O mundo da mecânica quântica é estranho. Os objetos que estão distantes podem influenciar-se mutuamente no que Albert Einstein chamou de "ação fantasmagórica à distância", e os gatos podem potencialmente estarem mortos e vivos ao mesmo tempo. Durante décadas, os cientistas têm tentado provar que esses efeitos não são apenas peculiaridades matemáticas, mas propriedades reais do mundo físico.
E eles estão chegando a algum lugar. Os pesquisadores finalmente comprovaram em um novo estudo que a ligação entre as partículas a uma distância reflete como o universo se comporta, ao invés de ser um artefato experimental. Enquanto isso, outra equipe de pesquisadores está tentando mostrar que uma criatura viva, ainda que uma bactéria, pode estar em dois estados quânticos diferentes ao mesmo tempo - assim como o gato no experimento mental de Schrödinger.
Mas vamos começar com o estudo, publicado na Nature, o que prova que o mundo é inerentemente assustador. Todos os sistemas descritos pela mecânica quântica podem exibir o chamado Emaranhamento. Por exemplo um elétron, assim como uma moeda, pode girar em duas direções (para cima e para baixo). Mas dois elétrons podem ser emaranhados a fim de que uma medição da rotação de um elétron irá definir a rotação do outro.
De acordo com a mecânica quântica, o spin de um elétron não pode ser conhecido com antecedência de uma medida ainda será perfeitamente correlacionado com outro, mesmo que seja em um local distante. Einstein não gostou disso porque parecia dar a entender que a informação pode ser enviada a partir de um elétron para o outro instantaneamente - quebrando uma regra que diz que nada pode viajar mais rápido que a velocidade da luz. Ao invés disso, pensou-se que haviam "variáveis ocultas" codificadas em cada elétron que poderia determinar o resultado se somente nós pudéssemos acessá-los.
Mas, na década de 1960, o cientista norte-irlandês John Bell veio com um método para testar a teoria de Einstein. A "Desigualdade de Bell" é satisfeita apenas se as ações em um local não puderem afetar outras instantaneamente e os resultados das medições são bem definidos de antemão - algo apelidado de "realismo local".
Bell mostrou, teoricamente, que o entrelaçamento quântico violaria seu teste de desigualdade, mas teorias realistas locais contendo variáveis ocultas de Einstein não fariam tal coisa. Isto é, a ligação entre partículas entrelaçadas é mais forte do que Einstein queria acreditar. Então, se a correlação medida entre pares de partículas a partir de um experimento foi acima de um certo limiar, seria incompatível com variáveis ocultas e o emaranhamento iria ganhar o dia.
O desejo de testar isso no laboratório tem levado enormes avanços experimentais nos 51 anos desde o artigo de Bell. No entanto, todas as implementações de testes de Bell até à data continha lacunas que deixaram algum espaço de manobra para o universo obedecer teorias realistas locais.
Uma delas foi a de que a eficiência das medições era demasiado baixa (conhecida como a lacuna de localidade). Apesar de os dados obtidos violarem o teste desigualdade de Bell, não pode ser uma amostra representativa de um conjunto completo porque alguns fótons na experiência não puderam ser detectados. Outra lacuna foi a de que as medidas foram muito lentas (a brecha de localidade). Os dispositivos de medição foram capazes de se comunicar via alguma informação desconhecida, mais lentos do que a luz pudesse compartilhar e influenciar o resultado da medição iminente.
O novo estudo é o primeiro experimento que fecha simultaneamente ambas as brechas em um teste de desigualdade de Bell. Os cientistas usaram um laser para fazer dois elétrons específicos, cada um dentro de um diamante localizado a 1 km de distância, aumentando a sua energia e emitindo uma partícula de luz (um fóton), que foi envolvido com o estado do elétron. Os fótons foram então enviados através de uma fibra óptica e foram unidos em um terceiro local. Se eles chegaram apenas ao mesmo tempo, os fótons interagiriam uns com os outros e tornar-se-iam entrelaçados - ou seja, os seus companheiros de elétrons remotos se tornariam entrelaçados também.
Os spins dos elétrons foram então medidos para testar a desigualdade de Bell. As duas brechas foram fechadas, garantindo que a eficiência e a velocidade do detector fosse suficientemente elevados. Como resultado, a equipe foi capaz de demonstrar conclusivamente que o universo não obedece realismo local: os resultados das medições não puderam ser conhecidos antecipadamente, e metade de um estado emaranhado pode exercer ação fantasmagórica em seu parceiro remoto.
O famoso felino da Física
O entrelaçamento não é o único tipo de comportamento quântico incomum. Outro efeito, conhecido como superposição, é a capacidade de uma partícula de existir em dois estados (por exemplo, centrifugação ou mesmo de localização) em simultâneo, e é agora observado regularmente em laboratórios de todo o mundo. Por exemplo, os elétrons têm sido conhecidos por viajarem através de duas fendas ao mesmo tempo - quando não estamos vendo. No minuto em que observamos cada fenda para pegar esse comportamento em ação, a partícula escolhe apenas um.
No entanto, nós não observamos diretamente estes efeitos na vida diária. Por exemplo, um copo na sua mesa não pode estar em dois lugares ao mesmo tempo - você iria ficar louco tentando bebê-lo. Mas, como nós não encontramos essas coisas bizarras, parece lógico que em algumas escalas as coisas 'mudam' quando passam do nosso mundo para o mundo estranho da mecânica quântica.
Mas qual é a escala em que esta mudança acontece?
Se tivéssemos uma experiência tecnicamente perfeita, seríamos capazes de observar objetos grandes nesses estados de superposição? Esta é a pergunta feita pelo experimento mental de Schrödinger em que um gato é colocado em uma caixa selada com um frasco de veneno e um único átomo radioativo, que sofrerá deterioração em um horário aleatório. Se o átomo deteriora, o balão é quebrado e o gato é envenenado; se isso não acontecer, o gato vive. Enquanto espera o átomo decair, que o gato existe em ambos os estados de uma vez assim como o átomo? Sabemos que quando abrimos a caixa, temos de encontrar o gato vivo ou morto, mas é uma propriedade do universo ou o observador que faz com que o gato "escolha" seu estado?
