Filmes holográficos, como o que R2D2 projetou da Princesa Leia em "Star Wars: A New Hope", há muito tempo é o domínio da ficção científica, mas para a maioria de nós, a extensão de nossa experiência com hologramas pode ser o tamanho de selos em nossos passaportes e cartões de crédito. Ao usar materiais de 'metassuperfície' que podem manipular a luz de maneiras que os materiais naturais não conseguem, os pesquisadores reconhecem que finalmente viram a luz no fim do túnel para a criação de verdadeiros filmes holográficos.
As descobertas, feitas por uma equipe da Universidade de Agricultura e Tecnologia de Tóquio (TUAT), foram publicadas em 3 de agosto na Optics Express .
Hologramas estáticos estão ao nosso redor atualmente em nosso dinheiro, cartões de crédito e passaportes.
Esses 'hologramas de relevo de superfície', estampados em plástico de maneira semelhante a como os discos de vinil são gravados, podem ser úteis como um dispositivo de segurança ou para fazer o papel de embrulho brilhar, mas são conhecidos por sua baixa qualidade de imagem, imagens estáticas e ângulo de visão limitado. Na terceira década do século 21, ainda não temos filmes holográficos verdadeiros, apesar de sua onipresença na cultura popular.
Mesmo os 'hologramas' de estrelas pop que são espetáculos cada vez mais comuns em shows não são hologramas verdadeiros, mas uma versão atualizada de um truque teatral muito antigo que engana os olhos com espelhos e luz - uma ilusão que é facilmente revelada como tal se o espectador move-se ligeiramente para o lado da configuração.
Mas pesquisadores da Universidade de Agricultura e Tecnologia de Tóquio demonstraram um filme holográfico genuíno, cujo conceito é inspirado na reprodução sequencial dos primeiros projetores cinematográficos do século XIX.
Os pesquisadores demonstraram um genuíno filme holográfico, cujo conceito é inspirado na reprodução sequencial dos primeiros projetores cinematográficos do século XIX. Crédito: Kentaro Iwami / TUAT
A prova de conceito depende do que é chamado de metassuperfície, um material de película fina com apenas nanômetros de espessura, cuja microestrutura é artificialmente trabalhada de forma a fornecer características, como manipulação inteligente da luz, que não são encontradas em materiais naturais. As metassuperfícies envolvem padrões repetidos muito pequenos em escalas menores que o comprimento de onda da luz. É sua forma e arranjo particular, ao invés de, como acontece com os materiais convencionais, sua composição química , que permite que as metassuperfícies alterem o caminho da luz.
Os pesquisadores "imprimiram" uma matriz de 48 quadros retangulares de uma metassuperfície feita principalmente de ouro e que difrata a luz do laser que brilhou nela de forma a produzir uma imagem tridimensional holográfica verdadeira aparecendo no ar (como a Princesa Leia) , visível da maioria dos ângulos da sala.
Cada um dos quadros da metassuperfície é ligeiramente diferente - como acontece com um rolo de filme de celulóide - usando 48 imagens da rotação da Terra. O filme holográfico foi reproduzido reconstruindo sequencialmente cada quadro a uma taxa de 30 quadros por segundo - a taxa de quadros usada na maioria das TV ao vivo.
"Estamos usando um laser de hélio-neon como fonte de luz, que produz uma imagem holográfica avermelhada", disse Kentaro Iwami, um dos engenheiros que desenvolveu o sistema, "portanto, o objetivo é desenvolvê-lo para produzir cores eventualmente. E queremos que seja visível de qualquer ângulo: uma projeção 3-D de 'hemisfério inteiro'. "
Uma impressora de litografia por feixe de elétrons também levou seis horas e meia para desenhar os 48 quadros - um filme extremamente curto executado em loop. Um filme holográfico de seis minutos levaria pouco mais de 800 horas para ser desenhado, calculam os pesquisadores.
A corrida de verão para pousar uma sonda espacial em Marte está com um começo quente
A corrida de verão para pousar uma sonda espacial em Marte está começando bem.
Três países - The Hope Probe (Emirados Árabes Unidos), Tianwen-1 (China) e Marte 2020 (Estados Unidos) - tomaram todas as suas posições, na esperança de aproveitar o período de tempo em que a Terra e Marte estão mais próximas: a meros 55 milhões de quilômetros (34 milhões de milhas) de distância.
Os planetas vizinhos só chegam tão perto a cada 26 meses - uma "janela de lançamento" estreita com base em suas posições relativas no espaço.
As agências espaciais das três nações planejam enviar veículos espaciais ao Planeta Vermelho para procurar sinais adicionais de vidas passadas e potencialmente abrir o caminho para - algum dia - pisar na superfície.
A viagem levará cerca de seis meses.
