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Limites Planetários – 6 dos 9 já foram ultrapassados.

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Os limites planetários definem até onde o desenvolvimento humano pode chegar sem afetar de forma irreversível a capacidade regenerativa da Terra. Entender quais são esses limites, qual a situação atual destes e como eles afetam a vida na Terra é importante para a elaboração de políticas públicas e mudanças de hábitos.

Todos sabemos a importância do meio ambiente para a sobrevivência do ser humano e, por isso, cada vez mais, há a preocupação em preservá-lo. No entanto, desde a revolução industrial, temos vivido épocas de grandes impactos ambientais decorrentes da atividade humana, com o desmatamento, a poluição e o aquecimento global.

Pensando em tais questões, em 2009, sob liderança do sueco Johan Rockström, um grupo de cientistas integrantes do Stockholm Resilience Centre (SRC) identificou nove dos chamados “limites planetários” (“planetary boundaries” em inglês) – eles são, como o nome já diz, limites ambientais seguros dentro dos quais a humanidade pode se desenvolver sem que as mudanças ambientais sejam irreversíveis.

Os Limites : 

  • Perda da biodiversidade e extinções
  • Mudanças climáticas
  • Ciclos biogeoquímicos (ciclo do nitrogênio e ciclo do fósforo)
  • Abusos no uso da terra
  • Acidificação dos oceanos
  • Mudanças no uso da água doce
  • Degradação da camada de ozônio estratosférica
  • Carregamento de aerossóis para a atmosfera
  • Poluição química

Inter-relacionamento entre esses limites

Tratar de limites planetários e tentar minimizar os impactos da ação humana sobre eles ao longo da história do planeta é desafiador, principalmente quando uma das fronteiras é extrapolada. Isto se deve ao fato de que, como já sabemos, tudo é inter-relacionado no ecossistema terrestre. Impactos significativos em uma fronteira podem, por consequência, causar danos a uma outra.

Por exemplo: a degradação da camada de ozônio permite que radiações ultravioletas atinjam a superfície da Terra; já o carregamento de aerossóis para a atmosfera faz com que estas partículas atuem absorvendo ou espalhando a radiação solar, ambos ocasionando em mudanças climáticas.

Por sua vez, mudanças climáticas podem, por exemplo, influenciar nos tipos de uso da terra, criando condições físicas para a agricultura em lugares que antes eram frios demais para a prática. Já as mudanças no uso do solo, como o desmatamento, podem causar secas em outras regiões, o que influencia no uso da água.

Outra consequência das mudanças no uso da terra através da agricultura é uma utilização mais ampla de fertilizantes e agrotóxicos, que podem afetar os ciclos biogeoquímicos do fósforo e nitrogênio e, ao atingir os cursos d’água, ocasionam a eutrofização e a consequente perda de biodiversidade naquele ambiente.

2023

Fontes / Links : 

Astronomia, Ciência, Conhecimento

K2-18b – Uma tentadora possibilidade de vida extraterrestre.

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O Telescópio Espacial James Webb da NASA pode ter descoberto evidências provisórias de um sinal de vida em um planeta distante.

Pode ter detectado uma molécula chamada sulfeto de dimetila (DMS). Na Terra, pelo menos, isso só é produzido pela vida.

Os investigadores sublinham que a deteção no planeta a 120 anos-luz de distância “não é robusta” e são necessários mais dados para confirmar a sua presença.

Os pesquisadores também detectaram metano e CO2 na atmosfera do planeta.

A detecção destes gases pode significar que o planeta, denominado K2-18b, tem um oceano de água.

O professor Nikku Madhusudhan, da Universidade de Cambridge, que liderou a pesquisa e disse que toda a sua equipe ficou “chocada” quando viu os resultados.

“Na Terra, o DMS é produzido apenas pela vida. A maior parte dele na atmosfera terrestre é emitido pelo fitoplâncton em ambientes marinhos”.

As próximas observações do Webb deverão ser capazes de confirmar se o DMS está realmente presente na atmosfera de K2-18 b em níveis significativos”, explicou Madhusudhan.

