A NASA lançou no final da tarde desta quinta-feira um foguete Atlas levando a bordo as sondas espaciais LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) e LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite).
Sozinha, a LRO coletará mais informações da Lua do que todas as missões Apollo juntas. As duas sondas representarão a maior pesquisa da Lua feita desde o fim dos voos tripulados e o passo final necessário para o retorno do homem à Lua, planejado para o início da próxima década.
Encontrando locais de pouso
A LRO chegará na Lua na terça-feira, às 6h43, no horário de Brasília. A sonda entrará em uma órbita elíptica (30 km x 216 km) para ativação e checagem dos instrumentos. Seis dias depois, ela entrará em uma órbita circular polar de baixa altitude (50 km) para começar sua missão, com a primeira etapa prioritária prevista para durar 12 meses. Na sequência, ela continuará coletando dados científicos por mais três anos.
Os sete instrumentos científicos da LRO fornecerão dados essenciais para o retorno do homem à Lua, incluindo o primeiro mapeamento tridimensional do relevo lunar, com a indicação dos pontos de pouso mais seguros e mais promissores para novas pesquisas científicas. A localização de recursos minerais, inclusive água, que poderão ser úteis às futuras missões e o mapeamento da radiação ambiental também estão os objetivos prioritários da missão.
Existe mesmo água congelada na Lua?
Já a missão principal da LCROSS será responder a uma pergunta essencial: existirá de fato água congelada em algum lugar na Lua? Para tentar encontrar uma resposta, o último estágio do foguete Atlas, chamado Centauro, será usado como um projétil que deverá alvejar uma cratera no lado escuro da Lua.
O choque deverá acontecer no dia 9 de Outubro.
A LCROSS é formada pelo conjunto Centauro e a sonda propriamente dita, chamada Shepherding (pastor). As duas irão se separar 9h40 antes do impacto, em uma manobra que também dirigirá os instrumentos da sonda na direção do choque.
Duas crateras artificiais na Lua
A própria Shepherding se chocará com a Lua, cerca de quatro minutos depois do Centauro. Com isto, seus instrumentos poderão analisar o choque com grande proximidade. São dois espectrômetros na faixa do infravermelho próximo, um espectrômetro na faixa visível e ultravioleta, duas câmeras de infravermelho médio, duas câmeras de infravermelho próximo, uma câmera visível e um fotômetro de alta velocidade na faixa da luz visível.
Com seus 12 metros de comprimento por três de diâmetro e 2.249 quilogramas, o Centauro se chocará com o solo lunar a 9.000 km/h, num ângulo de inclinação entre 60 e 70 graus. Calcula-se que a cratera resultante medirá 4 metros de largura por 20 metros de comprimento e 2 metros de profundidade, levantando 350 toneladas de poeira e rochas que poderão atingir uma altitude de 50 km.
Depois de capturar todas as informações do primeiro impacto e transmiti-las para a Terra, a Shepherding, com seus 2.305 quilogramas, fará a sua própria cratera, levantando um pouco menos de poeira, alguma coisa próxima a 150 toneladas.
Com a análise à distância dessas nuvens de poeira, os cientistas esperam obter mais informações do que as disponibilizadas pelos 382 quilogramas de rochas lunares trazidas pela missão Apollo.
Entenda o ângulo beta solar
A NASA adiou o lançamento do ônibus espacial Endeavour, que seria enviado para uma missão de 16 dias na Estação Espacial Internacional, em razão de um vazamento no sistema que descarrega o hidrogênio vaporizado do seu tanque principal.
Janela de lançamento
Ainda que a origem do problema seja descoberta e sanada no dia seguinte, o ônibus espacial não poderá ser lançado antes de 11 de Julho, quando se abrirá uma nova janela de lançamento.
Mas por que essa janela ficará fechada por tanto tempo se a Estação Espacial dá uma volta em torno da Terra a cada uma hora e meia e não fica a mais do que 400 quilômetros de altitude?
