Uma radiografia muito especial para Fukushima

Passado pouco mais de ano e meio do terramoto e marmoto do Japão, que provocaram o desastre nuclear de Fukushima, a limpeza da central segue lentamente devido ao material radioactivo que ainda se encontra espalhado pelos reactores. Mas um grupo de investigadores dos Estados Unidos apresenta um novo método para determinar o estado dos reactores da Central Nuclear e localizar o material perigoso, que pode acelerar e tornar mais segura a tarefa de limpeza. O método utiliza os muões, uma espécie de “irmão” mais pesado dos electrões, para obter uma radiografia do interior dos reactores. O grupo publicou um artigo sobre este método na edição de 11 de Outubro da revista Physical Review Letters (PRL).

 

A figura seguinte apresenta uma fotografia aérea tirada a 20 de Março de 2011, nove dias depois do terramoto e tsunami que assolaram o Japão a 11 de Março. Só um dos quatro reactores (o reactor 3, segundo á direita) parece estar intacto. (Crédito: AP).

 

 

Na Terra os muões resultam de raios cósmicos. Os raios cósmicos são compostos por protões que viajam a grandes velocidades no espaço e a sua origem não é ainda totalmente conhecida. Quando estes protões interagem com a atmosfera terrestre formam-se várias partículas novas, entre as quais muões. Os muões formados desta forma têm velocidade suficiente para atravessar várias camadas de material. Tal como acontece com os raios X, é possível tirar uma espécie de radiografia de muões, que permite “ver” o interior de edifícios.

 

O grupo que publicou o estudo da PRL tem estudado desde 2001 a radiografia de muões para determinar se um contentor contém material radioactivo. O objectivo inicial era (e ainda é) identificar tentativas de contrabando deste material, que pode ser utilizado num ataque terrorista. A radiografia de muões permite identificar facilmente o urânio e outros elementos pesados (como o plutónio), radioactivos ou não. E assim permite localizar as zonas dos reactores onde se encontra o material radioactivo no interior dos reactores de Fukushima, sem ser necessário recorrer a mão-de-obra humana, robots ou outros instrumentos.

 

O estudo apresentado pela PRL foi feito recorrendo a um modelo matemático teórico. O modelo matemático foi aplicado a diferentes situações, quanto ao estado do reactor e à existência de material radioactivo. Também foram considerados quatro tempos diferentes de exposição das radiografias. Os resultados são animadores. Após 4 horas de exposição é possível localizar grandes quantidades de material radioactivo na radiografia. Uma radiografia com 6 semanas de exposição permite identificar a localização de pequenas quantidades deste material.

 

Os autores do estudo consideram que é agora possível fazer experiências “reais” na central de Fukoshima, utilizando a radiografia de muões. O método pode ser explicado através da figura seguinte. São colocados dois detectores de muões (que correspondem às chapas de radiografia) em duas paredes opostas dos reactores. Esta localização permite determinar a trajectória dos muões antes de penetrarem no reactor (placa verde em cima à direita) e depois de passarem pelo reactor (placa verde em baixo à esquerda). Os detectores são colocados no exterior do edifício para minimizar o tempo de exposição dos operários que procedem a sua colocação (Crédito: Borozdin et al/ PRL).

 

 

Quando um muão atinge o núcleo de um átomo, é reflectido pelos protões do núcleo, e a sua trajectória muda. Quanto maiores os núcleos atómicos e quanto maior o número de vezes que o muão é reflectido, maior a alteração da sua trajectória. Os elementos pesados são aqueles com maior número de protões no núcleo atómico, logo são aqueles que provocam maior alteração da trajectória dos muões. Elementos pesados como o uranio e o plutónio tornam-se assim “visíveis”, como os ossos numa radiografia de raios-X. Este método tem ainda a vantagem de obter imagens a três dimensões.

Na Lua o Sol é uma fonte de água

Um estudo publicado online pela revista Nature Geoscience a 14 de Outubro, comprova que, pelo menos em parte, a origem da água que se encontra na Lua tem “origem” no vento solar. O estudo, feito por investigadores da Universidade do Tennessee e do California Institute of Technology, ambos nos Estados Unidos da América, analisa a água “presa” no rególito lunar.

A figura anterior apresenta uma fotografia de um grão de aglutinado semelhante aos aglutinados de rególito estudados pela equipa de investigadores que apresenta o artigo da Nature Geoscience. Tal como o rególito estudado, este grão foi recolhido por uma missão Apollo (Crédito: Yiang Liu).

 

O rególito é um conjunto de poeira e pedras de dimensão reduzida que resultam da erosão e acção de outros elementos (como mini- meteoritos, na Lua) sobre a rocha. Na Lua o rególito cobre toda a superfície e é constituído parcialmente por aglutinados, pequeninos aglomerados de rocha e minerais fundidos criados por impactos de mini-meteoritos. Os autores do estudo agora publicado consideram que os aglutinados (que constituem cerca de metade do rególito lunar) poderão ser a maior fonte de água para futuras colónias lunares.

 

A criação de colónias na Lua exige que sejam conhecidas e estudadas os materiais existentes neste satélite. A água é fundamental para a sobrevivência humana, pelo que é fundamental conhecer e estudar todas as possíveis fontes de água na Lua. Foram propostas várias fontes para a água da Lua, sendo as mais famosas o impacto de cometas ou de meteoritos e o vento solar. E o estudo da Nature Geoscience comprova que pelo menos parte da água da Lua tem como origem o vento solar.

 

Mas como pode o vento solar “produzir” água? O vento solar é constituído pro protões, electrões e iões. É libertado continuamente pelo Sol para o sistema solar. Mas os protões não são mais do que átomos de hidrogénio que perderam o seu electrão (o átomo de hidrogénio é o átomo mais simples, constituído apenas por um protão e por um electrão). Os protões podem assim reagir com átomos de oxigénio existentes na superfície lunar, formando iões hidroxilo (iões constituídos por um átomo de oxigénio e um átomo de hidrogénio). E para formar uma molécula de água só é preciso “juntar ao ião hidroxilo mais um protão (e dois electrões!).

O artigo da revista Nature Geoscience apresenta os resultados do estudo de rególito recolhido entre 1969 e 1972 pelas missões Apollo 11, Apollo 16 e Apollo 17. As amostras foram analisadas por duas técnicas diferentes, espectroscopia de infravermelho e espectroscopia de massa. Os resultados indicam que a água tem uma composição de isótopos de hidrogénio mais próxima da composição do Sol, do que de cometas ou meteoritos.

 

Com base nos resultados apresentados no estudo da Nature Geoscience, os autores acreditam que o vento solar poderá ser a fonte de água em outros astros do sistema solar, como Mercúrio e o asteroide Vesta.

 

 

Nota: O artigo (resumo) da revista Nature Geoscience pode ser encontrado aqui.

