Acervo textual da Revista AstroNova
Edição 26 — páginas 21 a 40
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Assuntos identificados: terra, espacial, distância, astronomia, marte, solar, lunar, satélites, planeta, órbita.
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21 genético original, devido a complementaridade das fitas de DNA. No entanto, o Novo Coronavírus é um vírus formado por um material genético composto por RNA (fita simples) e, considerando que a técnica de PCR depende da ação de uma enzima capaz de reconhecer somente DNA (dupla fita), é utilizada uma ferramenta adicional: a transformação do RNA em uma fita de DNA complementar através de um processo chamado de transcrição reversa. Para isso, os pesquisadores usam uma enzima chamada transcriptase reversa, que converte fitas de RNA em fitas de DNA. Com o material genético do vírus transformado em DNA e devidamente amplificado por PCR, os pesquisadores conseguem verificar se existem regiões genéticas que só pertencem ao Novo Coronavírus, uma vez que os iniciadores (primers) da reação de PCR, são específicos para o vírus. Para que essa técnica seja rápida, um tipo específico de máquina de PCR é utilizado, o PCR em tempo real, que permite ao pesquisador uma visualização rápida, em tempo real, da amplificação do material genético desejado. Diagnóstico molecular E como é realizado o teste para identificação da contaminação pelo Novo Coronavírus por PCR? Seguem os passos. 1 –Coleta-se a amostra da pessoa que possivelmente está infectada com o Novo Coronavírus. Essa amostra pode ser de saliva, sangue, muco nasal etc.; 2 – Realiza-se a extração do RNA total da amostra (RNA total do paciente e RNA total do vírus, em caso de infecção); 3 – Após extração do RNA total da amostra, é realizada a reação de transcrição reversa para que todo conteúdo genético seja convertido em DNA e, em seguida, é realizada a técnica de PCR; 4 –Esse processo dura cerca de duas horas e, caso sejam identificadas as sequências específicas do vírus, o responsável fornece o laudo como positivo para o Novo Coronavírus. O PCR é a técnica mais sensível para identificação de contaminação pelo SARS- CoV-2. Infelizmente, o custo para execução da técnica é elevado, dificultando o diagnóstico molecular em larga escala. Diagnóstico por sorologia Além do diagnóstico molecular, é possível identificar se o paciente esteve em contato com o vírus através da presença de anticorpos presente no sangue circulante. Da mesma forma que inúmeras outras doenças, a pesquisa de anticorpos específicos é capaz de informar se o indivíduo desenvolveu resposta imunológica ao agente agressor, nesse caso, o Novo Coronavírus. Os testes de sorologia AstroNova . N.26 . 2020 Figura 2. Representação esquemática da dupla hélice de DNA, evidenciando sua complementaridade de bases nitrogenadas. Fonte: SLATER, G.W. Simulation of polymer translocation through small channels: A molecular dynamics study and a new Monte Carlo approach. Adaptado.
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22 identificam anticorpos comuns, sobretudo os denominados IgM (indicador da fase aguda da doença, 5 a 7 dias após infecção) e IgG (Indicador que o indivíduo já está, teoricamente, imunizado). São utilizados kits comerciais para detecção desses anticorpos e possuem preço mais acessível que a técnica de PCR citada anteriormente. Para realização do teste sorológico, é necessário coletar amostra de sangue do paciente e extrair o soro, através da centrifugação do sangue total. Em seguida, amostra de soro é colocada em contato com os anticorpos específicos e, caso haja a presença do antígeno (vírus), este irá se ligar ao anticorpo específico, promovendo alteração no padrão de marcação, quando comparado com os controles do kit. Ambos diagnósticos, molecular e sorológico, são importantes e relevantes dependendo da informação que se pretende alcançar e a disponibilidade de recursos materiais. Sem dúvida, a especificidade e sensibilidade da técnica de PCR, é o padrão ótimo para detecção do Novo Coronavírus na população mundial. Leandro Teodoro Júnior é Químico, Bacharel em Ciência e Tecnologia, Bacharelando e Licenciando em Ciências Biológicas (UFABC) e professor de Biologia na Escola Preparatória da UFABC. Marcela Sorelli Carneiro Ramos é biomédica, professora e pesquisadora da Universidade Federal do ABC e atua na área de pesquisas em imunologia cardiovascular. Referências: Moreira, L.M., Ciências Genômicas: fundamentos e aplicações, Sociedade Brasileira de Genética Figura 3. Reação de transcrição reversa. A partir de uma molécula de RNA (fita simples) é possível gerar uma molécula de DNA (fita dupla), complementar, ou seja, contendo as mesmas informações genéticas (os autores). Figura 4. Teste sorológico rápido para detecção de anticorpos em pacientes com sintomas de COVID-19. Os resultados considerados como inválidos são aqueles que não possuem linha de controle (C). O resultado negativo, por sua vez, apresenta apenas a linha de controle, não evidenciando linhas positivas para IgG (G) e IgM (M). Os positivos apresentam linhas G, M ou ambas. Fonte: ZABLON, F.M. COVID-19 IgG/IgMRapid Test for antibodiesdetection. Adaptado. AstroNova . N.26 . 2020
