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Astronomia, Ciência e Tecnologia

E=mc2 pode falhar no espaço

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E=mc<sup>2</sup> pode falhar no espaço
Uma pequena sonda espacial, levando átomos de hidrogênio e alguns detectores, pode testar se a famosa equação de Einstein vale em qualquer parte do espaço.
Equação local

O físico Andrei Lebed está agitando o mundo da física com uma ideia intrigante, mas que pode ser testada experimentalmente.

Segundo ele, a equação mais emblemática do mundo, a famosa E = mc2 de Albert Einstein, pode estar correta ou não, dependendo de onde você está no espaço.

Lebed propõe que a equação de equivalência entre massa e energia funciona no espaço curvado por um objeto celeste, mas não no espaço plano.

E ele propõe um experimento para testar sua ideia: uma sonda espacial levando consigo átomos de hidrogênio.

O átomo mais simples encontrado na natureza, o hidrogênio, consiste apenas de um núcleo orbitado por um elétron. Os cálculos de Lebed indicam que o elétron pode saltar para um nível de energia mais elevado apenas quando o espaço é curvo. A ideia pode ser testada detectando fótons emitidos durante esses eventos de comutação de energia.

Conceito de massa

A chamada Teoria da Relatividade Especial de Einstein é expressa na famosa equação E=mc2, onde E significa energia, m massa e c a velocidade da luz (elevada ao quadrado).

Os físicos já validaram as ideias de Einstein em inúmeras experiências e cálculos, e em muitas tecnologias, incluindo bombas atômicas, telefones celulares e GPS.

Uma das consequências bem conhecidas da relatividade é que a massa dos objetos curva o espaço ao seu redor.

A chave para o argumento de Lebed reside justamente no conceito de massa.

De acordo com o paradigma aceito hoje, não há diferença entre a massa de um objeto em movimento, que pode ser definida em termos da sua inércia, e a massa outorgada a esse objeto por um campo gravitacional.

Em termos simples, o primeiro conceito, também chamado de massa inercial, é o que faz com que o pára-choques de um carro se dobre com o impacto em um poste, enquanto o segundo, chamado massa gravitacional, é vulgarmente conhecido como “peso”.

E=mc<sup>2</sup> pode falhar no espaço

Um pulsar superpesado parece ser pesado demais mesmo para as teorias de Einstein, tendo recentemente colocado a teoria em cheque. [Imagem: David A. Aguilar (CfA)/NASA/ESA]

Massas inercial e gravitacional

Este princípio de equivalência entre as massas inercial e gravitacional vem sendo confirmado com um nível de precisão cada vez mais elevado.

“Mas meus cálculos mostram que, acima de uma certa probabilidade, há uma chance muito pequena, mas real, de que a equação falhe para uma massa gravitacional,” disse Lebed.

Quando se mede seguidamente o peso de objetos quânticos – como um átomo de hidrogênio -, o resultado será o mesmo na grande maioria dos casos. Mas uma pequena porção dessas medições vai dar uma leitura diferente, em uma aparente violação de E=mc2.

Isto tem confundido os físicos, mas poderia ser explicado se massa gravitacional não fosse o mesmo que massa inercial, o que é um paradigma em física.

“A maioria dos físicos não concorda com isso porque acredita que a massa gravitacional iguala exatamente a massa inercial,” diz Lebed. “Mas o que defendo é que a massa gravitacional pode não ser igual à massa inercial devido a alguns efeitos quânticos na Relatividade Geral, que é a teoria da gravitação de Einstein.”

E=mc<sup>2</sup> pode falhar no espaço

Por outro lado, o espaço pode não ser totalmente plano fora do raio de ação das grandes massas:Universo pode ter singularidade não prevista por Einstein. [Imagem: NASA]

Conceito de gravidade de Einstein

De acordo com Einstein, a gravidade é o resultado de uma curvatura no próprio espaço.

Pense em um colchão sobre o qual foram colocados vários objetos, por exemplo, uma bola de pingue-pongue, uma bola de beisebol e uma bola de boliche. A bola de pingue-pongue não fará uma curvatura visível, a bola de beisebol vai fazer um declive muito pequeno e a bola de boliche vai afundar na espuma.

Estrelas e planetas fazem o mesmo para o espaço – quanto maior a massa de um objeto, maior será a cavidade que ele fará no tecido do espaço. Em outras palavras, quanto mais massa, mais forte é o puxão gravitacional.