O protector solar da Lua

Quando a Lua é vista ao telescópio é possível ver em certas zonas umas manchas brancas onduladas, que se vão espalhando e desvanecendo. Estas manchas rodopiantes, chamadas remoinhos lunares, têm fascinado astrónomos amadores e profissionais e têm estado sem explicação. Até agora.

 

Os remoinhos lunares são áreas da superfície da Lua em que o albedo é menor (refletem mais a luz). Não são esquisitos na sua localização, existido em zonas com topografias muito diferentes, e podem estender-se por dezenas de quilómetros fazendo desenhos ondulantes sobre a superfície lunar. Mas tornam-se mais visíveis contra o fundo escuro dos mares, como prova a figura seguinte, uma fotografia de Reiner Gamma, um dos remoinhos lunares mais famosos, situado no Oceanus Procellarum (o maior dos mares lunares), perto da cratera Reiner, que lhe dá o nome. Na fotografia a cratera Reiner (com 30 km de diâmetro) situa-se em baixo à direita (Crédito: NASA).
 

 

Foram propostas várias hipóteses para a formação dos remoinhos lunares e para o seu baixo albedo. A mais importante baseia-se numa estranha coincidência: os remoinhos situam-se em zonas que apresentam uma “anomalia magnética”. Segundo esta hipótese, o campo magnético desta anomalia protegeria a zona da acção do vento solar.

 

O vento solar é libertado continuamente pelo Sol, atingindo todos os recantos do Sistema Solar. É constituído por protões, electrões e iões que se movem a grandes velocidades (em média de 400 km/s), o que o torna mortal para a Vida. A Terra, e outros planetas, produzem um campo magnético que desvia o vento solar. Mas a Lua não.

 

O vento solar é responsável pelo escurecer da superfície lunar. Segundo a hipótese favorita para a existência dos remoinhos lunares a superfície da Lua protegida pelas anomalias magnéticas não escurecia, mantendo um aspecto claro e “jovem”. O problema desta hipótese é que o campo magnético gerado pelas anomalias magnéticas é demasiado fraco para impedir a passagem do vento solar.

 

Este facto parece ter sido agora “ultrapassado” por um estudo publicado pela revista Physical Review Letters, que recria em laboratório as condições que ocorrem na Lua. Um pequeno íman é colocado sobre uma placa (que faz as vezes da superfície lunar) e são ambos submetidos à acção de vento solar “artificial”. Os resultados parecem espelhar o que acontece na Lua, de acordo com os dados recolhidos por sondas lunares.

 

As figuras seguintes mostram o que acontece à “superfície lunar” quando é sujeita à acção do vento solar no laboratório. O campo magnético é demasiado fraco para impedir ou desviar os protões e os iões. Mas os electrões seguem as linhas do campo magnético e são desviados. Isto provoca a separação entre a carga negativa (electrões) e a carga positiva (protões e iões), criando um campo eléctrico. É este campo eléctrico que desvia e repele de forma eficaz a grande maioria das partículas de carga positiva (os poucos que passam ajudam a manter o campo eléctrico).
 

 

A figura à esquerda é um esquema de como se forma e mantem um remoinho lunar. A figura à direita é o negativo de uma fotografia tirada em laboratório durante uma experiência com um íman sujeito à acção do vento solar. A barra preta é o “vento solar” e o campo eléctrico cria uma bolha protectora. Na Lua a bolha protectora criada pelo campo eléctrico pode atingir vários quilómetros de altura (Crédito: Bamford et al, Physical Review Letters).

 

Os resultados obtidos em laboratório estão de acordo com a informação recolhida pelas sondas espaciais que têm estudado a Lua, e com um modelo matemático desenvolvido pelos autores do estudo da Physical Review Letters. As ondulações visíveis na superfície lunar, que dão o nome ao fenómeno, são muito possivelmente provocadas pelo relevo do solo lunar.

 

Este estudo traz ainda a esperança de resolução de um dos problemas mais importantes na exploração espacial pelos humanos: como ultrapassar o efeito nefasto do sempre presente vento solar. A grande velocidade das partículas com carga torna-as fatais para todos os humanos que se atrevam a sair da “bolha protectora” formada pelo campo magnético gerado pela Terra. A exploração da Lua por astronautas é possível porque a “bolha protectora” também protege o nosso satélite natural. Mas a viagem até Marte é impossível sem uma protecção contra o vento solar.

 

O estudo da Physical Review Letters indicia que é possível criar uma “bolha protectora” em volta de uma nave espacial apenas com um campo magnético de baixa intensidade, de uma forma muito semelhante ao que acontece com os ondulantes remoinhos lunares. O efeito poderá ser igual ao que se pode ver na figura seguinte, uma fotografia de um pequeno íman sujeito à acção do vento solar (com um brilho púrpura) (Credito: RAL Space & Uni. of York).

 

Nota: O artigo da revista Physical Review Letters pode ser encontrado aqui.

Uma dança fatal

Existe no Sistema Solar uma dança de morte e regeneração entre as luas e (quiçá?) os anéis de Úrano. Um estudo publicado pela revista Icarus, utilizando modelos matemáticos e um programa informático, revela que várias das luas mais interiores de Úrano poderão chocar entre si num futuro próximo (astronomicamente falando, claro!), de entre 1000 e 10 milhões de anos, podendo dar origem a novas luas ou até a um novo anel.
 

Os autores do estudo publicado pela Icarus, Robert French e Mark Showalter, consideram que o par de luas Cupido e Belinda serão os primeiros a chocar entre si, seguindo do par Cressida e Desdemona. E não têm dúvida que a posição relativa das luas mais interiores de Úrano estará sempre em mudança. Daqui a alguns milhares de anos Úrano poderá apresentar novas luas e novos anéis.

 

A figura anterior mostra duas fotografias de Úrano e algumas das suas luas mais interiores. As fotografias foram tiradas em 1997 pela sonda Hubble, com 90 minutos de diferença, permitindo observar o movimento de translação das luas em torno de Úrano (representadas pelas setas na fotografia da direita) Nas fotografias é também possível ver alguns dos anéis de Úrano (com destaque para o anel épsilon (ε)), mas não o anel nu (ν) que French e Showalter pensam poderá estar em processo de acreção (aglomeração de material de pequenas dimensões do anel para formar um astro de maiores dimensões) e poderá dar origem a uma nova lua.

Úrano foi o primeiro e, com a recente despromoção de Plutão, o único planeta a ser descoberto utilizando um telescópio. Foi observado pela primeira vez em 1781 pelo astrónomo e músico William Herschel. Foi também Herschel que descobriu as duas primeiras luas de Úrano, Titânia e Oberon. Actualmente são conhecidas 27 luas movendo-se em torno de Úrano, todas com nomes de personagens de peças do dramaturgo inglês William Shakespeare (1564–1616).

