Por que os satélites e foguetes costumam ser lançados a partir da linha do Equador?

De acordo com a revista Mundo Estranho da editora Abril e do artigo "como funciona os satélites?" de Gary Brown, a velocidade de rotação da Terra nas proximidades da linha do Equador é de 1669 km/h, maior do que em qualquer outro ponto do planeta. Isso se explica devido ao seu formato esférico: a Terra tem circunferência muito maior na linha do Equador do que nos seus polos, o que faz com que, consequentemente, a sua velocidade para completar o movimento de rotação também seja maior onde é marcada a linha imaginária.

Isso torna muito mais vantajoso que foguetes espaciais sejam lançados a partir dessa região por ganharem um impulso extra para atingir a velocidade de escape (velocidade mínima para que um corpo se livre do campo gravitacional da Terra= 40.320 Km/h), ou até mesmo, quando um país não tem bases de lançamento no Equador, procura-se instalá-las o mais próximo possível dessa linha.

Na base de Alcântara, no Maranhão, e Barra do Inferno, no Rio Grande do Norte, o impulso fica em torno de 1660 km/h, já se um foguete fosse lançado em uma suposta base em São Paulo, seria a uma velocidade aproximada de 1525 km/h o que dá uma diferença de 135 km/h. A maior base dos EUA é a do Cabo Canaveral, situada na Flórida-EUA e seus foguetes são lançados com impulso de aproximadamente 1460 km/h.

Já que o raio médio da Terra não é o mesmo nela toda devido ao seu achatamento nos polos, também temos que levar em consideração que a distância percorrida por foguetes lançados em torno dela pode variar.

Pode-se entender, portanto, o motivo da escolha da linha do Equador para a instalação das bases espaciais, porque assim a distância percorrida é menor, economizando combustível e consequentemente garantindo maior segurança ao evitar possíveis explosões.

A partir desse artigo informativo muito bem desenvolvido da revista, baseado em fundamentos teóricos, podemos compreender a importância da escolha da localização das bases espaciais em torno do mundo e no que isso pode refletir na nossa própria segurança. Concluindo nos seus experimentos, que as bases lançadas perto do Equador trouxeram mais benefícios.

A obra, de certa forma, exige um conhecimento em geografia; coordenadas geográficas, movimentos terrestres e física; gravitação universal e velocidade de escape, que e pode ser medida, V²: 2GM/ R. E é dirigida ao público que possa vir a ter curiosidade e interesses relacionados à este assunto.

Esse artigo pode ser considerado baseado nos estudos do cientista inglês Isaac Newton, que ao descrever a Lei de Gravitação Universal, que prova que a altura e o raio do planeta são inversamente proporcionais à gravidade dele, descobriu, mesmo que indiretamente, que o lançamento de foguetes seria mais favorável nas proximidades da linha do Equador [G= gM/(R + h)²].

Referências bibliográficas:

http://mundoestranho.abril.com.br/materia/por-que-os-satelites-costumam-ser-lancados-a-partir-do-equador

http://ciencia.hsw.uol.com.br/satelites2.htm

Buraco negro: O fenômeno invisível

Um mistério interessante

                                         Craig C. Freudenrich

Buracos Negros são temas de inúmeros assuntos, porém, causam certas curiosidades e dúvidas em muitos. Até mesmo Albert Einstein duvidou um dia da existência destes “buracos invisíveis”. Em 1939, registrou em um de seus importantes trabalhos que “buracos negros não existiam”. Se você, caro leitor, é curioso como nós e quer saber como é criado, o que aconteceria com algum corpo que chegasse perto de um buraco negro e outras curiosidades a respeito deste, tenha certeza que esta obra baseada na tese de Craig C. Freudenrich fará com que sua curiosidade acabe.

O que é um buraco negro?

Primeiramente, podemos dizer que buraco negro é o que resta de uma estrela morta. Uma estrela que, em geral, tem seu centro três vezes maior que a massa do Sol. São classificadas como imensos reatores de fusão, pois dentro de seus núcleos, ocorrem diversas fusões de gases provenientes de sua estrela original. Podemos entendê-los melhor ao sabemos como se originam.

Como se originam?

O autor Craig Freudenrich relata a possível formação de um buraco negro a partir da explicação de como funciona uma estrela de massa muito elevada.

Quando o núcleo de estrelas de massa maior que a do Sol se esgota de gás hidrogênio, transforma-se hélio em carbono através do processo de fusão. Quando o hélio se esgota, é necessário a partir de sua massa, a transformação de carbono em elementos mais pesados, como o ferro, por exemplo. Quando o núcleo da estrela se transforma em ferro, ela entra em colapso e o núcleo se aquece. A seguir, o núcleo se reduz a um núcleo de nêutrons (raio de aproximadamente 10 km). Com isso, o núcleo se comprime ainda mais e sua temperatura aumenta cerca de bilhões de graus, causando uma explosão (“supernova”) liberando grandes quantidades de material e energia para o espaço.

Como consequência, além da explosão causada, resultará um núcleo altamente comprimido, de gravidade tão forte que nem a luz escapa de sua atração. Além disso, devido sua gravidade, o núcleo comprimido se afunda na estrutura espaço-tempo, formando neste um buraco, chamado de buraco negro.

 

Como funcionam?