Neste modelo conceitual da gravitação é fácil ver como um pequeno objeto, como um asteroide errante pelo espaço, eventualmente é pego na “depressão” de um planeta, preso em seu campo gravitacional.

De acordo com o físico, é a curvatura do espaço que torna a massa gravitacional diferente da massa inercial.

Sonda da massa

Lebed sugere testar sua ideia medindo o peso do objeto quântico mais simples: um único átomo de hidrogênio – na verdade, como ele espera que o efeito será extremamente pequeno, serão necessários muitos átomos de hidrogênio.

Veja como funcionaria:

E=mc<sup>2</sup> pode falhar no espaço

O Telescópio Einstein é uma das principais esperanças dos físicos para detectar as ondas gravitacionais. [Imagem: NASA]

Em raras ocasiões, o elétron que circula ao redor do núcleo do átomo salta para um nível mais elevado de energia, que pode ser imaginado aproximadamente como uma órbita mais larga. Em pouquíssimo tempo, o elétron volta para seu nível de energia anterior.

De acordo com a equação E=mc2, a massa do átomo de hidrogênio vai mudar junto com a alteração do nível de energia do elétron.

Aqui embaixo, onde o espaço está curvado pela massa da Terra, tudo funciona como bem se sabe. Mas o que aconteceria se levássemos o mesmo átomo a uma certa distância da Terra, onde o espaço não é mais curvado, mas plano?

Certo, o elétron não poderia saltar para níveis mais elevados de energia porque, no espaço plano, ele estaria confinado ao seu nível primário de energia. Não haveria salto no espaço plano.

“Neste caso, o elétron pode ocupar somente o primeiro nível do átomo de hidrogênio,” explica Lebed. “Ele não sente a curvatura da gravidade.”

Lebed afirma que a nave não teria que ir muito longe: “Nós teríamos que enviar a sonda para o espaço cerca de duas ou três vezes o raio da Terra, e tudo vai funcionar”.

Casamento duvidoso

Segundo o físico, seu trabalho é a primeira proposta para testar a combinação da mecânica quântica e da teoria da gravidade de Einstein no Sistema Solar.

“Não há experiências diretas sobre o casamento dessas duas teorias”, disse ele. “É importante não só do ponto de vista de que a massa gravitacional não é igual à massa inercial, mas também porque muitos veem esse casamento como uma espécie de monstruosidade. Eu gostaria de testar este casamento. Quero ver se ele funciona ou não.”

[Imagem: NASA]

Fonte : Inovação Tecnológica

wtf

Petição de construção de uma Estrela da Morte

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O Governo dos EUA criou um serviço de petições online, onde cidadãos podem pedir que assuntos sejam considerados e respondidos oficialmente pelo Presidente Obama ou seus assessores.

Foi criada então uma petição :

“Garantir recursos e verba, e começar a construção de uma Estrela da Morte até 2016”

Que tiveram um pouco mais de 34000 assinaturas.

A casa branca então respondeu de forma genial :

Esta não é a resposta à petição que vocês estão desejando

por Paul Shawcross

A Administração compartilha seu desejo por criação de empregos e uma defesa nacional forte, mas uma Estrela da Morte não está em vista. Aqui algumas razões:

  • O custo de construção de uma Estrela da Morte foi estimado em mais de US$850.000.000.000.000.000,00. Nós estamos trabalhando duro para reduzir o déficit, não aumentá-lo.
  • A Administração não apoia explodir planetas.
  • Para que gastaríamos incontáveis dólares dos contribuintes em uma Estrela da Morte com uma falha fundamental que pode ser explorada por um caça de um só homem?

Entretanto, olhe com atenção (aqui como) e você perceberá que já há algo flutuando no céu – não é uma Lua, é uma Estação Espacial! Sim, nós já temos uma estação espacial internacional gigante, do tamanho de um campo de futebol, em órbita da Terra, que está nos ajudando a aprender como humanos podem viver e progredir no espaço por longos períodos. A estação tem no momento seis astronautas – americanos, russos e canadenses- Conduzem experimentos, aprendem como viver e trabalhar no espaço, rotineiramente recebem naves visitantes e consertam o compactador de lixo, etc. Também temos dois robôs-laboratórios científicos, – um com um laser– andando por Marte, pesquisando se a Vida já existiu no Planeta Vermelho.