A equipe novamente se preparou para compreender esta questão. Sua proposta envolve colocar uma bactéria em vez de um gato em um estado de superposição. Avanços técnicos recentes baseados em supercondutores ressonadores de microondas - dispositivos utilizados para detectar radiação e para a computação quântica - permitiram que os físicos observassem os efeitos quânticos em membranas flexíveis de alumínio (conhecidos como osciladores micromecânicos) acoplados ao circuito.
Membranas minúsculas contam como grandes objetos no mundo da física quântica porque, mesmo uma massa de apenas 50 picogramas (50 trilionésimos de grama), contêm centenas de bilhões de átomos. No entanto, estes ressonadores tem de ser arrefecidos até uma fracção dentro do zero absoluto (-273 ° C) antes de qualquer comportamento quântico emergir. Caso contrário, as vibrações térmicas irão mascarar os efeitos.
A equipe pretende colocar uma bactéria no topo de uma tal membrana, o que seria, então, arrefecido a seu estado mais baixo de energia. A membrana, então, seria colocada em uma sobreposição de dois estados diferentes de movimento: dois tipos diferentes de oscilações. O objetivo é mostrar que o efeito da bactéria nas propriedades do oscilador seria mínimo, com o oscilador efetivamente se comportando como se a bactéria não estivesse lá. Desta forma, a bactéria estaria efetivamente em dois estados de movimento de uma só vez. Os pesquisadores também pretendem complicar a posição da bactéria com o spin de um elétron dentro dela.
O experimento proposto seria impressionante - mas, principalmente, iria mostrar que a mecânica quântica é válida para objetos maiores do que as partículas subatômicas. Mas parece improvável responder se gato de Schrödinger pode estar vivo e morto ao mesmo tempo, porque a bactéria permaneceria em um estado constante de criopreservação in vitro. Se este fosse o gato, ele existiria em animação suspensa, em vez de em uma superposição de vida e morte simultânea.
Traduzido de Science Alert
O cometa Lovejoy fez jus ao seu nome pela descoberta de grandes quantidades de álcool etílico (o mesmo usado em nossas bebidas alcoólicas) e também uma grande quantidade de açúcar comum. A descoberta marca a primeira vez que o álcool etílico é descoberto em um cometa. Isso também adiciona a evidência de que cometas podem ser fontes de moléculas orgânicas complexas necessárias para a vida.
"Descobrimos que o cometa Lovejoy estava liberando tanto álcool quanto de 500 garrafas de vinho, a cada segundo, durante a sua atividade de pico," disse Nicolas Biver do Observatório de Paris, França, principal autor de um livro sobre a descoberta, publicada em 23 de outubro no Science Advances. A equipe encontrou 21 diferentes moléculas orgânicas no gás do cometa, incluindo o álcool etílico e glycolaldehyde, um açúcar simples.
Os cometas são remanescentes congelados da formação do nosso sistema solar. Os cientistas estão interessados neles porque eles são relativamente intocados e, portanto, possuem pistas de como o sistema solar foi feito. A maioria orbita em zonas frígidas longe do sol. No entanto, ocasionalmente, uma perturbação gravitacional envia um cometa mais perto do sol, onde ele aquece e libera gases, permitindo que os cientistas determinem sua composição.
Cometa Lovejoy (formalmente catalogado como Q2 C/2014) foi um dos cometas mais brilhantes e mais ativos desde o cometa Hale-Bopp, em 1997. Lovejoy passou mais próximo do Sol em 30 de janeiro de 2015, quando ele estava liberando água à taxa de 20 toneladas por segundo. A equipe observou a atmosfera do cometa em torno deste tempo quando era mais ativo e mais brilhante. Eles observaram um brilho de microondas no cometa usando o radiotelescópio (de quase 100 pés) de diâmetro de 30 metros no Pico Veleta nas montanhas de Sierra Nevada, da Espanha.
A luz solar energiza moléculas na atmosfera do cometa, levando-as a brilhar em frequências de microondas específica (se as microondas são visíveis, frequências diferentes seriam percebidas como cores diferentes). Cada tipo de molécula brilha em frequências específicas de assinatura, permitindo que a equipe identifiquem-na com detectores no telescópio. O equipamento avançado foi capaz de analisar uma ampla gama de frequências simultaneamente, permitindo que a equipe determine os tipos e quantidades de muitas moléculas diferentes no cometa, apesar de um período de observação curto.
Alguns pesquisadores pensam que a impactos de cometas na antiga Terra entregou um suprimento de moléculas orgânicas que poderiam ter ajudado a origem da vida. A descoberta de moléculas orgânicas complexas em Lovejoy e outras cometas dá apoio a esta hipótese.
"O resultado definitivamente promove a ideia que os cometas carregam uma química muito complexa", disse Stefanie Milam do NASA Goddard Space Flight Center em Greenbelt, Maryland, um co-autor no artigo. "Durante o intenso bombardeio a cerca de 3,8 bilhões de anos atrás, quando muitos cometas e asteroides foram explodidos na Terra e estávamos nos nossos oceanos primordiais, a vida não começou com moléculas simples como água, monóxido de carbono e nitrogênio. Em vez disso, a vida tinha algo que era muito mais sofisticado em um nível molecular. Nós estamos encontrando moléculas com vários átomos de carbono. Então, agora você pode ver onde começam a se formar açucares, bem como mais complexos, tais como aminoácidos — os blocos de construção das proteínas — ou nucleobases, os blocos de construção do DNA. Estes podem começar a formar mais fácilmente do que com moléculas com apenas dois ou três átomos".
Em julho, a Agência Espacial Europeia informou que o Lander Philae de sua nave espacial Rosetta na órbita do cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko detectou 16 compostos orgânicos a medida que ele desceu em direção e então saltou em toda a superfície do cometa. De acordo com a agência, alguns dos compostos detectados desempenham papéis-chave na criação de nucleobases, aminoácidos e açúcares de moléculas mais simples dos "blocos de construção".
Os astrónomos pensam que os cometas preservam material a partir da nuvens antigas de gás e poeira que formaram o sistema solar. Estrelas que explodem (supernovas) e os ventos de estrelas gigantes vermelhas perto do fim de suas vidas produzem vastas nuvens de gás e poeira. Sistemas solares nascem quando ondas de choque de ventos estelares e outras supernovas próximas comprimem e concentram uma nuvem de material estelar ejectado até grupos densos de nuvens começarem a entrar em colapso sob sua própria gravidade, formando uma nova geração de estrelas e planetas.