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23 Maico Zorzan [email protected] Não é segredo que os apaixonados pela astronomia amadora, quase que unanime, são entusiastas das tecnologias espaciais. São consumidores de tecnologia, e, em contraponto, são também apaixonados pela perplexidade e beleza do céu noturno, com seus asterismos, personagens mitológicos, fenômenos raros ou cotidianos e muitos viajantes espaciais avistados ao olhar para cima durante a ausência de iluminação solar. Dentre os muitos fenômenos que o homem acostumou a observar ao olhar para o céu, como meteoros, cometas, eclipses, supernovas que acendem por um período um ponto tímido nos confins do universo, entre outros. Temos desde 1957, viajantes espaciais, criados pela espécie humana, orbitando nosso lindo torrão azul. Foi em 04 de outubro de 1957, que soviéticos colocaram no espaço o primeiro satélite artificial, o famoso Sputinik-1. Um artefato de metal, com um singelo bip de rádio, e que causou um imenso alvoroço no mundo da época. Desde a curiosidade de radioamadores pelo mundo todo, até a preocupação de paranoicos, passando pela política armamentista da guerra fria e sua necessidade de uma corrida espacial, todos tiveram ao menos a curiosidade de ver aquele pontinho passeando pelo céu no início e final das noites. Ainda arcaico, comparado com o que viria depois, o Sputinik-1 alimentou a curiosidade com seus sinais de bip de rádio, por 22 dias, antes que suas baterias acabassem. Mas esses 22 dias mudaram a humanidade, e Satélites Starlink e seu impacto na ASTRONOMIA OBSERVAÇÃO ASTRONÔMICA
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AstroNova . N.26 . 2020 24 abriram caminho para toda a corrida espacial, e as tecnologias que até hoje entusiasma não só astrônomos amadores e profissionais, mas toda a civilização. Com a evolução dos satélites, e nossa maior ganancia por comunicação, abriu-se uma janela de possibilidades ao ter o espaço como local ideal para colocarmos poderosas antenas, capazes de levar informações com velocidade e qualidade a todos os cantos do planeta. O MUNDO INTERCONECTADO Com a chegada da internet, o mundo alavancou um consumo voraz de informação, havendo a necessidade de comunicação rápida em pontos cada vez mais distante, maiores quantidades de informação transmitida em tempo cada vez menores, e a interligação de sistemas, os satélites se tornaram peças fundamentais nesse processo, mesmo que a grande maioria da rede de internet mundial não necessite sair da atmosfera para chegar ao seu destino. O mesmo ocorre com a comunicação via celular, tão presente e tão importante para nossa geração. Mas toda essa tecnologia, tão consumida por nós, na nossa TV via satélite, nossos smartphones, nosso GPS, nosso computador, etc. Ainda temos um abismo colossal quando buscamos dados sobre o acesso da humanidade a internet. Segundo dados da ONU, através da União Internacional de Telecomunicações – UIT, em um estudo de 2019, sugere que apenas 20% da população de países menos desenvolvidos tenham acesso à internet. Temos 3,6 bilhões de pessoas off-line no mundo, quase metade da população mundial ainda não tem acesso direto a todo esse mundo invisível de informações e comunicação digital. E desses que estão conectados, a grande maioria é do sexo masculino, tendo grande parte da população feminina fora da rede, são 52% das mulheres do mundo que estão excluídas da internet. E esse mesmo estudo, também informa que 97% da população mundial já tem acesso a um telefone celular, e que 93% deles tem acesso a pelo menos uma rede 3G. Afinal, quem nunca ficou sem sinal de celular ao pegar uma estrada para viajar, numa área remota, ou em dias que sinal simplesmente resolve não querer colaborar? Quem nunca, que atire o primeiro Nokia 1100, mas sem muita força, para não destruir uma cidade provando que ele é indestrutível. Foi pensando nessa oportunidade, e todo esse mercado em crescimento que a empresa americana SpaceX, liderada pelo excelente vendedor de sonhos e oportunidades, o sul-africano ElonMusk, desenvolveu o projeto Starlink, que visa uma rede de satélites de telecomunicações, que a própria SpaceX chama de constelação de satélites, com o intuito de permitir comunicação com qualidade em todo o globo terrestre, baseada em internet. Algo muito parecido, mas com proporções muito menores, existe com a rede de satélites de GPS, e também foi tentado pela Motorola nos anos 1990 com as 6 dezenas de satélites Iridium, voltados a comunicação de voz, e que são tão conhecidos pelos astrônomos amadores por seus flares de luz nos começos e finais de noite. Uma constelação de satélites nunca visto na história da corrida espacial, levando
