sábado, 21 de julho de 2007

Uma possível jornada nas estrela

Coluna Física sem mistério
Publicada no Ciência Hoje On-line
20/07/2007

Ao olhar para o céu nas noites claras de inverno, como ocorrem nesta época do ano, pode-se observar milhares de estrelas com diferentes formas e cores. Esses pequenos pontos luminosos, que na verdade são gigantescos corpos celestes compostos basicamente de hidrogênio e hélio em altíssimas temperaturas, estão tão distantes que, ao olharmos para eles, não podemos vê-los no presente momento, mas sim como eles eram no passado.

Não é conveniente medir em quilômetros a distância das estrelas. Por exemplo, a distância do Sol à Terra é de 150 milhões de km. A estrela seguinte mais próxima, Alfa-Centauri (a mais brilhante da constelação do Centauro, que na verdade constitui um sistema triplo de estrelas), dista 40 trilhões de km.

Para termos uma idéia dessa escala, imagine que fôssemos construir uma maquete colocando essas duas estrelas. Se considerarmos a distância Terra-Sol igual a um metro, Alfa-Centauri deveria ser colocada a 270 km, distância aproximada da minha cidade, São Carlos, a São Paulo. A luz, que viaja a 300.000 km/s, leva oito minutos para percorrer a distância que nos separa do Sol. Já a luz de Alfa-Centauri leva mais de quatro anos para atingir a Terra. Por isso, utiliza-se como unidade de distância, nas escalas astronômicas, a unidade ano-luz, ou seja, a distância que a luz percorre em um ano, que equivale a 9,5 trilhões de km.

Dessa maneira, ao observarmos Alfa-Centauri, estamos vendo a luz que partiu dela há quatro anos. A estrela Sírius, a mais brilhante do céu, é vista na Terra como era há oito anos e meio. A estrela Betelgeuse, a brilhante estrela vermelha de Órion, se apresenta para nós como era 427 anos atrás. O objeto mais distante que podemos observar a olho nu é a vizinha galáxia de Andrômeda, que possui mais de 100 bilhões de estrelas. Ao olharmos para ela, observamos como ela era há dois milhões de anos – uma época em que o homem ainda não caminhava sobre a Terra. Outros objetos já foram observados a distâncias superiores a bilhões de anos-luz.

Essas distâncias incomensuráveis que nos separam das estrelas e galáxias no universo de certa maneira nos deixam isolados. As espaçonaves Voyager 1 e 2 são as mais velozes já construídas pelo homem e viajam na impressionante velocidade de 151 mil km/h e 128 mil km/h, respectivamente (quase 122 e 104 vezes a velocidade do som). Após visitarem Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, elas foram aceleradas pela ação gravitacional desses planetas e arremessadas para fora do Sistema Solar. Entretanto, nessa velocidade, essas espaçonaves levariam cerca de 43 mil anos para alcançar Alfa-Centauri e 270 milhões de anos para atingir o centro da nossa galáxia, que dista 25 mil anos-luz.

A luz é o limite
Se em um futuro distante pudermos construir espaçonaves mais rápidas, há um limite de velocidade que elas não poderão ultrapassar: a velocidade da luz. Inúmeros experimentos feitos em laboratório e eventos astronômicos observados já comprovaram esse fato. Quanto mais próximo tentamos chegar da velocidade da luz, mais energia é necessário. Se fosse possível alcançá-la, seria preciso uma quantidade infinita de energia.


Há cerca de 100 anos o físico alemão Albert Einstein (1879-1955), por meio da sua teoria da relatividade especial, propôs uma explicação para esses fatos. A velocidade da luz é um limite que não pode ser violado. Como conseqüência, nossos conceitos de tempo e de espaço deveriam ser mudados. Desta forma, em um primeiro momento, ficamos com a sensação de que estaremos sempre presos a essa limitação da natureza. Uma barreira que não pode ser vencida.

Entretanto, as próprias idéias de Einstein também nos permitem, de alguma maneira, viajar até essas estrelas distantes em escalas de tempo compatíveis com a vida humana. Quando viajamos em velocidade muito próxima à da luz, o tempo flui de uma maneira muito mais lenta. Esse fenômeno, conhecido como dilatação temporal, verificado em inúmeros experimentos, mostra que, quanto mais perto estamos da velocidade da luz, mais lentamente o tempo passa.