De acordo com Freudenrich, o que era o centro da estrela original agora se torna a parte central do buraco negro e é denominada singularidade. Sua abertura chama-se horizonte de eventos ou boca do buraco negro, como é considerada. Quando algo passa por esta cavidade, desaparece para sempre (isto inclui até mesmo a luz, por isso o nome buraco negro). Ainda não se sabe o que acontece dentro desse buraco invisível.

          

          São classificados em dois tipos diferentes: Schwarzschild (buraco negro sem rotação) e Kerr (buraco com rotação). Este ultimo tem sua própria rotação pois a estrela que o originou era  giratória. Quando esta é morta, seu núcleo continua girando, e isso repercute no buraco negro.

É importante lembrar que os buracos negros não consomem tudo ao seu redor. Caso um objeto passe pela ergosfera (região próxima ao horizonte de eventos de um buraco negro com rotação) ele pode sair do buraco ao obter sua energia de rotação. Porém, se um objeto passar pelo horizonte de eventos, será sugado e jamais sairá do buraco negro. Como o buraco do tipo Schwarzchild não tem rotação própria, não é possível que um objeto, se passar pela ergosfera, saia obtendo a rotação do buraco negro que esta contido. Além da presença de uma ergosfera, buracos do tipo Kerr tem a cavidade denominada limite estático, fronteira entre a ergosfera e o espaço normal.

 

Como detectar os buracos negros?

Mesmo que estes buracos sejam invisíveis, podemos detecta-los ou adivinhar sua presença medindo seus efeitos sobre objetos ao seu redor. Efeitos como:

- Estimativas da massa de objetos que orbitam um buraco negro ou que estão indo em direção ao seu núcleo: Usando medidas dos movimentos de objetos ao redor de um suposto buraco negro, podemos calcular sua massa, comprovando desta forma, sua existência.

- Efeitos de lente gravitacional: Com base na teoria da relatividade de Einstein, que previu que a gravidade poderia curvar o espaço (comprovado depois, a partir da observação de um eclipse solar). Logo, um objeto com elevada gravidade como uma galáxia ou um buraco negro entre a terra e um objeto poderia curvar a luz proveniente do objeto para dentro de seu foco, semelhante ao que faz uma lente gravitacional.

- Radiação emitida: Quando a matéria entra no buraco negro originado de uma estrela e o acompanha, ela é acelerada e se aquece a um milhão de kelvins. A matéria emite raios X que podem ser detectados por telescópios orbitais de raios X.

 

Curiosidades sobre assuntos relacionados a buracos negros:

- Após certo período em estrelas como o Sol, o núcleo fica sem gás hidrogênio, o que faz com que ocorra uma fusão de tal gás em uma camada superior ao núcleo. Com isso, este se contrai e se aquece, elevando a temperatura das camadas superiores e as expandindo, logo, seu raio irá aumentar. Podemos chama-la, neste caso, de “gigante vermelha”.

- O raio do horizonte de eventos é denominado raio de Schwarzschild, em homenagem ao astrônomo Karl Schwarzschild, autor do trabalho que levou à teoria dos buracos negros.

 

                                               Simulação de um buraco negro

Bibliografia: http://ciencia.hsw.uol.com.br/buracos-negros1.htm

                        http://ciencia.hsw.uol.com.br/buracos-negros2.htm

                        http://ciencia.hsw.uol.com.br/estrelas6.htm

                        http://ciencia.hsw.uol.com.br/buracos-negros3.htm

                      http://misteriosfantasticos.blogspot.com.br/2011/07/buracos-negros.html

                       

                         

                             

 

 

Ferrofluido

O Ferrofluido, também conhecido como o Imã-Porco-Espinho, foi desenvolvido pela NASA, por volta dos anos 60, onde a função do ferrofluido, seria, controlar o combustível das naves, na ausência de gravidade, assim sendo, o combustível sendo guiado por um campo magnético. Desde então, as técnicas se aperfeiçoaram, e desde então, tem se criado ferrofluido com as mais diferentes características.

   E porque ele também é conhecido  como Imã-Porco-Espinho? Simples, quando ele é aproximado de um campo magnético, as bilhares de nano partículas em seu interior, elas agem em conjunto e formam espinhos, que ficam na direção exata, das linhas, do campo magnético, e o faz parecer como um porco espinho.

   O ferrofluido pode ser aplicado em transformadores, pois seu magnetismo auxilia na diminuição da temperatura do sistema e gera maior eficiência nos resultados. O objetivo do óleo presente nos transformadores é dissipar o calor produzido e quando o Ferro-Fluído é adicionado neste óleo, devido sua resistência dielétrica, o calor é propagado com maior eficiência.

Bibliografia: resenha baseada no vídeo do canal Manual do Mundo. 

Link para o vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=mUuXIWRwnGI

Marés

                                                       Bibliografia

http://www.brasilescola.com/fisica/newton-explicacao-das-mares.htm

Autor : Marco Aurélio da Silva

http://fisicaunirensino.blogspot.com.br/2011/06/as-mares_20.html

Conceitos básicos sobre as Marés foram retirados do livro do Miguens(1996) , “ Navegação : A Ciência e a Arte”

http://www.hidrografico.pt/glossario-cientifico-mares.php

                                                              

                                              Conteúdo Da Obra

Nas marés a influências da Lua é de grande importância pelo fato que mesmo sendo sua massa menor que a do Sol é compensado pela distância menor do que a da Terra. Considerada uma soma de ondas constituintes a maré depende totalmente e exclusivamente dos fatores astronômicos.