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25 AstroNova . N.26 . 2020 internet para todos, e com preço acessível, uma ideia ousada e genial. E que ainda fazem um carrossel tecnológico, visível sem instrumentos caros de observação, popularizando a vontade de olhar para cima nas noites, a tento tempo perdido pelo homem moderno. Afinal, o que poderia dar errado com esse colosso da exploração espacial? É exatamente aí que começa o lado negro do projeto ousado da SpaceX. A Ciência mais antiga praticada pelo homem, tem no céu seu principal laboratório, e esse “carrossel” está impactando diretamente em estudos astronômicos. Pois boa parte da pesquisa visual em astronomia óptica, necessita de imagens de longa exposição, como objetos de estudo. E quem faz Astronomia em frequência de rádio, que precisa receber sinais, muitas vezes sutis de objetos distantes da Terra, também estão sendo impactados negativamente com influência nestes sinais, causadas pelos satélites da SpaceX. Astrofotógrafos, podem direcionar suas capturas para horários noite a dentro, minimizando e eliminando o problema das famosas trilhas luminosas causadas pela passagem desses satélites em suas imagens de longa exposição. Porém em observatórios, as vezes é necessário um tempo de exposição de uma noite toda, ou até de várias noites, para se estudar um alvo no universo, sendo muito prejudicados por essas trilhas. E ainda estamos com pouco menos de 500 satélites em orbita, uma pequena fração dos 42 mil idealizados pela Space X para o projeto. A empresa está ciente do problema, inclusive Gwynne Shotwell, presidente chefe de operações da SpaceX, afirmou que um dos satélites Starlink lançado no final de dezembro de 2019, batizado de Darksat, em um lote de 60 unidades, foi usado como cobaia neste sentido: ele conta com um revestimento especial projetado para tornar o satélite menos reflexivo, na tentativa de reduzir a interferência em observações espaciais. Porém muitos foram lançados antes, e ainda não temos como avaliar o impacto dessa nova camuflagem, já que ele obteve êxito, mas não discreto o suficiente para passar ileso. E os demais ainda continuam brilhando e poluindo o céu noturno. E quanto aos estudos de Radioastronomia, como superar esse novo obstáculo? A empresa SpaceX promoveu alterações na engenharia de seus próximos satélites para reduzir seu brilho. As medidas tomadas incluem o escurecimento dos satélites (darksat) e a instalação de "abas" ou "viseiras" (visorsat) que bloqueariam luz solar que poderiam ser refletidas nas antenas do satélite, para que não saturem os detectores e telescópios dos observatórios terrestres de pesquisa.
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Já que até agora, supostas medidas apenas existem como ideias, e nada foi firmado com relação a isso. O problema com a Radioastronomia, é que tanto os satélites Starlink, quanto seus concorrentes da OneWeb (essa falaremos na próxima edição) transmitem informações muito próximas de frequências de rádio usadas em pesquisas. Algumas frequências de rádio são protegidas por lei nos Estados Unidos, para preservar a pesquisa, porém o medo dos pesquisadores faz sentido, visto que isso pode sair do controle, e produzir informações dentro dessas frequências, prejudicando o entendimento de objetos distantes do universo. Usando uma analogia grosseira, uma frequência pode ser comparada com um quarto fechado, onde o que você fala, fica preso dentro do quarto, sendo inaudível para quem está no quarto ao lado. Porém, esse silêncio tem um limite, e quando você fala muito alto, ou grita, esse silêncio será quebrado por suas palavras, ou até mesmo um ruído, mas que será ouvido no quarto ao lado. E isso é potencialmente perigoso quando tratamos de frequências usadas para estudo. Há também a questão importante do lixo espacial, e do alto trafego de objetos orbitando nosso planeta. Como evitar colisões acidentais? Tanto com lixo espacial, que produziria mais lixo ainda, quanto com outros satélites, já que se o projeto Starlink, e seus concorrentes da OneWeb forem todos lançados, teremos mais satélites em órbita no decorrer dessa década, do que tudo que já foi produzido e colocado no espaço até então. E mais, o caminho está pavimentado para uma nova corrida espacial, dessa vez uma corrida comercial, e não militar, como vimos na guerra fria. Pois na área de telecomunicações, temos gigantes de mercado espalhadas pelo mundo, e que não assistirão comendo pipoca e aplaudindo, essa nova empreitada espacial. Logo teremos diversas empresas buscando seu lugar ao sol, colocando tecnologia no espaço, e tentando superar as que já estão lá. E assim o clico se tornará cada vez mais competitivo, e sem políticas bem definidas, poderemos destruir ainda, a já prejudicada pela poluição luminosa, possibilidades de observar o espetáculo que o céu noturno nos proporciona todas as noites. E vocês, como acham que será nosso futuro na Astronomia? Devemos nos preocupar? Devemos apoiar tais iniciativas em busca de telecomunicação rápida e eficiente a qualquer custo? Maico Zorzan é astrônomo amador e professor. Graduou-se em Matemática pela UEM Referências: Nações Unidas AstroNova . N.26 . 2020 26 Um “trem” de satélites Starlink em maio de 2019. https://news.un.org/pt/story/2019/ 11/1693711 https://nacoesunidas.org/mais-de-4- bilhoes-de-pessoas-terao-acesso-a- internet-movel-ate-o-fim-de-2017- diz-relatorio-da-onu/ SpaceX https://www.spacex.com/
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www. RECURSOSdeFÍSICA .com.br Página que socializa produção de recursos de ensino adaptados à sala de aula e aos professores. Material produzido nas disciplinas do curso de Licenciatura em Física da UEM e em outros projetos coordenados pelo prof. Dr. Ricardo Francisco Pereira.
