Viagens às estrelas por energia nuclear

por PGAPereira. Detonando em propulsão avançada. Grande parte da pesquisa em propulsão avançada está focada na busca de combustíveis com maior quantidade específica de impulso fornecido por unidade de massa de combustível para nos levar mais rápido e mais longe do que os foguetes convencionais. Em 1947, essa pesquisa liderada pelo matemático Stanislaw Ulam propor a utilização de bombas nucleares para impulsionar foguetes. Desenhos de espaçonaves variadas, mas todos eles tinham uma coisa em comum: uma placa de metal na base da embarcação que poderiam desviar a energia das bombas quando detonadas. O governo dos EUA acredita que um projeto baseado em bomba, chamado Orion (para não ser confundido com o programa da NASA recentemente desfeito projetado para ir para a lua), poderia levar uma tripulação a Marte, mas o Tratado de Proibição de Testes Nucleares, de 1963 colocou um fim no projeto. Ainda assim, a idéia de uma nave espacial movida a energia nuclear sobrevive. No início de 1990 pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore desenvolveu um conceito chamado Veículo para Aplicações no Espaço Interplanetário. Nela, os aglomerados de deutério e trítio (isótopos do hidrogênio) explodiriam para criar uma nuvem de plasma que interage com um campo magnético propulsionando a espaçonave. Em outro esquema, os reatores nucleares poderiam fornecer a energia necessária. Tal ofício, desenhado por Franklin Chang Díaz, um astronauta da NASA e fundador da empresa Ad Astra foguete, o foguete teria Impulso Específico e Variável no Magnetoplasma (ou VASIMR), poderia usar a eletricidade gerada por reatores nucleares para aquecer o gás a um plasma. Os jatos de plasma jatos que saem da parte de trás do foguete com a ajuda de poderosos ímãs, forneceria o empuxo ao foguete. VASIMR foi testado em câmaras de vácuo na Terra, e em 2014 ele será testado a partir da Estação Espacial Internacional nas duras condições do espaço. Para ajudar a financiar o desenvolvimento da nave para ir a Marte e além, VASIMR poderia colocar e reposicionar satélites e limpar o lixo espacial com base num contrato para as empresas privadas e agências espaciais. Como o projeto da ORION funcionaria? 1. Uma série de bombas nucleares, cada uma com a potência equivalente a um kiloton de TNT, são ejetadas de um buraco no centro da nave. Várias bombas são detonadas por segundo. 2. A absorção da grande placa de metal e os choques desviaria a enorme energia e a converteria em impulso. 

Viagens às estrelas por propulsão de antimatéria

por PGAPereira. Aproveitando o poder das antipartículas.Toda matéria é composta de partículas subatômicas, como os elétrons e prótons. Cada partícula tem uma outra antipartícula gêmea com uma rotação contrária e de carga oposta, a antipartícula de um elétron, por exemplo, é o  pósitron. Essas antipartículas gêmeas compõem a antimatéria, e quando elas colidem com as partículas gêmeas, aniquilam-se mutuamente, convertendo as suas massas em energia. Em meados da década de 1990, o físico Gerald Smith liderou um grupo de pesquisa da Universidade Penn State dedicado a pesquisar a propulsão da antimatéria. Enquanto estava lá, ele desenvolveu projetos para a propulsão por antimatéria de aeronaves e foguetes. A antimatéria é atraente por causa de seu alto impulso específico, que permite a espaçonave levar menos combustível e atingir velocidades mais altas. "Se você quiser comparar o lançamento de um foguete de antimatéria com o lançamento do ônibus espacial, um foguete por antimatéria iria queimar fora da plataforma de lançamento e estar nas nuvens em segundos", diz Smith. "Visto que você tem toda essa energia em uma quantidade muito pequena de massa, você pode realmente empurrar o acelerador e se deslocar rapidamente." Devido ao seu potencial para altas velocidades, a antimatéria tem sido discutida como uma opção para as viagens às estrelas distantes. Mas Smith aponta que sua velocidade permitirá também viagens mais seguras dentro do nosso sistema solar: "O principal perigo para os astronautas fora da atmosfera da Terra é a exposição à radiação. Quanto menos tempo você demorar em chegar a algum lugar, menos radiação irá receber. "A possibilidade de propulsão por antimatéria permitiu a Smith e seus colegas planejar viagens de a Marte, que levaria apenas 90 dias, 30 para chegar lá, 30 na superfície, e 30 para viajar de volta à Terra. Smith e seus colegas nunca chegaram tão longe como a construção de uma espaçonave de propulsão por antimatéria. Embora ele desenvolvesse protetores antipartículas de antimatéria em campos magnéticos, Smith, que agora trabalha em outras aplicações para a antimatéria no Positronics Research, uma empresa de engenharia que ele fundou, observa que o dinheiro para a pesquisa ainda é pouco. "Seria difícil de construí-lo no clima econômico atual", diz ele. Como uma espaçonave por antimatéria funcionaria? 1. A espaçonave transporta uma fonte de antimatéria num campo magnético. 2. A antimatéria e sua parceira gêmea ao se chocar liberariam energia. 3. Esta energia impulsionaria a espaçonave o suficiente rápido para chegar a Marte em um mês. 

