TEMPERATURA DO CENTRO DA TERRA

Geofísica

Temperatura no centro da Terra chega a 6.000 graus Celsius

Estimativa supera em mil graus cálculos de experimentos anteriores

 

Os pesquisadores já sabiam que a Terra era dividida em quatro camadas: crosta, manto, núcleo líquido e núcleo sólido. Agora, eles conseguiram estimar a temperatura de cada uma delas (Thinkstock

 

Pesquisadores conseguiram determinar que a temperatura da Terra perto de seu centro é de 6.000 graus Celsius, mil graus mais quente do que experimentos anteriores haviam mostrado. Esses cálculos também confirmam modelos geofísicos que previam que, para explicar a formação do campo magnético terrestre, a diferença entre a temperatura do núcleo e do manto terrestre deveria ser de 1.500 graus. O resultado foi publicado nesta quinta-feira na revista Science.

CONHEÇA A PESQUISA

Título original: Melting of Iron at Earth’s Inner Core Boundary Based on Fast X-ray Diffraction

Onde foi divulgada: periódico Science

Quem fez: S. Anzellini, A. Dewaele, M. Mezouar, P. Loubeyre, G. Morard

Instituição: Comissão Francesa de Energia Atômica e Energias Alternativas

Dados de amostragem: Amostras de ferro, submetidas a diferentes valores de temperatura e pressão

Resultado: Os pesquisadores descobriram que, se submetido à pressão de 2,2 milhões de atmosferas, o ponto de fusão do ferro é de 4.8000 graus Celcius. Cálculos matemáticos mostraram que a temperatura do núcleo sólido do planeta, onde a pressão é de 3,3 atmosferas, pode chegar  6.000 graus.

O núcleo da Terra é formado, em sua maior parte, por uma esfera de ferro líquido com temperaturas superiores a 4.000 graus Celsius e pressão equivalente à de 1,3 milhão de atmosferas. Sob essas condições, o ferro se torna tão líquido quanto a água dos oceanos. É apenas no centro dessa esfera, onde as temperaturas e pressão são ainda maiores, que o ferro volta a se solidificar.

Os pesquisadores conhecem a maior parte dessas características a partir da análise do movimento das ondas sísmicas — causadas por terremotos — entre essas camadas. Essas ondas, no entanto, não são capazes de mostrar a temperatura nessas regiões, o que deixa de fora informações importantes para os cientistas compreenderem os movimentos dos materiais que compõem o centro da Terra. Por exemplo, a diferença entre as temperaturas do núcleo e do manto é um dos fatores responsáveis, junto com a rotação do planeta, por gerar o campo magnético da Terra.

Para descobrir a temperatura dessas camadas, os cientistas analisaram a temperatura de fusão do ferro em diferentes pressões, usando equipamentos feitos de diamante para comprimir pequenas partículas de ferro a pressões que são milhões de vezes superiores à exercida pela atmosfera. Nessas condições, os pesquisadores dispararam poderosos raios laser nas amostras, que são capazes de esquentar o material a até quase 5.000 graus Celsius. “Na prática, tivemos de superar muitos desafios experimentais, uma vez que as amostras precisam ser termicamente isoladas e não podem interagir quimicamente com o ambiente. Além disso, mesmo que uma amostra alcance temperatura e pressão extremas como as do centro da Terra, isso só vai acontecer por alguns segundos — período muito curto para determinar se o material começou a derreter ou continua sólido”, Agnès Dewaele, pesquisadora da Comissão Francesa de Energia Atômica e Energias Alternativas, responsável pela pesquisa.

A fim de superar esse problema, os pesquisadores utilizaram raios-X como ferramenta para analisar as amostras de ferro. “Nós desenvolvemos uma nova técnica onde raios-X intensos podem atingir uma amostra e deduzir se ela está sólida, liquida ou parcialmente derretida, em períodos curtos de tempo, de até um segundo. Isso é rápido o suficiente para que a temperatura e pressão das amostras sejam mantidas constantes”, disse Mohamed Mezouar, pesquisador do Laboratório Europeu de Radiação Síncrotron, um dos autores do estudo.