Resultados mais definitivos são esperados em cerca de um ano.

Links : 

  • Nasa – Webb Discovers Methane, Carbon Dioxide in Atmosphere of K2-18 b

 

Ciência

Faça-se a matéria: Matéria pode ser criada do nada com colisões fóton-fóton

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Colisões entre fótons

Uma das previsões mais impressionantes da física quântica, e hoje comprovada por inúmeros experimentos, é que a matéria pode ser gerada apenas do chamado vácuo quântico, que é a coisa mais próxima que um físico consegue imaginar daquilo que comumente chamamos de “nada”.

De fato, inúmeros experimentos já demonstraram que a matéria é resultado das flutuações do vácuo quântico que, em vez de ser um “nada”, é um estado com a menor energia possível, uma espécie de sopa de campos e ondas de todas as frequências, de onde partículas virtuais saltam continuamente entre a existência e a inexistência.

O truque está em você arremessar alguma coisa com a velocidade e a precisão necessárias para acertar as partículas virtuais e trazê-las para o nosso mundo, antes que elas desapareçam de novo no vácuo quântico. A grande dificuldade – e o grande interesse dos físicos – está em fazer isto usando apenas fótons, que são as partículas de luz, similares ao que se acredita ser as partículas virtuais do vácuo quântico.

Agora, pesquisadores da Universidade de Osaka, no Japão, idealizaram um experimento muito mais simples do que qualquer outro já pensado, que será muito mais fácil de implementar porque poderá gerar colisões fóton-fóton usando apenas lasers.

A simplicidade da configuração e a facilidade de implementação – o esquema opera com as intensidades de laser atualmente disponíveis – tornam a proposta promissora para implementação experimental em um futuro próximo.

Geração de matéria por colisões de fótons

As teorias afirmam que as colisões fóton-fóton representam um meio fundamental pelo qual a matéria é gerada no Universo – essa noção da interconversão entre matéria e energia emerge da conhecida equação de Einstein, E=mc2.

Os físicos já produziram matéria indiretamente a partir da luz, acelerando íons metálicos, como o ouro, até altas velocidades e fazendo chocar-se uns nos outros. Em velocidades próximas à da luz, cada íon é cercado por fótons, que produzem matéria e antimatéria quando esses fótons carreados pelos íons se chocam.

No entanto, continua em aberto o desafio de produzir matéria experimentalmente em laboratório usando exclusivamente a luz porque isso exigiria lasers de potência extremamente alta, que ainda não existem. É esse desafio que a equipe japonesa agora resolveu.

“Nossas simulações demonstram que, ao interagir com os intensos campos eletromagnéticos do laser, o plasma denso pode se auto-organizar para formar um colisor de fótons,” explica o professor Kaoru Sugimoto. “Este colisor contém uma população densa de raios gama, dez vezes mais densa que a densidade de elétrons no plasma e cuja energia é um milhão de vezes maior que a energia dos fótons no laser.”

As colisões fóton-fóton no colisor produzem pares elétron-pósitron, e os pósitrons (equivalentes de antimatéria dos elétrons) são acelerados por um campo elétrico de plasma criado pelo laser. Isso resulta em um feixe de pósitrons, um feixe de antimatéria, que poderá ser usado tanto para gerar matéria a partir do vácuo quântico, em uma demonstração definitiva da própria natureza da nossa realidade, quanto para qualquer experimento exigindo esse tipo de energia.

“Esta é a primeira simulação de aceleração de pósitrons do processo linear Breit-Wheeler sob condições relativísticas,” disse o professor Alexey Arefiev, coautor do trabalho. “Sentimos que nossa proposta é experimentalmente viável e esperamos uma implementação no mundo real.”

Bibliografia:

Artigo: Positron generation and acceleration in a self-organized photon collider enabled by an ultra-intense laser pulse
Autores: Kaoru Sugimoto, Y. He, N. Iwata, I-L. Yeh, Alexey Arefiev, Y. Sentoku
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 131, 065102
DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.065102

 

 

 

Fonte : Inovação Tecnológica

Ciência, Conhecimento, wtf

Quantum Yin-Yang fotografado diretamente.