Entenda, o espaço não é mais restrito ao governo. Empresas privadas americanas, através do Commercial Crew and Cargo Program Office (C3PO) da NASA estão levando carga –e logo, tripulantes- para o espaço, e planejando uma missão lunar ainda nesta década.

Mesmo com os Estados Unidos não tendo nada que faça a Corrida de Kessel em menos de 12 parsecs, temos duas naves deixando o Sistema Solar e estamos construindo uma sonda que voará para as camadas exteriores do Sol. Estamos descobrindo centenas de planetas em outros sistemas solares e construindo um sucessor do telescópio Hubble que enxergará os primórdios do Universo.

Nós não temos uma Estrela da Morte, mas temos esferas-robôs assistentes pessoaisflutuando na Estação Espacial, um Presidente que sabe usar um Sabre de Luz e Canhões Avançados (de marshmallow), e a DARPA – Agência de Pesquisa de Projetos Avançados, que banca pesquisas na construção do braço do Luke, droids flutuantes e andadores de 4 patas.

Estamos vivendo no futuro! Aproveite. Ou melhor: Ajude a construi-lo, buscando uma carreira em ciência, tecnologia, engenharia ou exatas. O Presidente organizou a primeira Feira de Ciências da Casa Branca e as Noites de Astronomia no Jardim Sul da Casa Branca, porque ele sabe que esses domínios são críticos para o futuro de nosso país, e para garantir que os Estados Unidos continuem liderando o mundo nessas áreas.

Se você buscar uma carreira em ciência, tecnologia, engenharia ou exatas, a Força estará conosco. Lembre-se, o poder da Estrela da Morte de destruir um planeta, ou mesmo um sistema solar inteiro, é insignificante diante do poder da Força.

Fontes : meioBit , https://petitions.whitehouse.gov .

Astronomia

Estrela visível a olho nu tem planeta na zona habitável

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Todas as estrelas têm planetas

Aquela que parece ser a vizinha mais parecida com o Sol, a estrela Tau Ceti, não apenas possui pelo menos cinco planetas, como possui um na zona habitável.

Recentemente astrônomos encontraram os exoplanetas mais próximos de nós. Mas aquela estrela, a HD 40307 é menor e mais fria do que o Sol.

Tau Ceti está a apenas 12 anos-luz da Terra e é totalmente visível a olho nu, e é "a cara do Sol" – ambas as estrelas têm a mesma classificação espectral.

Uma equipe internacional de astrônomos identificou os cinco exoplanetas ao redor de Tau Ceti, com massas variando de duas a seis vezes a massa da Terra.

Um deles está na zona habitável, a região da órbita da estrela onde há possibilidade da existência de água em estado líquido.

O planeta tem uma massa cinco vezes maior do que a da Terra.

"Esta descoberta está de acordo com a visão de que virtualmente todas as estrelas têm planetas, e que nossa galáxia deve ter muitos planetas do tamanho da Terra potencialmente habitáveis," disse Steve Vogt, da Universidade da Califórnia.

Atmosferas dos exoplanetas

Foram necessárias mais de 6.000 observações, com três instrumentos diferentes e técnicas inovadoras, para descobrir os exoplanetas.

Na verdade, a pesquisa serviu para aprimorar uma técnica capaz de detectar sinais de planetas com metade da intensidade do que se acreditava possível até agora. A nova técnica deverá acelerar ainda mais a descoberta de planetas extrassolares.

"Nós criamos uma nova técnica de modelagem de dados adicionando sinais artificiais aos dados e testando a recuperação dos sinais com diversas técnicas," contou Mikko Tuomi, da Universidade de Hertfordshire, primeiro autor da descoberta.

Isto permitiu filtrar melhor os ruídos, o que permite identificar planetas muito menores do que era possível até agora.

A estrela Tau Ceti está tão próxima de nós que poderá ser o laboratório ideal para o estudo das atmosferas dos exoplanetas.

 

Fonte : Inovação Tecnológica

Ciência e Tecnologia

Alcançada temperatura abaixo do zero absoluto

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Além da escala Kelvin

A escala de temperaturas absolutas – conhecida como escala Kelvin – é um dos conceitos centrais da física.

Por definição, nada pode ser mais frio do que o zero absoluto, estabelecido em 0 Kelvin, ou -273,15 °C.