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Michel Corci Batista [email protected] Veridiane Cristina Martins O Sol é uma estrela, e por ser uma estrela emite o que chamamos de ondas eletromagnéticas nas diferentes regiões do espectro eletromagnético, desde os raios gama até as ondas de rádio. Toda onda eletromagnética se propaga no vácuo e, é resultante de um campo elétrico e um campo magnético e transporta energia. Uma onda pode ser representada por um “instantâneo” do campo elétrico E, e do campo magnético B em vários pontos sobre o eixo x, pelos quais a onda passa com velocidade c, como ilustra a figura 1. Nesse sentido pode-se dizer que, ondas eletromagnéticas são formadas pela combinação dos campos magnético e elétrico que se propagam perpendicularmente um em relação ao outro e na direção de propagação da energia, com uma velocidade constante c, que vale 8 3.10m/s. Esta energia é proporcional aos campos e tem direção e sentido da propagação da onda, ou seja, a energia é 29 ENSINO DE ASTRONOMIA O MOVIMENTO APARENTE DO SOL Figura 1:Representação da onda eletromagnética. Fonte:Halliday&Resnick, 2012.
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definida não apenas por sua intensidade, mas também apresenta uma direção e sentido. Este 'vetor-energia', denominado vetor de Poynting (em homenagem ao seu descobridor, o físico inglês John Henry Poynting, século XIX) pode ter seus efeitos entendidos com o uso de uma lanterna e umpedaço de cartolina. Numa sala escura, mantenha uma lanterna em frente a um pedaço de cartolina fixado perpendicularmente ao sentido de propagação da luz (figura 2). Nota-se que a luz ilumina uma determinada área com uma certa intensidade. Se a cartolina for inclinada em 20° em relação à posição anterior (figura 3), a área onde a mesma intensidade luminosa é aplicada aumenta. A intensidade da luz não se alterou, pois, a fonte é a mesma. Entretanto, a área onde esta intensidade é distribuída aumentou. Assim, cada unidade de área recebe menos energia. Iniciação à Astronomia O planeta Terra encontra-se no espaço e move-se continuamente por ele. Nosso planeta descreve vários movimentos, dois deles se destacam: o movimento de rotação e o movimento revolução (também chamado de translação). O primeiro é responsável pela alternância de dias e noites, pelo movimento aparente das estrelas à noite e pelo movimento aparente do Sol durante o período diurno. Nesse momento é muito pertinente ressaltar que a palavra dia apresenta dois significados diferentes e frequentemente isso é causa dealguma confusão. Dia pode ser usado para expressar o período de 24 horas (uma rotação completada Terra) e pode também significar o período claro do dia, quando o Sol fica acima do horizonte. De acordo com o material disponibilizado pelo planetário do Rio de Janeiro esse período de 24 horas era chamado pelos gregos de nictêmero para diferenciar do dia claro. 30 AstroNova . N.26 . 2020 Figura 2: Representação da superfície da cartolina perpendicular ao fluxo de luz. Fonte: Revista AstroNova, n.1, p.9, 2014 Figura 3: Representação da superfície da cartolina inclinada em 20° em relação à vertical. Fonte: Revista AstroNova, n.1, p.9, 2014
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O segundo movimento citado é aquele no qual a Terra orbita em torno do Sol em 365,2422 dias (graças a essa fração, a cada quatro anos ocorre um ano com 366 dias), mais especificamente 365 dias, 5 horas, 48 minutos e 46 segundos. Costumamos chamar esse período de um ano. Mesmo antes de conhecermos números tão precisos, o homem já havia relacionado o intervalo de tempo correspondente com quatro fases climáticas bem definidas, que se sucedem. Nesse período a Terra passa por quatro pontos especiais, os dois solstícios e os dois equinócios, que marcam o início das estações do ano. Os planetas percorrem órbitas elípticas ao redor do Sol, com o Sol em um dos seus focos. Quando se fala em elipse logo vem a mente a imagem de uma figura bastante achatada, mas devemos lembrar que as órbitas planetárias são bastante próximas de circunferências, isto é, possuem excentricidades baixas. Para se ter uma ideia a excentricidade da órbita da Terra varia entre 0 até 0.070 em um ciclo que leva entre 90000 e 100000 anos. Atualmente a excentricidade é de cerca de 0.017. Dessemodo, existem épocas em que o planeta fica mais próximo do Sol (periélio) e outras épocas que o planeta fica maisafastado do Sol (afélio). Essa diferença contudo é mínima se levarmos em consideração que estamos tratando de distâncias astronômicas. A Terra está a 5 milhões de quilômetro mais próxima do Sol no periélio (ponto da órbita em que a distância ao Sol é mínima) do que no Afélio (ponto de distância ao Sol máxima). Embora muitos ainda definam como a causa das estações do ano esta diferença na órbita do planeta, a explicação correta não é esta. Movimento aparente do Sol Ao amanhecer o Sol surge no horizonte, temos a impressão que com o passar do dia o mesmo se desloca, atingindo um ponto máximo no céu, descendo em seguida em direção a um ponto oposto no horizonte, até que ao entardecer desaparece no horizonte. Os movimentos aparentes dos astros celestes podem ser percebidos porque utilizamos alguns pontos específicos como referência, nesse caso estamos utilizando a linha do horizonte. Podemos entender horizonte como uma linha imaginária, limite de um imenso plano circular. Normalmente para facilitar nossa orientação, além da linha do horizonte o sistema de pontos cardeais: Norte, Sul, Leste e Oeste, que podem ser determinados por meio de observações astronômicas simples. Por meio de um instrumento denominado gnômon, podemos extrair uma série de informações importantes do ponto de vista da Astronomia. Uma delas, é o meridiano do local onde você se encontra. Esse meridiano é a linha norte- sul geográfica que passa pelo lugar onde você se encontra. De acordo com Lacerda et al. (2009), gnômon é simplesmente uma estaca vertical, posicionada firmemente sobre o solo. A variação contínua da sombra dessa estaca, à medida que o Sol se desloca em seu movimento aparente ao longo do dia pela esfera celeste, informa a fração do dia naquele momento, figura 4. A linha do meio dia local pode ser verificada pela menor sombra projetada AstroNova . N.26 . 2020 31
