nossa situação não é tão especial assim: Veja, nosso Sol é uma estrela muito comum, de baixa massa, baixa temperatura superficial e que ficará estável por muitos bilhões de anos. A Terra está dentro da chamada zona habitável, nem muito perto nem muito longe do Sol. E assim, a radiação recebida na superfície do nosso planeta é tal que incentivou tais adaptações por parte dos organismos que aqui vivem.

E ainda existe muita gente que realmente acredita que o Universo foi criado em sete dias…

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Obs1: Tenho quase certeza que ouvi essa história de um colega de trabalho. Caso eu consiga lembrar atualizo o post.

Obs2: Se algum dos nobres leitores se dispuser a contribuir com algum comentário enriquecedor, não hesite em escrever.

Os Anéis da Terra!

janeiro 13, 2010

E se a Terra tivesse anéis como Saturno? Essa foi a ideia motivadora dos criadores do vídeo acima. Mas não se trata de astrologia, pode ficar tranquilo.

O vídeo foi uma dica do colega de trabalho Daniel Moser. A animação foi realizada por Roy Prol, e mostra não somente como os famosos anéis seriam vistos nos nossos céus a partir da superfície terrestre, mas também como seriam se vistos a partir do espaço.

Prol afirma que as imagens dos anéis a partir da superfície da Terra foram criadas de acordo com o local (latitude) e a orientação do obervador. Além disso, os tamanhos dos anéis foram calculados respeitando o limite de Roche da Terra.

Interessante em Quito que, devido à proximidade da linha do Equador, os anéis seriam visto de perfil. E demarcariam uma linha vertical nos céus. Seria assombroso!

Interessante que durante a noite, a luz do Sol ainda iluminaria os anéis. Isso atrapalharia algumas observações astronômicas, mas como estamos na era de telescópios espaciais, acho que já não seria o maior dos problemas.

O principal inconveniente é que, provavelmente, não haveria lugar para a Lua em torno da Terra. Mas, mesmo assim, seria maravilhoso!

Senhoras e senhores, O Campo Magnético!

dezembro 7, 2009

O vídeo acima (do pessoal do Laboratório de Ciências Espaciais da NASA) mostra alguns efeitos especiais dos campos magnéticos. Nele podemos ver arcos e linhas magnéticas. Os efeitos visuais e sonoros são editados para facilitar a compreensão do fenômeno.

Diferentemente de um ímã tradicional onde há um polo magnético sul e um outro chamado norte, alguns objetos apresentam vários desses polos. Isto pode ser verificado pela presença de arcos, pois estes são linhas que ligam dois polos opostos.

Como pode ser visto no vídeo, não é raro que que às vezes estas linhas fiquem com uma extremidade solta, e que bamboleiam enquanto procuram seu polo oposto. Quando tratamos de magnetismo, os opostos se atraem mesmo.

Além disso, muitas vezes essas linhas se tocam, e o resultado pode ser bem explosivo.

Como curiosidade, as famosas “proeminências solares” são resultado destas potentes linhas magnéticas que quando se cruzam expelem matéria pra todo lado.

Na figura logo abaixo, mostro um esquema em que vemos as linhas magnéticas do Sol e da Terra. Cada ejeção de matéria por parte do Sol seria extremamente perigosa à vida na Terra não fosse seu campo magnético.

Como pode ser visto na figura, as linhas de campo magnético da Terra servem como um escudo contra o bombardeamento solar. Interessante que algumas partículas carregadas eletricamente e oriundas do Sol podem adentrar pelos polos do campo magnético terrestre. Elas escolhem esse caminho porque ao serem barradas pelo campo terrestre, algumas, contornam as linhas de campo e são direcionadas aos polos.

Estas partículas extremamente energéticas ao interagir com nitrogênio e oxigênio, principalmente, da atmosfera terrestre causam as famosas Auroras, sendo as boreais as mais famosas.

Já na última figura, podemos ter uma ideia do tamanho da criança. A Terra fica completamente diminuta quando comparada a um simples espirro solar. Notem a forma de arco destas proeminências.

Auroras

Auroras e o campo magnético terrestre.

Sol-Terra

Comparação entre a Terra e uma proeminência solar.

Analogia da Semana – Distâncias II

novembro 16, 2009

Outro dia eu estava assistindo uma aula quando ouvi o seguinte: “podemos considerar as estrelas como objetos não colisionais”. Até aí tudo certo, eu já havia ouvido comentário semelhante antes, mas nunca tinha feito a conta. Então achei que valia a pena fazer um pouco de matemática para saber qual é a probabilidade do mundo acabar.

(Os parágrafos à seguir contém MUITAS aproximações e algumas imperfeições, que foram adicionadas para mostrar que, mesmo fazendo muita força, a chance de duas estrelas colidirem é quase zero.)