Viagens às estrelas por fusão de hidrogênio

Por PGAPereira. Um dos problemas que enfrentam as viagens interestelares é a falta de postos de combustíveis no espaço. Para contornar isso, a Bussard interestelar idealizou o ramjet-estrutura que utiliza átomos de hidrogênio para iniciar a fusão nuclear, recolher o seu combustível de hidrogênio a partir do meio interestelar. Proposta em 1960 pelo físico Robert Bussard, o ramjet consta de um funil de 6.438 km (4.000 milhas) de largura magnética para coletar hidrogênio. De acordo com Bussard, o ramjet poderia se aproximar da velocidade da luz. Na tentativa de atualizar o ramjet Bussard, os engenheiros aeroespaciais Robert Zubrin, o atual presidente da Pioneer Astronautics, e Dana Andrews, agora diretor de tecnologia da Andrews Space, fizeram uma descoberta fantástica em 1988. O funil magnético paderia arrastar muito a propulsão ineficiente, mas esses mesmos campos magnéticos formariam uma grande vela. "Nós começamos a explorar o campo magnético primeiro como um dispositivo de arrasto para a desaceleração e, em seguida, como uma vela", disse Zubrin. A vela magnética iria aproveitar a força do vento solar. Mas, diz ele, hoje não temos a tecnologia, como supercondutores de alta temperatura, para construir uma boa vela magnética. 

Usando Radiação Hawking para nos levar a destinos distantes

 Por PGAPereira. Uma nave espacial de milhões de toneladas. Um laser de bilhões de toneladas. Um pulso de laser e a criação de um buraco negro que depois é capturado por uma nave espacial e usado para impulsioná-la através do universo. Isto é teoricamente possível, diz o matemático Louis Crane da Kansas State University. Depois de uma discussão com um colega chegou a perguntar se era possível criar um buraco negro, Crane fez uma série de cálculos que mostrou que, com energia suficiente e o tipo certo de laser, os seres humanos poderiam de fato criá-lo. Como todos os buracos negros, seriam emitidas radiação Hawking - as partículas subatômicas que o físico Stephen Hawking propôs escaparem de buracos negros quando partículas congêneres ficam presas. E assim deve ser possível usar esse buraco negro para impulsionar uma nave enorme. "Parece que as leis da natureza dizem que pode ser feito, ou pelo menos eu não vejo nenhuma barreira", diz ele. "Mas essa façanha levaria centenas ou milhares de anos para ser realizada.” Ainda assim, Crane acredita que é uma possibilidade a explorar. Ele ressalta que foram 400 anos depois de Leonardo da Vinci desenhar uma máquina voadora que os irmãos Wright levantaram seu avião da terra. "Mas, se da Vinci e outros não tivessem pensado sobre o vôo logo após os princípios básicos da física serem postulados, nunca teríamos chegado onde estamos hoje."

Como a nave impulsionada pelo buraco negro pode funcionar

1. Um laser de bilhões de toneladas envia um pulso de raios gama, fazendo com que as ondas ao entrar em colapso criem um buraco negro artificial. 2. Uma espaçonave de milhões de toneladas capta o buraco negro. 3. O buraco negro emite radiação de Hawking, impulsionando a espaçonave. 