As cinco maiores luas, Titânia, Oberon, Ariel, Umbriel e Miranda, também foram descobertas recorrendo a telescópios. As outras 22 luas conhecidas de Úrano são demasiado pequenas para poderem ser descobertas utilizando telescópios convencionais. Só a passagem da Voyager 2 pelo planeta em 1985-86 e o telescópio Hubble permitiram a descoberta destas luas, com a constatação de um facto curioso: Existem treze pequenas luas situadas no pequeno espaço entre Úrano e as cinco luas maiores, uma situação única no sistema solar.

Tantas luas em tão pouco espaço tornam muito provável o choque entre elas. Mas quais as luas de Úrano com maior probabilidade de chocar entre si? A interacção entre as 13 luas interiores de Úrano é o alvo do estudo publicado pela Icarus. French e Showalter desenvolveram um modelo matemático e um programa informático que permitem, conhecendo a órbita e a massa das luas de Úrano, determinar a possibilidade de colisão entre dois destes astros.

Dois astros não chocam “por acaso”. Para que duas luas choquem entre si é necessário que as suas órbitras se cruzem. Quando tal acontece mais tarde ou mais cedo as luas acabam por se encontrar. Mas a órbita de uma lua (a sua trajectória em torno de um planeta) depende da sua massa e também da proximidade de outras luas. Qualquer astro (na verdade a massa do astro) influencia (altera) a trajectória de um astro vizinho. Assim, no sistema de Úrano, a presença de tantas luas, tão próximas umas das outras, faz com que as suas órbitras estejam em constante mudança.

A distância de Úrano à Terra e o pequeno tamanho das suas luas não permitem, com a tecnologia actual, calcular com precisão a massa de cada uma. E sem conhecer a massa de uma lua é impossível determinar com precisão a sua trajectória e a trajectória das luas vizinhas. O programa informático desenvolvido por French e Showalter supera este problema ao permitir fazer variar a massa de cada lua. Para cada simulação é definida a massa de cada lua interior de Úrano e indicada a sua trajectoria conhecida. O programa tem em consideração a influência da massa de cada lua sobre a trajectória das luas vizinhas e finalmente a influência das cinco grandes luas sobre todo o conjunto.

Os resultados apresentados por French e Showalter revelam um cenário de colisão, envolvendo várias das luas interiores de Úrano. Cupido e Belinda são as que têm probabilidade de chocar entre si mais cedo, entre 1000 e 10 milhões de anos. Segue-se o par Cressida e Desdemona que poderão chocar entre si nos próximos 100 mil a 10 milhões de anos.

O trabalho de French e Showalter poderá resolver uma outra questão interessante. Quando duas luas colidem entre si, os detritos formados podem formar um anel em torno do planeta. Ora um dos anéis de Úrano, o anel ν (nu), parece estar numa zona pouco convencional. Este anel, situado entre as luas Portia e Rosalinda, poderá estar em processo de acreção e, segundo French e Showalter, poderá no futuro tornar-se numa nova lua.

  

Nota: o artigo de French e Showalter publicado na revista Icarus pode ser encontrado aqui.

Os Jogos Olímpicos segundo a Google

27 de Julho de 2012 – Cerimónia de Abertura

28 de Julho de 2012 – Tiro ao Arco

29 de Julho de 2012 – Salto

30 de Julho de 2012 – Esgrima

31 de Julho de 2012 – Ginástica Artística

1 de Agosto de 2012 – Hóquei de Campo

 

2 de Agosto de 2012 – Ténis de Mesa

3 de Agosto de 2012 – Lançamento de Peso

4 de Agosto de 2012 – Salto com Vara

Chegaram os Jogos Olímpicos de 2012!

A Google comemora a abertura oficial dos Jogos Olímpicos 2012, que se vão realizar em Londres, Grã-Bretanha, entre 27 de Junho e 12 de Agosto. Na verdade já se realizaram algumas provas (12 jogos de futebol, provas de tiro ao arco e provas de hipismo) mas a Cerimónia de Abertura irá acontecer hoje às 21h. Londres irá também receber os Jogos Paraolímpicos de 2012, de 29 de Agosto e 9 de Setembro. Em baixo encontram-se os logotipos oficiais dos Jogos Olímpicos de 2012 (à esquerda) e dos Jogos Paraolímpicos 2012 (à direita).

Mais uma Lua em torno de Plutão!

Depois de em finais de Julho de 2011 várias fotografias tiradas pela sonda Hubble terem provado a existência de quatro luas em torno de Plutão, um novo conjunto de 5 fotografias vem adicionar mais uma pequena lua a acompanhar este (agora classificado como) planeta anão. A pequena lua, com o nome provisório de P5,tem entre 10 km e 24 km de diâmetro e orbita a perto de 93 km de Plutão. A existência da lua P5 foi comprovada com cinco fotografias tiradas pela Hubble entre 26 de Junho e 9 de Julho. A figura inicial é uma dessas fotografias, a 7 de Julho de 2012, e apresenta Plutão e as suas cinco luas. P5, a nova lua encontra-se assinalada por um círculo verde (Credito: NASA; ESA; M. Showalter, SETI Institute (adap.)).

A descoberta da quinta lua de Plutão é consequência, mais uma vez, do estudo de Plutão utilizando a sonda Hubble como preparação para a aproximação da sonda New Horizons a Plutão. Esta descoberta vem reforçar ainda mais a hipótese de que o sistema de Plutão é o resultado do choque deste planeta anão com outro astro de tamanho semelhante da cintura de Kuiper. Se esta hipótese for real então é provável que Plutão tenha um sistema de anéis constituído por milhares de partículas de tamanho variável. Estas partículas, invisíveis a partir da Terra, poderão causar estragos grandes na sonda New Horizons.

A New Horizons foi lançada em 2006 e espera-se que atinja Plutão em 2015. Tem como objectivo estudar Plutão e outros elementos da cintura de Kuiper, uma faixa situada para além de Neptuno, constituída por corpos de gelo de tamanho variável e alguns corpos rochosos, incluindo quatro planetas anões e as suas luas. As informações fornecidas pela sonda Hobble e pela sonda James Webb Space (que irá substituir/complementar a Hubble) permitirão conhecer melhor Plutão antes da chegada da New Horizons.

  

Nota: O texto deste post foi adaptado de um texto da NASA que pode ser encontrado aqui. É apresentada também uma imagem do sistema de Plutão que foi adaptada para este post.

Alan Turing, um grande homem!

A Google comemora o 100º aniversário de Alan Turing (1912-1954), descodificador do código alemão Enigma na 2ª Guerra Mundial e inventor dos computadores.

Placa comemorativa na antiga casa de Turing em Wilmslow, Cheshire, onde Turing viveu e morreu (Crédito: Wikipedia).

Um arrefecimento em vias de extinção

O fenómeno de aquecimento global, potenciado pela libertação de dióxido de carbono e de outros gases potenciadores do efeito de estufa é um facto confirmado. Entre 1906 e 2005 o aumento médio da temperatura na Terra foi de 0,8 °C. Mas um estudo publicado pela revista Atmospheric Chemistry and Physics demostra que, contrariando a tendência mundial, a temperatura média na zona leste dos EUA decresceu até 1 º C entre as décadas de 1930 e 1990. Os responsáveis por esta descida são a poluição particulada, micro partículas com até 10 μm (micrómetros) formadas pela queima de combustíveis fósseis, e os aerossóis formados devido a esse tipo de polição.