O Hope Probe dos Emirados Árabes Unidos - a primeira missão interplanetária de um país árabe - será lançado em 15 de julho. A China planeja enviar sua sonda inaugural para Marte, um pequeno rover controlado remotamente, entre 20 e 25 de julho.
De longe, o projeto mais ambicioso, o US Mars 2020, tem uma data planejada de lançamento em 30 de julho.
Espera-se que a sonda - chamada Perseverance - passe um ano de Marte (ou cerca de 687 dias terrestres) na superfície do planeta coletando amostras de rocha e solo que os cientistas esperam lançar luz sobre formas de vida passadas que podem ter habitado o planeta distante.
Espera-se que o Perseverance passe um ano de Marte (ou cerca de 687 dias terrestres) na superfície do planeta coletando amostras de rochas e solo
O objetivo das missões subseqüentes será trazer essas amostras de volta à Terra.
Um quarto lançamento planejado, o ExoMars UE-Rússia, foi adiado até 2022 devido à crise de saúde pública do COVID-19.
Traços da vida
Várias dezenas de sondas - a maioria americana - partem para o Planeta Vermelho desde os anos 1960. Muitos nunca chegaram tão longe ou não conseguiram pousar.
O desejo de explorar Marte foi marcado até a confirmação, há menos de dez anos, de que a água já corria em sua superfície.
"É o único planeta em que conseguimos detectar sinais de vida passados, e quanto mais aprendemos sobre ela, mais esperança existe", disse à AFP Michel Viso, astrobiólogo da agência espacial francesa CNES.
"Parece que algo emocionante está acontecendo, e as pessoas querem fazer parte disso".
A Índia e a União Européia também estão de olho em um pouso em Marte. Em 2024, o Japão planeja enviar uma sonda para explorar a lua marciana Phobos.
O Mars rover Perseverence coletará amostras de solo do Planeta Vermelho
Como nas missões lunares, diferentes países investiram pesadamente - em reputação e dinheiro - na exploração de Marte, com cada um procurando encontrar seu nicho específico, observou Viso.
O Santo Graal, acrescentou, está colocando botas no chão: "Isso representa a 'última fronteira' da exploração espacial".
Até o momento, apenas os EUA fizeram estudos detalhados de viabilidade e, no melhor dos casos, atingir esse objetivo levará pelo menos 20 anos.
Uma série de missões de pouso em Marte nas últimas cinco décadas teve vários graus de sucesso desde que as sondas Marte 2 e 3 soviéticas foram lançadas em 1971.
O módulo Curiosity da NASA, que chegou em 2012 e foi projetado para determinar se o ambiente do planeta foi capaz de suportar formas de vida microbianas, permanece operacional na superfície - assim como o módulo Insight, que chegou em 2018.
Colônias marcianas
Os Emirados Árabes Unidos estão pensando em um prazo ainda mais longo.
A nação do Golfo, rica em petróleo, planeja estabelecer uma "cidade científica" na Terra que reproduzirá as condições atmosféricas de Marte, com o objetivo de estabelecer uma colônia humana no Planeta Vermelho por volta de 2117.
O Hope Probe dos Emirados Árabes Unidos - a primeira missão interplanetária de um país árabe - será lançado em 15 de julho
Apoiar a vida humana em Marte apresenta uma série de desafios logísticos.
Marte de hoje é basicamente um imenso deserto gelado. Cerca de 3,5 bilhões de anos atrás, ele perdeu a densa pressão atmosférica que o protegia da radiação cósmica.
Os cientistas ainda estão tentando determinar se o planeta já foi habitado por formas de vida metabólicas.
"Quatro bilhões de anos atrás, as condições na superfície do planeta estavam muito próximas daquelas que tínhamos na Terra quando a vida apareceu pela primeira vez", incluindo água líquida e uma atmosfera densa, disse Jorge Vago, porta-voz da iniciativa ExoMars da Agência Espacial Européia.
Ocupando o manto de seus antepassados robóticos, o Perseverance explorará um ambiente totalmente desconhecido, a cratera Jezero - uma área de 48 km de largura que se acredita ter sido o local de um antigo delta de rio.
Foi escolhido entre outros 60 locais de pouso em potencial e pode ter rochas sedimentares que podem incluir traços de vida microbiana passada, água líquida e carbono.
O Perseverance coletará cerca de 40 dessas amostras, 30 das quais serão trazidas de volta à Terra para serem estudadas.
Os resultados da análise - embora não tão distantes quanto a proposta da colônia de Marte nos Emirados Árabes Unidos - ainda terão que esperar pelo menos 10 anos.
Se você já usou uma bússola, sabe que a agulha magnética sempre aponta para o norte. Bem, quase ao norte. Se você estiver acampado no fim de semana, a diferença não importa. Para os cientistas que estudam o interior da Terra, a diferença é importante. Como o campo magnético da Terra muda ao longo do tempo nos dá pistas sobre como nosso planeta gera um campo magnético em primeiro lugar.
Os polos norte da terra.
