terça-feira, 31 de julho de 2012

NASA cria amplificador para reforçar sinais do Universo



O novo amplificador é formado por um material supercondutor formando uma espiral dupla com 16 milímetros de diâmetro.[Imagem: Peter Day]

 

Pesquisadores inventaram um novo tipo de amplificador para sinais elétricos.

Seja para produzir um volume mais elevado em um aparelho de som, seja para incrementar os tênues sinais captados por cada pixel de uma câmera digital, a moderna tecnologia é totalmente dependente dos amplificadores.

Eles são usados em quase tudo, dos instrumentos de medição aos sensores dos telescópios usados para observar o Universo.

Amplificadores

Um amplificador é basicamente um circuito que aumenta a intensidade de um sinal fraco. Hoje, esse papel é basicamente desempenhado pelos transistores.

Em um transistor, uma pequena corrente - o sinal que se deseja reforçar - impõe suas características em uma corrente muito maior que atravessa o componente, resultando no sinal original amplificado.

Como bem se sabe, amplificadores transistorizados são muito bons para a maioria das tarefas, sendo capazes de reforçar sinais de uma gama muito ampla de frequências.

Eles só começam a falhar quando os sinais são muito fracos - como a medição de um evento de baixíssima energia, ou a captura de sinais de ondas de rádio de alta frequência vindos de galáxias distantes, apenas para citar dois exemplos.

O sinal sai forte, mas com pouca clareza - como um rádio com um volume muito alto, mas onde os chiados e estalidos tornam quase impossível entender o que o locutor está dizendo.

Amplificadores paramétricos

Mas existem outros tipos de reforçadores de sinais, como os amplificadores paramétricos.

Em um amplificador paramétrico, um sinal forte, chamado sinal de bombeamento, injeta energia no sinal mais fraco que se deseja reforçar, amplificando-o.

A seu favor, eles têm o fato de que o único ruído que produzem resulta da inevitável agitação dos átomos e das ondas produzidas segundo as leis da mecânica quântica.

Contra, eles têm a característica de operar apenas em faixas muito estreitas de frequências, o que restringe suas aplicações práticas.

Amplificador híbrido

Agora, cientistas da NASA e do Instituto de Tecnologia da Califórnia inventaram um novo tipo de amplificador que é um híbrido entre os transistores e os amplificadores paramétricos.

Usando materiais supercondutores - nitreto de titânio (TiN) e nitreto de titânio-níóbio (NbTiN) - os pesquisadores construíram uma espécie de amplificador paramétrico de banda larga, ou seja, ele opera em uma larga faixa de frequências, como os amplificadores a transístor, mas produz quase nenhum ruído, com os amplificadores paramétricos clássicos.

O novo amplificador tem inúmeras aplicações, como a medição de eventos químicos e físicos não detectáveis pelos sensores atuais.

Segundo os pesquisadores, o novo amplificador vai redefinir o que é possível medir, revolucionando o campo da metrologia.

Mas, como estão ligados à NASA, os cientistas estão interessados em seu uso imediato para estudar o Universo.

Amplificador de sinais cósmicos

O novo amplificador será usado para amplificar os sinais de eventos cósmicos distantes em uma ampla faixa de frequências, das ondas de rádio aos raios X, emitidos por galáxias distantes, buracos negros e outros corpos celestes exóticos.

Ele permitirá, por exemplo, fazer um mapeamento muito mais sensível da radiação cósmica de fundo, detectada nos comprimentos de onda milimétrico e submilimétrico - entre as ondas de rádio e a radiação infravermelha.

Em vez de amplificar diretamente o sinal astronômico, o amplificador paramétrico de banda larga poderá ser usado para amplificar o sinal eletrônico dos detectores de luz de telescópios ópticos, ultravioletas ou mesmo de raios X, facilitando a detecção de objetos celestes muito distantes.

Bibliografia:

A wideband, low-noise superconducting amplifier with high dynamic range
Byeong Ho Eom, Peter K. Day, Henry G. LeDuc, Jonas Zmuidzinas
Nature Physics
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphys2356

 

sexta-feira, 13 de julho de 2012

Pólo sul da maior lua de Saturno aparece em nova imagem da Nasa

A agência espacial americana (Nasa) divulgou nesta quarta-feira (11) uma imagem colorida de um redemoinho no pólo sul de Titã, a maior lua de Saturno. A fotografia foi captada no dia 27 de junho, pela sonda Cassini, e mostra uma massa de gás girando em torno do satélite. O pólo sul de Titã tem cerca de 5.150 km de diâmetro e está próximo ao centro da imagem. O turbilhão no pólo sul pode estar relacionado com a chegada do inverno e o início do que seria uma cobertura polar. Os cientistas acreditam que as nuvens se formem nas bordas por causa de uma troca de massas de ar atmosférico. Imagens novas e mais detalhadas como essa só foram possíveis porque a órbita da Cassini estava inclinada. Anteriormente, entre março e maio, a sonda da Nasa havia feito fotos da região equatorial de Saturno e Titã.