O diâmetro do Sol é de quase 1.500.000 km. Vamos supor, para simplificar, que todas as estrelas (inclusive o Sol) possuem o diâmetro 20000 vezes maior do que este valor (o que já é um exagero). Agora digamos que esse diâmetro seja equivalente ao de uma bola de basquete (30 cm). Nesse contexto, a estrela mais próxima do Sol, coincidentemente chamada de Próxima Centauri, estaria à distância de 300 metros. Ou seja, duas bolas de basquete separadas pela distância equivalente a 10 quadras oficiais de basquete. Acho meio difícil acontecer algum acidente. E digo mais, se esse sistema estivesse em São Paulo, o centro da Galáxia estaria em Maceió!

OK, agora vamos supor que estas duas estrelas estão em rota de colisão com velocidade de 300 km/s cada (isso mesmo, 300 km por segundo), ou seja, 600 km/s de velocidade relativa. Fazendo as contas, conclui-se que (dentro desse cenário quase absurdo onde elas viajam em linha reta uma em direção à outra) elas iriam demorar 1600 anos para colidir.

Agora, as hipóteses fajutas:

  • Na escala proposta, o Sol está mais para cálculo renal do que para bola de basquete;
  • A maioria dos objetos gira ao redor do centro da Galáxia, e a velocidade de rotação do Sol ao redor do centro Galáctico é 210 km/s. Isso tudo para dizer que as estrelas estão sob um potencial gravitacional devido ao centro, e o vetor velocidade não está na direção de outra estrela.
  • Na melhor das hipóteses, se as duas estivessesm alinhadas com o centro, apenas uma componente muito pequena da velocidade estaria na direção da linha que liga as duas estrelas. E ainda mais, esses vetores apontariam para a mesma direção, diminuindo ainda mais a chance de um encontro.

Se você ainda não se convenceu, pense novamente no cálculo renal e na bola de basquete separados por 10 quadras de basquete, em São Paulo, girando em torno de uma grande massa situada em Maceió.

Essa história me deu uma boa idéia para outro post sobre cinemática e estrutura da Via Láctea. Mãos à obra!

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UPDATE: Um colega me apontou um erro nas contas: fiz uma pequena confusão de valores. O número 150.000.000 km é, na verdade, a distância Terra-Sol (1 unidade astronômica). Assim, o valor utilizado para os raios das estrelas é 200 vezes a distância entre nós e o Sol!!! Vou arrumar o texto no post e refazer as contas com o raio correto (700.000 km). Então, as estrelas utilizadas para a conta possuem 20.000 vezes o raio solar. Realmente o sono não me fez bem…

UPDATE2: Utilizando valores mais corretos, se o Sol tivesse o diâmetro de uma bola de basquete, Próxima Centauri seria do tamanho de uma bolinha de gude e a distância entre elas seria de 6.000 km (distância entre São Paulo e Santo Domingo – Rep. Dominicana).

E, por fim, nesse novo sistema de referência, a distância entre o Sol e o centro da Galáxia seria 45.000.000 km, ou quase um 1/3 da distância Terra-Sol (que foi o valor que começou com a confusão!)

Hiparco, Pogson e as magnitudes

agosto 29, 2009

Certas definições, quando estabelecidas, são muito difíceis de serem alteradas. O conhecimento às vezes se acumula sobre conceitos que, na sua época, poderiam parecer corretos, mas que hoje tornam-se até contra-intuitivos. Essa inércia ocorre bastante em Astronomia, e os alunos geralmente sofrem para assimilar tudo isso.

Um exemplo bastante interessante é o caso da magnitude que, por definição, fornece uma escala de brilho de um dado objeto astronômico. Hiparco, brilhante astrônomo grego que viveu entre 190 e 120 a.C. desenvolveu (entre muitas outras coisas) um sistema de classificação dos objetos no céu. Para ele, a estrela mais brilhante que conseguia ver foi chamada de estrela de primeira grandeza (ou de primeira magnitude). Da mesma forma, a estrela mais fraca que seu olho conseguia enxergar foi chamada de estrela de sexta grandeza (ou sexta magnitude).

Até aí tudo certo. Passaram-se 2 mil anos até que Norman Robert Pogson percebesse que a diferença de brilho aparente entre as estrelas de primeira e sexta magnitudes era de aproximadamente 100 vezes. A primeira vista alguém poderia dizer que uma estrela de magnitude 3 é 2 vezes menos brilhante do que uma estrela de primeira magnitude, mas não é bem assim que acontece. O nosso olho possui uma resposta logarítmica à luz. Por isso que uma diferença entre 1 e 6 magnitudes é traduzida em uma razão de 100 em brilho aparente.