Crédito: Usuário da Wikipedia Cavit
Existem dois tipos de pólo norte magnético. Um é o polo geomagnético, que é baseado na aproximação dipolar do campo magnético da Terra. É aqui que você imagina a Terra como um imã de barra gigante. O campo magnético sai do pólo geomagnético sul do ímã e depois volta para o pólo geomagnético norte. O verdadeiro pólo magnético do Norte é onde as linhas do campo magnético são perpendiculares à superfície da Terra. Esses dois pólos não estão no mesmo local, pois o campo magnético da Terra não é um simples ímã de barra.
O campo magnético em mudança da Terra.
Crédito: US Geological Survey (USGS
O campo magnético da Terra é gerado por um dínamo magnético. Ferro líquido no núcleo externo da Terra convecta e espirais para gerar correntes elétricas. Essas correntes, por sua vez, geram um campo magnético. É um processo complexo que envolve fluxo térmico, rotação da Terra e outras atividades geológicas. As simulações por computador geralmente não são precisas o suficiente para explicar os detalhes do campo magnético da Terra, mas os modelos estão melhorando. Recentemente, uma equipe comparou várias simulações de computador com as variações de longo prazo do campo magnético da Terra e aprendeu algumas coisas interessantes.
O polo magnético está flutuando mais rapidamente.
Crédito: Usuário da Wikipedia Cavit
Uma das maneiras pelas quais sabemos que nosso campo magnético não é causado por um ímã preso ao núcleo da Terra é porque muda com o tempo. A mudança é gradual, mas foi observada diretamente desde os anos 1600. Também sabemos que essas variações ocorreram pelo menos nos últimos 20 milhões de anos, medindo o magnetismo das rochas. Quando olhamos para as rochas ao longo do fundo do oceano da fenda no meio do Atlântico, também descobrimos que o campo magnético da Terra inverte a polaridade a cada 200.000 anos ou mais. Mas essas reversões magnéticas representam um desafio para o modelo do dínamo. Como grandes fluxos de ferro na Terra podem ter períodos tão instáveis?
Este estudo recente responde a esse desafio com novos modelos de computador. Eles demonstraram que o modelo do dínamo pode ser responsável por reversões magnéticas. Antes que essas reversões ocorram, a localização dos polos magnéticos pode variar significativamente, até dez graus por ano. Isso seria um desvio de mais de 25 quilômetros por dia.
Embora isso seja surpreendentemente rápido, também deve nos dar um pouco de conforto. A deriva do norte magnético tem aumentado nas últimas duas décadas, levando alguns a especularem que os pólos magnéticos da Terra poderiam virar tão cedo. Mas mesmo nos últimos anos, a deriva é de apenas um décimo de quilômetro por dia. Parece que uma inversão magnética ainda está muito longe.
Nos últimos anos, a natureza explosiva da descoberta de exoplanetas ( mais de 4.164 confirmados até agora!) Levou a um interesse renovado na pergunta atemporal: "estamos sozinhos no universo?" Ou, como disse o famoso físico italiano Enrico Fermi: " Onde estão todos ?" Com tantos planetas para escolher e com a taxa em que nossos instrumentos e métodos estão melhorando, a busca por vida além da Terra está realmente aumentando.
Ao mesmo tempo, essas descobertas inspiraram uma infinidade de novos estudos sobre a busca por inteligência extraterrestre em andamento (SETI). Isso inclui a Alien Civilization Calculator , que é uma criação dos físicos Steven Woodling e Dominick Czernia. Inspirados por tentativas recentes de abordar a probabilidade estatística de vida avançada em nossa galáxia, eles oferecem uma ferramenta matemática que pode triturar os números para você!
Mas primeiro, uma atualização rápida parece estar em ordem. A primeira “calculadora” para determinar o número de Inteligências Extraterrestres (ETIs) em nossa galáxia a qualquer momento foi criada pelo físico americano e pesquisador do SETI Dr. Frank Drake. Durante uma reunião no Green Bank Observatory em 1961, Drake preparou uma equação que resumia as probabilidades de encontrar ETIs em nossa galáxia.
Doravante conhecida como Equação de Drake , esse argumento probabilístico é expresso matematicamente como:
N = R * XF P XN E XF L XF I XF C X L
N é o número de civilizações com as quais podemos nos comunicar;
R * é a taxa média de formação de estrelas em nossa galáxia;
f p é a fração daquelas estrelas que possuem planetas;
n e é o número de planetas que podem suportar a vida;
f l é o número de planetas que desenvolverão a vida;
f i é o número de planetas que desenvolverão vida inteligente;
fc é o número de civilizações que desenvolveriam tecnologias de transmissão;
L é o período de tempo que essas civilizações teriam para transmitir seus sinais ao espaço.
