Caro(a) Leitor(a),
Enormes explosões invisíveis ocorrem constantemente no espaço ao redor
da Terra. Essas explosões são o resultado de campos magnéticos distorcidos que
se rompem e se realinham, lançando partículas pelo espaço.
Créditos: Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA
Há cem anos, em 29 de maio de 1919, as medições de um eclipse solar confirmaram a teoria da relatividade geral de Einstein. Mesmo antes disso, Einstein já havia desenvolvido a teoria da relatividade restrita, que revolucionou nossa compreensão da luz. Até hoje, ela nos guia na compreensão de como as partículas se movem pelo espaço — uma área fundamental de pesquisa para manter espaçonaves e astronautas a salvo da radiação.
A teoria da relatividade restrita demonstrou que as partículas de luz, os fótons, viajam pelo vácuo a uma velocidade constante de 670.616.629 milhas por hora — uma velocidade imensamente difícil de alcançar e impossível de superar nesse ambiente. No entanto, por todo o espaço, desde buracos negros até o nosso ambiente próximo à Terra, as partículas estão, na verdade, sendo aceleradas a velocidades incríveis, algumas chegando a atingir 99,9% da velocidade da luz.
Uma das tarefas da NASA é entender melhor como essas partículas são aceleradas. Estudar essas partículas super-rápidas, ou relativísticas, pode, em última análise, ajudar a proteger missões de exploração do sistema solar, viagens à Lua, e pode nos ensinar mais sobre nossa vizinhança galáctica: uma partícula bem direcionada, próxima à velocidade da luz, pode danificar os componentes eletrônicos de bordo, e um número excessivo delas simultaneamente poderia ter efeitos negativos de radiação sobre os astronautas em viagens espaciais para a Lua — ou além.
Aqui estão três maneiras pelas quais a aceleração acontece.
1) Campos eletromagnéticos
A maioria dos processos que aceleram partículas a velocidades relativísticas funciona com campos eletromagnéticos — a mesma força que mantém os ímãs na sua geladeira. Os dois componentes, campos elétrico e magnético, como duas faces da mesma moeda, trabalham juntos para impulsionar partículas a velocidades relativísticas por todo o Universo.
Em essência, os campos eletromagnéticos aceleram partículas carregadas porque estas sentem uma força no campo eletromagnético que as impulsiona, de forma semelhante à atração gravitacional sobre objetos com massa. Em condições adequadas, os campos eletromagnéticos podem acelerar partículas a velocidades próximas à da luz.
Na Terra, os campos elétricos são frequentemente utilizados em escalas menores para acelerar partículas em laboratórios. Aceleradores de partículas, como o Grande Colisor de Hádrons (LHC) e o Fermilab, usam campos eletromagnéticos pulsados para acelerar partículas carregadas a até 99,99999896% da velocidade da luz. Nessas velocidades, as partículas podem colidir, produzindo impactos com imensas quantidades de energia. Isso permite que os cientistas busquem partículas elementares e compreendam como era o Universo nas primeiras frações de segundo após o Big Bang.
Os campos magnéticos estão por toda parte no espaço, circundando a Terra e abrangendo todo o Sistema Solar. Eles até mesmo guiam partículas carregadas que se movem pelo espaço, de modo que elas espiralam em torno dos campos.
Quando esses campos magnéticos se encontram, podem se emaranhar. Quando a tensão entre as linhas cruzadas se torna muito grande, elas se rompem explosivamente e se realinham em um processo conhecido como reconexão magnética. A rápida mudança no campo magnético de uma região cria campos elétricos, o que faz com que todas as partículas carregadas presentes sejam lançadas a altas velocidades. Os cientistas suspeitam que a reconexão magnética seja uma das maneiras pelas quais as partículas — por exemplo, o vento solar, que é o fluxo constante de partículas carregadas provenientes do Sol — são aceleradas a velocidades relativísticas.
Essas partículas velozes também criam uma variedade de efeitos colaterais perto dos planetas. A reconexão magnética ocorre perto de nós em pontos onde o campo magnético do Sol pressiona a magnetosfera da Terra — seu ambiente magnético protetor. Quando a reconexão magnética ocorre no lado da Terra voltado para o lado oposto ao Sol, as partículas podem ser lançadas na alta atmosfera terrestre, onde desencadeiam as auroras. Acredita-se que a reconexão magnética também seja responsável por fenômenos semelhantes em outros planetas, como Júpiter e Saturno, embora de maneiras ligeiramente diferentes.
As espaçonaves Magnetospheric Multiscale da NASA foram projetadas e construídas para se concentrarem na compreensão de todos os aspectos da reconexão magnética. Utilizando quatro espaçonaves idênticas, a missão orbita a Terra para observar a reconexão magnética em ação. Os resultados dos dados analisados podem ajudar os cientistas a compreender a aceleração de partículas a velocidades relativísticas ao redor da Terra e em todo o universo.
3) Interações onda-partícula
Partículas podem ser aceleradas por interações com ondas eletromagnéticas, chamadas interações onda-partícula. Quando ondas eletromagnéticas colidem, seus campos podem ser comprimidos. Partículas carregadas que ricocheteiam entre as ondas podem ganhar energia de forma semelhante a uma bola que quica entre duas paredes que se aproximam.
Esses tipos de interações ocorrem constantemente no espaço próximo à Terra e são responsáveis por acelerar partículas a velocidades que podem danificar os componentes eletrônicos de espaçonaves e satélites no espaço. Missões da NASA, como as sondas Van Allen , ajudam os cientistas a compreender as interações onda-partícula.
Acredita-se também que as interações onda-partícula sejam responsáveis pela aceleração de alguns raios cósmicos que se originam fora do nosso sistema solar. Após uma explosão de supernova, uma camada quente e densa de gás comprimido, chamada onda de choque, é ejetada do núcleo estelar. Repleta de campos magnéticos e partículas carregadas, as interações onda-partícula nessas bolhas podem lançar raios cósmicos de alta energia a 99,6% da velocidade da luz. As interações onda-partícula também podem ser parcialmente responsáveis pela aceleração do vento solar e dos raios cósmicos provenientes do Sol.
Vídeo: https://youtu.be/QtMm8WD4orc
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Fonte / Créditos: NASA
https://www.nasa.gov/solar-system/three-ways-to-travel-at-nearly-the-speed-of-light/
Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos de Economia, Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia Climatologia). Participou do curso Astrofísica Geral no nível Georges Lemaître (EAD), concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Em outubro de 2014, ingressou no projeto S'Cool Ground Observation, que integra o Projeto CERES (Clouds and Earth’s Radiant Energy System) administrado pela NASA. Posteriormente, em setembro de 2016, passou a participar do The Globe Program / NASA Globe Cloud, um programa mundial de ciência e educação com foco no monitoramento do clima terrestre.
>Autor de cinco livros, que estão sendo vendidos nas livrarias Amazon, Book Mundo e outras