Galileu tentou explicar o fenômeno das mares pela atração da lua ,mas não obteve tanto sucesso. A explicação veio quando Newton apresentou a Lei da Gravitação, a força gravitacional que ocorre sobre a Terra é a causa do efeito das marés, principalmente quando Terra , Lua e Sol estão alinhados que as forças se somam, esse fenômeno faz com que as águas do oceano “subam”, devido a atração.

A força gravitacional é descrita pela equação : 

Onde G é uma constante universal, M1 é a massa de um dos corpos M2 é a massa do outro corpo em questão e R é a distancia de separação de ambas as massas.

As forças que atuam sobre as marés ocorrem porque a Terra é um  corpo extenso e o campo gravitacional que a Lua ou o Sol produzem não é homogêneo, pois há pontos na Terra que são mais distantes ou próximos dos corpos celestes. Tal campo exerce  acelerações que atuam na superfície terrestre com diferentes intensidades, assim as massas próximas da Lua ou do Sol sofrem maior aceleração em comparação as que estão afastadas. E é essa diferença que da origem as mares.

As ondas formadas pelos mares são mais altas próximas a Lua ,devido a atração, isso faz com que as águas nos polos baixem para centralizar em um ponto próximo a Lua, porém ,no lado oposto da Terra, a inércia excede, em módulo, a força devido a Lua, conforme princípio da ação-reação proposto por Newton, isso quer dizer que em ambos os lados da Terra a maré ira subir. A Terra não pode se mover em direção a essa força, mas fluidos e as aguas podem, mas nos não percebemos, exceto por aqueles que estão na costa.

Marés de sizígia e marés de quadratura

As forças de atração da Lua e o Sol somam-se  a cada lunação ( intervalo de tempo entre duas conjunções ou oposições da Lua, valor médio em dias é 29,530). Isso ocorre quando Lua cheia E Lua nova , produzindo mares de sizígia ( ou de águas vivas), sendo muito altas ou muito baixas.

As forças de atração do Sol e da Lua se opõem duas vezes em cada lunação , produzindo assim mares quadratura ( ou de águas mortas) sendo com preamares mais baixas.

O movimento rítmico do nível das águas  em função do tempo pode ser representado segundo dois eixos ortogonais , onde o eixo vertical indicara a altura da maré (h) e o eixo horizontal o instante em que ocorre aquela altura (t).

Ø  Preamar (PM) : maior altura que alcançam as águas  , no instante  Te e Ti

Ø  Baixa-mar (BM): menor altura que alcançam as águas , no instante Te

                                             

                                                          As Mares: Conclusão

Conseguimos concluir através de nossas pesquisas que as marés são o resultado da combinação de forças produzidas pela atração do Sol e da Lua e do movimento de rotação da Terras que leva à subida e descida dos oceanos e mares. A lua, nosso satélite natural exerce influência sobre a Terra e consequentemente sobre todas as coisas que estão em seus domínios. O mar também é atraído pela lua e isto foi usado para explicar as marés.
Outro tema pesquisado foi sobre a energia das marés, que consiste no aproveitamento dos desníveis da água que resultam dessa subida e descida das marés. O principio de funcionamento da central das marés se assemelha com as de uma central hidroelétrica, no que diz respeito ao aproveitamento da energia cinética das massas de água. Estas centrais são instaladas perto de foz de rios ou em oceanos aonde exista capacidade de armazenamento e aonde existam desníveis para conseguir diferentes níveis da maré.

                                                                 

                                                                    

                                                                  Apreciação

 Ao ler sobre o assunto tratado, podemos concluir que esclarece a curiosidade das pessoas, em relação ao funcionamento das marés e de diversos outros fatores.

Na próxima vez que formos olhar a costa, veremos com outros olhos , “olhos físicos” , vamos poder entender  o porque do mar esta do jeito que nos observamos, concluindo que apesar de muito não conhecerem física ou serem físico renomados , a física esta presente no nosso dia-a-dia, em cada ação e reação.

Cianeto, agente exterminador.

Os acontecimentos do incêndio na boate Kiss, em Santa Maria (Rio Grande do Sul), trouxeram memórias que já haviam sido esquecidas.

 Segundo os delegados responsáveis pela investigação, a perícia confirmou que a queima da espuma usada no teto e nas paredes da casa noturna (Kiss) como revestimento acústico liberou gases tóxicos, tais como cianeto e monóxido de carbono, acarretando a morte de 241 jovens por asfixia. A morte de muitas pessoas pelo gás cianeto trás diretamente lembranças do Holocausto e o extermínio em massa dos judeus em câmaras de gás nos campos de concentração nazistas.

 Não foi durante a Segunda Guerra Mundial que o cianureto (cianeto) passou a ser conhecido pelo homem, e não era exatamente o cianureto a substância usada para exterminar os judeus. Existem vários compostos do cianureto. O composto que os nazistas usaram e abusaram foi o ácido cianídrico (HCN), o produto era conhecido mundialmente por Zyklon B.

