Comprimento de Onda e a Luz

Os astrônomos e astrofísicos aparentemente têm uma tarefa muito difícil. Eles têm que estudar estrelas, incluindo o nosso Sol, a uma grande distância. No entanto, não temos que tocar em um objeto para aprender sobre ele…!
Nós recebemos muitas informações sobre o Universo a partir de sensoriamento a distância, nossos olhos, ouvidos etc, são ferramentas importantes, mas para os astrônomos e astrofísicos isso não é o suficiente. A invenção do telescópio no início de 1600 foi um passo crítico. Sir Isaac Newton foi importante para a nossa compreensão sobre a luz. No processo de explicar suas teorias da luz, Newton usou em suas observações um prisma, e demonstrou claramente que a luz visível do Sol é uma mistura de um espectro contínuo de cores.

Vamos descrever este espectro de cores como vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo e violeta. No entanto, é importante perceber que, há uma mistura contínua de cores de vermelho para laranja para amarelo, azul e assim por diante.
Em 1800, o astrônomo, Sir William Herschel, realizava alguns experimentos com filtros de cores diferentes em seu telescópio. Herschel separou a luz solar em seu espectro com um prisma. Ele usou três termômetros. Ele colocou uma lâmpada em cada cor do espectro e usou os outros dois termômetros como controles. Descobriu que cada cor da luz produzia uma temperatura mais elevada do que os controles.

Ele também observou que o aumento da temperatura progredia do azul para o vermelho. Quando ele mediu a temperatura um pouco além do vermelho, ele encontrou nesta região (sem luz visível) temperaturas mais elevadas (infravermelho). A nova radiação pode ser refletida, refratada, absorvida e transmitida como luz visível. Christiaan Huygens em 1690 definiu a luz como uma onda. No início de 1800 Thomas Young apoiou a teoria de ondas de luz com uma série de experiências importantes. Em 1905 Einstein mostrou que a luz também possui propriedades das partículas. Compreendemos agora que a luz tem tanto a propriedade de onda como a de partículas. A teoria de que a luz tem propriedades semelhantes às de onda permite considerar a luz em termos de comprimento de onda.

Porque essa explicação ?
É fácil…..!
As imagens que os astrofísicos usam para estudar o universo, incluindo obviamente o nosso Sol, são obtidas através do espectro e comprimento ondas, e como foi dito acima, cada “cor” ou comprimento de onda tem, digamos, uma temperatura característica. Isso quer dizer que certos detalhes só aparecem em um comprimento de onda específico.
Sabemos que certos animais podem “ver” a luz infravermelha e até no ultravioleta. Isto permite-lhes encontrar presas no escuro, porque a energia térmica é emitida no infravermelho.

A Panspermia

A teoria da Panspermia afirma que a vida existe através do cosmos e foi distribuída entre planetas, estrelas e até galáxias por asteroides, cometas, meteoritos e outros corpos celestes. A este respeito, a vida começou na Terra há cerca de 4 bilhões de anos, depois que aminoácidos ou mesmo  microorganismos pegaram uma carona nas rochas espaciais e pousaram na superfície de planetas como a Terra. Ao longo dos anos, pesquisas consideráveis ​​foram dedicadas a demonstrar que os vários aspectos desta teoria funcionam.

O mais recente estudo vem da Universidade de Edimburgo, onde o professor Arjun Berera oferece outro método possível para o transporte de moléculas da vida. De acordo com seu estudo recente, o pó espacial que periodicamente entra em contato com a atmosfera da Terra poderia ser o que trouxe vida ao nosso mundo há bilhões de anos. Se for verdade, esse mesmo mecanismo poderia ser responsável pela distribuição da vida ao longo do Universo.
Por causa de seu estudo, que foi publicado recentemente em Astrobiologia sob o título "Colisões de poeira espacial como um mecanismo de escape planetário ", o Prof. Berera examinou a possibilidade de que o "pó" espacial pudesse facilitar o escape de partículas da atmosfera terrestre. Estes incluem moléculas que indicam a presença da vida na Terra (também conhecida como biosignatura), mas também a vida microbiana e as moléculas que são essenciais para a vida.