 

terça-feira, 10 de julho de 2012

Vários microblazares são observados

© NRAO (galáxia ARP 220)

 

 Astrônomos encontraram evidências de centenas de buracos negros em uma galáxia a milhões de anos-luz de distância. A descoberta, feita com uma rede mundial de radiotelescópios, dá aos cientistas uma nova maneira de descobrir como os buracos negros são criados. Esses objetos, conhecidos pelos astrônomos como microblazares, foram teoricamente previstos mais de uma década atrás.

 

Os astrônomos acreditam que os microblazares são versões reduzidas dos faróis cósmicos conhecidos como blazares. Em um blazer, um buraco negro supermassivo abastecendo-se do gás denso no centro de uma galáxia cria jatos potentes que podem ser observados da Terra, se forem dirigidos para nós. Uma equipe liderada por astrônomos na Chalmers University of Technology e Onsala Space Observatory tem acompanhado os sinais de rádio a partir do núcleo da galáxia ARP 220, que está 250 milhões de anos-luz da Terra. Além de um número de supernovas, eles também descobriram algumas fontes que estavam à primeira vista difícil de entender.

 

Os cientistas acompanharam as três fontes de rádio peculiares por vários anos. Agora eles pensam que sabem o que está por trás dos sinais de rádio: jatos criados por buracos negros. Isto pode ser a emissão de rádio a partir de sistemas estelares binários em que uma estrela já explodiu e deixou para trás um buraco negro. O buraco negro absorve o gás de sua companheira, produzindo poderosos jatos que emitem ondas de rádio. Os jatos de buracos negros são visíveis a esta distância, se forem apontando diretamente em nossa direção. Provavelmente existem muitos outros sistemas como este nesta galáxia, mas seus jatos apontam em outras direções.

 

A galáxia ARP 220 já é famoso por criar novas estrelas a um ritmo furioso. Uma pesquisa anterior pela mesma equipe também demonstrou que existem muitas explosões de supernovas na galáxia, até 250 vezes mais do que na Via Láctea. Os astrônomos acreditam que os buracos negros são criados quando estrelas com massas mais do que cerca de 20 vezes a do o Sol explodem. Esta descoberta na ARP 220 colocará em breve essa idéia à prova. Apenas uma dúzia de buracos negros deste tipo são conhecidos na Via Láctea, e apenas alguns são conhecidos em outras galáxias.

 

A descoberta foi feita com uma rede de radiotelescópios ao redor do mundo, ligados entre si para criar imagens muito nítidas, usando a técnica de VLBI (Very Long Baseline Interferometry). Os radiotelescópios podem acompanhar os acontecimentos nos centros densos de galáxias que estão por trás de grossas camadas de poeira, invisíveis a outros telescópios. A fim de descobrir quais são as fontes de rádio na ARP 220 a equipe fez medições em comprimentos de onda de rádio diferentes durante um período de 17 anos.

"Este resultado só surgiu depois de muitos anos de observações cuidadosas e melhorias nas técnicas de VLBI", diz Philip Diamond, membro da equipe e chefe do CSIRO Astronomy and Space Science, na Austrália.

Fonte: Astronomy & Astrophysics

 

domingo, 1 de julho de 2012

Primeiras estimativas de tamanhos e distâncias em astronomia

Não sabemos ao certo quando o homem, nos primórdios de sua existência, começou a observar os astros. Sabemos que a matemática e a astronomia foram algumas das primeiras ciências estabelecidas por ele. A astronomia é considerada a mãe do método científico. Dela nasceu o processo observação – modelo – constatação. Foi observando os astros que o homem começou a especular, montar hipóteses e eventualmente teorias que levaram à construção de modelos que puderam ser confrontados à luz destas observações. Muito do conhecimento acumulado sobre o universo como um todo vem da Grécia antiga. Foram os sábios gregos destes tempos, os primeiros a realizar observações sistemáticas do céu e os primeiros a apresentar um modelo cosmológico baseado nestas observações: o modelo geocêntrico. Aristarco foi o primeiro deles a propor um modelo com o Sol no centro e a Terra e os demais planetas conhecidos na época, girando ao seu redor. São também dele os cálculos da razão entre os tamanhos do Sol e da Terra e os tamanhos da Terra e da Lua. Além disso, ele calculou as distâncias Terra–Lua e Terra–Sol. Para tanto, utilizou observações astronômicas destes astros e conceitos e relações geométricas conhecidas no seu tempo. Quanto ao tamanho da Terra, o primeiro cálculo foi feito com bastante precisão por outro sábio grego chamado Erastóstenes. Foram estes os primeiros resultados de tamanhos e distâncias envolvendo os dois astros mais brilhantes e mais presentes em nosso dia a dia.Qual o tamanho relativo Lua, Terra e Sol?