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Fotografia do entrelaçamento quântico

Físicos canadenses e italianos desenvolveram uma técnica que permite visualizar diretamente, e em tempo real, a função de onda de dois fótons entrelaçados.

Fótons são as partículas elementares que constituem a luz, e o entrelaçamento é o fenômeno bizarro que Einstein detestava, chamando-o de ação fantasmagórica à distância, mas que hoje está na base do funcionamento não apenas dos computadores quânticos, mas de inúmeras outras tecnologias quânticas, de sensores a simuladores.

Quando dois fótons estão entrelaçados, tudo o que acontece a um afeta imediatamente o outro, não importando a distância que os separe, o que permite fazer cálculos mais rapidamente do que usando um computador clássico – os físicos chamam isso de interação não-local. O entrelaçamento também é usado como base para o teletransporte quântico, um processo que permite que a informação seja movida de um qubit para outro sem precisar mover a própria partícula que contém essa informação.

Em 2018, uma equipe finlandesa conseguiu tornar o entrelaçamento quântico visível, mas usando objetos maciços, visíveis a olho nu. Esta demonstração feita agora é muito mais fundamental, indo diretamente ao cerne da mecânica quântica, visualizando a função de onda dos fótons.

Tomografia quântica

Lembre-se que, na física quântica, os componentes fundamentais da nossa realidade podem ser entendidos como partículas ou como ondas. Neste último caso, não temos uma “bolinha de gude” microscópica, mas uma função de onda, uma função matemática que descreve o comportamento dessa partícula. Por estranho que possa parecer, a função de onda é um fenômeno real, uma espécie de matemática que virou realidade.

Mais precisamente, a função de onda permite prever os resultados prováveis de várias medições de uma “partícula”, por exemplo sua posição, velocidade etc. Esta capacidade preditiva é inestimável nas diversas tecnologias quânticas, onde conhecer um estado quântico que é gerado ou inserido em um computador quântico permitirá testar o próprio computador. Além disso, os estados quânticos utilizados na computação quântica são extremamente complexos, envolvendo muitas entidades que podem apresentar fortes correlações não-locais (entrelaçamento).

Hoje, conhecer a função de onda de um sistema exige uma técnica chamada tomografia quântica, que exige uma série de medições e um tal aumento de complexidade que uma única caracterização completa pode levar horas ou mesmo dias. Isto, claro, eleva muito a incerteza do resultado, que pode ser afetado por ruídos e pela própria complexidade (multidimensionalidade) do sistema que está sendo medido.

Holografia digital

Na óptica clássica, contudo, existe outra maneira de reconstruir um objeto 3D, por meio da holografia digital. Essa técnica se baseia no registro de uma única imagem, chamada interferograma, obtida pela interferência da luz espalhada pelo objeto com uma luz de referência.

Danilo Zia e colegas das universidade de Ottawa e Sapienza de Roma estenderam esse conceito para o caso não de um feixe de luz, mas de apenas dois fótons. Assim, a imagem gerada pela holografia digital mostra não apenas a função de onda dos dois fótons, como documenta o próprio fenômeno do entrelaçamento quântico entre ambos.

A reconstrução do estado bifóton requer sobrepô-lo a um estado quântico conhecido e, em seguida, analisar a distribuição espacial das posições onde os dois fótons chegam simultaneamente. Fotografar a chegada simultânea de dois fótons é conhecida como imagem de coincidência. Esses fótons podem vir da fonte de referência ou de uma fonte desconhecida. A mecânica quântica estabelece que a fonte dos fótons não pode ser identificada. Isto resulta em um padrão de interferência que pode ser usado para reconstruir a função de onda desconhecida.

Este experimento foi possível graças a uma câmera avançada que registra eventos com resolução de nanossegundos para cada píxel.

“Este método é exponencialmente mais rápido que as técnicas anteriores, exigindo apenas minutos ou segundos, em vez de dias. É importante ressaltar que o tempo de detecção não é influenciado pela complexidade do sistema – uma solução para o desafio de longa data da escalabilidade na tomografia projetiva,” disse Alessio D’Errico, membro da equipe.