A figura anterior mostra a variação da temperatura nos EUA entre 1930 e 1990. O azul indica as zonas onde os aerossóis provocaram a diminuição de temperatura (Crédito: Eric Leibensperger).

A queima de combustíveis como a gasolina (por carros e outros meios de transporte) e de carvão (em centrais eléctricas e outras indústrias) leva a libertação de resíduos sólidos, partículas de tamanho muito, muito reduzido, que se difundem na atmosfera. Também produz dióxido de enxofre e óxidos de azoto, gases que reagindo na atmosfera sob o efeito da radiação solar, também levam à formação de mais partículas e de gotículas. Este conjunto é chamado material particulado e cria uma poluição a que se dá o nome de poluição particulada.

Nem toda a poluição provoca efeito de estufa. A poluição particulada dá origem a aerossóis (névoas e nevoeiros) que, em geral, provocam a diminuição local da temperatura. Esta diminuição pode acontecer de duas formas: directamente, quando o material particulado reflete os raios solares incidentes, impedindo a sua “chegada à superfície terrestre, ou indirectamente, quando o material particulado incentiva a formação de nuvens, que refletem a luz solar.

O esquema anterior mostra como se forma a poluição particulada e uma das suas consequências mais importantes: a chuva ácida (Legenda: NOx = óxidos de azoto; SO2 = dióxido de enxofre; VOC = compostos orgânicos voláteis; antropogénico = gerado pelo homem) (Crédito: EPA, adap.).

Na Europa os níveis de poluição particulada são muito baixos, uma consequência da rigorosa legislação criada pela União Europeia para diminuir de todas as formas possíveis a libertação de dióxido de enxofre e óxidos de azoto para a atmosfera. A legislação foi criada para eliminar a ocorrência de chuvas ácidas, uma das consequências mais graves da presença destes gases na atmosfera.

Os Estados Unidos só passaram a ter legislação deste tipo no final do século XX. A legislação mais importante, o Clean Air Act, foi apresentada em 1970 e reforçada em 1990. Mas a poluição particulada tem uma actuação limitada no espaço e no tempo, porque o material particulado e aerossóis mantêm-se na atmosfera por apenas uma semana, antes de “caírem” sobre o solo, e assim, não se “espalham” por áreas muito grandes. Embora a temperatura tenha descido em média entre 0,5 e 1,0 ºC entre 1970 e 1990, essa descida apenas foi sentida na zona leste dos Estados Unidos. E neste momento o efeito de “arrefecimento” está a passar: em 2010 a descida era de apenas 0,3 ºC.

Os autores do estudo dizem que os resultados apresentados servem de aviso para países em desenvolvimento que estão ter um grande desenvolvimento industrial, como por exemplo a China e a Índia, e que também estão a desenvolver legislação para diminuir a emissão (libertação para a atmosfera) de dióxido de enxofre e óxidos de azoto. Ao contrário do que aconteceu na Europa, a motivação da China deverá ser os efeitos perversos que a poluição particulada tem na saúde pública, principalmente a nível do sistema respiratório. E à medida que estes países passem a controlar a emissão destes gases, os autores receiam que a temperatura média da Terra aumente mais do que (já) é esperado.

Nota: o estudo publicado pela revista Atmospheric Chemistry and Physics indica que a poluição particulada tem outras consequências a nível do clima, principalmente a nível da precipitação. Por um lado, ao refletir os raios solares incidentes, e impedir a sua “chegada” à superfície terrestre diminui a taxa de evaporação de água para a atmosfera. Por outro lado, ao actuar como agentes aglutinadores, o material particulado ajuda à formação de nuvens e promove a precipitação (chuva).

Uma pista de corridas bem agitada!

Uma fotografia tirada pela sonda Cassini-Huygens a 30 de Janeiro de 2009 revelou que o anel F de Saturno é alvo de “bombardeamentos” ocasionais, criando rastos brilhantes de material, chamados mini-jets. As “bombas”, chamadas bolas de neve, são criadas a partir de materiais do próprio anel F pela acção gravítica de Prometeu, uma lua de Saturno que acompanha este anel de perto. A descoberta foi apresentada a 24 de Abril na União Europeia de Geociências. A figura seguinte apresenta um mini-jet que projecta a sua sombra sobre o anel F (Crédito: NASA/JPL-Caltech/SSI/QMUL – adap.).

Os anéis de Saturno têm sido objecto de fascínio desde que foram descobertos por Galileu em 1610. Actualmente são (re)conhecidos 6 anéis, nomeados, por ordem cronológica de descoberta, de A a G. O anel F é o terceiro anel mais distante do planeta, com um raio de 140 220 km. É também um anel muito fino, com apenas 50 km de largura, uma das razões para só ter sido descoberto em 1979 pela análise de fotografias tiradas pela sonda espacial Pioneer 11.

A reduzida extensão do anel F resulta da acção de Prometeu e Pandora, o primeiro par de luas pastoras descoberto no sistema solar (um feito da sonda Voyager 1, em Outubro de 1980). São chamadas luas pastoras, porque, pela sua acção gravítica, moldam a forma e o tamanho do anel. Prometeu, situada no interior do anel F, impede que este se estenda “para dentro” e Pandora, situada no exterior do anel, impede a sua extensão “para fora”.

A figura em baixo mostra as duas luas pastoras sobre o anel F. Pandora (84 km de tamanho), à esquerda, está mais próxima da câmara e por isso parece ter o mesmo tamanho que Prometeu (86 km de tamanho), à direita (Crédito: NASA/JPL/Space Science Institute).

Das duas luas pastoras do anel F, Prometeu é a lua que tem maior efeito sobre o anel. A acção gravítica da lua provoca ondulações e forma canais no anel. Também promove a formação de bolas de neve, pequenos aglomerados de gelo que geralmente são destruídas pela força das mares ou por colisão entre si. A figura seguinte mostra uma ondulação no anel F, resultado da acção gravítica de Prometeu. No canto inferior esquerdo é visível um mini-jet, resultado da colisão de uma bola de neve (Crédito: NASA/JPL-Caltech/SSI/QMUL).

O primeiro mini-jet foi descoberto por acaso. Um grupo de investigadores da Unidade de Astronomia da Queen Mary, Universidade de Londres, observou uma pequena saliência no anel F numa fotografia tirada pela sonda Cassini-Huygens em Janeiro de 2009. A equipa resolveu então estudar 8 horas de imagens em torno dessa fotografia. Confirmou que a saliência visível no anel F era o resultado de uma colisão de uma bola de neve formada a partir do próprio anel F, por influência da lua Prometeu.