Contudo, há muito os físicos sabem que, abaixo do zero absoluto, há todo um reino de temperaturas absolutas negativas.

Em 2011, um grupo de físicos teóricos alemães demonstrou que, se não é possível passar suavemente pelo zero absoluto, como acontece na escala Celsius, é possível saltar pelo 0 K e ir diretamente para esse reino ainda inexplorado.

 

Agora, uma outra equipe alemã fez os experimentos e demonstrou na prática como ir abaixo do zero absoluto.

E a realidade mostrou-se impressionante: abaixo do quase inatingível frio absoluto estão algumas das temperaturas mais quentes já observadas no Universo.

O resultado terá largas implicações em várias áreas científicas, da física básica à cosmologia.

Calor absoluto

Simon Braun e seus colegas da Universidade Ludwig Maximilian de Munique obtiveram a temperatura absoluta negativa movendo átomos em um gás ultrafrio.

Na escala Kelvin normal – das temperaturas absolutas positivas – a temperatura é proporcional à energia cinética média das partículas.

Mas nem todas as partículas têm a mesma energia – há na verdade uma distribuição de energia, sendo os estados de baixa energia mais ocupados do que os estados de alta energia – isto é conhecido como distribuição de Boltzmann.

No caso das temperaturas Kelvin negativas, a distribuição é invertida, e os estados de alta energia são mais ocupados do que os estados de baixa energia.

O resultado é um calor que se aproxima do estado mais quente que se pode obter quanto mais próximo a temperatura absoluta negativa está do zero absoluto.

A inversão drástica dos estados de energia – uma distribuição de Boltzmann invertida – faz com que a temperatura sub-Kelvin não seja mais fria, mas incrivelmente quente.

“Ela é ainda mais quente do que qualquer temperatura positiva – a escala de temperaturas simplesmente não vai ao infinito, ela salta para valores negativos,” disse Ulrich Schneider, coordenador da equipe.

Segundo o pesquisador, essa contradição é apenas aparente, e nasce da forma como a temperatura absoluta tem sido definida ao longo da história – o experimento abre a possibilidade de uma nova definição da temperatura, o que pode fazer com que a contradição desapareça.

Motor com eficiência maior que 100%

A matéria em temperaturas negativas absolutas pode ter consequências científicas e tecnológicas sem precedentes.

Com um sistema robusto o suficiente poderá ser possível criar motores a combustão com uma eficiência energética que supere os 100%.

E isso não significa uma violação da lei de conservação de energia – esse motor hipotético poderia não apenas absorver energia do meio quente, executando um trabalho como os motores normais, mas também extrair energia do meio mais frio, executando trabalho adicional.

Sob temperaturas absolutamente positivas, o meio mais frio inevitavelmente se aquece, absorvendo uma parte da energia do meio mais quente, o que impõe um limite à eficiência do motor.

Contudo, se o meio quente tiver uma temperatura absoluta negativa, é possível absorver energia dos dois meios simultaneamente.

O trabalho realizado pelo motor será, portanto, maior do que a energia retirada apenas do meio quente – sua eficiência será superior a 100%.

Físicos alcançam temperatura abaixo do zero absoluto

O experimento pode ser comparado a esferas em uma superfície ondulada. Nas temperaturas positivas (esquerda) a maioria das esferas fica nos vales, em seu estado de energia mínimo, quase imóveis – uma distribuição de Boltzmann normal. Em uma temperatura infinita (centro), as esferas se distribuem uniformemente nos dois estados. Na temperatura absoluta negativa (direita), entretanto, a maioria das esferas vai para os picos, no limite superior de energia potencial (e cinética). Os estados com energia total mais elevada ocorrem mais frequentemente – uma distribuição de Boltzmann invertida. [Imagem: LMU/MPG Munich]

Desafiando a gravidade

O experimento tem também um impacto direto para o campo da cosmologia, mais especificamente, sobre a energia escura, uma força ainda desconhecida que os cientistas usam para explicar a aceleração da expansão do Universo.

Com base apenas nas forças conhecidas, o Universo deveria estar se contraindo devido à atração gravitacional entre todas as massas que o compõem.

O experimento da temperatura absoluta negativa revelou um fenômeno que desafia a gravidade, agindo no sentido contrário, exatamente como se propõe que a energia escura faça.

O experimento se baseia no fato de que os átomos no gás não se repelem uns aos outros, como nos gases normais.