Estas nuvens contêm inúmeros grãos de poeira. O dióxido de carbono, água e outros gases formam uma camada de gelo sobre a superfície destes grãos, assim como formam gelo nas janelas do carro durante noites frias e úmidas. Radiação em potências espaciais reações químicas neste camada de gelo produzem moléculas orgânicas complexas. Os grãos de gelo tornam-se incorporados em cometas e asteroides, alguns dos quais impactaram com planetas jovens como Terra antiga, entregaram as moléculas orgânicas contidas dentro deles.
"O próximo passo é ver se o material orgânico encontrado em cometas veio da nuvem primordial que formou o sistema solar ou se foi criado mais tarde dentro o disco protoplanetário que cercou o jovem Sol, disse Dominique Bockelée-Morvan, do Observatório de Paris, co-autor do livro.
Referência: Phys
A rocha espacial é do tamanho de um estádio de futebol e está se movendo a uma "excepcionalmente alta" velocidade de 78.000 milhas por hora (126.000 quilômetros por hora), disse a NASA.
As primeiras estimativas colocam o asteroide — chamado 2015 TB145 — a cerca de 1.542 pés (470 metros) de diâmetro, de acordo com o site de astronomia Earth and Sky.
NASA espera ser o maior corpo cósmico conhecido que chegará perto de nosso planeta até 2027.
"Se o tamanho estiver correto, o novo asteroide é 28 vezes maior que o meteoro de Chelyabinsk que penetrou na atmosfera sobre a Rússia em fevereiro de 2013", disse o Earth and Sky.
A boa notícia é que este asteroide passará a uma distância muito segura de cerca de 310.000 milhas (aproximadamente 500.000 km), ou 1,3 vezes o intervalo entre a terra e a lua.
O asteroide passará na verdade mais próximo à lua do que da Terra, roubando 180.000 milhas do satélite.
Os astrônomos podem ser capazes de detectá-lo com telescópios, embora astrônomos amadores provavelmente não sejam capazes de vê-lo a olho nu.
O horário da passagem do asteroide é 13:14 (horário de brasília), no dia 31 de outubro.
Fonte: Phys
A busca por sinais de vida em um sistema da estrela misteriosa que levantou a hipótese de uma "mega estrutura alienígena" está em andamento.
Os astrônomos começaram a usar o Allen Telescope Array (ATA), um sistema de antenas de rádio com cerca de 300 milhas (483 quilômetros) a nordeste de San Francisco, para caçar sinais provenientes do imediações do KIC 8462852, uma estrela que encontra-se a 1.500 anos-luz da Terra.
O Telescópio espacial Kepler da NASA descobriu que KIC 8462852 esmaeceu estranhamente e de forma dramática várias vezes ao longo dos últimos anos. Os eventos de escurecimento foram muito substanciais para serem causados por um planeta cruzando o rosto da estrela, disseram os pesquisadores, e outras explicações possíveis, tais como uma enorme nuvem de poeira, não são plausíveis.
A principal hipótese no momento envolve um enxame de cometas que podem ter sido enviados cambaleando em direção KIC 8462852, possivelmente após um empurrão gravitacional de uma estrela de passagem. Mas também é possível, dizem os astrônomos, que o sinal recebido pelo Kepler foi causado por enormes estruturas construídas por uma civilização alienígena - digamos, uma variedade gigante de orbitar painéis solares.
Esta última possibilidade, por mais remota que possa ser, colocou KIC 8462852 na mira de cientistas que caçam sinais que possam ter sido gerados por alienígenas inteligentes.
"Nós estamos olhando para eles com o Allen Telescope Array", disse Seth Shostak, astrônomo sênior do Instituto SETI (Busca por Inteligência Extraterrestre, em Inglês) em Mountain View, Califórnia.
"Não há problema com isso, eu acho que devemos, com certeza", disse Shostak. Mas, acrescentou, as pessoas "talvez devessem moderar seu entusiasmo com as lições da história."
Shostak citou o exemplo de pulsares, cadáveres estelares superdensos que emitem feixes de radiação de alta energia e que giram super rápido. Estes feixes são captados por instrumentos ao redor da Terra como pulsos regulares, pois eles só podem ser detectados quando eles são disparados diretamente para o planeta (um evento que ocorre em intervalos previsíveis por causa de rotação dos pulsares).
Os astrônomos sabem tudo isso agora. Mas na década de 1960, quando os primeiros sinais de pulsares foram descobertos, alguns cientistas interpretaram-los como possíveis transmissões alienígenas.
"Então, a história sugere que vamos encontrar uma explicação para esta que não envolve Klingons", disse Shostak.
Mas até que tal explicação seja encontrada, a hipótese de vida inteligente ainda estará em cima da mesa, mesmo que o ATA e outros instrumentos como ele virão com sem dados. A falta de um sinal detectável, apesar de tudo, não estabelece que KIC 8462852 seja um sistema sem vida.
A estrela pode suportar formas de vida que não emitem sinais que podemos captar, por exemplo. Ou pode uma vez ter hospedado uma civilização que, desde então, foram extintas, deixando o megaestrutura estranha como uma espécie de monumento.
O principal trabalho do caça-planetas de Kepler sugere que a Via Láctea está repleta de bilhões de planetas rochosos, potencialmente habitáveis. Então KIC 8462852 está longe de ser a única pista que Shostak e seus colegas estudarão nos próximos anos.
"Então quase não importa para onde você apontar seu telescópio, porque existem planetas em toda parte", disse Shostak. "Se há alguém lá fora, existirão muitos deles, e eu acho que há uma chance de encontrarmos."
Space.com
Nosso universo é realmente muito simples, são apenas nossas teorias cosmológicas que estão sendo desnecessariamente complexas, argumenta um dos físicos teóricos mais importantes do mundo.
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| Este instantâneo a partir de uma simulação em computador da formação de estruturas de grandes dimensões no universo mostra os movimentos coerentes de galáxias fluindo para a concentração de massa mais elevada no centro. (A mancha de 100 milhões de anos-luz é mostrada.) |
Esta conclusão pode parecer contra-intuitiva; além do mais, para entender plenamente as verdadeiras complexidades da Natureza, é preciso pensar grande, estudar coisas em escalas mais finas e mais finas, adicionar novas variáveis de equações, e pensar em uma "novo" e "exótica" física. Eventualmente, vamos descobrir o que é a matéria escura; eventualmente nós vamos ganhar uma compreensão de onde as ondas gravitacionais estão se escondendo - e os nossos modelos teóricos serão mais avançados e muito mais ... complexos.