A equipa analisou depois perto de 20 000 fotografias do anel F tiradas pela Cassini-Huygens ao longo dos últimos 7 anos (2004-2011). Descobriram 500 fotografias que mostram o resultado de colisões de bolas de neve com o anel F, pequenos traços laterais ao anel, a que deram o nome de mini-jets. A figura seguinte apresenta 6 destas fotografias, com mini-jets cujo tamanho varia entre 29 km (fotografia do canto superior esquerdo) e 207 km (fotografia do centro inferior) (Crédito: NASA/JPL-Caltech/SSI/QMUL).

O conjunto de fotografias da Cassini-Huygens conta a história dos mini-jets. A acção gravítica de Prometeu sobre o anel F leva à formação de bolas de neve, uma aglomeração de blocos de gelo vindos do anel. A maioria destas bolas é destruída. Mas algumas bolas de neve mais “pequenas”, com até 1 km de diâmetro, sobrevivem e passam a ter uma trajectória próxima da seguida pelos blocos que “formam” o anel F. Eventualmente a bola de neve acaba por “chocar” com o anel, criando um rasto brilhante de detritos, os mini-jets, que em geral têm entre 40 km e 180 km de comprimento. O choque é bastante lateral e à baixa velocidade de 2 m/s. Por vezes formam-se mais de um mini-jet ao mesmo tempo, e o anel parece ter a forma de um arpão, como mostra a figura seguinte (Crédito: NASA/JPL-Caltech/SSI/QMUL).

O vídeo seguinte apresenta um pequeno resumo desta descoberta (Crédito: NASA/JPL-Caltech/SSI/QMUL).

Nota: A figura seguinte apresenta, de uma forma exagerada, o resultado da acção da lua Prometeu sobre o anel F. O centro, ocupado por Saturno foi “apagado”. A largura do anel F foi “aumentada” 140 vezes, de forma a tornar mais visíveis as “dobras” do anel.

Feliz dia da mãe!

Parabéns a todas as mamãs do mundo!

Hoje é dia 1 de Maio!

Parabéns a todos os trabalhadores!

No calor da cidade…

Um artigo publicado pela revista Tree Physiology revela que as árvores jovens crescem mais rapidamente em cidades do que fora delas, uma consequência do factor ilha de calor urbano. Segundo o estudo as árvores plantadas em parques citadinos podem crescer até oito vezes mais rápido do que árvores plantadas em parques florestais longe de cidades. Em baixo uma fotografia do Central Park (Crédito: Martin St-Amant/Wikipedia).

 

O efeito ilha de calor urbano ocorre em todas as grandes cidades e outros centros urbanos. É provocado pelas cores escuras das estradas, outros pavimentos e coberturas de prédios que absorvem a energia solar e irradiam calor. O calor irradiado por estas superfícies escuras faz aumentar a temperatura média das cidades alguns graus em relação aos campos em redor. Na cidade de Lisboa, por exemplo, a temperatura média pode estar mais de 4 °C acima da temperatura das zonas não urbanas mais próximas.

Os autores do estudo decidiram estudar de que forma o efeito de ilha de calor urbano de Nova Iorque afecta o crescimento do carvalho-americano (Quercus rubra), uma espécie comum em parques desta cidade. Para isso plantaram árvores de carvalho-americano em quatro zonas diferentes do estado de Nova Iorque: no Central Park (o maior parque de Nova York), em duas zonas florestais da zona suburbana do vale do rio Hudson (rio que desagua em Nova York) e no reservatório de Ashokan, situado a cerca de 160 km norte de Nova Iorque. Também foram criadas árvores em laboratório, imitando as condições de cada um dos locais escolhidos.

 

A figura em cima apresenta uma fotografia de um carvalho-americano (fotografia central, Crédito: PlantaPro). O nome latino desta árvore, Quercus rubra, que quer dizer carvalho vermelho em latim, deve-se ao facto de no Outono as folhas tomarem uma cor vermelha (fotografia à direita).

O mapa em baixo apresenta as zonas onde foram plantadas as árvores. O pin roxo indica a posição do reservatório de Ashokan (um reservatório artificial que fornece água a cidades do estado de Nova Iorque). O pin verde indica a posição da cidade de Nova Iorque. O vale do rio Hudson rodeia o rio com o mesmo nome, situa-se a direita do reservatório de Ashokan e é a linha curva azul que desagua em Nova Iorque. A fotografia interior com cercadura roxa  é um pormenor do reservatório de Ashokan (Crédito: GoogleMaps).

 

Após menos de um ano de crescimento as árvores apresentavam grandes diferenças. As árvores plantadas na cidade apresentavam oito vezes mais biomassa (massa total da árvore) do que as árvores plantadas fora da cidade. As árvores da cidade detinham até dez vezes mais capacidade para realizar fotossíntese (processo que permite às plantas produzir oxigénio e glicose a partir de dióxido de carbono, sob acção da luz) porque tinham bastantes mais folhas do que as outras.

A análise das árvores que cresceram em laboratório permitiu confirmar que o factor mais importante para a diferença de crescimento das árvores foi a temperatura. As árvores que cresceram num ambiente com maior temperatura tinham mais biomassa e maior número de folhas.

Pela análise das árvores que cresceram em laboratório, os investigadores descobriram outro factor importante para o maior crescimento das árvores citadinas, embora não tanto como a temperatura. E por incrível que pareça é a poluição do ar. Sob o efeito da luz solar e das temperaturas mais elevadas da cidade os gases e poeiras libertados pela queima de combustíveis feita por carros (e não só!) reagem entre si, levando à formação de “espécies de azoto” que funcionam como fertilizante das árvores citadinas.

Nova Iorque tem cerca de 5,2 milhões de árvores, das quais 25 000 só no Central Park. Os resultados apresentados por este estudo auguram um bom futuro para as árvores de Nova Iorque e para as árvores de todas as cidades do Mundo, o que são boas notícias numa altura em que o número e tamanho das cidades no Mundo estão a aumentar.

 

Nova Iorque vista do Central Park (Crédito: Fritz Geller-Grimm).

A Google comemora (mais uma vez) o Dia da Terra!

Uma sequência de fotografias mostram o logotipo da Google feito de plantas a florir. A última fotografia apresenta o logotipo da Google em flor.

Feliz dia da Terra para todos.

Um fenómeno extraterrestre

A fotografia em cima apresenta um remoinho serpenteando num terreno inóspito, sobre a superfície de Marte. Foi tirada a 16 de Fevereiro de 2012 na zona de Amazonis Planitia (latitude 35.8º norte, longitude 207º este), uma das regiões mais planas de Marte, situada no hemisfério norte do planeta (na foto o Norte é para cima) (Crédito: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona).

"A fotografia cobre uma área de sensivelmente 644 metros na diagonal. O remoinho tem um diâmetro de pouco mais de 28 metros e uma altura de 800 metros. A altura do remoinho foi calculada pela análise da sua sobra projectada sobre o solo (a mancha mais escura na fotografia).