 O Zyklon B, foi desenvolvido em 1924 como inseticida pela empresa alemã Degesch (o grupo de indústrias IG Farden detinham a patente do inseticida Zyklon B, pois era dono de 42,2% da empresa Degesch), com a ajuda de Fritz Haber. Fritz Haber, químico alemão que foi laureado com o Nobel de Química em 1918, e conhecido internacionalmente como “pai da guerra química”, pois foram suas pesquisas e implantações de cloro e outros gases tóxicos durante a Primeira Guerra Mundial, que iniciaram o uso de gases para massacre em massa. Após ser desenvolvido o Zyklon B não foi usado para matar nenhum ser humano, porém matava seres vivos. O inseticida não fez sucesso somente dentro da Alemanha, ele foi mundialmente usado, seus principais consumidores eram a França, Rússia e Estados Unidos. Na década de 30, o Serviço Público de Saúde dos Estudos Unidos utilizavam o produto para desinfetar as roupas e pertences dos imigrantes mexicanos.

 Até antes do golpe de estado de Hitler, a Alemanha estava quebrada, sua economia havia sido destruída (o papel moeda era um pedaço de jornal cortado com um carimbo do estado, não valia a pena fabricar papel moeda), e seu povo não tinha mais esperança. Com o início da Segunda Guerra Mundial, as coisas melhoram de um lado e pioram do outro, Adolf Hitler conseguiu remontar a economia a partir da pilhagem dos países dominados e tomando todas as riquezas dos judeus (que naquela época detinham o maior capital, devido sua facilidade no comércio e manter seu dinheiro em casa, não nos bancos). Entretanto as vendas do Zyklon B, e outros produtos fabricados na Alemanha, pararam de ser comprados por outros países, devido à “fama” do país naquele momento.

 Os Nazistas não só tomaram as riquezas dos judeus, como os colocaram em campos de concentração, onde lá permaneceriam. Existe um fato que os nazistas não tinham pensado, quando se junta muita gente em lugares pequenos, a tendência é que proliferem infecções, doenças, parasitas. E foi exatamente o que aconteceu, começou a ficar inviável manter os judeus nos campos de concentração, devido às doenças que ali se alastravam.

 O Estado Nazista começou a ficar preocupado, pois as doenças estavam atacando os soldados nazistas que ficavam nos campos de concentração, foi por este móvito que chamaram médicos sanitaristas para resolver o problema da higiene e saúde dos prisioneiros, agora não só judeus como ciganos, homossexuais e prisioneiros de guerra. Um dos médicos sanitaristas chamados foi Kurt Gerstein. Famoso por ter desenvolvido os banheiros de higiene coletiva nos campos de concentração que mais tarde foi usado para massacre dos prisioneiros. Gerstein também é conhecido por ter dado informações para o diplomata suíço, Göran von Otter, e para membros da Igreja Católica Romana (com contatos com o papa Pius XII), em esforço para informar o público mundial sobre o Holocausto.

 Infelizmente mesmo com a implantação dos banheiros coletivos (ideia de Gerstein), as doenças continuaram a se espalhar e a afetar os soldados. A segunda ideia foi coletiva, usar o inseticida para desinfetar os prisioneiros e as instalações que eles ocupavam, e os Nazistas sabiam que o Zyklon B tinha feito sucesso mundial devido sua eficiência, porém a indústria que fabricava a substância estava quebrada. Então foi feito um plano de estado para o monopólio da produção de substâncias químicas na Alemanha Nazista, e ele se chamava IG Farben, o mesmo grupo que detinha a patente do Zyklon B, então a produção passou a ser feita por outras indústrias, como a Bayer.

 A Bayer foi responsabilizada junto com o Partido Nazista, pelo extermínio dos judeus, durando o Holocausto, por isso ela quebrou logo após do fim da guerra, mas conseguiu se reconstruir e está no mercado internacional até hoje.

 O uso do inseticida diminuiu a proliferação das doenças, porém não exterminaram por vez. A terceira ideia a provada por Heinrich Luitpold Himmler (braço direito de Adolf Hitler e comandante da SS), foi matar de os prisioneiros, foram usados vários métodos: fuzilamento, queimar lós vivos, brigas entre prisioneiros, mais nenhum desses métodos realmente funcionou e foi viável para o Estado.

 Foi quando em Agosto de 1941, o Capitão Karl Fritzsch (subordinado do Comandante do Campo de Concentração Auschwitz Rudolf Höss) usou em uma de suas “brincadeiras” colocou uma capsula de Zyklon B na boca de um prisioneiro de guerra russo, e foi observada a rapidez como a substancia conseguia matar um ser humano. Depois desse acontecimento vários testes foram realizados para saber como a substância agia no organismo humano, a mais conhecida e que há relatos foi: “... as capsulas de Zyklon B foram colocadas no chão da sala, onde havia alguns prisioneiros de guerra confinados. A sala foi selada e depois de 24 horas, as portas foram abertas para o ar ser naturalmente ventilado para fora da sala e foram removidos os corpos...”.

 A partir dessa experiência o gás cianureto foi usado para o extermínio dos judeus, ciganos e prisioneiros de guerra. Nos banheiros coletivos eram colocados os prisioneiros até a porta não fechar mais, por cima ficavam as crianças e por baixo os adultos, as capsulas de Zyklon B eram jogadas dentro dos banheiros, onde elas reagiam com agua e liberava o gás. O efeito do gás é parar a respiração celular, fazendo a vitima morrer asfixiada, e com uma coloração roseada. O cianeto era usado para o suicídio de oficiais capturados, como o próprio Himmler fez.