Mas não é bem assim, segundo Neil Turok, Diretor do Instituto Perimeter de Física Teórica, em Ontário, Canadá. Na lógica de Turok, alguma coisa, o Universo, em suas escalas maiores e menores, está nos dizendo que na verdade é incrivelmente simples. Mas, para compreender totalmente o que isso significa, vamos precisar de uma revolução na física.
Em entrevista ao Discovery News, Turok salientou que as maiores descobertas das últimas décadas confirmaram a estrutura do universo em escalas cosmológicas e quânticas.
"Nas maiores escalas, temos mapeado todo o céu - a radiação cósmica de fundo - e medimos a evolução do universo, a maneira que ele está mudando, a maneira que ele está se expandindo... e essas descobertas revelam que o universo é surpreendentemente simples," ele disse. "Em outras palavras, você pode descrever a estrutura do universo, sua geometria e a densidade da matéria... você pode essencialmente descrever tudo isso com apenas um número."
O resultado mais fascinante deste raciocínio é que descrever a geometria do universo com um número, é na verdade mais simples do que a descrição numérica do átomo mais simples. que conhecemos - o átomo de hidrogênio. A geometria do átomo de hidrogênio é descrita por 3 números, que surgem das características quânticas de um elétron em órbita ao redor de um próton.
"Basicamente isso nos diz que o universo é suave, mas tem um pequeno nível de flutuação, que descreve este número. E é isso. O universo é a coisa mais simples que conhecemos."
No extremo oposto da escala, algo semelhante aconteceu quando os físicos analisaram o campo de Higgs, usando a máquina mais complexa já construída pela humanidade, o Grande Colisor de Hádrons. Quando, em 2012, os físicos fizeram a descoberta histórica da partícula que medeia o campo Higgs, o bóson de Higgs, que acabou por ser o tipo mais simples de Higgs descrito pelo modelo padrão da física.
"A Natureza escapou com a solução mínima, o mecanismo mínimo que você poderia imaginar para dar as partículas a sua massa, sua carga elétrica e assim por diante e assim por diante," disse o Turok.
Física do século XX nos ensinou que quando você ganhar mais precisão e você investigar mais a fundo no reino quântico, descobrimos um zoo de novas partículas. Assim como os resultados experimentais geram uma recompensa de informação quântica, modelos teóricos preverão mais partículas e forças bizarras. Mas agora nós estamos alcançando uma encruzilhada onde muitos de nossos conceitos teóricos mais avançados sobre o que está "além" da nossa compreensão atual da física estão transformando alguns resultados experimentais que suportam suas predições.
"Nós estamos nessa situação bizarra, onde o universo fala conosco; está nos dizendo que é extremamente simples. Ao mesmo tempo, as teorias que têm sido muito populares (dos últimos 100 anos de física) tornaram-se cada vez mais complicadas e arbitrárias, disse ele.
Turok apontou para a teoria das cordas que foi anunciada como a "teoria final unificada," envolvendo todos os mistérios do universo em um pacote puro. Também, a busca de evidências de inflação - a rápida expansão do universo logo após o Big Bang a quase 14 bilhões anos atrás - sob a forma de primordiais ondas gravitacionais gravadas na radiação cósmica de fundo (CMB), ou o "eco" do Big Bang. Mas, a medida que procuramos evidências experimentais, só nos resta atirar no escuro proverbial; a evidência experimental simplesmente não concorda com nossas teorias irritantemente complexas.
Nossas origens cósmicas
O trabalho teórico do Turok centra-se em torno da origem do universo, um assunto que tem atraído muita atenção nos últimos meses.
No ano passado, a colaboração de BICEP2, que utiliza um telescópio localizado no Pólo Sul para estudar a CMB, anunciou a descoberta de sinais de primordiais de ondas gravitacionais no eco do Big Bang. Este é basicamente o "Santo Graal" da cosmologia - a descoberta de ondas gravitacionais que foram geradas pelo Big Bang confirmariam certas teorias inflacionárias do universo. Mas infelizmente, para a equipe de BICEP2, eles anunciaram a "descoberta" prematuramente e o telescópio espacial Planck Europeu (que também mapeia a CMB) revelou que o sinal de BICEP2 foi causado pela poeira na nossa galáxia e não antigas ondas gravitacionais.
E se essas ondas gravitacionais primordiais nunca forem encontradas?
Muitos teóricos que depositaram suas esperanças no Big Bang, seguido por um rápido período de inflação podem se decepcionar, mas de acordo com Turok, "vai ser uma pista muito poderosa" que o Big Bang (no sentido clássico) não pode ser o começo absoluto do universo.
"O maior desafio para mim tem sido descrever matematicamente, o Big Bang em si," adicionou Turok.
Talvez um modelo cíclico de evolução universal - onde nosso universo desmorona e ricocheteia novamente - pode encaixar melhor as observações. Estes modelos não necessariamente geram ondas gravitacionais primordiais, e se essas ondas não são detectadas, talvez nossas teorias inflacionárias precisam ser jogadas fora ou modificadas.
Quanto as ondas gravitacionais que estão previstas para serem geradas pelo movimento rápido de objetos massivos em nosso universo moderno, Turok está confiante de que estamos chegando um reino de sensibilidade que o nossos detectores de ondas gravitacionais vão detectá-las muito em breve, confirmando as previsões de um outro Espaço Tempo de Eistenin. "Esperamos ver as ondas gravitacionais de colisões de buraco negro dentro dos próximos 5 anos", disse ele.
A próxima revolução?
De maiores escalas para as escalas menores, o universo parece ser "escala livre" - em outras palavras, não importa se você estiver olhando para uma escala espacial ou de energia, pois o essencial é a escala "especial". E este achado sugere, na verdade, que o universo tem uma natureza muito mais simples do que as teorias atuais sugerem.
"Sim, é uma crise, mas é uma crise do melhor tipo," disse o Turok.
Então, para explicar a origem do universo e chegar a um acordo com alguns dos mistérios mais desconcertantes do nosso universo como matéria escura e energia escura, precisamos olhar para o nosso cosmos diferente. Mas isso vai exigir uma revolução na física, sua compreensão e ,possivelmente sua história, como fez Einstein dizendo que o espaço e o tempo são a mesma coisa quando ele formulou sua teoria da relatividade geral há 100 anos.