Embora essa equação visasse estimular o debate sobre a probabilidade de ETIs, também era significativa por causa de suas implicações básicas. Mesmo que se trate todas as variáveis de maneira conservadora, elas ainda obterão um resultado N nas dezenas ou nas centenas. Basicamente, mesmo que a vida seja muito rara em nossa galáxia, deve haver pelo menos algumas civilizações por aí com as quais possamos entrar em contato.
Ao longo dos anos, a Equação de Drake recebeu seu quinhão de críticas e muitas tentativas foram feitas para refiná-la. Por exemplo, em um artigo recente publicado no The Astrophysical Journal , a astrofísica Tom Westby e Christopher J. Conselice, da Universidade de Nottingham, criaram um argumento probabilístico próprio baseado no Princípio Astrobiológico Copernicano .
O rádio telescópio Parkes, um dos telescópios usados pelo Breakthrough Listen.
Crédito: CSIRO
Simplificando, esse princípio (quando aplicado à existência da vida em nosso Universo) afirma que, em vez de outras evidências, nunca se deve assumir que a humanidade é especial ou única. Quando aplicados à questão de saber se a humanidade está ou não sozinha no Universo, Wetsby e Conselice conseguiram produzir uma versão moderna da Equação de Drake. Matematicamente, pode ser expresso como:
N = N * * F L * F HZ * F M * (L / T ')
N é o número de civilizações com as quais podemos nos comunicar;
N * é o número total de estrelas dentro da galáxia;
f L é a porcentagem daquelas estrelas com pelo menos 5 bilhões de anos;
f HZ é a porcentagem daquelas estrelas que hospedam um planeta adequado para sustentar a vida;
f M é a porcentagem de estrelas com metalicidade suficiente, permitindo biologia avançada e civilização avançada;
L é a vida útil média de uma civilização avançada;
t ' é a quantidade média de tempo disponível para o desenvolvimento da vida.
Combinados com os dados astrofísicos mais recentes sobre esses valores, eles apresentaram uma estimativa média de 36 civilizações ! Este trabalho de pesquisa inspirou Wooding e Czernia a criar sua Calculadora de Civilizações Alienígenas (ACC), uma ferramenta que permitiria que as pessoas fizessem seus cálculos usando a Equação de Drake e o Princípio Astrobiológico Copernicano, mas de maneira interativa.
Juntos, os dois começaram a trabalhar em uma ferramenta que poderia desempenhar as mesmas funções que a Equação de Drake e o Princípio Astrobiológico Copernicano, mas de maneira interativa. Além de ser membro do Institute of Physics (IOP) no Reino Unido, Wooding é colaborador regular do The Omni Calculator Project - uma pequena comunidade composta por profissionais que desejam tornar a ciência acessível.
Um novo estudo ofereceu uma nova visão do Paradoxo de Fermi - civilizações alienígenas não são visíveis para nós porque estão dormindo.
Crédito e direitos autorais: Kevin M. Gill
Foi aqui que ele conheceu Czernia, um jovem físico molecular atualmente concluindo seu doutorado no Instituto de Física Nuclear da Polônia. Como Wooding explicou ao Universe Today por e-mail:
“Como uma maneira interativa e divertida de envolver o público na ciência desta questão fundamental, 'estamos sozinhos no universo?'. A calculadora permite que as pessoas vejam com facilidade quais entradas entram nesse modelo e como a alteração dos valores afeta o resultado - mais interativa do que ler um artigo científico, o que a grande maioria não fará. ”
Aqueles que desejam usar o ACC devem primeiro selecionar o modelo que desejam usar e, em seguida, preencher todos os campos na seção Suposições do modelo . Alguns valores padrão são fornecidos, com base no que os cientistas acreditam ser estatisticamente mais provável, mas os usuários podem inserir quaisquer valores que desejarem. A partir disso, eles verão quantas civilizações inteligentes seus modelos e valores prevêem.
O Princípio Copernicano Astrobiológico é recomendado, pois é o modelo mais atual (e, portanto, atualizado), e pode ser ajustado para permitir um cenário Fraco, Moderado ou Forte. Em outras palavras, os usuários podem ajustar o quão rigorosas são as condições para a formação de vida extraterrestre. No entanto, os usuários são incentivados a usar isso e a Equação de Drake para ver como isso afeta seus resultados.
A Equação de Drake e o Princípio Astrobiológico Copernicano buscam abordar a questão incômoda de "Estamos sozinhos?"