Se viajarmos, por exemplo, a 10% da velocidade da luz, ou 30.000 km/s (650 vezes mais rápido do que a espaçonave Voyager 1), para cada 10 segundos passados aqui na Terra, o relógio da espaçonave avançaria 9,95 segundos, ou seja, ele registraria o tempo mais lentamente. Por outro lado, se a viagem fosse feita com 99,999% da velocidade da luz, 10 segundos aqui na Terra corresponderiam a apenas 0,04 segundos na espaçonave. Desta forma, uma jornada de ida e volta para Betelguese demoraria, para esse viajante, aproximadamente dois anos. Para quem ficou na Terra, porém, quase 860 anos teriam se passado, ou seja, o astronauta não encontraria na volta ninguém que conhecia ainda vivo. Viajar dessa maneira é também uma jornada para o futuro, mas sem volta.

A curvatura do espaço
Existem outras alternativas, muito mais complexas, que permitem viagens interestelares de grande distância sem que os efeitos temporais sejam problemáticos. De alguma maneira é possível driblar o impedimento imposto pelo limite da velocidade da luz. Em 1915, Einstein generalizou os conceitos da relatividade e incluiu nela os efeitos de corpos acelerados e campos gravitacionais, mostrando que a presença de matéria curva o espaço e o tempo dando origem à força gravitacional. Dessa forma, o efeito da gravidade decorre do fato de os corpos se deslocarem por um espaço curvo.

A famosa equação E=mc 2 (energia igual ao produto da massa vezes a velocidade da luz ao quadrado) mostrou que matéria e energia são equivalentes. Em função disso, uma solução tecnológica para esse problema seria construir uma espaçonave capaz de gerar enormes quantidades de energia ao seu redor, o suficiente para curvar o espaço de forma que a distância que ela percorreria seria menor do que se viajasse pelo espaço normal, como na figura ao lado. Contudo, a energia necessária para tanto seria equivalente a toda a energia que o Sol produziu nos últimos 5 bilhões de anos.

Essa curvatura do espaço permitiria aproximar pontos longínquos do espaço, como se dobrássemos uma folha de papel aproximando dois pontos que anteriormente estavam distantes. Como o espaço que separa dois pontos ficou menor, pode-se viajar a uma velocidade bem menor que a da luz e, portanto, os efeitos de dilatação temporal são irrelevantes.

Essa solução, embora tecnologicamente inviável talvez por muitos séculos, é a saída que muitos escritores de ficção científica encontraram para justificar os seus enredos. Talvez o primeiro a utilizá-la foi o autor da série Jornada nas Estrelas ( Star Trek ), na qual a espaçonave Enterprise se vale desse recurso para percorrer distâncias enormes. O astrônomo e divulgador de ciência Carl Sagan, no seu livro Contato , também utilizou um recurso semelhante para viabilizar a viagem da protagonista da história até o centro da galáxia.

Alcançar as estrelas ainda é um sonho de difícil realização. Levaremos muitos séculos para superarmos os limites tecnológicos que tal empreitada requer. No momento, podemos apenas realizar uma jornada nas estrelas por meio do nosso conhecimento e imaginação.



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A coluna Física sem Mistério é publicada na terceira sexta-feira do mês pelo físico Adilson J. A. de Oliveira, professor da UFSCar

16 comentários:

  1. Do jeito que vai a exploração espacial, vai levar muito tempo até chegarmos a Plutão, que fica "logo ali"...

    Seria interessante se a teoria das cordas estivesse, mesmo que parcialmente, correta. Talvez isso nos possibilitasse o acesso, através das dimensões extra, a um "gerador de dobra" (tão familiar aos fãs do Capitão Kirk).

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  2. CAro João Carlos,
    Não é necessário a teoria de cordas para criar o gerador de dobra espacial. Os resultados que já temos da Relatividade Geral e da Mecânica Quântica mostram que isso é possível.
    Uma procura no WEB of Science mostra pelo menos 150 artigos recentes sobre a velocidade de "warp" (dobra espacial).
    Um abraço
    Adilson

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  3. Tanto melhor! (Eu sou anti-"cordeiro"...) Mas as restrições aos programas de exploração espacial, infelizmente, passam pelos Congressos e suas Comissões de Orçamento...