Assim, eles conseguiram determinaram experimentalmente que o ponto de fusão do ferro é de 4.800 graus a uma pressão de 2,2 milhões de atmosferas — os limites do equipamento. Utilizando modelos matemáticos, os pesquisadores calcularam o mesmo ponto de fusão para uma pressão de 3,3 atmosferas, equivalente à sentida na fronteira entre o núcleo sólido e o liquido. O resultado foi 6.000 graus Celsius.

Os pesquisadores também descobriram por que as pesquisas anteriores haviam calculado essa temperatura de forma errada. Segundo os cientistas, a partir dos 2.400 graus, um processo químico conhecido como recristalização acontece na superfície do ferro, levando a mudanças em sua estrutura. A pesquisa anterior havia usado técnicas ópticas para determinar se as amostras estavam sólidas ou líquidas, e é possível que os pesquisadores tenham interpretado a recristalização na superfície da amostra como um sinal de seu derretimento.

  http://veja.abril.com.br/noticia/ciencia/temperatura-no-centro-da-terra-chega-a-6-000-graus-celsius

A TEORIA DE EINSTEIN

Astrônomos confirmam (mais uma vez) teoria de Einstein

 

 

 

A relatividade geral prevê que a gravidade é causada pela distorção que a massa causa no espaço-tempo. A imagem mostra como o sistema binário, formado por uma estrela de nêutrons e uma anã branca, modifica o tecido espaço-temporal à sua volta (ESO/L. Calçada)

A relatividade geral prevê que a gravidade é causada pela distorção que a massa causa no espaço-tempo. A imagem mostra como o sistema binário, formado por uma estrela de nêutrons e uma anã branca, modifica o tecido espaço-temporal à sua volta (ESO/L. Calçada)

"O estudo deixa pouco espaço para as teorias que pretendem contestar a relatividade." — Jorge Ernesto Horvath, professor do Departamento de Astronomia do IAG/USP 

Um raro par de estrelas, localizado a mais de 7.000 anos-luz da Terra, serviu como um laboratório cósmico para que um grupo de astrônomos estudasse a natureza da gravidade. Os pesquisadores usaram o Very Large Telescope, do Observatório Europeu do Sul, no Chile, e radiotelescópios espalhados ao redor do mundo para analisar o sistema binário, composto por uma estrela de nêutrons — a mais massiva encontrada até hoje — e uma estrela anã branca. A enorme gravidade provocada por esse sistema permitiu aos pesquisadores testarem a teoria da gravitação proposta por Albert Einstein, conhecida como relatividade geral, em condições que não tinham sido possíveis até hoje. Segundo um estudo publicado nesta quinta-feira na revista Science, as primeiras medições estão totalmente de acordo com as previsões do físico, deixando pouco espaço para teorias alternativas.

CONHEÇA A PESQUISA

Título original: A Massive Pulsar in a Compact Relativistic Binary

Onde foi divulgada: periódico Science

Quem fez: John Antoniadis, Paulo C. C. Freire, Norbert Wex,  Thomas M. Tauris, Ryan S. Lynch e Marten H. van Kerkwijk

Instituição: Instituto Max Planck de Radioastronomia, na Alemanha

Dados de amostragem: Dados sobre um sistema binário formado por uma estrela de nêutrons e uma anã branca

Resultado: Ao analisar os dados, os pesquisadores conseguiram mostrar que as estrelas se comportavam do mesmo modo previsto pela relatividade geral

Desde 2011, os astrônomos estudam o sistema, composto por dois cadáveres estelares. Uma estrela de nêutrons é resultado da explosão de uma supernova, na qual o centro estelar entra em colapso e forma um corpo pequeno, mas muito massivo. Os pulsos de ondas de rádio emitidas por esse novo corpo podem ser captados a partir da Terra com o auxílio de radiotelescópios — por isso, ele também é chamado de pulsar. A estrela de nêutrons estudada pelos pesquisadores é tão densa que tem uma massa duas vezes maior que a do Sol reunida em um diâmetro de apenas vinte quilômetros. Em seu interior, um espaço do tamanho de um cubo de açúcar reúne mais de um bilhão de toneladas de matéria comprimida. Tamanha densidade acarreta em uma enorme força gravitacional: a gravidade em sua superfície supera a da Terra em mais de 300 bilhões de vezes.