O remoinho parece dançar no ar, deixando um rastro ondulante. Mas esse efeito é provocado por uma “brisa” vinda de oeste. Tal como na Terra os ventos em Marte são formados por acção do calor do Sol. E embora na altura em que a fotografia foi tirada Marte se encontrasse o mais afastado do Sol na sua órbita, ainda foi possível formar-se um remoinho capaz de “varrer” o pó recentemente depositado no seu trilho sobre a superfície de Marte."

A fotografia foi tirada por uma câmara da Mars Reconnaissance Orbiter, uma sonda da NASA que se encontra em órbita de Marte. Esta sonda foi lançada em 2005 e tem como objectivo estudar a existência (passada e presente) de água em Marte. A figura em baixo apresenta a sonda orbitando Marte (Crédito: NASA).

Aqui fica um pequeno vídeo feito por elementos do Jet Propulsion Laboratory (NASA) e da Universidade do Arizona, narrado por Richard Zurek, investigador do projecto da Mars Reconnaissance Orbiter (o original está aqui). Fica ainda uma possível tradução do que é narrado no vídeo.



Vamos fazer um zoom a uma área [de Marte] que fica a oeste do Olympus Mons, o maior vulcão do sistema solar. Esta zona, chamada Amazonis [Planitia] é uma planície vulcânica coberta de pó. [A Fevereiro de 2012] estamos na Primavera no hemisfério Norte de Marte.

Nesta altura o chão fica quente. E quando o chão fica quente podem formar-se remoinhos. Um deles foi captado pela câmara High Resolution Imaging da [sonda] Mars Reconnaissance Orbiter.

A partir desta imagem podemos reconstruir o aspecto do remoinho caso pudéssemos ter uma vista oblíqua, como se estivéssemos num helicóptero voando em torno remoinho. A faixa mais escura no chão é na verdade a sombra [do remoinho] e é a partir dai que se pode reconstruir a altura do remoinho e criar esta reconstituição. O cone do tornado tem um diâmetro de 100 pés (30 metros) e uma altura de 0,5 milhas (805 metros). E bastante grande, mas comparável com os maiores remoinhos da Terra.

Nota: A figura em baixo apresenta a topologia de Amazonis Planitia. Esta planície foi formada pela passagem de lava fluida que ao arrefecer forma um terreno liso e plano (encontra-se entre duas zonas vulcânicas). A existência de poucas crateras (resultantes de impactos de meteoritos) é uma indicação de que Amazonis Planitia é uma zona “nova”. Por debaixo da figura encontra-se uma escala de cores de acordo com a altitude. O facto de esta zona apresentar (Crédito: Martin Pauer/Wikipedia).

(adaptado de um artigo do site da Mars Reconnaissance Orbiter, da NASA)

A Primavera chega hoje!

O Google comemora hoje o equinócio da Primavera no Hemisfério Norte, com um logo desenhado por Marimekko.

Feliz dia do pai!

Um dia feliz para todos os papás do Mundo!

Conhece o teu inimigo!

Um estudo publicado pela revista Science revela a forma de actuação das sulfamidas (também conhecidas como sulfonamidas) como antibióticos. O estudo revela a forma como estes medicamentos actuam sobre as bactérias. O estudo também apresenta propostas para o desenvolvimento de novos medicamentos, capazes de ultrapassar as resistências que as bactérias desenvolvem às sulfamida.

As sulfamidas foram o primeiro grupo de antibióticos produzido em série, na década de 1930. Actuam sobre as bactérias atacando a enzima dihidropteroato sintase, que como o nome indica catalisa a (facilita a reacção de) formação de dihidropteroato, precursor de folato. O folato é um precursor de componentes do DNA e das proteínas, e é necessário para a reprodução das bactérias (patogénicas ou não). As sulfamidas actuam “imitando” uma das moléculas que participa na reacção catalisada pela DHPS. A figura em baixo representa a enzima DHPS e (a verde) as moléculas que participam na reacção catalizada pela enzima, p-ABA e pterina (Crédito: Swarbrick/ Simpson/Scammells/ Monash University).

Os mamíferos, entre eles os humanos, não conseguem produzir folato. As nossas necessidades de folato são satisfeitas pela dieta e pela flora intestinal (bactérias e outros microrganismos que vivem no nosso intestino). Por isso não somos afectados pelas sulfaminas. Mas sem capacidade de produzir DNA e proteínas, as bactérias sobre o “efeito” das sulfamidas não se conseguem reproduzir e acabam por desaparecer. Infelizmente as bactérias ganham resistência à actuação das sulfamidas com alguma facilidade. A resistência das bactérias é provocada por mutações na enzima DHPS que “dificultam” a ligação das sulfamidas.

Os autores do estudo publicado pela Science estudaram a fundo a DHPS de duas bactérias a Bacillus anthracis (bactéria gram-positiva que causa o antraz) e a Yersinia pestis (bactéria gram-negativa que causa a peste). A análise da enzima foi feita recorrendo à técnica de cristalografia de raio X. Esta técnica permite determinar a estrutura (forma e organização) de biomoléculas como as enzimas. Na figura em baixo é possível ver duas fotografias de culturas de bactérias de Bacillus anthracis (à esquerda) e Yersinia pestis (à direita) [Crédito: CDC/Laura Rose/Janice Haney Carr (esqueda) e CDC/ Larry Stauffer/Oregon State Public Health Laboratory (direita)]

O estudo permitiu explicar o mecanismo de acção da enzima, a actuação das sulfamidas como inibidoras da actuação da enzima e as mutações que tornam a enzima insensível à acção das sulfamidas. A DHPS é uma enzima que catalisa a reacção entre duas moléculas, o ácido para-aminobenzoico (p-ABA) e o dihidropteridina-hidroximetil-pirofosfato (DHPP). A figura em baixo representa os substractos e os produtos da reacção catalisada pela enzima DHPS ((Crédito: Swarbrick/ Simpson/Scammells/ Monash University).

O DHPP liga-se primeiro a uma “bolsa” fixa da enzima e o p-ABA liga-se a uma bolsa que se mantem apenas temporariamente. Os autores do artigo conseguiram ainda comprovar que o mecanismo que permite a formação do dihidropteroato, o produto da reacção catalisada pela DHPS é um mecanismo de substituição nucleótida do tipo SN1.

A bolsa onde se liga o p-ABA é formada a partir de dois loops da enzima. É a esta bolsa que se ligam as sulfamidas, que actuam como inibidores, bloqueando a actuação da enzima. A figura seguinte mostra as representações das moléculas de p-ABA e da sulfamida, que apresentam uma representação a 2D semelhante (Crédito: Swarbrick/ Simpson/Scammells/ Monash University).

 

Os autores do estudo determinaram que a enzima DHPS de estirpes de bactérias resistentes à acção das sulfamidas tem mutações nos locais em volta da ligação da p-ABA, onde o antibiótico também se liga. Estas mutações dificultam (ou até impedem) a ligação do antibiótico mas quase não alteram a ligação do p-ABA.