Valles de Marte cheios de água

Em 100 mil anos os Valles de Marte estarão cheios de água.

Por PGAPereira.

          Em Marte, nas latitudes médias, a temperatura desce a -70°C. No pólo norte alcança -123°C, o suficiente para congelar o CO₂, principal componente da sua atmosfera. Nos invernos formam-se camadas de gelo seco nos pólos indo até o paralelo 50°C. Ao termino do inverno o gelo seco se evapora. Fortes ventos são originados quando o Sol aquece o solo próximo aos pólos na primavera marciana. As tormentas de pó só ocorrem nas máximas aproximações Marte–Sol. O clima de Marte, segundo dados coletados pela missão viking, é similar a terrestre. Tanto na Terra como em Marte surge Alísios nos trópicos e borrascas ciclônicas nas latitudes médias. Os gases dominantes na Terra são o N_2(g) e o O_2(g) e em Marte o CO_2(g) com 95,3 %. A atmosfera marciana exerce uma pequena pressão na superfície de 6,1 milibars (enquanto na terra é de 1.013,02 milibars). O polo sul de Marte estar recoberto permanentemente de CO_2(g). No pólo norte a neve se dissipa no verão restando apenas H₂O_(gelo). No pólo sul marciano 20% do CO_2(g) é congelado cada verão. A atmosfera da Terra possui em volume 78,1% de N_2(g) que é inerte e insolúvel na água e 20,9% de O_2(g) obtido pelas plantas ao realizar a fotossíntese. Supõe–se que toda água de Marte encontre–se na forma sólida, isto pelo raciocínio lógico que o planeta vermelho está a uma vez e meia a distância Terra–Sol e por receber pouco menos da metade da radiação solar.

           Mas por que os canais marcianos sugerem que foram escavados por cursos de água ou desta sob o gelo, cujos Canais se parecem a redes de tributários que convergem em um único Valle? Mas para isso ocorrer à temperatura media devia superar 0°C, enquanto hoje se chega a -53°C. Como a atmosfera de Marte é transparente à radiação solar, o solo é que a aquece pela reemissão de energia recebida do Sol na forma de comprimentos de ondas maiores, o infravermelho, no  que são absorvidos pelo CO_2(g) e H₂O_(v). Na Terra a temperatura media global é de 15°C, e a temperatura de radiação terrestre -18°C, consubstanciando um efeito de invernação de 33°C. Em Marte a temperatura superficial é de -53°C, a temperatura de radiação é de  - 53°C. Mas supõe-se que sua temperatura estivesse acima de 0°C em alguma era justamente por conter mais gases, aproximadamente 1.000 milibars de CO_2(gás) e H₂O_(v). Sendo assim, para onde migrou o CO₂? Ligado ao regolito sob forma de grãos finos na camada superficial do solo, por sua vez criado pelo bombardeio meteorítico? A Terra é maior aproximadamente 2 vezes Marte por ter sofrido um bombardeio mais intenso de meteorito?

          O gelo seco é armazenado nas calotas polares e a maior parte sublima todos os verões (passando de sólido para vapor diretamente) no pólo norte, já no pólo sul forma uma calota permanente. Na Terra o ciclo hidrológico, cujo principal componente é o oceano, elimina o CO₂ da atmosfera. A chuva transporta o CO_2(g) que reage com os silicatos formando íons bicarbonatos e em seguida são depositados no fundo oceânico como carbonatos. Mas a água do mar terrestre também contém CO_2(gás) dissolvido. A quantidade de carbonatos no solo de Marte ou leito dos tributários é uma indicação que houve atmosfera densa sobre Marte. Na Terra uma percentagem significativa de CO_2(g) retorna à atmosfera em conseqüência de choques de placas tectônicas em cujo fenômeno a placa que se submerge no manto carregando consigo os  sedimentos carbonatados sob intenso aquecimento e pressão são ejetados nas erupções vulcânicas. Mas Marte não exibe atividade vulcânica. Supondo que Marte tivesse uma atmosfera de 1.000 milibars no decurso de 100.000.000 de anos, mesmo assim não formaria os Valles pela H₂O_(liquida), mas necessitaria de pelo menos 500.000.000 de anos de escavação dos Valles. Acredita–se que se a pressão superficial marciana de 6,1 milibars fosse conseqüência de lençóis subterrâneos de água que se sobressaem á superfície, formaria oceanos de 10 a 100 metros de altura. Em outras palavras, é a falta de atividade vulcânica que está baixando o nível de CO_2(g) atmosférico. Mas, se a maior percentagem de H₂O se encontre armazenado nos extensos depósitos de gelo polar, nas extensas camadas de solo gelado e nos regolitos, então temos uma escassez de água sobre o planeta vermelho em quantidades irrisórias.