Crédito: NASA
Outro benefício do modelo do Princípio Copernicano é que ele permite que os usuários vejam quanto tempo levaria para alcançar o vizinho extraterrestre mais próximo. Como Wooding recomenda:
“Os usuários devem começar explorando os três cenários de modelagem e ver como as entradas e os resultados mudam. O cenário forte é muito restritivo e segue de perto como a vida se desenvolveu na Terra. O cenário fraco tem suposições mais relaxadas e leva a um número maior de civilizações alienígenas. Depois, você pode colocar seus próprios valores na calculadora para ver como os resultados mudam - ótimo para astrobiólogos de poltrona. ”
Depois que os usuários fizerem isso, eles poderão usar a calculadora de viagens espaciais (também disponível no Omni Calculator) para ver quanto tempo levaria para encontrar as civilizações extraterrestres mais próximas em nossa galáxia. Essa calculadora também foi criada pela Czernia e se baseia, de maneira semelhante, em variáveis inseridas pelo usuário, como massa da nave espacial, aceleração e modelos físicos do Universo (Einsteiniano ou Newtoniano).
Por diversão, vamos supor que o ACC nos disse que havia potencialmente centenas de civilizações em nossa galáxia e que a mais próxima fica a cerca de 159 anos-luz de distância (usando o exoplaneta HD 42936 Ab como referência). Suponhamos também que tínhamos um navio semelhante em massa à ISS (420 toneladas, 463 toneladas) e que poderia acelerar 1 g (9,8 m / s) até atingir 99% da velocidade da luz.
Impressão artística da gama de zonas habitáveis para diferentes tipos de estrelas.
Crédito: NASA / Kepler Mission / Dana Berry
Com base nessas variáveis, a Calculadora de Viagem Espacial nos diz que levaria 161,4 anos para chegar à ETI mais próxima, embora apenas 10 anos passassem para a tripulação (já que estamos usando a física einsteiniana). Aparentemente, o navio também precisaria de 11,66 milhões de toneladas (12,85 milhões de toneladas dos EUA) de massa de combustível para fazer a viagem. Então ... sim, essa missão não acontecerá tão cedo! Mas foi um exercício divertido que eu recomendo!
Para ser justo, tanto a Equação de Drake quanto o Princípio Copernicano Astrobiológico têm suas limitações. Por exemplo, aprendemos muito desde que Drake propôs sua famosa equação sobre as quatro primeiras variáveis. Muito disso se deve à recente onda de descobertas de exoplanetas, que deram aos astrônomos uma boa idéia de quantas estrelas possuem planetas e com que frequência orbitam dentro da zona habitável de uma estrela.
Da mesma forma, o Princípio Copernicano Astriobiológico está sujeito a muita incerteza. No caso do estudo de Westby e Conselice, eles assumiram que um planeta semelhante à Terra acabaria por formar vida. Além disso, é amplamente assumido que, uma vez que os humanos modernos surgiram apenas cerca de 200.000 anos atrás (enquanto o planeta Terra tem mais de 4,5 bilhões de anos), o SETI deveria apenas olhar para estrelas com 4,5 bilhões de anos ou mais.
No final, prever quantas civilizações extraterrestres existem por aí continuará a envolver muita incerteza. À medida que o tempo passa, e os instrumentos que usamos para conduzir a pesquisa do SETI melhoram, os astrônomos aprendem cada vez mais sobre essas variáveis. A partir disso, podemos esperar que as estimativas sobre o número provável de ETIs em nossa galáxia se tornem mais restritas.
Impressão artística de um planeta Super-Terra orbitando uma estrela parecida com o Sol.
Crédito: ESO / M. Kornmesser
Como Wooding indicou, alguns desenvolvimentos significativos precisam acontecer antes que possamos responder à pergunta "Estamos sozinhos?", Com alguma confiança:
“Talvez no futuro, à medida que mais descobertas forem feitas sobre as estrelas e planetas da Via Láctea, você possa voltar à calculadora e ver como eles afetam o número de possíveis civilizações alienígenas.
“ Vamos melhorar a detecção de planetas semelhantes à Terra na zona habitável e até sermos capazes de detectar o que há em suas atmosferas (se eles tiverem um). Isso pode levar a uma pesquisa SETI mais direcionada, o que deve aumentar nossas chances. ”
"Eu sempre pensei em construir um radiotelescópio no lado escuro da lua como uma ótima idéia, para fugir do barulho do rádio na Terra, permitindo aumentar nossa sensibilidade a qualquer transmissão alienígena."
No final, não saberemos ao certo qual é a probabilidade de vida e civilizações extraterrestres até encontrarmos evidências de alguns. Mas a parte da beleza é que o Fermi Paradox (“Onde estão todos?”) Precisa ser resolvido apenas uma vez. Enquanto isso, a busca por ETIs continuará e se beneficiará imensamente dos instrumentos da próxima geração (como os telescópios espaciais James Webb e Nancy Grace Roman ) e dos métodos que estão se tornando disponíveis.
Ao mesmo tempo, estudos de probabilidade e argumentos probabilísticos nos ajudarão a restringir os parâmetros de pesquisa. Se eles estão lá fora, temos certeza de encontrá-los eventualmente (dedos cruzados)! Além disso, verifique as outras ferramentas interessantes que o Omni Calculator tem para oferecer, que incluem astrofísica, física quântica e outras calculadoras científicas.