Ângulo beta solar
A demora deve-se a um efeito conhecido como ângulo beta solar, o ângulo entre o plano da órbita da Estação e uma linha imaginária traçada do Sol à Terra. A magnitude desse ângulo define o tempo durante o qual a Estação Espacial ficará sob a incidência direta da luz solar.
O ângulo beta solar varia ao longo do ano devido à alteração na inclinação do eixo da Terra em relação à sua órbita ao redor do Sol e à distorção no formato da Terra na altura do Equador, que também varia ao longo do ano. Esses efeitos acumulados fazem a órbita da Estação Espacial variar até 5 graus por dia.
Questões elétricas e questões térmicas
A incidência direta do Sol tem duas implicações importantes para a Estação. A primeira é a questão elétrica, determinando a quantidade de energia que seus painéis solares poderão gerar. A segunda é térmica, exigindo alterações de órbita para que o sistema de resfriamento da Estação possa ficar longe do Sol o tempo suficiente para exaurir o excesso de calor acumulado em sua estrutura.
Quando o ângulo beta solar é mais elevado, a Estação fica menos tempo na sombra da Terra e deve variar sua altitude para manter seus sistemas de refrigeração fora da ação direta da luz solar. Quando ele é menos pronunciado, ela deve variar sua altitude, se necessário, para manter o nível de geração de eletricidade pelos seus painéis.
Embora não tenha painéis solares, os ônibus espaciais também estão sujeitos à questão termal. É por isso que a primeira atividade de todos os voos é abrir as tampas do compartimento de carga, o que é feito assim que os ônibus espaciais entram em órbita. Os radiadores de freon que retiram o calor tanto dos equipamentos, quanto da estrutura metálica dos ônibus espaciais, que se aquece pela incidência do Sol, ficam localizados no interior do compartimento de carga.
Voo quase-inercial
Para que os ônibus espaciais se acoplem à Estação, é necessário que três condições estejam sendo atendidas simultaneamente: o adequado controle térmico da Estação, a geração de energia em nível suficiente e o adequado controle térmico do ônibus espacial.
Quando o ângulo beta solar supera 60 graus, não é possível atender a todas as três condições. A NASA descreve esses períodos como de "apagão beta", que determinam o "fechamento das janelas de lançamento".
Nesses períodos, a Estação Espacial precisa assumir um modo de voo quase-inercial, no qual sua orientação em relação ao Sol é fixa e sua orientação em relação à Terra está sempre mudando. Com isso, os painéis solares ficam voltados quase diretamente para a Sol, mantendo a capacidade de geração de eletricidade.
Mas esse movimento quase-inercial tem seus custos: o ambiente espacial onde a Estação se encontra é chamado de vácuo, mas está longe de ser um vácuo perfeito: há partículas que causam um arrasto sobre as espaçonaves. Esse arrasto é maior quando a Estação está nesse modo de voo, mais ou menos como quando se coloca a mão para fora do carro em movimento, com os dedos apontados para a frente ou com a mão espalmada.
Finalmente, a resposta
O torque resultante desse arrasto tende a fazer a Estação Espacial girar ao longo do seu centro de massa. Se o ônibus espacial se acoplasse, o arrasto aumentaria e toda a estabilidade da órbita e da altitude da Estação estaria comprometida.
Como a quantidade de combustível a bordo da Estação é limitada, a NASA determina que o acoplamento não se dê durante esses períodos de órbita quase-inercial.
Além disso, a posição sempre voltada para o Sol não atende às exigências termais dos ônibus espaciais, que sofreriam superaquecimento.
Uma situação assim vai começar no dia 22 de Junho e durará até 10 Julho. É por isto que a próxima data possível para o lançamento do Endeavour foi estabelecida para 11 de Julho, um dia depois do fim do apagão beta.
O ângulo beta solar máximo é de 75 graus, a soma da inclinação da órbita da Estação Espacial, que é de 51,6º, e da inclinação do eixo da Terra em relação à sua órbita ao redor do Sol. A partir de 70 graus, a Estação Espacial ficaria permanentemente no Sol, não experimentando períodos noturnos.