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pelo gnômon, esta é a linha do meridiano local, que por sua vez indica o ponto cardeal norte e o ponto cardeal sul. Ao traçar uma linha perpendicular ao meridiano encontramos os pontos cardeais leste e oeste. A palavra meridiano está diretamente relacionada a uma determinada coordenada geográfica. As coordenadas geográficas de um determinado lugar no planeta recebem o nome de Latitude e longitude. Ambas são representadas por linhas imaginárias esboçadas no globo terrestre, e são utilizadas para nos auxiliar a localizar determinados pontos da Terra. Equador pode ser entendido como a linha imaginária ao redor do meio do planeta. Está a meio caminho entre o Polo Norte e o Polo Sul, a 0 graus de latitude. Um equador divide o planeta em hemisfério norte e hemisfério sul. Assim, a latitude expressa, em graus, o quanto um ponto está se afastando da linha do equador. Um paralelo é uma linha imaginária que passa por todos os pontos com a mesma latitude, figura 5. A longitude expressa, em graus, o afastamento de um ponto em relação ao Meridiano de Greenwich, escolhido como referência. Um meridiano constitui-se como uma linha imaginária que passa por pontos que apresentam mesma longitude, como mostrado na figura 6. Se tomarmos como referência a linha do equador temos alguns paralelos importantes que possuem nomenclaturas próprias, como mostrado na figura 7. Na figura 10, além do Figura 4: Sombra do gnômon em diversos horários durante o dia. Figura 5: Representação do paralelo 50° Norte Figura 6: Representação do meridiano 30° oeste. Fonte:Canto e Canto, 2019, .218 Figura 7: Representação dos paralelos. Fonte: CHERMAN et al., p. 6, 2008 32 AstroNova . N.26 . 2020
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33 AstroNova . N.26 . 2020 equador, representamos outras duas linhas denominadas Trópico de Câncer e Trópico de Capricórnio. Estas linhas delimitam a faixa na superfície da Terra em queocorre o chamado “Sol a pino”. No equador isso ocorre no dia dos equinócios; no Rio de Janeiro, queestá pertinho do Trópico de Capricórnio, o Sol a pino acontece em dois dias muito próximos: 10de dezembro e 2 de janeiro (em alguns anos pode ocorrer nos dias 11 e 3), já em Maringá no Paraná, que está sobre Trópico de Capricórnio o Sol a pino acontece uma única vez no ano, 22 de dezembro. Fora da região intertropical, no dia em que se dá o solstício de verão, o Sol estará culminando com a sua altura máxima, perto do meio-dia. No dia do solstício de inverno, a alturaserá mínima na culminação, como na figura 8. De acordo com Lacerda et al. (2009), se um observador registrar o nascer do Sol de um mesmo lugar, dia após dia, descobrirá que, embora o Sol “nasça” sempre numa mesma direção, o local exato em que o astro desponta no horizonte varia dentro de um intervalo de pontos, em torno de um ponto central que é o verdadeiro ponto cardeal Leste. Para o observador ilustrado na figura 8, quando o Sol "nasce" mais ao norte segue um caminho mais baixo em relação ao horizonte, ao longo do dia. Os dias para esse observador são mais curtos nesse período, ao passo que se tornam mais longos quando o Sol nasce mais ao sul. Podemos dizer então que durante o ano o Sol surge no horizonte Leste em posições diferentes, que vai do Trópico de Capricórnio no hemisfério sul (latitude 23,5°Sul) até o Trópico de Câncer no hemisfério norte (latitude 23,5°Norte). Assim, para o observador da figura 8 (localizado no hemisfério sul), em dezembro o Sol surge no horizonte Leste sobre o Trópico de Capricórnio e em junho sobre o Trópico de Câncer. Nas regiões polares e equatoriais, as estações têm características bastante particulares. Próximo aos polos o ano é dividido simplesmente em períodos claro e escuro, e cada um deles dura vários meses. Já Figura 8: Altura máxima do Sol segundo a época do ano. Fonte: CHERMAN et al., p. 6, 2008 - Adaptada Figura 9: Representação da inclinação da eclíptica em relação ao eixo de rotação da Terra. Fonte:CHERMAN et al., p. 4, 2008 - Adaptada
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34 AstroNova . N.26 . 2020 nas proximidades do equador, o ano se divide em períodos de chuva e estiagem. A conhecida descrição das estações - primavera (período das flores), outono (períododos frutos), etc. - é válida apenas em locais de clima temperado. Inclinação do eixo de rotação da Terra A órbita da Terra em torno do Sol é uma elipse com excentricidade muito baixa, como já vimos. Podemos entender a excentricidade como uma medida do quanto um círculo foi 'amassado' para se tomar uma elipse (se a excentricidade é zero, temos um círculo). Assim, a variação da distância da Terra ao Sol não é o fator que causa a mudança das estações. O eixo de rotação da Terra encontra-se inclinado em relação ao plano da órbita em aproximadamente 23°, como mostra a figura 7. O equador celeste não coincide com a eclíptica; um está inclinado em relação ao outro cerca de 23,5 graus. O eixo de rotação terrestre, projetado na esfera celeste, indica os polos norte e sul celeste; este eixo “sempre” aponta