Uma imagem de NICER no exterior da estação espacial com um dos painéis solares da estação em segundo plano.
Crédito: NASA
Durante séculos, os faróis ajudaram os marinheiros a navegar com segurança para o porto. Suas luzes varreram a água, cortando a névoa e a escuridão, guiando os marinheiros em torno de obstáculos perigosos e mantendo-os no caminho certo. No futuro, os exploradores espaciais podem receber orientações semelhantes dos sinais constantes criados pelos pulsares.
Cientistas e engenheiros estão usando a Estação Espacial Internacional para desenvolver uma navegação baseada em pulsar usando esses faróis cósmicos para ajudar a encontrar rotas para viagens à Lua sob o programa Artemis da NASA e em futuras missões humanas a Marte.
Pulsares, ou estrelas de nêutrons que giram rapidamente , são os restos extremamente densos de estrelas que explodiram como supernovas. Eles emitem fótons de raios X em feixes estreitos e brilhantes que varrem o céu como um farol enquanto as estrelas giram. De uma grande distância, eles parecem pulsar, daí o nome pulsares.
Um telescópio de raios X no exterior da estação espacial, o Interior Composition Explorer da estrela de nêutrons ou NICER, coleta e marca a data e hora da chegada da luz de raios X das estrelas de nêutrons no céu. O software incorporado ao NICER, chamado Station Explorer para Tecnologia de Navegação e Timing de Raios-X ou SEXTANT, está usando os faróis dos pulsares para criar um sistema semelhante ao GPS. Esse conceito, geralmente chamado de XNAV, poderia fornecer navegação autônoma em todo o sistema solar e além.
"O GPS usa sinais precisamente sincronizados. As pulsações de algumas estrelas de nêutrons são muito estáveis, algumas até tão estáveis quanto os relógios atômicos terrestres a longo prazo, o que as torna potencialmente úteis de maneira semelhante", diz Luke Winternitz, pesquisador do Goddard Space da NASA. Centro de voo em Greenbelt, Maryland.
A estabilidade dos pulsos permite previsões altamente precisas de sua hora de chegada a qualquer ponto de referência no sistema solar. Os cientistas desenvolveram modelos detalhados que prevêem com precisão quando um pulso chegaria, por exemplo, ao centro da Terra. Cronometrar a chegada do pulso a um detector em uma espaçonave e compará-lo a quando é previsto que chegue a um ponto de referência fornece informações para navegar muito além do nosso planeta.
"As informações de navegação fornecidas pelos pulsares não se degradam ao se afastar da Terra, uma vez que os pulsares são distribuídos por toda a Via Láctea", diz Munther Hassouneh, membro da equipe SEXTANT, tecnólogo em navegação.
"Transforma efetivamente o 'G' do GPS da Global para a Galactic", acrescenta o membro da equipe Jason Mitchell, diretor da Divisão de Tecnologia de Comunicação e Navegação Avançada do Programa de Navegação e Comunicação Espacial da NASA. "Ele poderia funcionar em qualquer lugar do sistema solar e até transportar sistemas robóticos ou tripulados além do sistema solar".
Pulsares também podem ser observados na banda de rádio, mas, diferentemente das ondas de rádio, os raios X não são retardados pela matéria no espaço. Além disso, os detectores de raios-X podem ser mais compactos e menores que as antenas de rádio.
Porém, como os pulsos de raios X são muito fracos, um sistema deve ser robusto o suficiente para coletar um sinal suficiente para navegar. A grande área de coleta do NICER o torna quase ideal para pesquisas com XNAV. Um futuro sistema XNAV poderia ser menor, negociando tamanho por mais tempo de coleta.
Representação de um pulsar ou estrela de nêutrons que gira rapidamente. Emite fótons de raios X ou partículas de radiação em feixes estreitos e brilhantes que varrem o céu como um farol enquanto a estrela gira.
Crédito: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF
"NICER tem aproximadamente o tamanho de uma máquina de lavar, mas você pode reduzir drasticamente seu tamanho e volume", diz Mitchell. "Por exemplo, seria interessante encaixar um telescópio XNAV em um pequeno satélite que pudesse navegar independentemente no cinturão de asteróides e caracterizar os corpos primitivos do sistema solar".
Conforme publicado em um artigo de 2018, o SEXTANT já demonstrou com sucesso a navegação baseada em pulsar em tempo real a bordo da estação espacial. Ele também estudou o uso de pulsares para controle de tempo e sincronização de clock e está ajudando a expandir o catálogo de pulsares para usar como pontos de referência para o XNAV.
A equipe SEXTANT também inclui Samuel Price, Sean Sempre e Wayne Yu na Goddard; Os parceiros do Naval Research Lab, Paul Ray e Kent Wood; e Keith Gendreau, pesquisador principal do NICER, e Zaven Arzoumanian, líder científico.