Especial de 100 anos da Teoria da Relatividade Geral
"Precisamos de uma visão muito diferente da física básica. "Este é o tempo para ideias radicais, novos, concluiu, ressaltando que este é um grande momento na história humana para os jovens entrem no campo da física teórica, formando a próxima geração que provavelmente vai transformar o forma como olhamos para o universo.
Traduzido e adaptado de LiveScience
Teria o Kepler revelado evidências de uma civilização tecnologicamente avançada em torno de uma estrela a apenas 1.500 anos-luz de distância? Essa é uma emocionante, se improvável, interpretação recente de dados de trânsito.
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Telescópio espacial Kepler, da NASA é encarregado de encontrar pequenos mundos rochosos que orbitam estrelas distantes. No entanto, exoplanetas não são a única coisa que o Kepler pode detectar - flares estelares, manchas estelares e anéis planetários empoeirados também podem aparecer nas observações da missão.
Mas há também especulações de que Kepler pode ter a capacidade de detectar mais de fenômenos naturais; Kepler também pode detectar a assinatura de estruturas artificiais que orbitam outras estrelas. Imagine que uma civilização avançada que esteja bem acima na escala Kardashev e tem a capacidade de aproveitar a energia diretamente de sua estrela. Esta civilização alienígena hipotética pode querer construir vastas mega-estruturas, como painéis solares gigantes em órbita em torno de sua estrela-mãe, que poderiam ser tão grandes que apagam uma fração considerável da luz das estrelas à medida que passam na frente.
Quando Kepler detecta um exoplaneta, ele capta uma ligeira quebra na luz das estrelas a partir de uma determinada estrela. A premissa é simples: com as órbitas planetárias dos exoplanetas passam em frente da estrela (conhecido como "trânsito"), Kepler detecta um ligeiro escurecimento da luz das estrelas e cria uma "curva de luz" - basicamente um gráfico traça o mergulho na luz das estrelas ao longo do tempo. Muita informação pode ser adquirida a partir da curva de luz, como o tamanho físico do exoplaneta em trânsito. Mas também pode-se deduzir a forma do exoplaneta.
Normalmente, os objetos são encontrados na forma de planetas e isso não é de se surpreender. A física da formação planetária dita que um corpo planetário acima de uma certa massa será regido pelo equilíbrio hidrostático. Mas e se Kepler detecta algo que não é esférico? Bem, é aí que as coisas começam a ficar um pouco estranhas!
Na maioria das vezes, qualquer queda no brilho da estrela pode ser atribuída a algum tipo de fenômeno natural. Mas, e se todas as possibilidades são contabilizadas e apenas um cenário restar no final? E se o cenário desse objeto parece ser artificial? Em outras palavras, será que são alienígenas?
A estrela, denominada KIC 8462852, foi encontrado com um sinal de trânsito altamente curioso. Em um documento apresentado na revista Monthly Notices da Royal Astronomical Society, os astrônomos, incluindo cientistas do programa e caçadores de planetas, relataram: "Durante o período da missão Kepler, KIC 8462852 foi observada com uma anomalia irregular, com mergulhos aperiódicos em fluxo para abaixo do nível de 20 por cento."
O trabalho de pesquisa é exaustivo, descrevendo o fenômeno, ressaltando que esta estrela é único - nós vimos nada como isso. Kepler coletou dados sobre esta estrela forma constante durante quatro anos. Não é erro instrumental. Kepler não está vendo coisas; o sinal é real.
Tabetha Boyajian, um pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Yale e principal autor, "Que nunca tínhamos visto nada como esta estrela," disse ele. "Foi muito estranho. Pensamos que pode ser dados inválidos ou movimento de uma nave espacial, mas tudo se confirmou."
Os voluntários de caçadores de planetas para procurar trânsitos em estrelas de Kepler na direção da constelação de Cygnus. Esta é uma enorme quantidade de dados, a partir de mais de 150.000 estrelas em campo de visão original de Kepler, e você não pode bater o olho humano ao identificar um verdadeiro mergulho no brilho das estrelas. Os caçadores de planetas descreveram KIC 8462852 como "bizarro", "interessante" e um "gigante de trânsito". Eles não estão errados.
Estudos de acompanhamento concentram em dois eventos de trânsito interessantes na KIC 8462852, que foi detectado entre os dias 788 e 795 da missão Kepler e entre os idas 1510 e 1570. Os pesquisadores têm marcado estes eventos como D800 e D1500, respectivamente.
O evento D800 parece ter sido um trânsito único, causando uma queda de brilho na estrela para 15 por cento, enquanto que D1500 foi uma explosão de vários trânsitos, possivelmente indicando um montante de diferentes objetos, forçando um mergulho de brilho de até 22%. Para causar tais mergulhos em brilho, esses objetos de trânsito devem ser enormes.
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| Os dados de trânsito da KIC 8462852, com as proemintes assinaturas dos trânsitos D800 e D1500. |
Os pesquisadores trabalharam com cada possibilidade conhecida, mas cada solução apresentada um novo problema. Por exemplo, eles investigaram a possibilidade de algum tipo de disco circunstelar de poeira. No entanto, depois de olhar para o sinal infravermelho associado com estes discos, o sinal não pode ser visto.
Além disso, a estrela é uma estrela madura tipo-F, de aproximadamente 1,5 vezes o tamanho do nosso sol. Discos circundantes são normalmente encontrados em torno de estrelas jovens.
Os pesquisadores também investigaram a possibilidade de uma enorme colisão planetária: poderiam os escombros desta colisão estarem criando este sinal estranho? A probabilidade de nós vermos uma colisão planetária é extremamente baixo. Não há nenhuma evidência de dados feitos pelo Campo Largo do Infrared Survey Explorer (WISE) que a colisão aconteceu, criando uma janela muito pequena de oportunidade entre o final da missão de WISE e o início da missão de Kepler (de alguns anos) para uma evento cósmico astronomicamente improvável como esse ocorra.
A única explicação natural favorecida pelos pesquisadores parece se concentrar em uma grande quantidade de exocometas aglomerados.
"Uma maneira de imaginar como tal barragem de cometas poderiam ser acionadas é pela passagem de uma estrela através do sistema", escreveram os pesquisadores.