para o mesmo ponto na esfera celeste. Graças a isso, ao longo de um ano o nosso planeta passa por quatro posições particulares: dois solstícios que marcam os inícios do verão e do inverno, e dois equinócios que marcam os inícios da primavera e do outono. Solstícios (verão ou inverno) - Ocorrem quando o Sol atinge seu máximo afastamento angular do equador celeste. O hemisfério da Terra em que estiver acontecendo o solstício de verão, terá o dia (período de insolação) com duração mais longa, enquanto o hemisfério oposto marca o solstício de inverno, quando as noites têm duração mais longa.Quanto mais afastados estivermos do equador terrestre, maiores serão as diferenças entre os dias e as noites ao longo do ano. No equador, em qualquer época, os dias e as noites têm sempre a mesma duração. Equinócios (primavera ou outono) - Ocorrem quando o Sol cruza o equador celeste. Nestes dias, em qualquer ponto da Terra, dias e noites têm igual duração (12 horas). Quando em um hemisfério estiver acontecendo o equinócio de outono, no outro estará ocorrendo o de primavera (CHERMAN et al., p. 4, 2008). Assim, ao longo de sua órbita, diferentes áreas da Terra estarão perpendiculares ao fluxo de energia solar. Em diferentes épocas do ano, uma mesma área na Terra recebe diferentes intensidades de energia solar devido à inclinação do eixo de rotação. Estas variações alteram a quantidade de energia recebida por área (como no exemplo da lanterna, figuras 2 e 3) e consequentemente alteram as temperaturas e a duração do dia, causando variações climáticas. Na região entre os paralelos Trópico de Capricórnio e de Câncer, o Sol fica a pino (zênite), duas vezes por ano. Sobre essas linhas, localizadas no paralelo 23,5° o Sol fica a pino apenas uma vez por ano (21 de junho no Trópico de Câncer e 21 de dezembro no Trópico de Capricórnio). As linhas do círculo polar ártico e antártico definem a região da Terra onde no período do inverno haverá pelo menos um dia no qual o sol não irá nascer, como mostrado na figura 8. Michel Batista Corci é professor da UTFPR e coordenador adjunto do Mestrado Profissional em Ensino de Física na instituição Veridiane Cristina Martins é professora na Educação Básica, graduada em Física e Mestre em Ensino de Física Sugestão de leitura: Aprendendo a ler o céu Rodolfo Langhi (2016)
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35 Wilson Guerra [email protected] Atualmente fala-se muito nos exoplanetas, mundos que orbitam outras estrelas. Dos milhares já detectados, dezenas deles têm chances de possuírem clima ameno e apto para manterem água líquida em sua superfície: são chamados de potencialmente habitáveis. Todos esses lugares, porém, ainda estão totalmente fora de alcance da humanidade. Não há capacidade técnica para visitas diretas de astronautas ou indiretas por meio de sondas espaciais. O problema aqui são as distâncias, na ordem de anos-luz. Um “outro mundo” muito mais próximo, no entanto, já foi visitado: a Lua. A partir de 1969, e durante a década de 1970, equipamentos científicos foram instalados na superfície da Lua e muito material foi trazido para a Terra. Os EUA se especializaram no envio de astronautas: 12 deles literalmente pisaram no chão lunar, no âmbito do programa espacial Apollo. Da ex-União Soviética, do qual hoje o programa espacial russo é herdeiro, veio uma grande experiência em sistemas robóticos e automáticos no nosso satélite natural, sobretudo a partir do programaLuna e suas estações móveis remotamente controladas, os lunikhods. Felizmente para nós, entusiastas das Ciências Espaciais, chegou a hora de unir as duas estratégias. Diferente do período anterior, marcado mais pela geopolítica e pela militarização, a volta do interesse pela Lua tem agora objetivos muito mais respeitáveis. Os cientistas defendem a idéia de uma base lunar para a realização de experimentos. Além disso, a Lua pode ser um lugar interessante para se testar tecnologias para ir a A LUA NO SÉCULO XXI Novas perspectivas científicas A LUA NO SÉCULO XXI Novas perspectivas científicas EXPLORAÇÃO ESPACIAL
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36 AstroNova . N.26 . 2020 Marte. Com a possibilidade de extrair oxigênio e hidrogênio (propelentes que acionam os foguetes) a partir do gelo lunar, a Lua poderá se tornar uma estação de reabastecimento, reduzindo drasticamente os custos com viagens espaciais. E a mineração, antes mera especulação, hoje é motivo de estudos sérios das agências espaciais. PROJETOS EUROPEUS A Agência Espacial Europeia (ESA) já determinou que seu foco é a Lua. Na Alemanha está sendo construída uma instalação de 1000m² feita para simular o ambiente lunar. Lá, os astronautas da agência vão realizar treinamentos. O projeto Luna contará com ambiente feito de regolito artificial lunar (o pó que compões a superfície da Lua), controle de iluminação e módulos habitáveis para os astronautas. A ESA foi responsável pela construção do módulo de serviço da Órion, a futura cápsula espacial da Nasa. O módulo de serviço é o centro energético e funciona com o motor da nave, que tem como um dos objetivos, levar astronautas para a Lua. A ESA também tem projetos para construir uma base lunar a partir de material da própria Lua. Isso protegeria A cápsula espacial Órion, da Nasa, com seu Módulo de Serviço, da ESA, nas instalações do Centro Espacial Kennedy. Projeto de base lunar da ESA, construída com sistema de impressão 3D a partir de material da própria superfície da Lua. O astronauta da Nasa, Buzz Audrin, instala sismômetro na superfície da Lua durante missão Apollo 11, em 1969. O jipe lunar robótico soviético Lunikhod, que inaugurou a era de exploração espacial automática em 1971.