A equipe agora estuda a navegação autônoma do XNAV na plataforma Gateway da NASA como uma técnica para apoiar missões tripuladas a Marte. Os astronautas também poderiam usá-lo para complementar os recursos de navegação a bordo , caso precisassem voltar à Terra por conta própria.
"A órbita de Gateway em torno da Lua de aproximadamente seis dias e meio nos deixaria encarar os pulsares por muito mais tempo", diz Mitchell. "É aí que entra o comércio; o instrumento é como um balde e você está enchendo o balde com fótons de raios-X suficientes para gerar uma medição de quando esse pulso chegou. Você poderia ter um detector com uma fração do tamanho de NICER".
Esses tipos de experimentos poderiam levar os faróis cósmicos a guiar naves espaciais para seus destinos um passo mais perto da realidade.
Uma teoria de 50 anos que começou como especulação sobre como uma civilização alienígena poderia usar um buraco negro para gerar energia foi verificada experimentalmente pela primeira vez em um laboratório de pesquisa de Glasgow.
Em 1969, o físico britânico Roger Penrose sugeriu que a energia poderia ser gerada baixando um objeto para a ergosfera do buraco negro - a camada externa do horizonte de eventos do buraco negro, onde um objeto teria que se mover mais rápido que a velocidade da luz para permanecer ainda.
Penrose previu que o objeto adquirisse uma energia negativa nessa área incomum do espaço. Ao soltar o objeto e dividi-lo em dois, de modo que uma metade caia no buraco negro enquanto a outra é recuperada, a ação de recuo mede a perda de energia negativa - efetivamente, a metade recuperada ganha energia extraída da rotação do buraco negro. A escala do desafio de engenharia que o processo exigiria é tão grande que Penrose sugeriu que apenas uma civilização muito avançada, talvez alienígena, seria igual à tarefa.
Dois anos depois, outro físico chamado Yakov Zel'dovich sugeriu que a teoria poderia ser testada com um experimento mais prático e terrestre. Ele propôs que ondas de luz "torcidas", atingindo a superfície de um cilindro rotativo de metal girando na velocidade certa, acabariam sendo refletidas com energia extra extraída da rotação do cilindro, graças a uma peculiaridade do efeito doppler rotacional.
Mas a idéia de Zel'dovich permaneceu unicamente no campo da teoria desde 1971, porque, para que o experimento funcionasse, seu cilindro de metal proposto precisaria girar pelo menos um bilhão de vezes por segundo - outro desafio insuperável para os atuais limites da engenharia humana.
Agora, pesquisadores da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Glasgow finalmente encontraram uma maneira de demonstrar experimentalmente o efeito que Penrose e Zel'dovich propuseram torcendo o som ao invés da luz - uma fonte de frequência muito mais baixa e, portanto, muito mais prática para demonstrar. no laboratório.
Em um novo artigo publicado hoje na revista Nature Physics , a equipe descreve como eles construíram um sistema que usa um pequeno anel de alto-falantes para criar uma torção nas ondas sonoras análoga à torção nas ondas de luz propostas por Zel'dovich.
Crédito: University of Glasgow
Essas ondas sonoras distorcidas foram direcionadas para um absorvedor de som rotativo feito de um disco de espuma. Um conjunto de microfones atrás do disco captou o som dos alto-falantes quando ele passava pelo disco, o que aumentava constantemente a velocidade de sua rotação.
O que a equipe procurava ouvir para saber que as teorias de Penrose e Zel'dovich estavam corretas era uma mudança distinta na frequência e amplitude das ondas sonoras enquanto elas viajavam pelo disco, causadas por essa peculiaridade do efeito doppler.
Marion Cromb, Ph.D. aluno da Escola de Física e Astronomia da Universidade, é o principal autor do artigo. Marion disse: "A versão linear do efeito doppler é familiar para a maioria das pessoas, pois o fenômeno que ocorre quando o tom de uma sirene de ambulância parece subir ao se aproximar do ouvinte, mas cai à medida que se afasta. Parece subir porque o som as ondas atingem o ouvinte com mais frequência à medida que a ambulância se aproxima, e com menos frequência à medida que passa.
"O efeito doppler rotacional é semelhante, mas o efeito é limitado a um espaço circular. As ondas sonoras distorcidas mudam de tom quando medidas do ponto de vista da superfície rotativa. Se a superfície gira rápido o suficiente, a frequência do som pode fazer algo muito estranho - pode passar de uma frequência positiva para uma negativa e, ao fazê-lo, rouba energia da rotação da superfície ".
À medida que a velocidade do disco giratório aumenta durante o experimento dos pesquisadores, o tom do som dos alto-falantes diminui até que se torne muito baixo para ouvir. Em seguida, o tom volta a subir até atingir o tom anterior - mas mais alto, com amplitude até 30% maior que o som original dos alto-falantes.