Cientistas criam um superátomo magnético
Um grupo internacional de pesquisadores descobriu um aglomerado estável de átomos capaz de representar diferentes elementos da tabela periódica.
Chamado de "superátomo magnético", a novidade, segundo os cientistas, poderá ser usada na criação de componentes eletrônicos moleculares para equipar a próxima geração de computadores, que seriam muito mais rápidos e com maior capacidade de armazenamento.
Magnetismo do manganês
O aglomerado, composto por um átomo de vanádio e oito de césio (VCs8), atua como um pequeno ímã capaz de simular um único átomo de manganês em força magnética, ao mesmo tempo permitindo que elétrons com orientação de spin específica sejam atraídos pela camada de átomos de césio.
Já o aglomerado MnAu24(SH)18, também criado pelos pesquisadores, é um superátomo recoberto por uma camada externa de átomos de enxofre e hidrogênio, que os protege de "ataques" químicos externos. Essa proteção torna-os valiosos para pesquisas em aplicações biomédicas.
O estudo, conduzido por Shiv Khanna, da Virginia Commonwealth University nos Estados Unidos, e colegas de outras instituições do país e da Índia, foi publicado no site da revista Nature Chemistry.
Estabilidade atômica
Por meio de uma série elaborada de estudos teóricos, o grupo examinou as propriedades eletrônicas e magnéticas de aglomerados contendo um átomo de vanádio envolto por múltiplos átomos de césio.
Os cientistas observaram que quando o aglomerado tinha oito átomos de césio ele adquiria uma estabilidade extra, devido a um estado eletrônico preenchido. Um átomo está em configuração estável quando sua camada mais exterior é dita preenchida. Consequentemente, quando um átomo se combina com outros, ele tende a perder ou ganhar elétrons de valência, de modo a adquirir uma configuração estável.
Momento magnético
Segundo Khanna, o novo aglomerado tem um momento magnético (medida da intensidade da fonte magnética) de 5 magnetons de Bohr, que é mais do que o dobro do valor para um átomo de ferro em um ímã sólido do mesmo elemento.
Como o átomo de manganês tem um momento magnético semelhante e uma camada eletrônica fechada, os cientistas estimam que o novo aglomerado possa ser usado para simular um átomo de manganês.
"O césio é um bom condutor de eletricidade e o superátomo combina a vantagem da característica magnética com a facilidade de condução pela camada mais externa. Uma combinação como essa poderá levar a desenvolvimentos importantes na área de eletrônica molecular", disse Khanna.
Bibliografia:
Designer magnetic superatoms
J. Ulises Reveles, Peneé A. Clayborne, Arthur C. Reber, Shiv N. Khanna, Kalpataru Pradhan, Prasenjit Sen, Mark R. Pederson
Nature Chemistry
14 June 2009
Vol.: Published online before print
DOI: 10.1038/nchem.249
Cola eletrônica viabiliza impressão de células solares e materiais termoelétricos
Frasco com os nanocristais em uma solução, a chamada cola eletrônica, que será usada para fabricar células solares e materiais termoelétricos.[Imagem: Dan Dry]
Uma nova cola eletrônica pode ser o caminho para a fabricação mais rápida e barata de alguns tipos de semicondutores, incluindo células solares e materiais termoelétricos, capazes de transformar luz e calor diretamente em eletricidade.
Esses componentes, assim como todos os demais componentes eletrônicos, são atualmente fabricados com materiais semicondutores cujos átomos formam grandes estruturas cristalinas.
Nanocristais semicondutores
Alguns pesquisadores, contudo, acreditam que esses grandes cristais semicondutores podem ser substituídos com vantagens com nanocristais semicondutores.
Principalmente com a vantagem do menor custo, porque é mais barato fabricar os nanocristais e construir células solares e materiais termoelétricos usando um método semelhante à impressão jato de tinta.