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1337 AstroNova . N.26 . 2020 as equipes da radiação cósmica, já que diferente da Terra, não há na Lua proteções naturais como um campo magnético ou camada de ozônio. A ESA ainda trabalha no projeto de um grande veículo logístico chamado Heracles Lander, que permite uma série de missões configuradas para diferentes operações, como entrega de carga, retorno de amostras lunares ou prospecção de recursos encontrados na Lua. Poderia ainda fornecer suprimentos e até robôs para astronautas em solo lunar. O pólo Sul da Lua será um alvo especial do Heracles Lander, pois é uma área potencialmente com presença de gelo, de grande interessante para os pesquisadores. Outro projeto em andamento da ESA é um jipe robótico movido a laser que estudaria crateras escuras da Lua a procura de recursos, incluindo gelo de água . PROJETOS DA NASA Depois de muitas idas e vindas, a Nasa (agência espacial dos Estados Unidos) parece ter fixado uma meta de enviar astronautas de volta para a Lua: 2024. Se tudo der certo, este será o objetivo do programa Artemis, que também deseja levar a primeira mulher ao nosso satélite natural. Para isto está em avançado estado de desenvolvimento a cápsula espacial Órion e um gigantesco foguete propulsor chamado SLS (Space Launch System). Há vários projetos da Nasa que são subsidiários do programa Artemis ou podem servir para a manutenção de uma base lunar permanente de astronautas. Dentre eles o de jipes robóticos de investigação. O jipe robótico Viper irá procurar gelo de água na superfície da Lua, Ilustração do veículo Heracles Lander (ESA) na Lua. Ilustração de jipe robótico movido a laser, da ESA. O futuro foguete SLS, da Nasa, com a cápsula espacial tripulada Órion, no topo.
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38 AstroNova . N.26 . 2020 enquanto um protótipo chamado de RASSOR deverá constituir uma máquina de mineração a partir do regolito (pó de rochas da superfície). Outro projeto da Nasa, de cunho estritamente científico é o da construção de um radiotelescópio de comprimento de onda ultra longo no lado oposto da Lua. Um radiotelescópio assim possui enormes vantagens em comparação aos telescópios terrestres e orbitais da Terra, incluindo: a) esse telescópio pode observar o universo em comprimentos de onda superiores a 10 m (ou seja, abaixo de 30MHz), que são refletidas pela ionosfera da Terra e até agora pouco exploradas pelos seres humanos, e b) a Lua atua como um escudo físico que isola o telescópio da superfície lunar de interferências de rádio / ruídos de fontes terrestres, ionosfera, de satélites que orbitam a Terra e ruídos de rádio do Sol durante a noite lunar. A proposta inclui implantar uma malha de arame de 1 km de diâmetro de construção automatizada escalando a parede de uma cratera lunar com uma relação profundidade / diâmetro adequada para formar um refletor esférico. Este radiotelescópio de cratera lunar (LCRT, sigla em inglês), terá cerca de 1 km de diâmetro, será o maior radiotelescópio de abertura cheia do Sistema Solar! O LCRT poderia possibilitar enormes descobertas científicas no campo da cosmologia, observando o universo primitivo na faixa de 10 a 50m de comprimento de onda (faixa de frequência de 6 a 30MHz), que ainda não foi estudada. PROJETOS DA ROSCOSMOS Os russos também pretendem retomar seus projetos para a Lua. Sem interromper seu atual programa espacial tripulado na Estação Espacial Internacional (ISS), com a clássica nave Soyuz, a Roscosmos (agência espacial russa) trabalha no desenvolvimento de uma nova espaçonave chamada Orel. Bem maior que as atuais naves Soyuz, poderá transportar até 7 cosmonautas (as Soyuz se limitam a 3) e poderá ser usada tanto no transporte humano para a ISS como para levar os primeiros russos à Lua. Um vôo de teste da Orel ocorrerá em 2022. Projeto de rádiotelescópio construído sobre uma cratera lunar. Viper, jipe robótico da Nasa que buscará por água em crateras lunares. Protótipo do RASSOR em testes num laboratório da Nasa.