Os fluxos rápidos de poeira interplanetária afetam a nossa atmosfera regularmente, a uma taxa de cerca de 100.000 kg (110 toneladas) por dia. Esta poeira varia em massa de 10 a 18 gramas e pode atingir velocidades de 10 a 70 km / s (6.21 a 43.49 mps).
Essas moléculas consistiriam em grande parte das que estão presentes na termosfera. Neste nível, essas partículas consistiriam principalmente de elementos quimicamente desassociados, como o nitrogênio molecular e o oxigênio. Mas mesmo nesta altitude, também se sabe que existem partículas maiores como as que são capazes de abrigar bactérias ou moléculas orgânicas. Como o Dr. Berera afirma em seu estudo.

Berera considera o estranho caso de tardigrades, micro-animais de oito pernas que também são conhecidos como "ursos da água". Experimentos anteriores mostraram que esta espécie é capaz de sobreviver no espaço, sendo ambos fortemente resistentes à radiação e condições extremas. Portanto, é possível que tais organismos, se fossem eliminados da atmosfera superior da Terra, pudessem sobreviver o tempo suficiente viajando de volta a outro planeta.

O pequeno Tardigrade (também conhecido como "urso da água"), que poderia ser a criatura mais resistente da Terra. Crédito: Publicações Katexic, inalteradas, CC2.0

Claro, o processo de moléculas que escapam da nossa atmosfera apresenta certas dificuldades. Para iniciantes, requer que exista uma força ascendente suficiente que possa acelerar essas partículas para escapar das altas velocidades. Em segundo lugar, se essas partículas são aceleradas a partir de uma altitude muito baixa (ou seja, na estratosfera ou abaixo), a densidade atmosférica seria alta o suficiente para criar forças de arrasto que retardariam as partículas que se movem para cima.
Naturalmente, isso levanta outra questão importante, que é se esses organismos poderiam ou não sobreviver no espaço. Mas, como Berera observa, estudos anteriores confirmaram a capacidade dos micróbios para sobreviver no espaço

O Efeito Doppler

O Universo em que vivemos está expandindo. Sabemos disso porque vemos galáxias e grupos de galáxias se afastando progressivamente no universo. Esta expansão tem ocorrido desde que o universo foi formado há 14 bilhões de anos em um evento muito quente, denso conhecido como o Big Bang.
O espaço e o tempo foram criados no Big Bang. No início do universo, o espaço foi totalmente preenchido com a matéria. A matéria era originalmente muito quente e muito densa e então se expandiu e esfriou para eventualmente produzir as estrelas e galáxias que vemos hoje no universo.
Não se sabe o que existia antes do Big Bang. Esta questão é difícil de responder. Algumas teorias sugerem que nosso universo é parte de uma infinidade de universos (chamados de um multiverso), que estão sendo continuamente criados. Isto é possível mas muito difícil de provar.

Como sabemos que as galáxias estão se afastando ?
Vejamos um exemplo: Você já ouviu o apito de um trem em movimento, o que a acontece quando esse trem se distancia mais de você ? O som do apito parece diferente embora não seja diferente, é o mesmo som. É uma consequência do Efeito Doppler . Quando o trem se afasta do ouvinte, as cristas das ondas sonoras são “esticadas” ou deslocadas, resultando em um tom mais baixo. Quanto mais rápido o trem se afasta, mais esticado as ondas se tornam. O mesmo vale para qualquer objeto emissor de onda, quer se trate de ondas sonoras, ondas de luz ou ondas de rádio.Por outro lado, o comprimento de onda de objetos que estão se aproximando de nós são mais curtos do que aqueles emitidos por um objeto em repouso.

Átomos emitem ou absorvem a luz em comprimentos de onda característicos: hidrogênio, hélio, e todos os outros elementos atômicos têm seus próprios espectro ou assinatura. Na primeira metade deste século, Vesto Slipher estava estudando os espectros de luz emitida a partir de galáxias próximas. Ele notou que a luz vinda de muitas galáxias eram deslocadas para o comprimento de onda vermelho, isto é, no final do espectro. A interpretação mais simples desta “mudança” foi que as galáxias estavam se afastando de nós, como no Efeito Doppler .