 Após a guerra, os produtores do Zyklon B foram processados e tiveram que pagar indenizações monstruosas. Não houveram mais casos de morte diretamente ligado ao gás cianeto, somente a tragédia de Boate Kiss, e é triste saber que ainda há fantasmas do passado a solta.

Lançamento de Foguetes e Velocidade de Escape

Lançamento de Foguetes e Velocidade de Escape

Um pouco sobre a história do Lançamento de Foguetes.

                                                         Um Lançamento de Foguete

O Lançamento de foguetes começou na segunda metade do século XX, junto com a Corrida Espacial que era uma rivalidade entre a União Soviética e os Estados Unidos no periodo da Guerra Fria, ambos foram os pioneiros nessa revolução da exploração do espaço.

Curiosamente o primeiro foguete a ir ao espaço não foi de um americano ou de um soviético e sim de um alemão. O primeiro foguete lançado ao espaço foi da Alemanha, lançado em 1942, o nome do foguete é "V2 missile".

                                                                 "V2 Missile"

O foguete realmente entrou pra história em 1961, com a chegada do homem a Lua. Apollo 11 dos Estados Unidos foi a primeiro a tocar a lua em 20 de Julho de 1969. Sua tripulação era composta por 3 pessoas, o Comandante americano Neil Armstrong, o Piloto do Módulo Lunar Dr. Edwin Aldrin e o Piloto do Módulo de Comando Michael Collins.

                                                                                                                   Apollo 11

A velocidade de Escape é a velocidade na qual a energia cinética de um corpo é igual em magnitude à sua energia potencial em um campo gravitacional.

Para calcular a velocidade de escape basta utilizar esta fórmula:

Sendo:

Bibliografia:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Velocidade_de_escape

http://www.mundoeducacao.com.br/fisica/velocidade-escape.htm

http://www.brasilescola.com/fisica/velocidade-escape.htm

http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_kids/AskKids/v2rocket.shtml

Resenha: Buracos nem tão negros assim.

Resenha

Buracos nem tão negros assim

Felipe Damasio e Sabrina Moro Villela Pacheco

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina, Araranguá, SC, Brasil, 2009.

Vista da Via Láctea.

O artigo escrito por Felipe Damasio e Sabrina M. V. Pacheco, composto por tópicos diversos, cria um ambiente para o leitor onde o mesmo não precisa possuir grandes conhecimentos sobre o assunto abordado. Os autores utilizam como base, textos científicos e teses; desde as mais antigas, como as de Isaac Newton, até mais recentes, como as de Stephen Hawking; para a criação de uma síntese da ideia sobre buracos negros. A relevância desse texto está no fato de que ele aborda diferentes temas relacionados a buracos negros, portanto é uma ótima fonte de conhecimentos físicos para quem tenha interesse no assunto.

O texto segue de forma cronológica, e muitas vezes é utilizada uma linguagem informal, deixando explícita a vontade dos autores de redigir um artigo onde se possa relacionar fatos científicos complexos que necessitam de um aprofundamento, com exemplos simples e imagens de fácil compreensão, além de abordar o tema de forma clara e precisa.

É interessante o modo como os autores iniciam seu texto. Eles partem de uma introdução sobre a “revolução na nossa visão sobre o Universo”, o que foi causa da invenção do telescópio por Hans Lippershey, utilizado por Galileu Galilei no mesmo ano de 1609. Sempre partindo dessa descoberta, os autores levam o leitor ao princípio da ideia de buracos negros, afirmando este como um tema que desperta grande curiosidade em até mesmo “pessoas sem nenhum tipo de interesse em temas científicos”. A partir desse instante, os autores quebram a visão popular sobre os buracos negros, dizendo que não são corpos celestes que absorvem toda a matéria ao seu redor, um dia podendo acabar com todo o universo. Essa “má fama”, como citam os autores, “não é toda merecida, e sua versão popular não inclui as novas descobertas a seu respeito, ocorridas nas últimas décadas, que serão nossos temas principais”

No segundo tópico, “As ideias pioneiras”, são postas em prática várias teorias, como por exemplo, a Teoria da Relatividade de Einstein, a teoria gravitacional e princípios da luz, como sua velocidade e classificação (onda ou partícula), sendo esta última algo que os autores ressaltam como uma controvérsia até os tempos de hoje, chamada de dualidade onda-partícula. Newton sugere que a luz seja  formada de partículas, e diz que seu comportamento pode ser explicado pela mecânica newtoniana, afirmando que uma vez que a luz seja formada por partículas, elas seriam atraídas pelo campo gravitacional. Neste caso, ela precisaria de uma velocidade mínima para “fugir” de um determinado campo gravitacional, sendo essa velocidade conhecida como velocidade de escape. O cientista Roemer foi o primeiro a descobrir que a luz tem uma velocidade finita, e sua descoberta isso possibilitou a previsão de alguns fenômenos, como por exemplo, a existência de corpos extremamente maciços e densos. Assim, se um corpo possuir uma velocidade de escape maior que a velocidade da luz, seria impossível visualizá-lo, pois toda a luz gerada ou refletida seria sugada de volta. Portanto, se olhássemos da Terra para essa área de grande campo gravitacional, veríamos apenas uma “região negra no espaço”, imaginando que talvez não exista nada por lá.