A velocidade e a precisão desta técnica terão impacto muito além da pesquisa acadêmica, com potencial para acelerar os avanços da tecnologia quântica, como melhorar a leitura dos qubits, a detecção de substâncias, a comunicação quântica e o desenvolvimento de novas técnicas de imageamento.

Bibliografia:

Artigo: Interferometric imaging of amplitude and phase of spatial biphoton states
Autores: Danilo Zia, Nazanin Dehghan, Alessio D’Errico, Fabio Sciarrino, Ebrahim Karimi
Revista: Nature Photonics
DOI: 10.1038/s41566-023-01272-3

Fonte : Inovação Tecnológica

 

Astronomia, Ciência, futuro

Made in Russia – Luna-25 colide com a Lua

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A primeira missão lunar da Rússia em 47 anos fracassou depois que sua sonda Luna-25 saiu do controle e se chocou contra a Lua.

A Roskosmos, a agência espacial estatal russa, disse que perdeu contato com a nave após a sonda ter sido colocada na órbita de pré-pouso no sábado (19).

A espaçonave deveria ser a primeira missão de pouso lunar da Rússia em 47 anos. O último módulo lunar, Luna 24, pousou na superfície da Lua em 18 de agosto de 1976.

A espaçonave Luna-25 foi lançada do Cosmódromo Vostochny no Oblast de Amur, na Rússia, em 10 de agosto. A trajetória da Luna 25 permitiu que ela superasse a sonda lunar Chandrayaan-3 da Índia, lançada em meados de julho, a caminho da superfície lunar.

Nesta semana, a sonda da Índia também tentará pousar sua sonda no satélite da Terra.

 

Astronomia, Ciência

Magnetares – Novo tipo de estrela traz pistas sobre os misteriosos objetos cósmicos

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Estrela misteriosa

As magnetares são os ímãs mais fortes do Universo. Essas estrelas mortas superdensas, com campos magnéticos extremamente fortes, podem ser encontradas em toda a parte na nossa galáxia, mas os astrônomos não sabem exatamente como é que esses objetos celestes se formam.

Agora, usando vários telescópios de todo o mundo, astrônomos documentaram uma estrela viva que provavelmente se transformará numa magnetar. Este resultado marca a descoberta de um novo tipo de objeto astronômico, batizado de estrela magnética massiva de hélio, e ajuda a investigar as origens das magnetares.

Apesar de já ter sido observada há mais de 100 anos, a natureza enigmática da estrela HD 45166 continua a não ser facilmente explicada pelos modelos convencionais, e pouco se sabe sobre esse objeto além do fato de ser rica em hélio e ser algumas vezes mais massiva que o nosso Sol.

Apesar de a HD 45166 ser um sistema binário, este estudo concentrou-se apenas na estrela rica em hélio e não em ambas as parceiras do binário. O sistema está localizado a cerca de 3.000 anos-luz de distância da Terra, na constelação do Unicórnio.

Proto-magnetar

O astrônomo Tomer Shenar, da Universidade de Amsterdã, nos Países Baixos, levantou a hipótese de que os campos magnéticos poderiam ajudar a explicar o comportamento dessa estrela tão peculiar. De fato, sabe-se que os campos magnéticos influenciam o comportamento das estrelas e, por isso, talvez pudessem explicar também por que é que os modelos tradicionais falham na descrição da HD45166.

A comprovação disso exigiu analisar a estrela com diferentes instrumentos de diversos observatórios, para colher todos os dados necessários.

E a conclusão foi clara: Os dados indicam que a estrela é decididamente magnética, com um campo magnético extremamente forte, de 43.000 gauss – é a estrela massiva mais magnética encontrada até hoje.

“Toda a superfície da estrela de hélio tem um campo magnético quase 100.000 mais forte que o da Terra,” destacou Pablo Marchant, da Universidade de Lovaina, na Bélgica.