A sua companheira anã branca é um pouco menos exótica. Trata-se de um resto brilhante de uma estrela muito mais leve, que perdeu grande parte de sua massa e está se apagando lentamente. Ela está muito próxima à estrela de nêutrons — sua órbita é de apenas duas horas e meia — e sofre efeito de sua enorme gravidade. Ao contrário do pulsar, ela pode ser observada na luz visível, mas apenas por telescópios muito potentes.

A equipe combinou as observações da anã branca, obtidas pelo Very Large Telescope, com o sinal do pulsar obtido pelos radiotelescópios para estudar os limites das teorias físicas em ambientes de enorme gravidade. "Observei o sistema procurando por variações na radiação emitida pela anã branca, causadas por seu movimento em torno do pulsar. Uma análise rápida me fez perceber que o pulsar é um verdadeiro peso pesado. Ele é a estrela de nêutrons de maior massa conhecida até hoje e também um excelente laboratório para a física fundamental", diz John Antoniadis, pesquisador do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR), na Alemanha, e autor da pesquisa.

Quatro experimentos que também (re)confirmaram teorias de Einstein recentemente

Sonda Gravity Probe B (GP-B) comprova que força da gravidade distorce tempo e espaço

Quando: 04/05/2011

O que foi comprovado: A força da gravidade dos grandes corpos do Universo distorce o tempo e o espaço

Instrumento utilizado: Sonda Gravity Probe B (GP-B)

Como foi comprovada: A sonda levava quatro giroscópios avançados para medir o efeito geodésico, ou seja, a curvatura do espaço e do tempo em torno de um corpo gravitacional, e o frame-dragging, ou fricção do marco de referência, ou seja, quanto espaço-tempo é arrastado quando um objeto gira. Se os giroscópios apontassem na mesma direção sempre que estivessem em órbita, a teoria de Einstein teria sido refutada. Mas os giroscópios experimentaram mudanças mensuráveis na direção de seu giro à medida que eram atraídos pela gravidade da Terra, confirmando a teoria geral da relatividade de Einstein. As medições da sonda se aproximam notadamente das projeções de Einstein, segundo as descobertas publicadas na revista científica Physical Review Letters.

Relatividade em debate — A teoria da relatividade geral explica a gravidade como uma consequência da curvatura do espaço-tempo criada pela presença de matéria. Desde que foi formulada, há quase 100 anos, ela tem resistido a todos os testes. No entanto, nesse meio tempo, inúmeros cientistas formularam outras teorias para explicar a natureza da gravidade. Experimentos científicos realizados na Terra, onde as massas e a força gravitacional são minúsculas, não são capazes de comprovar ou negar a maioria dessas teorias. Os pesquisadores só conseguem diferenciá-las quando estudam campos gravitacionais extremamente fortes, que estão localizados longe do Sistema Solar — exatamente como o pulsar analisado pelos astrônomos.

Outro fator que tornou o sistema binário um laboratório ideal para o estudo da relatividade é a curta distância que separa os dois corpos. Sistemas binários nos quais as estrelas orbitam de maneira muito próxima costumam emitir ondas gravitacionais, ondulações que se propagam pelo espaço-tempo. Isso leva o sistema a perder energia, fazendo com que as estrelas se aproximem e a órbita diminua ao longo do tempo.

As ondas gravitacionais não podem ser medidas a partir da Terra, mas a variação da órbita que elas causam pode. E é justamente aí que está a chave para descobrir qual teoria explica melhor a gravidade: a relatividade geral e as outras hipóteses levam a previsões diferentes quanto a essa variação na órbita das estrelas. "As nossas observações de rádio foram tão precisas que já conseguimos medir a variação do período orbital com valores da ordem de oito milionésimos de segundo por ano, exatamente como previsto pela teoria de Einstein", diz o português Paulo Freire, outro integrante da equipe.

Dessa forma, os pesquisadores conseguiram mostrar que a teoria da relatividade geral funciona mesmo nas condições mais extremas de gravidade estudadas até agora, deixando cada vez menos espaço para as teorias alternativas.