Na verdade, eles interagem de forma atrativa, ou seja, os átomos exercem uma pressão negativa.

A nuvem de átomos tenderia naturalmente a se contrair, devendo colapsar, exatamente como em um Universo onde apenas a gravidade estivesse atuando.

Isso, contudo, não acontece justamente por causa da temperatura absoluta negativa, extremamente quente – e o gás não colapsa, exatamente como o nosso Universo.

Temperatura absoluta negativa

A inversão dos estados de energia das partículas em um sistema ultrafrio não pode ser realizada em um sistema natural – como a água, por exemplo – porque o material teria que absorver uma quantidade infinita de energia.

Mas a coisa é bem diferente quando se trabalha com um sistema no qual as partículas – ou átomos – tenham um limite superior de energia.

Simon Braun trabalhou com um sistema artificial, composto por cerca de 100 mil átomos em uma câmara de vácuo, o que os torna perfeitamente isolados do ambiente externo.

Os átomos foram resfriados a uma temperatura de alguns bilionésimos de um Kelvin, uma das temperaturas mais frias que se consegue obter em laboratório.

Os átomos no gás ultrafrio foram então capturados por armadilhas ópticas, feitas por feixes de raios laser, e dispostos em uma matriz perfeitamente ordenada.

Cada átomo pode mover-se do seu local na matriz óptica para o local vizinho por tunelamento, mas sem perder algo que é fundamental para o experimento: ao contrário dos sistemas naturais, as partículas da matriz óptica possuem um limite superior de energia.

Assim, a temperatura do sistema não depende apenas da energia cinética, mas da energia total das partículas, o que inclui as energias potencial e de interação, ambas igualmente com um limite superior impostas pelo experimento.

Em condições normais, os átomos tenderiam a escapar da rede óptica, colapsando e aglomerando-se novamente em uma nuvem disforme, sugada para baixo pela gravidade. Mas os cientistas ajustaram a rede óptica para que fosse energeticamente mais favorável aos átomos permanecerem em suas posições ordenadas.

Os cientistas então levaram os átomos até seu nível superior de energia total, materializando uma temperatura absoluta negativa, de alguns bilionésimos -K, em um sistema que se manteve estável.

Físicos alcançam temperatura abaixo do zero absoluto

Devido à forma como a temperatura é definida, não há uma transição suave entre as temperaturas absolutas positivas e negativas – tão logo a distribuição de energia é invertida, atinge-se um calor descomunal.[Imagem: LMU/MPG Munich]

 

Fonte : Inovação Tecnológica

Ciência e Tecnologia, Computadores e Internet, Informática

Memórias flash ganham autocicatrização e vida quase eterna

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Calor e vida

Cartões de memória, pendrives e discos de estado sólido são muito práticos e rápidos, mas têm seus inconvenientes.

O principal deles é uma vida útil apenas razoável – cerca de 10.000 ciclos de leitura e escrita.

Mas isto está prestes a mudar.

Pesquisadores da empresa Macronix, de Taiwan, descobriram que basta submeter as memórias flash a um pulso de calor muito rápido para que sua vida útil dê um salto.

Rumo à eternidade

Aquecendo rapidamente as memórias a 800ºC, Hang-Ting Lue e seus colegas elevaram a durabilidade das memórias flash para 100 milhões de ciclos de leitura e escrita, quatro ordens de grandeza a mais.

E essa marca nem mesmo representa o limite final.

"Nós não sabemos o que poderá eventualmente fazer o dispositivo falhar, uma vez que nós ainda não detectamos qualquer sinal de fim da vida útil," disse Lue durante a apresentação da descoberta na reunião anual do IEEE (Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos, na sigla em inglês).

Os testes para elevar a marca para 1 bilhão de ciclos levarão alguns meses para serem concluídos, segundo o pesquisador.

Memórias de mudança de fase

O calor já foi usado antes para reviver memórias flash danificadas, mas deixá-las por horas no forno a 250ºC está longe de ser uma solução prática.

Os pesquisadores taiwaneses fizeram diferente: eles modificaram ligeiramente as células das memórias flash para que elas se pareçam um pouco mais com as memórias PCM, ou memórias de mudança de fase, uma tecnologia vista como uma substituta mais eficiente das memórias flash.

A própria Macronix já desenvolveu um protótipo de memória PCM 500 vezes mais rápida do que as memória flash.