O campo magnético de 43.000 gauss é o campo mais forte já detectado numa estrela que excede o limite de massa de Chandrasekhar, o qual corresponde ao limite crítico acima do qual as estrelas podem colapsar em estrelas de nêutrons – as magnetares são um tipo de estrelas de nêutrons.

Ímãs mais fortes do Universo

A descoberta desta primeira estrela magnética massiva de hélio dá pistas sobre a origem das magnetares, que são estrelas mortas compactas permeadas por campos magnéticos pelo menos um milhar de milhões de vezes mais fortes do que o da HD45166.

Os cálculos da equipe indicam que esta estrela irá terminar a sua vida como uma magnetar. À medida que for colapsando sob a sua própria gravidade, o seu campo magnético irá fortalecer-se e eventualmente a estrela transformar-se-á num núcleo muito compacto, com um campo magnético de cerca de 100 bilhões de gauss – o tipo de ímã mais poderoso do Universo.

Os dados também mostraram que a HD 45166 tem uma massa menor do que a registada anteriormente, cerca de duas vezes a massa do Sol, e que a sua companheira orbita a uma distância maior do que o que se supunha antes.

O astrônomo Alexandre Soares de Oliveira, da Universidade do Vale do Paraíba (SP), faz parte da equipe que descobriu este novo tipo de estrela.

Bibliografia:

A massive helium star with a sufficiently strong magnetic field to form a magnetar
 
A HD 45166 tem um campo magnético de 43.000 gauss, o campo magnético mais forte encontrado até hoje numa estrela massiva.
[Imagem: ESO/L. Calçada]

This artist impression shows HD 45166, a massive star recently discovered to have a powerful magnetic field of 43 000 gauss, the strongest magnetic field ever found in a massive star. Intense winds of particles blowing away from the star are trapped by this magnetic field, enshrouding the star in a gaseous shell as illustrated here. Astronomers believe that this star will end its life as a magnetar, a compact and highly magnetic stellar corpse. As HD 45166 collapses under its own gravity, its magnetic field will strengthen, and the star will eventually become a very compact core with a magnetic field of around 100 trillion gauss — the most powerful type of magnet in the Universe. HD 45166 is part of a binary system. In the background, we get a glimpse of HD 45166’s companion, a normal blue star that has been found to orbit at a far larger distance than previously reported.

 
Ciência

Lama Antiga estilo “Favo de Mel” aumenta as chances de vida em Marte

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Como sabemos, Marte já foi um lugar muito úmido, com rios, lagos e provavelmente até um oceano . E claro, onde tem água tem também… lama. Os rovers de Marte já viram vestígios da antiga lama marciana antes, mas agora o rover Curiosity da NASA encontrou o que pode ser o que pode ser o resto mais bem preservado de rachaduras na lama já visto. Essas rachaduras – assim como as que vemos na Terra depois que a lama secou – não são apenas bem preservadas, mas também fornecem pistas sobre certas condições em Marte que poderiam ter ajudado a vida microscópica a surgir bilhões de anos atrás. A NASA anunciou as descobertas tentadoras em 8 de agosto de 2023.

Uma equipe internacional de pesquisadores publicou um novo artigo revisado sobre a descoberta na Nature em 9 de agosto.

Condições repetidas de seco-molhado

Como é frequentemente visto na Terra, a lama antiga, agora seca, está dividida em muitas rachaduras . As rachaduras formam pequenos hexágonos, produzindo um efeito de favo de mel. Esse padrão sugere condições que foram repetidamente molhadas e depois secas. Esse ciclo foi persistente e pode ter sido sazonal, dizem os cientistas. O principal autor, William Rapin , do Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, na França, disse :

Essas rachaduras particulares na lama se formam quando as condições úmidas e secas ocorrem repetidamente, talvez sazonalmente.

O artigo afirma:

Observamos cristas poligonais centimétricas exumadas com enriquecimento de sulfato, unidas em junções em Y, que registram rachaduras formadas na lama fresca devido a repetidos ciclos úmido-seco de intensidade regular. Em vez de atividade hidrológica esporádica induzida por impactos ou vulcões, nossas descobertas apontam para um clima sustentado, cíclico e possivelmente sazonal no início de Marte.