Assim, a magnitude aparente (m) de um objeto é proporcional ao logarítmo do fluxo recebido pelo olho (com um sinal negativo na frente, para levar em conta a inversão de escala feita por Hiparco). O problema não antecipado por Hiparco era que, um belo dia, seríamos capazes de desenvolver equipamentos que pudessem “ver” objetos muito mais fracos do que um ser humano jamais pensaria em enxergar. Então, começaram a aparecer magnitudes negativas! Alguns valores de magnitude visual estão listados abaixo (retirados daqui):

  • Sol: m =  -26.74 (porque é a estrela que está mais próxima a nós)
  • Lua cheia: m = -13
  • Acrux: m = 1.3 (a estrela mais brilhante do Cruzeiro do Sul)
  • Urano: m = 5.6 (o limite do olho humano sem instrumentos é 6.0)
  • Plutão: m = 13.6
  • Hubble: m = 30.0 (limite de magnitude que o telescópio espacial consegue detectar)

Essa definição de magnitude aparente não leva em conta, por exemplo, a distância em que o objeto se encontra.  Com efeito, essa quantidade não fornece nenhuma informação sobre o brilho intrínseco dos objetos. A fluxo de luz que parte da estrela sofre (entre outros efeitos) uma “diluição geométrica”, diminuindo com o quadrado da distância. Além disso, a poeira presente no meio interestelar também afeta a luz vinda dos objetos. Sendo assim, estrelas muito brilhantes e muito distantes podem possuir um valor alto de magnitude aparente. Já objetos mais próximos e menos brilhantes podem ter uma magnitude menor. Para resolver o impasse, foi definida uma grandeza chamada magnitude absoluta, que fornece o brilho dos objetos em uma certa distância padrão. Nessa escala, a magnitude do Sol é 4.83.

Então agora tudo certo… Não! Para piorar um pouco a situação, as estrelas possuem cores (temperaturas) diferentes. Isso significa que cada uma emite quantidades diferentes de energia em diferentes partes do espectro eletromagnético. Assim, as magnitudes também devem ser definidas em intervalos de comprimento de onda (magnitude aparente/absoluta no visível, infra-vermelho e etc.), criando assim uma série de definições complementares. Existe ainda o conceito de magnitude bolométrica, que está associada ao fluxo emitido pelo objeto somado em todos os comprimentos de onda.

Se alguém tivesse avisado o Hiparco sobre essa confusão toda, teria ele feito algo diferente?

Analogia da Semana – Planetas do Sistema Solar

junho 1, 2009

Sexta-feira passada atingimos a marca de 1.000 acessos no Café com Ciência. Ficamos extremamente felizes pois, em quase dois meses de existência, conseguimos atingir um dos nossos objetivos, que é divulgar ciência. Nosso companheiro de blog Moisés não queria deixar as 1000 contagens passarem em branco, e deu a idéia de fazer um post sobre isso.  Como eu estava com uma analogia na cabeça para essa semana, pronto!

Então, em homenagem ao blog, vou utilizar o número 1000. Nesse caso, serão 1000 gramas, ou 1kg. A nossa tão querida Terra possui uma massa de 6.000.000.000.000.000.000.000.000kg. Para comparar esse peso todo com a massa dos outros planetas do Sistema Solar, imaginemos a Terra como sendo uma bolinha de 1kg (o peso de um pacote de feijão). Se assim fosse, os demais planetas teriam as seguintes massas (Obs: Plutão, coitado, não é mais considerado um planeta como a Terra, mas não vou excluí-lo da analogia):

  • Mercúrio: 55 gramas (uma fatia bem caprichada de queijo)
  • Vênus:      815 gramas (um camaleão jovem)
  • Terra:       1 kg (dois pacotes de Café Melita Extra-Forte)
  • Marte:      107 gramas (dois pãezinhos)
  • Júpiter:    318 kg (peso de um cavalo pequeno)
  • Saturno:   95 kg  (meu tio)
  • Urano:      15 kg (uma criança de uns 4 anos)
  • Netuno:    17kg (uma bicicleta)
  • Plutão:      2 gramas (um sachê de adoçante – causa principal de seu complexo de inferioridade).

É interessante notar que os planetas entre Júpiter e Netuno são bem mais pesados que os demais. Estes planetas são chamados de Planetas Jovianos (ou Gigantes Gasosos), por serem compostos principalmente de gás. Já os planetas entre Mercúrio e Marte são os Planetas Telúricos (ou Terrestres) pois são planetas rochosos do mesmo tipo que a Terra. Já Plutão é considerado um Planeta Anão.

OK, estas são as massas. Mas e os tamanhos? São muito diferentes? Bom, uma imagem vale mais do que 1000 (olha ele aí denovo!) palavras:

Figura retirada de: http://www.astro.iag.usp.br/~gastao/PlanetasEstrelas/index.html

Para ver esta figura em melhor qualidade e outras bem legais clique aqui. Só para uma referência, o diâmetro da Terra é de 12.756km, e o de Júpiter é de 142.984km (Saturno, que não aparece, tem um diâmetro de 120.536km). Na figura também são mostrados alguns planetas semelhantes à Plutão (Ceres e Éris) e alguns satélites (Lua e demais corpos mostrados na figura).