Na verdade, eles argumentam, não há uma estrela próxima que pode ter perturbado cometas dormentes nas regiões ultraperiféricas do sistema da estrela KIC 8462852. Esta pequena estrela está localizada a cerca de 1.000 UA do KIC 8462852 e se for um parceira binária ou um visitante interestelar, a sua presença pode ter causado algum tumulto cometário. Como os outros cenários, no entanto, a explicação de um exocometa ainda está longe de ser inteiramente satisfatória.
Este trabalho de investigação incide apenas sobre causa naturais e conhecidas possíveis dos eventos de trânsito misterioso em torno KIC 8462852. Um segundo artigo está sendo elaborado para investigar um cenário completamente diferente de trânsito que se concentra em torno da possibilidade de um projeto de mega-engenharia criado por um civilização avançada alienígena.
Isto pode soar como ficção científica, mas nossa galáxia existe há mais de 13000000000 anos, e isso não é um esforço de imaginação para pensar que uma civilização alienígena pode estar lá fora e evoluiu ao ponto onde eles podem construir mega-estruturas em torno das estrelas.
"Aliens devem sempre ser a última hipótese de se considerar, mas isso parece ser algo que se espera uma civilização alienígena para construir", Jason Wright, um astrônomo da Universidade Penn State, disse ao jornal The Atlantic.
Na verdade, caçar enormes estruturas que obscurecem a luz de estrelas não é coisa nova. O SETI é um projeto que faz exatamente isso. Só recentemente, uma pesquisa do universo local focado na esperança de detectar o calor gerado por uma civilização tecnologicamente avançada, especificamente um civilização Kardashev de Tipo II.
Na escala Kardashev, uma civilização de Tipo II tem a capacidade de utilizar toda a energia disponível que irradia de uma estrela. Usando uma vasta concha ou uma série de anéis em torno de uma estrela, uma estrutura semelhante as Esferas de Dyson podem ser construídas. Isso tem o efeito de apagar a estrela da vista em comprimentos de onda visíveis, mas uma vez que a energia solar tem sido usada pela civilização alienígena, a energia é desviada para comprimentos de onda mais longos e, provavelmente, perdido como radiação infravermelha.
Esta pesquisa recente do calor residual dos alienígenas desenhou um espaço em branco, chegando à conclusão de que, como não parece haver nenhuma estrela nas quais inteligências alienígenas colhem o seu calor, não há provavelmente uma civilização tipo II nas proximidades.
Mas como KIC 8462852 está nos mostrando, pode haver alguma outra coisa lá fora - possivelmente uma inteligência alienígena que está bem no seu caminho para se tornar uma civilização do tipo II, que é a criação de algum tipo de estrutura artificial em torno de sua estrela.
Claro, esses eventos misteriosos de trânsito não estão nem perto "prova" de uma civilização alienígena. Na verdade, são apenas evidências e muito mais trabalho precisa ser feito.
O próximo passo é apontar uma antena de rádio em KIC 8462852, só para ver se o sistema está gerando quaisquer sinais de rádio artificiais que podem indicar a presença de algo que iria definir como "inteligente". Boyajian e Wright já uniram-se com Andrew Siemion, o director do Centro de Pesquisa SETI na Universidade da Califórnia, em Berkeley, para obter um telescópio de rádio para ouvir a estrela e se eles detectarem um sinal artificial, eles irão solicitar tempo no VLA para deduzir quaisquer sinais de rádio provenientes da estrela e se estes são conversas de uma civilização alienígena.
Pode ser um tiro no escuro, e que o fenômeno é mais provável um aglomerado de cometas ou algum outro fenômeno natural que estão sendo responsáveis por bloquear a luz da estrela da vista, mas vale a pena investigar, especialmente se realmente existe algum tipo de estruturas de construção de inteligência alienígena, ou talvez, estruturas antigas de uma civilização avançadas em torno de uma estrela a apenas 1.500 anos-luz de distância da Terra.
Discovery
Pergunta: O que é Gravitação Quântica em Loop?
Resposta: A Gravitação Quântica em Loop ou laço (LQG por vezes abreviado) é uma teoria que busca expressar a moderna teoria da gravidade (ou seja, a teoria da relatividade geral de Einstein) em um formato quantificado. A abordagem envolve a visualização do espaço-tempo como quebrado em pedaços discretos. Ela é vista por muitos como a alternativa mais bem desenvolvida para a gravidade quântica fora da teoria das cordas.
História da Gravitação Quântica em Loop
O início da gravidade quântica em loop se deu por volta para 1986, quando Abhay Ashtekar desenvolveu uma formulação quântica de equações de campo da relatividade geral de Einstein. Em 1988, os físicos Lee Smolin e Carlo Rovelli estenderam essa linha de trabalho, e, em 1990, mostraram que a gravidade é quantificada sob esta abordagem, que pode ser vista usando redes da rotação de Roger Penrose.
Em suma, a abordagem de rede rotação da gravidade quântica em loop mostra o espaço-tempo como uma série de peças que estão ligadas umas as outras. Isto pode ser visualizado por pontos (ou nós) que representam as peças de espaço-tempo ligadas por linhas - por outras palavras, o espaço-tempo pode ser visto como uma rede de nós quânticos.
A estrutura do espaço-tempo suave explícita na relatividade geral é o que você vê quando você faz um "zoom out" da escala quântica até a escala maior.
Implicações da Gravitação Quântica em Loop
Tal como acontece com todos os físicos teóricos, explorar este reino - bem como a física e a matemática envolvida - a este nível é extremamente complexo. Há muito debate sobre os méritos da gravitação quântica em loop, especialmente em comparação com outras abordagens, tais como a teoria das cordas.
Os entusiastas da gravitação quântica em loop levantam três sucessos desta abordagem:
- Ela quantifica a geometria espacial 3-dimensional da relatividade geral;
- Ela permite o cálculo de entropia dos buracos negros;
- Em vez de uma singularidade infinita no momento do big bang, a teoria prevê um grande salto.
Estes são sucessos no sentido de ser provas rigorosas dentro física matemática, porque foram ainda verificados experimentalmente (e, no caso da predição do grande salto, é provável que nunca seja).
A previsão da entropia do buraco negro era (e é) vista por muitos como o maior sucesso da teoria, porque a gravidade quântica em loop foi acreditada para fornecer uma maneira explícita para descrever os estados quânticos de um buraco negro, e produziu resultados que combinavam com as previsões sobre a entropia dos buracos negros feitas por Stephen Hawking e outros na década de 1970.