Se medirmos a mudança do espectro de uma estrela, sabemos que se aproximam ou se afastam de nós. Mas esta mudança é para o vermelho, indicando que o foco da radiação ta indo embora. Isso é interpretado como uma confirmação da expansão do universo.
No começo parece que as galáxias estão se afastando da Via Láctea em todas as direções, dando a impressão de que nossa galáxia é o centro do universo.

Este efeito é devido à forma como o Universo se expande. É como se a Via Láctea e outras galáxias estivessem localizados em pontos na superfície de um balão. Inflando o balão todos os pontos se distanciariam de nós. Se mudarmos a nossa posição em qualquer um dos outros pontos e realizássemos a mesma operação, observaríamos a mesma coisa.
Lembrando que o efeito Doppler também pode ser aplicado à Luz, portando é só transportar a ideia das ondas sonoras para as ondas eletromagnéticas…
Assista ao vídeo:

A Matéria Escura

Sistemas extragalácticos como galáxias espirais e aglomerados de galáxias apresentam discrepâncias em relação a massa. A aplicação da Lei da Gravitação de Newton para as estrelas observadas não consegue explicar os movimentos rápidos desses corpos. Isso leva à conclusão de que alguma forma de massa invisível, a Matéria Escura, domina a dinâmica do universo.
A matéria escura é a coisa mais misteriosa e enigmática sonhada pelos cosmólogos para explicar por que as galáxias não saem “voando” por ai. Para explicar o universo que vemos, temos que entender que a matéria escura ocupa mais que 85% de toda a matéria do Universo. Mas não emite luz ou se comunica com a matéria comum, exceto por gravidade.
Muitos físicos acreditam que a matéria escura é feita de WIMPs (veremos mais adiante).
Wimp é uma partícula subatômica hipotética de grande massa que interage fracamente com a matéria comum através de gravitação.

Sabemos que toda matéria do Universo conhecido é feita de átomo, mas tem algo estranho nessa afirmação. Os cientistas resolveram fazer um levantamento da massa existente no cosmo. Sabemos a quantidade de matéria comum existente no Universo, partículas elementares como elétrons e prótons, mas essas medidas não batem, ou seja, fica muito longe da massa total do Universo. Então chegou-se a uma conclusão que a maioria da matéria do Universo não era só feita de prótons, elétrons e outras partículas subatômicas conhecidas. É difícil de entender, mas o Universo é composto na sua minoria pela matéria comum, com nas estrelas, planetas, eu ou você, isto é, somos feitos de um tipo de matéria que nem de perto é o tipo de matéria que constitui a maioria do Universo… ai é que entra os WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles ou partículas maciças de interação fraca). O problema é que ninguém detectou (ainda), essa partícula em laboratórios. Estudos estão sendo feitos no Grande Colisor de Hádrons em Genebra. Se a ciência conseguir encontrar evidências de matéria escura, será que encontraremos também evidências de outros mundos…?
Alguns cientistas argumentam que a matéria escura não seja “outra coisa”, mas sim, porque simplesmente esta em outro lugar, como em outras dimensões. Nós não conseguimos ver essas dimensões e nem interagimos com elas, logo, é o lugar mais apropriado para a existência dessa matéria escura. A influência gravitacional que atribuímos à matéria escura no nosso Universo na verdade seria uma concentração de matéria em outro Universo, que são sentidas em nossas dimensões, mas que nunca serão descobertas em nossas dimensões porque estão em outro lugar. Seja la onde está a matéria escura, um dia teremos uma solução para essa questão a não ser que ela (partícula) exista em em um tamanho incrivelmente pequeno bem alem de nossa imaginação, mas o que pode ser menor que partícula como Quarks ou elétrons…? Todas essas partículas teriam diferentes modos vibracionais de uma pequena entidade chamada “Corda”, portanto a menor “coisa” que compõe a matéria. Antes de falar nas “Cordas”, vamos entender alguns detalhes desse infinitamente pequeno Universo:

O Universo em escalas menores que o elétron é um um território vasto e inexplorado, mais até que planetas galáxias e até do Universo, porque nós podemos fazer observações de planetas, estrelas de galáxias, mas é difícil realizar experimentos que nos permitam explorar diretamente minusculas dimensões de tempo e espaço.