Para isso, a equipe do pesquisador Dmitri Talapin, da Universidade de Chicago, nos Estados Unidos, desenvolveu uma cola eletrônica, que contém os nanocristais semicondutores dispersos em uma solução ligante.
Colando nanocristais
Além de permitir a aplicação rápida e fácil das nanopartículas para a formação dos componentes semicondutores, a cola eletrônica resolve um empecilho que vinha impedindo o uso desses nanocristais: até agora era praticamente inviável fazer com que os nanocristais se "comunicassem" uns com os outros - transferissem elétrons uns para os outros - porque o ligante usado para sua aplicação acabava isolando uns dos outros.
Os pesquisadores resolveram o problema substituindo as moléculas ligantes orgânicas por moléculas inorgânicas, que ampliam dramaticamente o acoplamento eletrônico entre os nanocristais semicondutores.
Uso imediato
A solução é tão promissora que a tecnologia já foi licenciada para uma empresa privada para a fabricação de dispositivos termoelétricos, que possam aproveitar o calor desperdiçado em equipamentos industriais e motores de automóveis para a geração de eletricidade.
Bibliografia:
Colloidal Nanocrystals with Molecular Metal Chalcogenide Surface Ligands
Maksym V. Kovalenko, Marcus Scheele, Dmitri V. Talapin
Science
12 June 2009
Vol.: 324, Issue 5933, pp 1417-1420.
DOI: 10.1126/science.1170524
Nanozíper usa propriedades mecânicas da luz e responde a um único fóton
A estrutura do nanozíper é projetada para maximizar a transferência de momento dos fótons da luz de um laser para nanofeixes mecânicos, produzindo uma força equivalente a 10 vezes a gravidade da Terra.[Imagem: Caltech/Matt Eichenfield and Jasper Chan]
Pesquisadores usaram as propriedades mecânicas da luz para criar um nanozíper, uma cavidade optomecânica que amplia e reforça as interações entre a luz e o movimento. O dispositivo poderá ser utilizado para detecção de forças, em sensoriamento e comunicações ópticas, entre outras aplicações.
Momento da luz
Os fótons, as partículas básicas da luz, não têm massa, mas possuem momento, o que permite que elas interajam com objetos mecânicos. Essas propriedades mecânicas da luz têm efeitos negativos sobre a medição da posição precisa de objetos em pequena escala porque a própria luz interfere com a posição do objeto. Mas também podem ser utilizadas de muitas maneiras úteis.
Nas medições em nanoescala, molas ou braços flexíveis são projetados para responder a uma força em particular. Para fazer a medição, um feixe de luz incide sobre esse braço flexível e a força que incide sobre ele interfere com a luz. O padrão dessa interferência pode ser detectado e registrado. É por isso que essa técnica é chamada de interferometria.
Um tipo especial desses sensores foi demonstrado há poucas semanas, com uma precisão capaz de pesar um único átomo - veja Sensor nano-optomecânico é conectado por "fios de luz".
Propriedades mecânicas da luz
Quando esses sensores são miniaturizados, as propriedades mecânicas da luz se tornam mais pronunciadas e começam a poder ser exploradas para usos práticos, com aplicações interessantes. O que os pesquisadores fizeram agora foi construir detectores com barras oscilantes tão pequenas que a interação óptica com eles parece ser amplificada.
Devido à intensidade da interação optomecânica, as duas barras funcionam como dois nanofeixes de luz.
Como a estrutura do nanozíper é projetada precisamente para maximizar a transferência de momento dos fótons da luz de um laser para os nanofeixes mecânicos, um único fóton que atravessa a estrutura produz uma força equivalente a 10 vezes a gravidade da Terra.
Com a injeção de vários milhares de fótons na cavidade, os nanofeixes mecânicos são de fato suspensos pela luz do laser.
Nanozíper
Os pesquisadores chamaram o dispositivo de nanozíper porque ele de fato se parece com um um zíper, sendo formado por duas barras que se juntam e se separam quando o componente está em uso.