Memórias com autocicatrização

A estrutura modificada gera pulsos de calor de até 800ºC, com duração de alguns milissegundos, diretamente nas células de memória.

Os pulsos de calor recompõem o sistema de isolamento que permite a manutenção dos dados gravados em cada bit.

É a perda desse isolamento que faz com que as memórias deixem de funcionar depois de algumas dezenas de milhares de ciclos de gravação e leitura.

Com esse mecanismo de autocicatrização, os engenheiros ainda não sabem precisar qual será o tempo de vida esperado das células de memória – só adiantam que será muito longo.

Fonte : Inovação Tecnológica

Astronomia, Ciência e Tecnologia

Voyager descobre "rodovia magnética" na fronteira do Sistema Solar

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Voyager descobre

Os cientistas acreditam que, tão logo cruze a "rodovia magnética", a Voyager 1 estará no espaço interestelar, já fora do Sistema Solar.[Imagem: NASA/JPL-Caltech]

Rodovia magnética

A sonda espacial Voyager 1 está prestes a se tornar o primeiro objeto construído pelo homem a navegar pelo espaço interestelar.

O problema é que os astrônomos não sabem exatamente quando isso irá acontecer porque a região é totalmente inexplorada – é a própria Voyager que está traçando o primeiro mapa dos confins do Sistema Solar.

Agora, por exemplo, ela acaba de descobrir algo totalmente desconhecido: uma "rodovia magnética".

Trata-se de uma conexão entre as linhas do campo magnético do Sol e as linhas do campo magnético interestelar.

Essa conexão guia as partículas de baixa energia geradas em nossa heliosfera – a bolha de partículas carregadas que o Sol dispara em todas as direções – para fora do Sistema Solar.

E também permite que as partículas que veem do espaço interestelar entrem no Sistema Solar.

Os dados da Voyager mostram que o entrar e sair das partículas segue um curso bem ordenado que acompanha as linhas magnéticas – uma rodovia magnética.

Fronteira final

Esse tipo de interação entre os campos magnéticos locais e o magnetismo externo já foi observado em outras estrelas pelo Telescópio Espacial Hubble, o que faz os cientistas acreditarem que agora a Voyager está realmente próxima da "fronteira final".

"Nós acreditamos que esta seja a última perna da nossa jornada para o espaço interestelar. Nossas melhores previsões é que vamos atingi-lo em algum momento entre alguns meses até cerca de dois anos," disse Edward Stone, do Instituto de Tecnologia da Califórnia.

A Voyager 1 – e sua gêmea Voyager 2, que segue no sentido oposto – foram lançadas em 1977, quando ainda não existiam telefones celulares, nem internet, nem computadores pessoais – e, muito provavelmente, nem mesmo você.

Fonte : Inovação Tecnológica

Ciência e Tecnologia

Maior depósito de carbono da Terra está no núcleo

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Maior depósito de carbono da Terra

Usando simulações computadorizadas, geólogos acreditam ter solucionado um mistério de longa data: o que pode explicar a densidade do núcleo da Terra?

As simulações mostram que o núcleo da Terra contém entre 0,1 e 0,8 por cento de carbono.

Isto é de longe a maior reserva de carbono do planeta.

"Nós conhecíamos a densidade do núcleo, e sabíamos que o ferro e o níquel sozinhos não conseguiam explicar essa densidade," explica o professor Qing Zhu Yin, da Universidade da Califórnia em Davis. "Você precisa de algo mais leve".

O carbono era um dos principais candidatos a cumprir esse papel. Mas também poderia ser o silício, oxigênio, fósforo, magnésio, hidrogênio ou nitrogênio.

Natureza da Terra

Como mesmo o buraco mais fundo da Terra mal arranhará a crosta, Yin e seu colega Yigang Zhang, da Academia Chinesa de Ciências, foram para os simuladores.

"Nós trabalhamos com cerca de 260 átomos para tentar simular a formação da Terra," explica Yin. "Nós atribuímos a cada um suas propriedades básicas e deixamos a mecânica quântica fazer seu trabalho no computador.

"Agora sabemos como explicar o déficit de densidade" do núcleo da Terra, garantem os geólogos.

Um conhecimento exato da influência do carbono ajudará a compreender melhor a idade da Terra e o momento exato da formação do núcleo no processo global de formação do planeta.