          Os Valles são características superficiais ocasionadas pela elipticidade da órbita de Marte (o CO₂ congela-se a -123°C). O outono e o inverno são mais longos e frios no hemisfério sul de Marte. As atmosferas de marte e da Terra são quase transparentes as radiações solares, por esse motivo, aquecem-se do solo. Os seus trópicos recebem mais radiação solar que os pólos, originando um gradiente de pressão que impulsiona uma circulação no sentido meridiano (norte – sul). Os dois planetas giram à mesma velocidade de rotação (Marte 40 minutos a mais) que determina a magnitude da Força de Coriolis (desvio do movimento de massas moveis de ar). A circulação meridiana de Marte exibe uma Célula de Hadley para cada hemisfério no equador quando o aquecimento  solar é maximo forçando o ar ali encontrado a ascender, avançar, depois esfriar,descer nas zonas subtropicais (latitude de 25°) e finalmente retornar aos trópicos próximo à superfície. A Força de Coriolis desvia o ar em movimento para a direita no hemisfério norte e para a esquerda no hemisfério sul. O desvio do ar para o pólo na Célula de Hadley desencadeia ventos altos do Oeste, e na superfície o desvio do ar para o equador origina os ventos Alísios do Leste, como ocorre na Terra.  A circulação atmosférica em Marte muda com as estações do ano, pois seu eixo de rotação é oblíquo (não perpendicular ao seu plano orbital), hoje de 25,2° (23,5° da Terra) como conseqüência acarretando maior elipticidade de sua órbita. Nos solstícios só haverá uma única Célula de Hadley. A pressão tende a subir quando o CO_2(g) evapora nos polos e desce quando este se congela. O ano marciano tem 687 dias devido a sua óbita ser mais excêntrica. O Planeta Vermelho passa pelo seu periélio (ponto orbital mais próximo do Sol) no final da primavera austral e no afélio (máxima distância do Sol) na primavera boreal. No periélio recebe 40% a mais de radiação solar que no afélio (na Terra chega-se a 3% de excentricidade da orbita). Cerca de 20% da atmosfera marciana, cada ano, toma parte no círculo de condensação das camadas polares. A calota polar austral adquire sua maior extensão alcançando 45° e a boreal 50°. As calotas polares nunca que desaparecem por completo durante a passagem da primavera para o verão marciano. A calota residual setentrional (norte) é formada de gelo e água e a meridional de CO₂. As tempestades de poeira ocorrem quando Marte se encontra no periélio devido ao maior aquecimento em sua atmosfera, no vigor de sua circulação, e ascendem a altura de 40 km suspensos por semanas ou meses.

            Acredita-se que o clima de Marte é uma manifestação da periodicidade de seus 3 parâmetros: a excentricidade, a obliqüidade (inclinação do eixo de rotação) e a direção do eixo (que experimenta uma lenta precesão). Explicando: O aumento da excentricidade acarreta maior diferença nas intensidades das estações nos hemisférios; O aumento da obliqüidade acarreta maior insolação nos pólos; A precessão do eixo determina a estação do ano no periélio. As variações orbitais de Marte são da ordem de 100.000 a 1.000.000 de anos, portanto muito maiores que a da Terra. A obliqüidade de Marte, hoje de 25,2° pode chegar aos extremos dos 12,2° até 38,2° (enquanto a obliqüidade da Terra varia tão somente 1°). Finalmente os Valles foram criados pelas variações nos periélios marcianos sob extremos de excentricidades, obliqüidades e precessões? Se esta premissa estiver correta então vamos esperar a volta desse fenômeno cíclico com os Canais, redes de tributários e Valles cheios de água líquida em 100.000 anos ou, na pior das hipóteses, em 1.000.000 de anos.