"O nanozíper abre novas fronteiras no acoplamento da fotônica com a micromecânica e pode impactar a forma como nós medimos o movimento, mesmo no reino quântico," diz o pesquisador Kerry Vahala, do Instituto de Tecnologia da Califórnia.
Detector de ondas gravitacionais
O nanozíper optomecânico poderá ser usado como sensor biológico, recoberto com moléculas capazes de se ligar a proteínas específicas, em comunicações ópticas, onde o dispositivo poderá rotear as informações de acordo com o comprimento de onda de cada transmissão, e até para comunicações de radiofrequência em micro-ondas através de fibras ópticas.
Na prática, ele já está sendo utilizado no projeto LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), um gigantesco detector de ondas gravitacionais que consiste em um interferômetro de alta precisão, medindo quatro quilômetros. Novos sensores e novos equipamentos estão permitindo a criação de uma versão 2.0 do experimento, chamada Enhanced Ligo.
Bibliografia:
A picogram- and nanometre-scale photonic-crystal optomechanical cavity
Matt Eichenfield, Jasper Chan, Ryan Camacho, Kerry Vahala, Oskar Painter
Nature
28 May 2009
Vol.: 459, 550-555
DOI: 10.1038/nature08061
Besouro Cyphochilus, que está inspirando uma forma mais eficiente de produzir papéis com elevado nível de branco.[Imagem: Pete Vukusic]
No início de 2007, um grupo de pesquisadores ingleses descobriu que a carapaça de um minúsculo besouro pode ser a estrutura com o branco mais brilhante produzido pela natureza - e que essa estrutura poderia ser a solução definitiva para as necessidades de alvura exigidas por muitos produtos, como papéis e tintas.
Biomimetismo
Agora, a mesma equipe anunciou a descoberta de uma técnica capaz de produzir uma versão sintética da estrutura superficial responsável pela brancura das asas do Cyphochilus, abrindo o caminho para criação de um material para dar mais brancura ao papel e às tintas.
O branco do papel é criado com a adição de minerais como o carbonato de cálcio e o caulim. Contudo, para atingir o mesmo nível de brancura das asas do Cyphochilus, seria necessário uma camada desses minerais duas vezes mais grossa do que a solução encontrada pela natureza.
Pigmentação
Tanto na natureza quanto na tecnologia, as cores podem ser produzidas pela pigmentação ou por estruturas físicas com arranjo extremamente regular. Já o branco é criado por uma estrutura aleatória, capaz de refletir todas as cores simultaneamente.
O corpo, a cabeça e as pernas do besouro são cobertos por longas escamas com estruturas internas 3-D altamente aleatórias. São essas irregularidades e o espaçamento entre elas que dispersam de forma tão eficiente todos os comprimentos de onda da luz, dando ao Cyphochilus o seu branco imbatível.
Mais branco que o caulim
Os pesquisadores da Universidade Exeter, em colaboração com os engenheiros da mineradora Imerys, desenvolveram um técnica para moer os minerais até conseguir nanopartículas com o balanço adequado entre tamanho, densidade e separação entre as partículas.
Depois de aplicadas sobre a massa de celulose, as nanopartículas reproduzem de maneira aproximada a aleatoriedade presente nas escamas do besouro, produzindo um branco muito mais acentuado do que o alcançado com o uso do caulim.
Os pesquisadores agora se preparam para passar da escala de laboratório para uma planta-piloto, onde será estudado o comportamento das nanopartículas em escala semi-industrial.
Besouros
Os besouros têm sido alvo de grande atenção por parte dos cientistas, que estão aproveitando algumas características inusitadas de várias espécies para gerar produtos úteis. Veja Besouro inspira nova tecnologia de spray e Besouro brasileiro tem a chave para computadores ópticos do futuro.
Bibliografia:
Developing optical efficiency through optimized coating structure: biomimetic inspiration from white beetles
Benny T. Hallam, Anthony G. Hiorns, Peter Vukusic
Applied Optics
Vol.: 48 Issue 17, pp.3243-3249 (2009)
DOI: 10.1364/AO.48.003243