"Estamos falando sobre a compreensão da natureza da Terra," disse Yin. "Agora poderemos entender melhor os processos físicos e químicos envolvidos na formação da Terra."

Origem do petróleo

Algumas teorias sobre a formação abiótica, ou abiogênica, do petróleo afirmam que os depósitos de óleo poderiam estar sendo preenchidos de baixo para cima.

Para defender que o petróleo pode não ser fóssil, pesquisadores da Universidade da Califórnia também usaram simuladores para demonstrar que as longas cadeias de hidrocarbonos podem se formar no interior da Terra.

O trabalho dos pesquisadores chineses parece dar nova munição a essas teorias, uma vez que explica o suprimento de carbono que poderia permear pelo planeta rumo à superfície, até alojar-se em rochas porosas.

Outro reforço para essa corrente – largamente minoritária no meio científico, à exceção de alguns países do leste europeu – deu-se com a recente descoberta de petróleo no espaço.

Bibliografia:
Carbon and other light element contents in the Earth’s core based on first-principles molecular dynamics
Yigang Zhang, Qing-Zhu Yin
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: 109 no. 48, 19579-19583
DOI: 10.1073/pnas.1203826109

Ciência e Tecnologia

Petróleo e gás natural podem não ser fósseis

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Teorias famosas

O Universo originou-se de uma descomunal explosão, conhecida como Big Bang. O petróleo e o gás natural são combustíveis fósseis. Estas são provavelmente as duas teorias científicas mais disseminadas, de maior conhecimento do público e algumas das que alcançaram maior sucesso em toda a história da ciência.

Elas são tão populares que é fácil esquecer que são exatamente isto – teorias científicas, e não descrições de fatos testemunhados pela história. Mesmo porque as duas oferecem explicações para eventos que se sucederam muito antes do surgimento do homem na Terra.

Teoria dos combustíveis fósseis

Segundo a teoria dos combustíveis fósseis, que é a mais aceita atualmente sobre a origem do petróleo e do gás natural, organismos vivos morreram, foram enterrados, comprimidos e aquecidos sob pesadas camadas de sedimentos na crosta terrestre, onde sofreram transformações químicas até originar o petróleo e o gás natural.

É com base nesta teoria que chamamos as principais fontes de energia do mundo moderno de "combustíveis fósseis" – porque seriam resultado de restos modificados de seres vivos.

Teoria do petróleo abiótico

Muito menos disseminado é o fato de que esta não é a única teoria para explicar o surgimento do petróleo. Na verdade, esta teoria hegemônica vem sendo cada vez mais questionada por um grande número de cientistas, que defendem que o petróleo tem uma origem abiótica, ou abiogênica – sem relação com formas de vida.

Os defensores da teoria abiótica do petróleo têm inúmeros argumentos. Por exemplo, a inexistência de fenômenos geológicos que possam explicar o soterramento de grandes massas vivas, como florestas, que deveriam ser cobertas antes que tivessem tempo de se decompor totalmente ao ar livre, juntamente com a inconsistência das hipóteses de uma deposição do carbono livre na atmosfera no período jovem da Terra, quando suas temperaturas seriam muito altas.

A deposição lenta, como registrada por todos os fósseis, não parece se aplicar, uma vez que as camadas geológicas apresentam variações muito claras, o que permite sua datação com bastante precisão. Já os depósitos petrolíferos praticamente não apresentam alterações químicas variáveis com a profundidade, tendo virtualmente a mesma assinatura biológica em toda a sua extensão.

Além disso, os organismos vivos têm mais de 90% de água e mesmo que a totalidade de sua massa sólida fosse convertida em petróleo não haveria como explicar a quantidade de petróleo que já foi extraída até hoje.

Outros fenômenos geológicos, para explicar uma eventual deposição quase "instantânea," deveriam ocorrer de forma disseminada – para explicar a grande distribuição das reservas petrolíferas ao longo do planeta – e em grande intensidade – suficiente para explicar os gigantescos volumes de petróleo já localizados e extraídos.

Carbono do interior da Terra

Por essas e por outras razões, vários pesquisadores afirmam que nem petróleo, nem gás natural e nem mesmo o carvão, são combustíveis fósseis. Para isso, afirmam eles, o ciclo do carbono na Terra deveria ser um ciclo fechado, restrito à crosta superficial do planeta, sem nenhuma troca com o interior da Terra. E não há razões para se acreditar em tal hipótese.