 

- Aristarco de Samos matemático e astrônomo grego, nascido no ano de 310 AC, calculou o diâmetro da Lua em relação ao da Terra, baseando-se na sombra projetada pelo nosso planeta durante um eclipse lunar. Ele concluiu que a Lua tinha um diâmetro três vezes menor que o da Terra. Na verdade o valor correto é 3,7. Com esse dado, deduziu que o diâmetro solar era 20 vezes maior que o da Lua e cerca de 7 vezes maior que o da Terra. Hoje sabemos que o diâmetro da Terra não alcança um centésimo do diâmetro do Sol. Embora os seus resultados apresentassem desvios consideráveis dos valores reais, os erros residiam mais na falta de precisão dos seus instrumentos (notadamente na medida do tempo) do que no seu método de cálculo, que era bem apropriado.

 

Qual a distância Terra-Lua?

 

- Um método para determinar a distância Terra-Lua utiliza a medida direta do tamanho angular da Lua. O tamanho angular médio da Lua no céu é de 0,5º. Considerando na figura abaixo, R sendo o raio da Lua, D a distância Terra-Lua e alfa metade do tamanho angular da Lua.

No triângulo da figura, o ângulo formado por R e D é reto (vale 90 graus). Para este tipo de triângulos (chamados triângulos retângulos) a razão entre o lado em frente ao ângulo alfa e o lado superior reflete uma propriedade do ângulo que permitiu Aristarco estimar a distância D. Em 1969 os astronautas Neil Armstrong e Buzz Aldrin, integrantes da missão Apollo 11, instalaram no Mar da Tranqüilidade, um espelho para refletir a luz de um laser emitida da Terra e determinar com precisão a distância média entre os dois astros. O valor médio aceito hoje é cerca de 385,000 km.

 

Qual a distância Terra-Sol?

 

Aristarco também calculou a distância Terra-Sol. Ele mediu o valor do ângulo subentendido entre a direção Terra-Lua (alfa, na figura abaixo), que é a separação angular Sol-Lua. Ele assumiu ainda, que no quarto crescente (ou minguante) o ângulo entre a direção Terra-Lua e a direção Lua-Sol é reto.

Outra vez utilizando uma das propriedades de triângulos deste tipo, que relaciona razão entre dois lados e alfa, foi possível calcular a distância pretendida. A medida de alfa feita por ele, utilizando o instrumento disponível na época, deu alfa = 87 graus. Com isto ele encontrou a distância Terra-Sol como sendo cerca de 20 vezes a distância Terra-Lua.  O valor de alfa medido por instrumentos modernos é 89.8 graus, o que dá para a distância Terra-Sol aproximadamente 150 milhões de quilômetros, ou seja, quase 400 vezes a distância Terra-Lua. O procedimento estava correto, mas o instrumento de medição de ângulos utilizado por ele é que não permitiu obter valor mais preciso.

 

Qual o tamanho da Terra?

 

O astrônomo Erastóstenes ficou muito conhecido por ter calculado o perímetro da Terra (e consequentemente seu raio) com uma precisão surpreendente para a época, 235 AC, e por utilizar um método científico consistente para tal fim. Seu método consistiu no seguinte: o sábio ficou sabendo que no solstício de verão (dia mais longo – noite mais curta) no dia 21 de junho um gnomon (um estilete vertical fincado no solo na direção perpendicular) não apresentava sombra na cidade de Syene (hoje Asuam – vide mapa), mas na cidade de Alexandria um estilete nas mesmas condições apresentava uma sombra. Ele atribuiu este fato à esfericidade da Terra. Conta a “história” que Erastóstenes mandou um escravo a pé, medir a distância entre as duas cidades.

Ele então mediu, no mesmo dia 21 de junho, o comprimento da sombra em Alexandria verificando um ângulo de ao sul do zênite. Com a simples proporção de que a circunferência da Terra está para a distância entre as duas cidades assim como o ângulo da circunferência (360 graus) está para o ângulo medido ele pode determinar a circunferência da Terra (vide figura). A distância nesta época era medida em estádios e Erastóstenes computou 252.520 estádios, o equivalente a 40.000 km. O que resultou para o raio da Terra aproximadamente 6.400 km. O valor hoje é cerca de 6,378 km. Seus cálculos foram apresentados na sua obra “Sobre a medida da Terra” que infelizmente se perdeu. Mas são citados por Cleomedes, Theon de Smyrna e Strabo.

Fonte: http://wwo.uai.com.br/