  

TEORIA DA RELATIVIDADE

A Teoria da Relatividade foi desenvolvida pelo físico alemão Albert Einstein no início do século XX. Ela pode ser dividida em dois campos: a relatividade restrita e a geral. A relatividade restrita diz que a velocidade da luz medida no vácuo é a mesma sob qualquer referencial de observação. Mesmo que um objeto esteja se afastando ou se aproximando, a velocidade relativa da luz não muda. Para que a velocidade seja sempre a mesma, há uma dilatação no tempo.

A relatividade geral adiciona gravidade à relatividade restrita. Ela diz que o espaço e o tempo são uma coisa só. É como se ele fosse uma grande superfície elástica. Planetas colocados sobre essa superfície "afundam" o plano por causa de sua massa ou velocidade. À medida que um satélite, por exemplo, se move na direção de um planeta, ele cai em direção ao astro por causa dessa deformação. Se o espaço-tempo for uma espécie de superfície que se estica com a presença de objetos pesados, isso significa que o tempo passa mais devagar nas proximidades desses objetos.

PULSARES

Estrelas de nêutrons de pequeno tamanho, alta densidade e forte campo gravitacional (2 x 10¹¹ maior que o da Terra). São os resultados de explosões de supernovas. Quando uma estrela com massa entre quatro e oito vezes a do Sol termina de queimar o seu 'combustível', ela explode. Como resultado, a região central entra em colapso, de forma que prótons e elétrons se combinam para formar nêutrons. Os pulsos de ondas de rádio e de raios gama emitidos por elas podem ser captados pelos telescópios.

ANÃS BRANCAS

Quando uma estrela como o Sol tem sua energia esgotada, ela se transforma em anã branca. Cientistas acreditam que daqui a aproximadamente 5 bilhões de anos o Sol também vai se apagar e se tornar uma anã branca.

Opinião do Especialista

Jorge Ernesto Horvath
Professor do Departamento de Astronomia do IAG/USP

“A pesquisa representa mais um passo na longa cadeia de tentativas de utilizar os sistemas astronômicos para compreender a gravitação. Os estudos da astrofísica são exatamente isso: a natureza faz os experimentos para os cientistas, que devem apenas destrinchar as informações, mas com muito esforço e investimento.

"A teoria da relatividade geral diz como o espaço-tempo se modifica na presença de massa. A órbita da anã branca, por exemplo, pode ser entendida como a sua trajetória seguindo a distorção no espaço-tempo provocada pelo pulsar.

"O pulsar estudado é espacialmente pequeno, mas muito massivo. Ele tem duas vezes mais massa do que o Sol. Seu tamanho, no entanto, não é maior que o da cidade de São Paulo. Seu interior é mais denso do que o núcleo atômico. Por isso, a anã branca sente a gravitação de forma muito intensa.

"O sistema estelar estudado tem órbita muito curta. A órbita da Terra em torno do Sol é de um ano, enquanto a do sistema binário é de pouco menos de três horas. Isso significa que elas estão muito perto uma da outra, emitindo ondas gravitacionais a uma taxa alta. 

"Trata-se de um sistema extremo, um dos mais interessantes para se estudar. Se a anã branca estivesse mais distante, os efeitos seriam menores, e o interesse diminuiria.

"A partir dos dados obtidos pelos telescópios, os pesquisadores conseguiram medir uma série de dados com perfeição, como a massa do pulsar, da anã branca e sua órbita. Ao saber de todos esses números, os pesquisadores podem calcular quanta radiação gravitacional o sistema está emitindo. Depois, é possível comparar esse dado com as previsões da relatividade geral. Os pesquisadores mostraram que não houve praticamente nenhuma discrepância, confirmando que a teoria funciona em um regime gravitacional muito diferente do nosso. Isso deixa pouco espaço para as teorias que pretendem contestar a relatividade; elas têm cada vez menos espaço para se mostrarem viáveis para descrever a gravidade."

 http://veja.abril.com.br/noticia/ciencia/teoria-da-relatividade-geral-e-testada-em-condicoes-de-gravidade-extrema