Na verdade, aí está, segundo a teoria dos combustíveis abióticos, a origem do petróleo, do gás natural e do carvão: eles se originam do carbono que é "bombeado" continuamente pelas altíssimas pressões do interior da Terra em direção à superfície.

É possível sintetizar hidrocarbonetos a partir de matéria orgânica, e estes experimentos foram, por muitos anos, o principal sustentáculo da teoria dos combustíveis fósseis.

Mas agora, pela primeira vez, um grupo de cientistas conseguiu demonstrar experimentalmente a síntese do etano e de outros hidrocarbonetos pesados em condições não-biológicas. O experimento reproduz as condições de pressão e temperatura existentes no manto superior, a camada da Terra abaixo da crosta.

Metano e etano abióticos

A pesquisa foi feita por cientistas do Laboratório de Geofísica da Instituição Carnegie, nos Estados Unidos, em conjunto com colegas da Suécia e da Rússia, onde a teoria do petróleo abiótico surgiu e tem muito mais aceitação acadêmica do que em outras partes do mundo.

O metano (CH4) é o principal constituinte do gás natural, enquanto o etano (C2H6) é usado como matéria-prima petroquímica. Esses dois hidrocarbonetos, juntamente com outros associados aos combustíveis de origem geológica, são chamados de hidrocarbonetos saturados porque eles têm ligações únicas e simples, saturadas com hidrogênio.

Utilizando uma célula de pressão, conhecida como bigorna de diamante, e uma fonte de calor a laser, os cientistas começaram o experimento submetendo o metano a pressões mais de 20 mil vezes maiores do que a pressão atmosférica ao nível do mar, e a temperaturas variando de 700° C a mais de 1.200° C. Estas condições de temperatura e pressão reproduzem as condições ambientais encontradas no manto superior da Terra, entre 65 e 150 quilômetros de profundidade.

No interior da célula de pressão, o metano reagiu e formou etano, propano, butano, hidrogênio molecular e grafite. Os cientistas então submeteram o etano às mesmas condições e o resultado foi a formação de metano. Ou seja, as reações são reversíveis.

Essas reações fornecem evidências de que os hidrocarbonetos pesados podem existir nas camadas mais profundas da Terra, muito abaixo dos limites onde seria razoável supor a existência de matéria orgânica soterrada.

Reações reversíveis

Outro resultado importante da pesquisa é que a reversibilidade das reações implica que a síntese de hidrocarbonetos saturados é termodinamicamente controlada e não exige a presença de matéria orgânica.

"Nós ficamos intrigados por experiências anteriores e previsões teóricas," afirma Alexander Goncharov, um dos autores da pesquisa. "Experimentos feitos há alguns anos submeteram o metano a altas pressões e temperaturas, demonstrando que hidrocarbonetos mais pesados se formam a partir do metano sob condições de temperatura e pressão muito similares. Entretanto, as moléculas não puderam ser identificadas e era provável que houvesse uma distribuição."

"Nós superamos esse problema com nossa técnica aprimorada de aquecimento a laser, que nos permitiu aquecer um volume maior de maneira mais uniforme. Com isso, descobrimos que o metano pode ser produzido a partir do etano", declarou Goncharov.

Hidrocarbonetos gerados no interior da Terra

"A ideia de que os hidrocarbonetos gerados no manto migram para a crosta terrestre e contribuem para a formação dos reservatórios de óleo e gás foi levantada na Rússia e na Ucrânia muito anos atrás. A síntese e a estabilidade dos compostos estudados aqui, assim como a presença dos hidrocarbonetos pesados ao longo de todas as condições no interior do manto da Terra agora precisarão ser exploradas," explica outro autor da pesquisa, professor Anton Kolesnikov.

"Além disso, a extensão na qual esse carbono ‘reduzido’ sobrevive à migração até a crosta, sem se oxidar em CO2, precisa ser descoberta. Essas e outras questões relacionadas demonstram a necessidade de um programa de novos estudos teóricos e experimentais para estudar o destino do carbono nas profundezas da Terra," conclui o pesquisador.

Bibliografia:
Methane-derived hydrocarbons produced under upper-mantle conditions
Anton Kolesnikov, Vladimir G. Kutcherov, Alexander F. Goncharov
Nature Geoscience
26 July 2009
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/ngeo591

Fonte : Inovação Tecnológica