O Curiosity detectou as rachaduras na lama pela primeira vez em 2021, enquanto explorava sedimentos antigos no Monte Sharp, na Cratera Gale . O rover havia acabado de perfurar uma amostra de um alvo rochoso apelidado de Pontours . Esse alvo estava em uma zona de transição entre uma camada rica em argila e outra mais alta, enriquecida com minerais salgados chamados sulfatos. Notavelmente, os minerais de argila normalmente se formam na água, mas os sulfatos se formam quando a água seca .

Os cientistas podem aprender mais sobre a história desta região, uma vez que os diferentes minerais destacam diferentes épocas da história da Cratera Gale. Da mesma forma, a zona de transição entre eles é um registro da mudança das condições de chuva para longos períodos de seca. Isso aconteceu quando os lagos e rios na cratera começaram a recuar e secar.


Uma visão mais ampla das rachaduras de lama hexagonais em Pontours . Imagem via NASA / JPL-Caltech/ MSSS/ IRAP.

Como a lama antiga em Marte formou padrões hexagonais

O processo pelo qual os hexágonos se formaram é semelhante ao da Terra. À medida que a lama secou, ​​ela encolheu e se fraturou em rachaduras em forma de T. A curiosidade já tinha visto isso antes, em um local chamado Old Soaker . Essas fraturas se formaram quando a lama secou apenas uma vez.

Mas em Pontours, a lama secou e voltou a ficar molhada várias vezes. Como resultado, as rachaduras em forma de T gradualmente suavizaram e se tornaram em forma de Y. Mais tarde, essas rachaduras se fundiram para formar os padrões hexagonais, ou favos de mel.

O Curiosity também descobriu que as rachaduras continuaram a se formar mesmo quando novos sedimentos foram depositados na área. Isso significa que as condições cíclicas de umidade e seca devem ter continuado por muito tempo. As rachaduras também apresentam crostas salgadas em suas bordas. Isso ajudou a preservá-los por bilhões de anos.


Este panorama do Curiosity mostra a região de Pontours , onde o rover descobriu as rachaduras hexagonais na lama. Imagem via NASA / JPL-Caltech/ MSSS/ IRAP.

Condições adequadas para a vida?

Embora rachaduras na lama já tenham sido vistas antes em Marte, essas são ainda mais intrigantes. Por que? As condições cíclicas eram semelhantes às que ocorrem na Terra. Esse processo é importante para a evolução molecular levando à vida, como observou Rapin:

Esta é a primeira evidência tangível que vimos de que o antigo clima de Marte tinha tais ciclos úmidos e secos regulares, semelhantes aos da Terra. Mas ainda mais importante é que os ciclos úmido-seco são úteis – talvez até necessários – para a evolução molecular que pode levar à vida.

Para microrganismos já existentes, corpos d’água de longa duração, como lagos, são ideais. Mas os cientistas dizem que as condições que levam à vida são necessariamente um pouco diferentes. As condições úmidas e secas ajudam a controlar a concentração dos produtos químicos necessários que criam os polímeros. Os polímeros são longas cadeias de moléculas à base de carbono. Isso inclui ácidos nucléicos , blocos de construção químicos da vida (pelo menos na Terra).

O artigo diz :

Além disso, como o ciclo úmido-seco pode promover a polimerização prebiótica, a bacia evaporítica do Gale pode ter sido particularmente propícia a esses processos.

Ashwin Vasavada , cientista do projeto da missão Curiosity, disse:

Este artigo expande o tipo de descobertas que o Curiosity fez. Ao longo de 11 anos, encontramos ampla evidência de que Marte antigo poderia ter sustentado vida microbiana. Agora, a missão encontrou evidências de condições que também podem ter promovido a origem da vida.

Rapin acrescentou:

É muita sorte nossa ter um planeta como Marte por perto, que ainda guarda uma memória dos processos naturais que podem ter levado à vida.

Fonte :