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  4. João,
    Gostei muito da sua página.
    Não sou físico, mas adoro essa ciência.
    Por isso, vou te fazer uma perguntinha que me encabulou no dia de hoje.Perdoe-me se estou fazendo uma pergunta idiota, ok:
    Considerando que no espaço só existe vácuo, como pode o sol ter fogo?
    Se houvesse atmosfera no sol, com ar, oxigênio, esta seria consumida pelo fogo em poucos segundos..acredito. Como pode, então, haver fogo onde só há vácuo?

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  5. Caro Gerson,
    No sol, e no espaço, não há fogo. A matéria no Sol (e nas estrelas) estão em altíssímas temperaturas de forma que o seu estado é de plasma ( o próprio fogo é a combustão de gases e o transforma em um plasma). Dessa forma, não há fogo no espaço
    Um grande abraço
    Adilson

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  6. Anônimo9:26 AM

    Obrigado, Adilson.

    Vou aproveitar para fazer mais uma perguntinha..rss.
    Por que os planetas e as estrelas tem formato redondo, como uma bola?
    Considerando a existência do big-ban,essa explosão cósmica, não seria mais lógico que todos os fragmentos, que posteriormente transformaram-se em planetas e estrelas, tivessem um formato diferente

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  7. Anônimo9:28 AM

    Este último "anônimo" se chama Gerson!!

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  8. Caro Gerson,
    a forma esférica dos planetas é decorrente do fato que a força da gravidade depender do inverso do quadrado da distância.
    Os planetas e estrelas são formados pelo processo de aglutinação da matéria via a força gravitacional.
    Um abraço
    Adilson

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  9. Anônimo12:08 AM

    Vou tentar decifrar o que vc me disse...
    Estaria correto eu dizer que, após o big-ban as partículas foram se aglutinando em determinados pontos do universo onde havia uma maior carga gravitacional, formando, assim, planetas e estrelas?
    Em relação à fórmula 1/d², percebo que, quanto menor a distância, maior a força gravitacional, que, para atuar de forma equânime em todos os pontos do planeta/estrela, acaba encontrando a forma esférica.
    Espero que eu tenha entendido.
    Gerson.

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  10. Não sou fisico ,mas gosto da matéria,vejo que vc trabalha com nano-tch,me explique uma coisa por favor ,pelo que sei os nano tubos de boro ,são excelentes condutores de eletricidade ,,me diga se eles pudessem ser continuos ,sendo eles swnt,e utilizando-se hélio4 II abaixo do pónto lambda pelo principio da capilaridade,desculpe não sei se me faço entender aonde quero chegar ,mas seria possivel desenvolver uma tinta super condutora ,que captase os anions e os tranforma-se em energia eletrica ,e que esta tinta pudesse ser usada em imoveis? Desde ja obrigado!

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  11. Anônimo5:50 PM

    O grande problema da dobra espacial com as leis da física atual é justamente criar uma reação nuclear controlada (algo impossível hoje) com matéria e anti-matéria (esta última não se sabe como coletar e armazenar).
    No dia que consigamos estabelecer uma reação nuclear, mesmo que simples como mostra o filme "Star Trek, first contact" ao qual o criador da dobra, dr. concrane, usando um míssel balístico consegue estabelecer dobra 1, romperemos a barreira das viagens espaciais. Vale lembrar que a série viaja dentro da galáxia e nunca fora dela.

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  12. Anônimo10:52 PM

    Ola Gostaria de saber:
    Porque o meio da estrela é sempre redondo?
    Essa pergunta faz parte de um trabalho. Agradeço aos que poderem me ajudar respondendo.
    Atenciosamente Helenice

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  13. Cara Helenice,
    Os objetos estelares, planetas etc tem a forma esférica devido ao fato que a força gravitacional depende do inverso do quadrado da distancia (1/r^2). Forças desse tipo deixam os corpos esféricos
    Um abraço
    Adilson

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  14. interessante o modo como compara as grandezas. é muito difícil mesmo imaginar o quão distante são.

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  15. Cara Isis,
    Realmente esse é o grande problema para as viagens espacias, que somente em ficção podemos imaginar.
    Obrigado pelo comentário
    Um abraço
    Adilson

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  16. Anônimo10:42 AM

    que tem a relação exata desejada no D44.3 (atentar para a versão)original. Sobre ser o preço, faço sim se bobear, mas postei por gostar de ajudar. Quanto a caixa de sextuplas marchas secreta, adivinhei que vem de um americano de fibra. Abraço.
    5 de abril de 2009 17:13

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