A ideia de que a luz pode ter sua trajetória alterada por um campo gravitacional teria que esperar até o século XX e por Albert Einstein. A publicação de teoria da Relatividade Geral, em que uma de suas previsões era que a luz deveria sofrer desvios ao se aproximar de campos gravitacionais intensos, como provocado pelo Sol. A suposta comprovação dessa hipótese veio quando fotografias tiradas de um eclipse solar visível com nitidez na cidade cearense de Sobral, teriam comprovado as ideias do cientista alemão. Karl Schwarzschild, poucos meses antes de morrer, utilizou a recém publicada teoria da relatividade geral para obter algumas soluções matemáticas. Estas soluções apontam para uma peculiar consequência, que pode ser hoje apontada como os buracos negros.

Em 1939, o norte americano Robert Oppenheimer usou a teoria da relatividade geral para descrever o que aconteceria com a luz ao passar por uma estrela bem mais densa que o Sol, a luz seria encurvada em direção à estrela. Quando a densidade da estrela fosse suficiente, a trajetória da luz seria tão perturbada em direção à estrela que ela não conseguiria mais escapar deste campo gravitacional. Este limite de aproximação de um corpo celeste antes de ser “sugado” para dentro é conhecido como horizonte de eventos,

De acordo com a teoria da relatividade geral, nada pode viajar mais rápido que a velocidade da luz, ou seja, para nenhum corpo existia a possibilidade de fugir desse campo gravitacional. Tudo que passasse pela vizinhança da estrela, seria tragado para dentro, por seu incrível poder de curvar o espaço tempo.

No terceiro tópico, “A origem dos buracos negros”, os autores iniciam subdividindo os buracos negros em dois grupos, de acordo com sua origem e massa: os estelares (massa de até 7 vezes a do Sol) e os supermaciços (estima-se que possuam massa na ordem de milhões de vezes a do Sol). Eles citam ainda o alemão Hans Bethe, que em 1930 propôs o mecanismo conhecido hoje como fusão nuclear. Trata-se da fusão de átomos menores em outros maiores, o que resulta na liberação de energia pelas estrelas, como o Sol. O principal combustível dessas estrelas é o hidrogênio, portanto quando este se torna escasso, significa que o astro se aproxima do fim de sua vida.

É ressaltado que um colapso na massa da estrela só é evitado porque a força de atração gravitacional é equilibrada pela energia da fusão nuclear. O problema é quando os níveis de hidrogênio da estrela ficam muito baixos, pois com isso ocorre um desequilíbrio entre as duas forças. Desse modo, os autores chegam à explicação de que o destino de uma estrela é determinado por sua massa e o sistema que faz parte (binário ou múltiplo). Quanto ao último caso, o fim da estrela depende também da distância entre os astros do sistema. Chega-se  então ao conceito de nebulosa planetária, que ocorre quando uma estrela de no máximo 10 vezes a massa do Sol fica com níveis baixíssimos de hidrogênio, e acaba por expandir-se ejetando grande parte de sua massa. Por fim, esta torna-se uma anã-branca. Os autores usam o Sol como exemplo desse fenômeno, mas dizem que isso só ocorrerá daqui a 5 bilhões de anos. Já uma supernova, segundo eles, é o mesmo fenômeno, porém ocorre com uma estrela com a massa de mais de 10 vezes a solar. O fim de um astro entre 10 a 25 vezes resulta numa estrela de nêutrons, e o de um astro maior que 25 vezes, no chamado buraco negro estelar.

Por fim, os autores mencionam os buracos negros supermaciços, que são formados por estrelas maiores do que todas as anteriores. Ele é observado apenas indiretamente, apenas no centro de galáxias. Segundo eles, há três versões principais que explicam a sua origem. A primeira conta que esse tipo de buraco negro é antigo e seria resultado do colapso de grandes quantidades de matéria. Na seguinte, diz-se que eles se formaram com uma massa bem menor que a atual, mas devido à captura de outros corpos sua massa aumentou. A última explica que pode ter ocorrido uma fusão de duas galáxias, fazendo com que os buracos negros delas também se fundissem.

Evolução final das estrelas de acordo com sua massa inicial.

É a partir do quarto tópico, “Mesmo que Einstein duvidasse”, que os autores afirmam que buracos negros são uma “previsão da teoria da relatividade geral, onde a massa de um corpo (uma estrela, por exemplo) colapsa até se concentrar em um único ponto.” Nesse instante, o ponto é chamado de singularidade do espaço-tempo, um local onde as leis da física não podem ser aplicadas, incluindo a própria relatividade geral. Portanto, os autores explicam que essa teoria “continha as sementes de sua própria destruição ao prever um fenômeno que não podia explicar”. O texto adquire um caráter opinativo justamente nesse momento, já que os autores tentam entender o motivo de Einstein para desacreditar na existência da física dessa singularidade. Também cria-se uma comparação entre essa descrença de Einstein e a comunidade científica atual, sendo isso um exemplo ao leitor dos paradigmas da ciência contemporânea. É nesse instante que se inicia outra comparação entre duas teorias: a de Einstein e a de Newton. De acordo com Einstein, “a gravidade não é mais uma força misteriosa causada por uma massa, capaz de influenciar objetos distantes através do espaço, como na teoria de Newton”. Einstein afirma que a gravidade é uma consequência das características do espaço-tempo, onde uma massa pode deformá-lo provocando sua curvatura. Baseando-se no “princípio da preguiça cósmica” , Einstein diz que tudo é uma questão de preguiça dos corpos celestes em seguir o menor caminho no espaço-tempo curvo.