No entanto, na DHPS, a zona dos loops que formam a bolsa de ligação do p-ABA está conservada, ou seja, não são conhecidas enzimas como mutações nessa zona. Muito provavelmente isto acontece porque qualquer mutação nos loops inactiva a enzima. Esta informação é muito importante, porque permite a criação de novos antibióticos que actuem sobre a DHPS ligando-se aos loops. Como a zona dos loops é conservada vai ser mais difícil o aparecimento de estirpes de bactérias resistentes a antibióticos que actuem nessa zona.

Uma lição do passado longínquo

Um novo artigo publicado pela revista Science no primeiro número de Março indicia que a acidificação, consequência do aumento de dióxido de carbono na atmosfera, poderá ter graves consequências para a vida nos Oceanos da Terra. O estudo analisa quatro períodos de extinções em massa que aconteceram nos últimos 300 milhões de anos que se pensa ter sido provocado pela acidificação dos oceanos. E os resultados não são animadores!

Nem todo o dióxido de carbono libertado na queima de combustíveis se mantém na atmosfera. Pelo menos um quarto do dióxido de carbono é “absorvido” pelos (dissolvido nos) oceanos, que funciona como um espécie de reserva. A distribuição do dióxido de carbono entre os oceanos e a atmosfera terrestre mantêm um equilíbrio precário como uma consequência muito importante, a variação do pH da água dos oceanos.

O dióxido dissolvido nos oceanos reage com a água. Nesta reacção são libertados iões de H+, o que provoca a diminuição do pH, ou seja, a acidificação dos oceanos. Para contrariar o excesso de iões H+, estes reagem com os iões de carbonato presentes na água, como mostra a figura seguinte (Crédito: NOAA).

Mas a maior fonte de iões carbonato no oceano é o carbonato de cálcio, o maior constituinte de conchas e esqueletos de animais marinhos como os moluscos, crustáceos e corais. É responsável pela sua dureza. A falta de carbonato de cálcio provoca a diminuição do número destes animais. E como estes animais servem de alimento a outros (são a base da pirâmide alimentar), uma diminuição brusca e extensa pode provocar a perda de biodiversidade em ecossistemas marinhos e até a extinção de muitas espécies de animais.

Os investigadores concluíram que a acidificação dos oceanos, causada por um aumento repentino de dióxido de carbono na atmosfera, foi responsável, pelo menos em parte, pela extinção em massa em três dos períodos de extinções em massa avaliados no artigo da Science. As extinções do final do Permiano, acerca de 252 milhões de anos e do final do Triássico, acerca de 201 milhões de anos foram provocadas por grandes erupções vulcânicas. A extinção causada pelo Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno, aconteceu acerca de 55 milhões de anos e foi provocada por um aumento “súbito” do nível de metano na atmosfera de origem ainda não totalmente conhecida.

Segundo os autores do artigo da Science, o caso mais grave (e comprovado) de acidificação dos oceanos ocorreu durante o Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno, quando a duplicação da quantidade de dióxido de carbono na atmosfera provocou um aumento médio da temperatura terrestre de 5 a 6 ºC em apenas 5 000 anos. O dióxido de carbono dissolvido nos oceanos nessa época provocou uma diminuição de pH de 0,45.

Desde meados do século XIX, quando a utilização industrial de combustíveis se foi generalizando, a quantidade de dióxido na atmosfera aumentou 30%, de 280 ppm (partes por milhão) para 393 ppm. Nos oceanos este aumento correspondeu a uma acidificação da água também de 30% e o pH dos oceanos desceu 0,1. Prevê-se que em 2100 o pH dos oceanos será de 7,8, ou seja 0,3 mais baixo que actualmente. Esta descida corresponde a uma acidificação de 150% o valor mais ácido dos oceanos nos últimos 20 milhões de anos.

Embora a descida de pH dos oceanos actual seja menor do que a que ocorreu durante o Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno, ela acontece num período de menos de 300 anos, muito menor do que aconteceu há 56 milhões de anos atrás (uma descida de pH de 0,45 em 5 000 anos).

A figura seguinte mostra o que acontece à concha de uma borboleta marinha da espécie Limacina helicina quando é colocada em água com um pH de 7,8 (valor de pH previsto para a água dos oceanos em 2100). As borboletas marinhas (assim chamadas porque têm duas “asas” que utilizam para se mover na água) são pequenos moluscos do tamanho de uma ervilha. Este tipo molusco é um elemento muito importante da cadeia alimentar, servindo de alimento a animais tão diversos como o krill e baleias. São também a maior fonte de alimento dos salmões jovens do Pacífico norte (Crédito: Russ Hopcroft/UAF e National Geographic Images).

À esquerda é possível ver uma fotografia de um L. helicina saudável. As quatro figuras seguintes relatam o que acontece a uma concha de L. helicina quando colocada em água com os níveis de pH e de ião carbonato previstos para 2100. A medida que o tempo passa as características da concha vão-se alterando até que, ao fim de 45 dias, a concha está seriamente deformada. Seria impossível para o molusco viver naquela concha.


Notas:
(1) Este texto explica melhor a forma como a dissolução de dióxido de carbono provoca a acidificação dos oceanos.

(2) Os autores do artigo da Science concluíram que no final do Permiano as erupções vulcânicas provocaram o aumento da quantidade de dióxido de carbono na atmosfera e a extinção de 96% das espécies marinhas da época. Mas não foi possível determinar a variação do pH e de iões carbonato nos oceanos nesse período. No final do Triássico as erupções vulcânicas provocaram a duplicação da quantidade de dióxido de carbono na atmosfera, provocando o colapso das populações de corais e o desaparecimento de muitas espécies de animais marinhos. No entanto os autores do artigo não conseguiram provar qual o maior culpado pelo desaparecimento dos corais, a diminuição do pH ou o aquecimento global sofrido nessa altura.

Pirâmides de papel voando como insectos

Um estudo publicado em Fevereiro pela revista Physical Review Letters demonstra que, contrariando o senso comum, um objecto plana melhor se o seu centro de massa (ponto do objecto onde se pode considerar “concentrada” toda a sua massa) se situar mais para cima possível e não se a sua massa não estiver distribuída de forma uniforme pelo objecto.

O estudo realizado por investigadores da Universidade de Nova Iorque, é o último de uma série, que tenta determinar a melhor forma de fazer algo que os insectos fazem à milhares de anos: planar no ar sem sair do lugar. O objectivo final é descobrir as regras a seguir para se poder construir um aparelho ou um robot voador capaz de planar como um insecto.

Os investigadores utilizam como “objecto” de estudo uma pirâmide oca de papel com no máximo 0,5 g de massa e entre 1 e 5 centímetros de altura. A pirâmide é sustentada utilizando tubos de fibra de carbono e não tem forro na base, como se pode ver pela figura seguinte. Os autores chamaram a estas pirâmides “bugs” (insecto, em inglês) (Crédito: Weathers Folie, Liu, Childress, Zhang (2010)).