Alguns físicos teóricos, tais como Brian Greene em Tecido do Cosmos e Lee Smolin em Três Caminhos para a Gravidade Quântica, expressaram o ponto de vista de que a gravidade quântica em loop e teoria das cordas acabará por mostrar expressões diferentes da mesma estrutura física subjacente. A esperança é que a pesquisa nestas duas áreas acabará por dar insights, permitindo uma teoria fundamental mais abrangente que descreva a teoria quântica de base que permita uma bem sucedida teoria do campo unificado que concilie totalmente a relatividade geral com o modelo padrão da física de partículas.
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Em busca de Teoria de Tudo - O que é Gravitação Quântica?
traduzido e adaptado de Physics
Esta nebulosa planetária é chamada PK 329-02.2 e está localizada na constelação de Norma no céu do sul. É também por vezes referida como Menzel 2, ou MZ 2, em homenagem ao astrônomo Donald Menzel, que descobriu a nebulosa em 1922.
Quando as estrelas que possuem a massa do Sol atingem os seus estágios finais da vida, elas perdem suas camadas exteriores para o espaço, que aparecem como nuvens brilhantes de gás chamadas nebulosas planetárias. A ejeção de massa estelar é irregular e não simétrica, de modo que as nebulosas planetárias podem ter formas muito complexas. No caso de Menzel 2, a nebulosa forma uma nuvem azul sinuosa que se alinha perfeitamente com duas estrelas no seu centro. Em 1999, astrônomos descobriram que a estrela no canto superior direito é de fato a estrela central da nebulosa, e a estrela no canto inferior esquerdo é provavelmente uma verdadeira companheira física da estrela central.
Por dezenas de milhares de anos, o núcleo estelar será encapsulado em nuvens espetaculares de gás e, em seguida, ao longo de um período de alguns milhares de anos, o gás vai desaparecer nas profundezas do universo. A estrutura curva de Menzel 2 se assemelha a um último adeus antes de estrela atingir a sua fase final para se tornar uma anã branca.
Phys
Primeiramente, devemos pôr em xeque o fator semântico da palavra vento. Segundo o dicionário Micaellis, o verbete vento significa:
1 Corrente de ar resultante de diferenças de pressão atmosférica proveniente, na maioria dos casos, de variações de temperatura. 2 Ar, atmosfera. 3 O ar em movimento ou em deslocação. 4 O ar agitado por qualquer meio mecânico.
Em segundo lugar, devemos ter em mente que de fato, existe uma tecnologia de armazenamento de energia do vento ou energia eólica. Os parques eólicos normalmente geram a maior parte de sua energia à noite, quando a maioria da demanda de eletricidade é menor. Então, um monte de que a energia "verde" é desperdiçado. É dai que, em meados de 2009, algumas empresas tiveram a ideia de estocar esta energia desperdiçada a noite em forma de ar comprimido que é armazenado em rochas de arenito.
O arenito é poroso, logo, o ar é comprimido dentro das rochas e é lacrado. Logo em seguida, este ar é liberado, fazendo com que o ar que estava armazenado gire novamente as turbinas e gerando eletricidade. Em meados de 2007, o site Inovação Tecnológica publicou um artigo sobre empresas reunidas no Iowa Stored Energy Park, que estariam prestes a colocar essa tecnologia em uso. Em 2009, a revista científica americana Scientific American publicou que outras empresas como a Beacon Power Corp, a NGK Insulators, e a American Electric Power Co. Inc, usaram meios de armazenamento de energia eólica estocando-a em baterias de Lítium e também em ar comprimido nas rochas.
Há também outras formas de armazenamento de energia eólica, como em fazendas híbridas de energia eólica e hidroelétrica ao mesmo tempo, ou até em fazendas de energia eólica somada à energia solar, por exemplo.
O fato é que, a tecnologia de armazenamento por ar comprimido não deu certo, pois, no final das contas, o custo benefício não seria bom, pois o preço da tecnologia estaria acima do que se esperaria da demanda de energia e da eficiência. O mesmo acontece com parques de usinas maremotriz (que utilizam de energia das marés), pois, mesmo em países desenvolvidos, o aproveitamento final da energia era mais baixo do que a demanda total.
O veredito científico
Muitas vezes, na divulgação científica, usa-se termos que mais se aproximam da popularidade mas, o que ocorreu é que, o senso comum dessa vez falou mais alto, uma vez que sempre aprendemos que vento é de fato ar em movimento e que, falar sobre armazenamento de vento é o mesmo que falar em guardar uma tempestade dentro de um pote, para, em qualquer momento oportuno, abrir a tampa e provocar uma chuva, porém, como vimos, a coisa é bem mais complexa.
Reparem que, com exceção do site brasileiro Inovação Tencológica, semanticamente falando, o termo "armazenamento de vento" é errôneo, uma vez que, como já mostrado, vento significa "ar em movimento", logo, o certo seria "armazenamento de energia do vento em forma de ar comprimido". Claro, se levarmos ao pé da letra, sabendo que nenhuma matéria está parada ao certo, uma vez que, mesmo no ar comprimido, as moléculas estão se agitando, então podemos dizer, termodinamicamente, que o ar em movimento pode ser vento, mas semanticamente, ar em movimento não é vento.
Então, considerando o bom e velho português e a física do meio ambiente, a presidente falou errado, estando certa. O correto seria falar de armazenamento ou estocagem de energia do vento (eólica) através de tecnologia de gás comprimido.
Buracos negros, objetos bem conhecidos na astronomia, são criados quando estrelas são catastroficamente mortas em supernovas. Mas existe outro tipo de objeto da família que é pouco conhecido: os buracos brancos.
Preparam-se, é hora de falarmos sobre criaturas do mundo da fantasia. Eles são como unicórnios, mas ainda mais raros. São como duendes, mas ainda mais fantásticos!
Hoje, iremos falar sobre buracos brancos. Antes de falarmos sobre buracos brancos, vamos falar sobre buracos negros.
Os buracos negros são lugares no universo onde matéria e energia são tão densamente compactadas que a sua velocidade de escape é maior do que a velocidade da luz.
A descrição total de um buraco negro requer muita matemática e fantasia, mas estes são objetos reais em nosso universo. Eles foram previstos pela teoria da relatividade de Einstein, e, na verdade, foram descobertos ao longo dos últimas décadas.
Os buracos negros são criados quando estrelas, muito mais maciças do que o nosso Sol, morrem catastroficamente em uma supernova.