Mesmo sendo essas teorias muito parecidas para campos gravitacionais, os autores descrevem que dependendo da intensidade desses campos, maior será a diferença entre elas. A órbita errante de Mercúrio é o exemplo escolhido pelos autores para demonstrar essa diferença. Enquanto a teoria de Newton não consegue prever uma explicação da realidade física para essa característica da órbita do planeta mais próximo do Sol, a de Einstein consegue entrar em total acordo com tal órbita. Assim, como buracos negros possuem um campo gravitacional gigantesco, os autores afirmam que não é possível dispensar o uso da teoria da relatividade geral. É colocado em evidência a partir dessa teoria, algo que desperta a curiosidade de muitas pessoas: o fato de uma diferença temporal. Explicada de um modo de fácil compreensão, os autores adotam um exemplo hipotético e, de certo modo, humorístico para descrever esse acontecimento. De acordo com a teoria da relatividade geral, quanto mais intenso for um campo gravitacional, menor será o intervalo de tempo medido por alguém que está nesse “horizonte de eventos” em relação a outra pessoa, situada num campo de menor intensidade.

Novamente, os autores tentam desconstruir essa crença popular de que buracos negros são insaciáveis. Dessa vez, eles (hipoteticamente falando) transformam o Sol em um buraco negro e perguntam ao leitor o que ele acharia que aconteceria com a órbita da Terra. Logo em seguida, respondem dizendo que “absolutamente nada” iria mudar, com base que o planeta estaria fora do horizonte de eventos, estando livre da influência da singularidade. Mudando a situação, agora os autores transformam a Terra em um buraco negro repetindo que a órbita da Lua também se manteria inalterada, apenas para deixar claro que essa visão popular sobre esses corpos celestes está em desacordo com a verdade física. Mais uma vez, abraçando o humor, eles afirmam que, para Terra se transformar em um buraco negro, ela teria que ser reduzida até um raio da ordem de dois centímetros, “algo pouco provável que aconteça com você aqui para se preocupar com isso.”

Em “Nem tudo está perdido, só mesmo a aposta de Hawking”, os trabalhos de Hawking contribuíram para nossa maior compreensão do universo. Em 1974 ele surpreendeu o mundo quando aplicou mecânica quântica no estudo dos buracos negros. Sua conclusão foi que ele “evaporam” emitindo partículas elementares até desaparecerem completamente. Para chegar a essa conclusão, Hawking utilizou o conceito do vácuo quântico, que diz que o vácuo tem uma energia conhecida como energia do ponto zero. Esse vácuo seria povoado por partículas virtuais, assim chamadas por serem formadas e aniquiladas aos pares tão rapidamente a ponto de não poderem ser detectados, esse fenômeno é conhecido como flutuação quântica. Quando a criação dessa partícula ocorre próximo ao buraco negro, o forte campo gravitacional pode capturar uma de suas partículas, deixando a outra livre, desta forma, constituindo-se uma partícula real. Na visão de um observador o buraco negro está irradiando está partícula, essa radiação é conhecida como radiação Hawking.

Stephen Hawking.

Para a radiação Hawking ocorrer é necessário grande quantidade de energia, que seria fornecida pelo próprio buraco negro. Ao ceder essa energia para separar as partículas virtuais, o buraco negro diminui sua energia até desaparecer. Com essa descoberta podemos compreender que os buracos negros desaparecem e que não estão fadados a aumentar eternamente.

Em 1997, uma aposta entre Hawking e o norte americano Kip Thorne contra o outro norte americano John Preskill, buscava saber se era possível resgatar informações que tivessem atravessado o horizonte de eventos de um buraco negro. Em 2004, Hawking declarou que havia perdido a aposta, e que era possível recuperar informação de dentro de um buraco negro devido às flutuações quânticas. Hawking fez uma grande descoberta, e como um bom perdedor, teve que admitir sua derrota na aposta. Os autores explicam melhor essa teoria no tema seguinte.

Já no tópico “Como resgatar alguém de um buraco negro”, os autores contam uma fábula, proposta por Hawking e sua filha Lucy, além de citarem diversas curiosidades,  A história fala de um cientista que constrói um supercomputador capaz de transportá-lo no espaço e de adiantar o tempo. Em busca de planetas habitáveis como a Terra, ele recebe uma carta anônima de seu rival, dando a coordenadas de um buraco negro. Esperançoso em achar o que procurava, o cientista se transporta até o local, e se depará com o tal buraco negro. Felizmente, ele havia deixado para sua filha e o colega dela um livro ensinando a resgatar alguém de um buraco negro. Assim, o livro explica que o buraco negro suga com mais intensidade a parte do corpo da pessoa que está mais próxima a ele. Por isso, este estica e despedaça completamente a pessoa. Aí surge a curiosidade de que quanto menor a massa do buraco negro, mais rápido ele “evapora”, devido à radiação Hawking. Quando ele evapora, portanto, ele reduz o que sugou a partículas, que por sua vez podem ser reorganizadas para formar novamente o objeto sugado. Assim, a garota e seu colega usam o supercomputador para filtrar as partículas e reconstituir o pai dela, o que levaria no entanto bilhões de anos, se não fosse pela capacidade da máquina de acelerar o tempo. Com a evaporação do buraco negro adiantada, os dois consegue reorganizar as partículas e salvar o cientista.