Em física, a escala de Planck refere-se tanto a um escala de energia muito grande (1,22 x 10E 19 GeV) ou uma escala de tamanho muito pequeno (1,616 x 10E -35 metros), onde os efeitos quânticos da gravidade se tornam importantes para descrever as interações de partículas. Na escala de tamanho de Planck, a incerteza quântica é tão intensa que conceitos como localidade e causalidade tornam-se menos significativo. Os físicos de hoje estão muito interessados em aprender mais sobre a escala de Planck, porque ainda não existe uma teoria quântica da gravidade. O físico capaz de chegar a uma teoria quântica da gravidade seria praticamente o ganhador do prêmio Nobel. Dá uma olhada no vídeo...Ok

A Antimatéria

Até a poucos anos a Antimatéria era considerada assunto para filmes de ficção cientifica, mas muita coisa mudou. Eu me lembro de um livro que li no início da década de 70 “O planeta das possibilidades impossíveis” e já tratava disso…foi meu primeiro contato com essa “coisa” chamada Antimatéria…!!!

O que é Antimatéria ?
Para cada tipo de partícula de matéria que encontramos no universo, também existe uma partícula de antimatéria correspondente, ou antipartícula.
As antipartículas se comportam como partículas de matéria correspondentes, exceto que eles têm cargas opostas. A diferença entre essas duas “formas” de matéria é mais elementar do que parece. O que chamamos de matéria é tudo o que é composto de prótons (partículas sub-atômicas com carga positiva), elétrons (partículas sub-atômicas de carga negativa) e nêutrons (partículas sub-atômicas sem carga). Todas essas partículas formam o que chamamos de átomos. No átomo, os prótons e nêutrons formam o núcleo, e os elétrons orbitam o núcleo assim como um planeta em torno de uma estrela.

Na antimatéria, as cargas de cada partícula são inversas. Em vez de um próton, o seu equivalente antimatéria é chamado de anti-próton com uma carga negativa. Em vez de um elétron, o seu equivalente antimatéria é chamado um pósitron, com uma carga positiva. O anti-nêutron, compartilha as mesmas características.
Quando a antimatéria entra em contato com a matéria, essas partículas iguais, mas opostas, colidem para produzir uma explosão emitindo grande quantidade de radiação pura, que é emanada a partir do ponto da explosão à velocidade da luz. Ambas as partículas que criaram a explosão são totalmente aniquiladas, deixando para trás outras partículas subatômicas. A explosão que ocorre quando antimatéria e matéria interagem, transforma toda a massa de ambos os objetos em energia.

Sabemos muito pouco ou quase nada sobre a antimatéria. O que mais intriga os cientistas é o porquê, no início do Universo, ter havido uma predileção da natureza pela matéria. Após o Big Bang, matéria e antimatéria foram criadas em quantidades iguais, o que levaria a uma aniquilação total. Mas isso não aconteceu, a matéria ainda existe como podemos “ver”. Nosso universo é o que sobrou da aniquilação de matéria e antimatéria. A natureza deu preferência para a matéria, bem menos de 1%. Esse menos de 1% que sobrou é o que formou todo o Universo. E o restante…?

É possível que algum processo, de origem desconhecida, tenha provocado uma separação entre a matéria e a antimatéria. Neste caso existiriam regiões do universo em que a antimatéria e não a matéria seria mais abundante. Seriam necessárias algumas experiências no espaço para procurar essas regiões. No entanto, como até hoje não se conhece um processo capaz de gerar tal separação, a maioria dos cientistas não acredita nessa hipótese.
Existe a possibilidade de que a natureza trate de forma ligeiramente diferente a matéria e a antimatéria. Se isto for verdade, seria possível que uma pequena fração da matéria inicialmente gerada tenha sobrevivido e formado o universo conhecido hoje. Há resultados experimentais e teóricos que apontam nesta direção.
Vivemos num mundo aparentemente formado unicamente por matéria, apesar de antes do Big Bang (a explosão que deu origem ao Universo há 14 bilhões de anos) a matéria e a antimatéria existiram na mesma proporção.
Portanto, conhecer a estrutura do antiátomo é penetrar no desconhecido e desafiar as leis vigentes da física.