Então, o que é um buraco branco? Buracos brancos são criados quando os astrofísicos matematicamente exploram o ambiente em torno de buracos negros, mas fingem que não há nenhuma massa dentro do horizonte de eventos. O que acontece quando você tem uma singularidade de um buraco negro sem massa?
Buracos brancos são conceitos teóricos complemente matemáticos. De fato, se você fosse fazer a matemática buraco negro ganhar vida, você deverá ignorar a massa da singularidade torna a sua vida muito mais fácil.
Eles não são coisas que realmente existem. Não é como se os astrônomos detectassem uma explosão incomum de radiação e, em seguida, desenvolvessem modelos de buracos brancos hipotéticos para explicá-los.
Agora, se buracos brancos existissem, o que provavelmente é verdade, eles se comportariam como buracos negros reversos - assim como a matemática prevê. Em vez do puxar material para dentro, um buraco branco iria explodir o material para o espaço como uma espécie de fonte de chocolate branco.
Uma das outras implicações da matemática do buracos brancos, é que eles só teoricamente existem enquanto não houver uma única partícula de matéria dentro do horizonte de eventos. Assim que único átomo de hidrogênio derivar para a região, a coisa toda iria entrar em colapso. Mesmo se buracos brancos fossem criados no início do universo, eles teriam entrado em colapso há muito tempo, uma vez que o nosso universo já estaria preenchido com a matéria perdida.
Dito isto, há algumas físicos que pensam buracos brancos podem ser mais do que teóricos. Hal Haggard e Carlo Rovelli da Universidade Aix-Marseille na França estão trabalhando para explicar o que acontece dentro de buracos negros usando um ramo da física teórica chamada gravitação quântica em loop.
Em teoria, um buraco negro iria comprimir a singularidade até que o menor tamanho possível previsto pela física. Em seguida, ele iria se recuperar como um buraco branco. Mas por causa do efeito severo da dilatação do tempo em torno de um buraco negro, este evento levariam bilhões de anos para até mesmo para massas menores finalmente darem a volta e aparecerem.
Se houvesse buracos negros microscópicos criados após o Big Bang, que poderiam chegar a se decomporem e explodirem como buracos brancos a qualquer momento. Mas, de acordo com Stephen Hawking, já teriam evaporado.
Outra ideia interessante estendida por físicos, é que um buraco branco pode explicar o Big Bang, uma vez que esta é uma outra situação em que uma enorme quantidade de matéria e energia apareceu espontaneamente.
Em todas as probabilidades, buracos brancos são apenas fantasia matemática. E uma vez que a fantasia matemática raramente sobrevive ao contato com a realidade, buracos brancos são provavelmente apenas imaginários.
Traduzido e adaptado de Phys
Depois de lançar ao mundo a descoberta que Marte possui água corrente em sua superfície, agora a NASA, junto com a equipe da New Horizons fez a incrível descoberta de um céu azul e gelo vermelho no planeta anão plutão.
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| Céu azul de Plutão: camada de névoa de Plutão mostra a sua cor azul nesta fotografia tirada pela New Horizons com a Câmera Ralph/ Multispectral Visible Imagens (CIVM). Acredita-se que a neblina de alta altitude seja natureza semelhante ao observado na lua de Saturno, Titã. Créditos: NASA / JHUAPL / SwRI |
As primeiras imagens coloridas de neblinas na atmosfera de Plutão, retornados pela sonda New Horizons da NASA na semana passada, revelam que as neblinas do planeta são azuis.
"Quem teria esperado um céu azul no Cinturão de Kuiper? É lindo ", disse Alan Stern, investigador principal do Instituto Southwest Research (SwRI), Boulder, Colorado.
As partículas da neblina são provavelmente cinza ou vermelha, mas a maneira como elas dispersam a luz azul tem obtido a atenção da equipe de ciência da New Horizons. "Essa impressionante tonalidade azul nos fala sobre o tamanho e a composição das partículas de neblina", disse o pesquisador da equipe de ciência Carly Howett, também da SWRI. "Um céu azul muitas vezes resulta da dispersão da luz solar por partículas muito pequenas. Na Terra, essas partículas são muito pequenas são moléculas de nitrogênio. Em Plutão eles parecem ser maiores - mas ainda relativamente pequenas - como partículas de fuligem - chamamas tholins "
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| Água e gelo em plutão: Regiões expostas ao gelo de água são destacadas em azul nesta imagem composta a partir de instrumento Ralph New Horizons. |
Os cientistas acreditam que as partículas tholin formam-se na atmosfera elevada, onde a ionização da luz ultravioleta solar rompe e as moléculas de azoto e metano e permite-lhes reagir umas com as outras para formar íons mais complexos e mais negativamente e positivamente carregados. Quando elas se recombinam, elas formam macromoléculas muito complexas, um processo encontrado primeiro na alta atmosfera da lua de Saturno Titã. As moléculas mais complexas continuam a combinar e crescer até que se tornem pequenas partículas; gases voláteis condensam suas superfícies com gelo antes que eles tenham tempo para cair através da atmosfera para a superfície, onde eles adicionam a coloração vermelha de Plutão.
Em uma segunda constatação significativa, a New Horizons detectou inúmeras regiões pequenas, expostas a gelo aquático em Plutão. A descoberta foi feita a partir de dados coletados pela mapeador de composição espectral Ralph da New Horizons.
"Grandes extensões de Plutão não mostram água gelada exposta", disse o membro da equipe científica Jason Cook, de SwRI, "porque é aparentemente mascarado por outros gelos mais voláteis em quase todo o planeta. Entender por que a água aparece exatamente onde ele faz isso, e não em outros lugares, é um desafio que estamos investigando."
Um aspecto curioso da detecção é que as áreas que mostram as mais óbvias assinaturas espectrais de gelo aquático correspondem a áreas que são vermelha brilhante em imagens coloridas recentemente divulgadas. "Estou surpreso que este gelo seja tão vermelho", diz Silvia Protopapa, um membro da equipe científica da Universidade de Maryland, College Park. "Nós ainda não entendemos a relação entre o gelo de água e os corantes avermelhados tholin na superfície de Plutão."
A sonda New Horizons está atualmente a 3,1 bilhões de milhas (5 bilhões de quilômetros) da Terra, com todos os sistemas saudávefis e operando normalmente.
Com informações da NASA
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