Após contarem a fábula de Stephen Hawking, os autores ainda são bem humorados no final do tópico. Eles alertam seus leitores para que evitem cair num buraco negro, pois estes demorariam muito para serem resgatados.

Continuando com curiosidades sobre os buracos negros, no sétimo tópico, “Nada brilha tanto quanto os buracos negros”, os autores partem de uma ideia paradoxal: nada no Universo emite tanta radiação quanto um buraco negro. Os quasares (ou quase-estrelas), são objetos celestes muito pequenos que conseguem brilhar mais que galáxias inteiras. Foi na década de 1960, quando astrônomos acabaram por conhecê-los e descrever que “tinham uma aparência estrelar, mas com características distintas das estrelas conhecidas”, como por exemplo uma grande emissão de raios ultravioletas e de ondas de rádio. Os autores colocam em evidência um desses corpos que foi identificado em 1962, nomeado de Quasar 3C 273. Os autores ressaltam que foi uma surpresa muito grande quando foi calculada a distância desse corpo da Terra: “2,2 bilhões de anos-luz!”. Logo em seguida, eles apresentam uma pergunta que foi considerada um grande desafio a academia científica, que é “como um objeto tão distante pode brilhar tanto?”. Para demonstrar ao leitor o quão intenso o brilho desse quasar é, os autores afirmam que sua emissão de luz é o equivalente a 100 vezes o brilho da Via Láctea inteira. Fica identificada mais uma vez a preocupação dos autores com o público-alvo, já que estão sempre buscando exemplos de fácil compreensão para acrescentá-los em seu artigo.

Logo em seguida, eles apontam hipóteses sobre a origem desses corpos celestiais, citando que, em 1963, em uma conferência em Dalas, físicos propuseram que estava relacionada com buracos negros. Os autores então, apresentam do que se trata essa teoria. Porém, ela só foi publicada oficialmente em 1980, pelo cosmologista e astrofísico britânico Martin Rees. Ela explica que esse “tal mecanismo propunha que quando buracos negros supermaciços absorvessem gás e estrelas, eles emitiriam estas grandes quantidades de energia.”. Assim, acredita-se hoje que quasares são “núcleos de galáxias onde existe um buraco negro supermaciço”, absorvendo essa grande quantidade de gás e estrelas e emitindo energia. Para demonstrar novamente os paradigmas da ciência contemporânea, os autores citam que no começo, acreditava-se que esses corpos celestes não faziam parte de nenhuma galáxia, devido a seu brilho ofuscar o da galáxia. “Em um exemplo exagerado, seria o mesmo que querer observar uma lâmpada no lado do Sol.”

No último tema, nomeado de “O céu não é o limite”, os autores abordam o CERN (sigla em francês para Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear), fundado em 1954, considerado hoje como o maior laboratório de física de partículas do mundo, localizado na fronteira entre a Suíça e a França. Responsável pela invenção da rede mundial de computadores, esse centro possui o LHC (termo em inglês para Grande colisor de Hárdrons, também conhecido pelo nome de Acelerador de Partículas). Esse último foi inaugurado em 2008, porém “suas operações tiveram de ser interrompidas em razão de um vazamento de hélio ocasionado por um problema de conexão entre seus imãs.”

Vista área do CERN.

Os autores alegam que o ano de 2008 marca “sem dúvida, um divisor para a física com o início de suas operações”, entretanto, asseguram a ideia que seu funcionamento em regime máximo deve demorar alguns anos.

O principal motivo dos autores de abrir espaço em seu texto sobre essa Organização é que existe a possibilidade (remota) da criação de miniburacos negros a partir do LHC, gerados a partir do “choque de partículas altamente energéticas”. No entanto, uma boa parte da comunidade científica não coloca muita fé que isto poderá vir a acontecer, como declaram os autores. Devido a sua pequena massa, esse miniburaco negro emitiria uma quantidade gigantesca de radiação Hawking. E, analisando-a, poderemos finalmente entender os buracos negros estrelares e supermaciços, além dos quasares.

Foram feitos alguns cálculos no início dos anos 2000, apontando que, em seu total funcionamento, o LHC poderá produzir cerca de 100 milhões de buracos negros a cada ano. A massa dessas singularidades seria na ordem 22 microgramas e seu “tempo de vida” duraria em torno de 10^-26 segundos.

Para finalizarem seu artigo, os autores mencionam que talvez será possível a declaração do ano de 2408 como o ano da astronomia. E o motivo que eles utilizam é que “400 anos antes, em 2008, entrara em operação um laboratório que mudou nossa visão do Universo, desta vez até sem necessariamente o auxílio de telescópios”, tudo apenas com o funcionamento do Acelerador de Partículas. “Quem viver verá se tal previsão ira se confirmar!”.

Pode-se concluir que os autores do artigo fizeram um texto rico e bastante completo, onde dividiram o tema central “buracos negros” em diversos outros, com curiosidades e explicações. O uso de imagens para orientar o leitor também ajudou a tornar a obra mais dinâmica, para poder atrair um público interessado mais diversificado. Baseando-se bastante em físicos renomados como Einstein, Newton e Hawking, eles fundamentam tudo o que explicam em conceitos físicos, por isso quem lê não aprende só sobre buracos negros em si, mas também sobre a Física e suas diversas vertentes.

Fonte: “http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol10/Num1/a06.pdf”, acessado em 29 de março de 2013.