O estudo baseia-se na análise de filmes das pirâmides em “pleno voo”, como o que está representado na figura em baixo. As fotografias da figura são frames retiradas de um filme utilizado para um estudo publicado em 2010, em que as pirâmides têm a massa distribuída de forma mais uniforme (Crédito: Weathers Folie, Liu, Childress, Zhang (2010)).

A escolha de pirâmides como “insectos” foi feita depois de alguns dos autores terem feito testes com outras estruturas semi-rígidas. Porque a pirâmide é uma estrutura semi-rígida, e os investigadores queriam simular o “bater de asas” dos insectos, foi criada uma câmara de teste, um aparelho capaz de criar um movimento alternado de ar para cima e para baixo. A câmara de teste, mostrada na figura em baixo, quase podia ser feita em casa (Crédito: Childress, Vandenberghe & Zhang (2006)).

Conforme descrita num artigo de 2006, a câmara de testes é constituída por uma coluna de som de “graves” (um subwoofer) colocado na horizontal com a membrana para cima. A coluna é coberta por uma panela de alumínio com uma abertura circular no centro. Nessa abertura encontra-se um tubo transparente, feito de plexiglas ®. No topo e na base do tubo transparente existe um difusor de fluxo de ar, feito de palhinhas. A frequência a que a membrana da coluna sobe e desce e a amplitude são controladas por um gerador de sinais e um amplificador.

Quando no interior da câmara, as pirâmides podem manter-se a planar durante muito tempo, movendo-se ciclicamente para cima e para baixo, sem se inclinar ao ponto de virar e cair. Segundo os autores do estudo, o planar das pirâmides no interior da câmara apenas é interrompido quando estas batem contra as paredes da câmara.

Para investigar o efeito da posição do centro de massa na capacidade de planar da pirâmides foi colocada uma pequena massa (ou peso) por cima ou em baixo das pirâmides, ligada ao eixo principal. As figuras seguintes mostram o que acontece quando as pirâmides com o centro de massa alterado são colocadas inclinadas dentro da câmara de teste.

As duas figuras apresentam várias fotografias sobrepostas que relatam (da esquerda para a direita) o que acontece às pirâmides ao longo do tempo. Na figura à esquerda a pirâmide com o centro de massa no topo consegue recuperar da inclinação inicial. Na figura à direita a esquerda a pirâmide com o centro de massa na base não consegue recuperar da inclinação inicial e “tomba”. (Crédito: Liu, Ristroph, Weathers, Childress, Zhang (2012)).

A estabilidade da pirâmide dentro da câmara de ar é explicada pelos remoinhos (vórtices) de ar que se formam nas paredes interior e exterior das pirâmides devido à oscilação do ar à sua volta. Estes remoinhos de ar actuam de modo a criar uma força com um sentido contrário ao do movimento do remoinho de ar. Quando a pirâmide está direita (na vertical) a força resultante tem um sentido de baixo para cima e contraria o peso da pirâmide, mantendo-a estável. A figura seguinte mostra estas duas forças actuando na pirâmide (Crédito: Bin Liu).

Quando a pirâmide se inclina, por exemplo, para a direita, os pares de remoinhos de ar formados na base da pirâmide que está mais “levantada” movem-se para a esquerda da pirâmide, gerando uma força com um sentido contrário, para a direita. O esquema da figura seguinte indica os remoinhos formados na pirâmide e o sentido do seu movimento quando a pirâmide esta equilibrada (figura à esquerda) e quando está inclinada para a direita (figura à direita) (Crédito: Liu, Ristroph, Weathers, Childress, Zhang (2012)).

Quando a pirâmide tem um centro de massa no topo, a força gerada pelo par de remoinhos produz um binário (um efeito rotativo) na pirâmide. O binário contradiz a inclinação da pirâmide, levando-a a reequilibrar-se. Mas se a pirâmide tem o seu centro de massa na base o sentido da força gerada pelo par de remoinhos não permite o reequilíbrio da pirâmide e esta inclina-se até cair.

Os autores do artigo concluem que são as forças aerodinâmicas (geradas pelos remoinhos de ar) e não a impulsão que mantêm as pirâmides a pairar. No artigo é feita uma análise dos possíveis factores que influenciam a estabilidade e o movimento das pirâmides de papel, tais como a massa a forma e o tamanho das pirâmides, a localização do centro de massa da pirâmide e a viscosidade do ar. Os seus autores pretendem continuar o estudo da aerodinâmica destas pirâmides imitadoras de insectos a voar.

Notas:

(1) O artigo original pode ser encontrado aqui. Outros dois artigos sobre pirâmides voadoras encontram-se aqui e aqui.

(2) Este site permite ver um filme de uma pirâmide a “planar”.

(3) A explicação para a maior estabilidade da pirâmide com o centro de massa no topo é dada por uma outra experiência, feita a duas dimensões. Um objecto com uma forma em Λ (V invertido) é fixado numa forma com água (mais ou menos dois centímetros de altura). Esta forma é colocada sobre um aparelho que a faz mover para a frente e para trás, num movimento oscilante.

A figura seguinte explica o que acontece. As fotografias foram tiradas de forma a serem visíveis as correntes de turbulência criadas pelo movimento dos objectos. Quando a forma é puxada para a frente (fotografia mais à esquerda) forma-se um remoinho na zona exterior de cada extremidade (ponta) do objecto de forma em Λ. Quando a forma é puxada para trás (fotografia ao centro) forma-se um novo remoinho, rodando em sentido contrário e o par de remoinhos é puxado para baixo. O esquema à direita das fotografias representa os remoinhos formados quando a forma se move para a frente (a tracejado) e quando a forma se move para trás (a tracejado). As setas indicam o sentido do par de remoinhos (Crédito: Liu, Ristroph, Weathers, Childress, Zhang (2012)).

A figura seguinte é uma “repetição” da figura anterior (as duas estão juntas no artigo), mas em que o objecto de forma em Λ se encontra inclinado para a direita. Os remoinhos formados na extremidade mais baixa são idênticos aos formados quando o objecto não está inclinado. Mas na extremidade mais alta é diferente. Forma-se um remoinho no interior da extremidade quando a forma é puxada para trás (fotografia ao centro). Quando a forma é puxada para a frente (fotografia mais à esquerda) forma-se um novo remoinho, rodando em sentido contrário e o par de remoinhos afasta-se do objecto numa direcção quase perpendicular ao eixo do objecto. O esquema à direita das fotografias também representa os remoinhos formados (Crédito: Liu, Ristroph, Weathers, Childress, Zhang (2012)).

Numa situação a três dimensões, quando os pares de remoinhos formados se afastam do objecto forma-se uma força de sentido contrário. Os autores do estudo concluíram que se o centro de massa do objecto se encontrar em cima então a força de sentido contrário leva ao reequilibrar do objecto, neste caso uma pirâmide oca.