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A Roscosmos também pretende retomar aquilo que melhor sabe fazer na Lua: a exploração robótica automática. As sondas Luna- 25 e Luna-26 deverão ser lançadas em 2022. Com a ESA, uma sonda de pouso especialmente desenvolvida para procurar água no subsolo lunar deverá ser lançada em 2025: a Luna-27. Uma nova família de foguetes russos chamada Angará já foi concluída e testada com sucesso. Esses novos e potentes foguetes poderão ser os lançadores da nova fase da exploração espacial russa da Lua. ASCENÇÃO CHINESA A CNSA (agência espacial chinesa) tem feito avanços impressionantes. A China começou sua empreitada espacial muito depois da “corrida espacial” clássica da década de 1960. E notavelmente, hoje a China tem um completo domínio da astronáutica: famílias inteiras de foguetes de diferentes tamanhos, capacidade de lançamentos tanto na órbita da Terra como interplanetários, já construiu duas estações espaciais e em 2006 entrou no seleto grupo que realiza vôos espaciais tripulados independentes (antes apenas EUA e Rússia o faziam). Atualmente a China mantém uma plataforma de pouso e um jipe robótico na Lua, ambos em pleno funcionamento. O jipe, chamado Yutu-2 (é o segundo) funciona com energia solar e chegou a levar um pequeno habitat com plantas e insetos para testar a duração destas formas de vida, que foi curta. O programa espacial chinês ainda prevê um sistema robótico automático que enviará amostras da Lua Ilustração da sonda russa Luna-27, que fará prospecção em busca de água no subsolo. Novo foguete pesado Angará, no cosmódromo de Plesetsk, antes da decolagem inaugural em 2014. Jipe robótico chinês Yutu-2, na Lua, fotografado por sua plataforma de pouso. 1339 AstroNova . N.26 . 2020
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Nova cápsula espacial chinesa, testada recentemente sem tripulação. Ilustração de sistema automático chinês que enviará amostras lunares para a Terra. para a Terra. Recentemente a China testou uma nova nave ainda sem nome oficial. O teste não tripulado foi bem sucedido e assim como a nova nave russa, servirá tanto para transporte de taikonautas (a expressão para designar os astronautas chineses) à estações espaciais como para a superfície da Lua. A nova espaçonave poderá levar uma tripulação de até seis membros, o dobro das atuais naves chinesas Shenzhou. A nova nave foi testada com um também novo foguete pesado Longa Marcha 5B, que poderá ser o foguete lançador de futuras missões tripuladas chinesas à Lua. AGÊNCIA ESPACIAL INDIANA Recentemente a agência espacial indiana (ISRO) enviou à Lua uma um orbitador e uma plataforma de pouso (Vikram) com jipe robótico chamado Pragyan. Infelizmente o Vikram parou de enviar sinal pouco antes do pouso. Investigação posterior mostrou que problemas em sua plataforma de pouso o fez descer “de cabeça para baixo”. Assim o sistema não conseguiu controlar a velocidade de descida. O Vikram e seu jipe robótico, Pragyan, foram destruídos, espatifando-se no solo lunar. Mas a ISRO anunciou a intenção de lançar um novo jipe robótico para a Lua. ESTAÇÃO ESPACIAL LUNAR GATEWAY: UMA COOPERAÇÃO INTERNACIONAL Tão ambicioso quando os projetos de construção de uma base lunar é a estação Gateway. Esta estação deverá orbitar a Lua e servirá de um entreposto avançado, tanto para descer à superfície como para, quem sabe, Lançamento do novo foguete pesado chinês Longa Marcha 5B. 40 AstroNova . N.26 . 2020 A plataforma de pouso Vikram e o jipe robótico Pragyan, da ISRO (agência espacial indiana).
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1341 AstroNova . N.26 . 2020 enviar naves tripuladas para o planeta Marte. Em comparação com a Estação Espacial Internacional (ISS), a Gateway será muito menor, mais próxima da famosa estação russa Mir. Tal como a ISS, um empreendimento desta magnitude não tem como ser bancado sozinho, então agências espaciais de vários países já fecharam acordo e a Gateway será construída com o esforço conjunto, como a ISS é hoje. Estão na Gateway basicamente o mesmo consórcio da ISS: Nasa (EUA), Roscosmos (Rússia), ESA (Europa), CSA (Canadá) e Jaxa (Japão). Em uma reunião em 5 de março de 2019, o Conselho de Coordenação Multilateral da Estação Espacial Internacional (ISS) enfatizou a importância da pesquisa espacial sustentável e acessível. Os membros do conselho dos Estados Unidos, Canadá, Europa, Japão e Rússia apontaram o interesse comum em implantar um posto avançado humano na vizinhança lunar que servirá como uma estação para estudar a superfície da Lua. O conselho endossou planos para continuar desenvolvendo da estação Gateway e saudou a intenção de cada agência de buscar as aprovações necessárias para fornecer os elementos, módulos e recursos mostrados neste conceito para a configuração desta estação lunar. Além da colaboração internacional, a estação Gateway será construída com acordos comerciais com empresas do setor de tecnologia e engenharia aeroespacial. Modelo da estação espacial lunar Gateway (segmento dos EUA), construído pela Boeing. Veja mais sobre a estação lunar Gateway em: https://www.nasa.gov/feature/multilateral-coordination-board-joint-statement