Marion acrescentou: "O que ouvimos durante nosso experimento foi extraordinário. O que está acontecendo é que a frequência das ondas sonoras está sendo alterada para zero com o doppler à medida que a velocidade de rotação aumenta. Quando o som recomeça, é porque as ondas foram passaram de uma frequência positiva para uma frequência negativa. Essas ondas de frequência negativa são capazes de absorver parte da energia do disco giratório de espuma, tornando-se mais altas no processo - exatamente como Zel'dovich propôs em 1971 ".
A professora Daniele Faccio, também da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Glasgow, é coautora do artigo. O professor Faccio acrescentou: "Estamos empolgados por podermos verificar experimentalmente uma física extremamente estranha meio século após a primeira proposta de teoria. É estranho pensar que conseguimos confirmar uma teoria de meio século. com origens cósmicas aqui em nosso laboratório no oeste da Escócia, mas acreditamos que isso abrirá muitas novas avenidas de exploração científica.Queremos ver como podemos investigar o efeito em diferentes fontes, como ondas eletromagnéticas no futuro próximo."
O artigo da equipe de pesquisa, intitulado "Amplificação de ondas de um corpo em rotação", é publicado na Nature Physics .
Mais informações: Marion Cromb et al. Amplificação das ondas de um corpo em rotação, Nature Physics (2020). DOI: 10.1038 / s41567-020-0944-3
Um chip semicondutor de processador quântico é conectado a uma placa de circuito no laboratório de John Nichol, professor assistente de física da Universidade de Rochester. Nichol e Andrew Jordan, professor de física, estão explorando novas maneiras de criar interações quântico-mecânicas entre elétrons distantes, prometendo grandes avanços na computação quântica.
Crédito: Universidade de Rochester / J. Adam Fenster
"Beam me up" é uma das frases de efeito mais famosas da série Star Trek. É o comando emitido quando um personagem deseja se teletransportar de um local remoto para a Starship Enterprise.
Embora o teletransporte humano exista apenas na ficção científica , o teletransporte é possível no mundo subatômico da mecânica quântica - embora não da maneira normalmente descrita na TV. No mundo quântico , o teletransporte envolve o transporte de informações, e não o transporte de matéria.
No ano passado, os cientistas confirmaram que as informações podiam ser passadas entre fótons em chips de computador, mesmo quando os fótons não estavam fisicamente ligados.
Agora, de acordo com novas pesquisas da Universidade de Rochester e da Universidade de Purdue, o teletransporte também pode ser possível entre elétrons.
Em um artigo publicado na Nature Communications e outro publicado na Physical Review X , os pesquisadores, incluindo John Nichol, professor assistente de física em Rochester, e Andrew Jordan, professor de física em Rochester, exploram novas maneiras de criar mecânica quântica. interações entre elétrons distantes. A pesquisa é um passo importante na melhoria da computação quântica, que, por sua vez, tem o potencial de revolucionar a tecnologia, a medicina e a ciência, fornecendo processadores e sensores mais rápidos e eficientes.
'Ação assustadora à distância'
O teletransporte quântico é uma demonstração do que Albert Einstein chamou de famosa "ação assustadora à distância" - também conhecida como entrelaçamento quântico . No entrelaçamento - um dos conceitos básicos da física quântica - as propriedades de uma partícula afetam as propriedades de outra, mesmo quando as partículas são separadas por uma grande distância. O teletransporte quântico envolve duas partículas distantes emaranhadas, nas quais o estado de uma terceira partícula "teleporta" instantaneamente seu estado para as duas partículas emaranhadas.
O teletransporte quântico é um meio importante para transmitir informações na computação quântica. Enquanto um computador típico consiste em bilhões de transistores, chamados bits, os computadores quânticos codificam informações em bits quânticos ou qubits. Um bit possui um único valor binário, que pode ser "0" ou "1", mas os qubits podem ser "0" e "1" ao mesmo tempo. A capacidade de os qubits individuais ocuparem simultaneamente vários estados está subjacente ao grande poder potencial dos computadores quânticos.
Os cientistas demonstraram recentemente o teletransporte quântico usando fótons eletromagnéticos para criar pares de qubits emaranhados remotamente.
Qubits feitos de elétrons individuais, no entanto, também são promissores para a transmissão de informações em semicondutores.
"Elétrons individuais são qubits promissores porque interagem muito facilmente entre si, e qubits de elétrons individuais em semicondutores também são escaláveis", diz Nichol. "A criação confiável de interações de longa distância entre elétrons é essencial para a computação quântica".
A criação de pares emaranhados de qubits de elétrons que abrangem longas distâncias, o que é necessário para o teletransporte, provou ser um desafio: embora os fótons se propaguem naturalmente por longas distâncias, os elétrons geralmente ficam confinados em um único local.
Pares emaranhados de elétrons
Para demonstrar o teletransporte quântico usando elétrons, os pesquisadores utilizaram uma técnica recentemente desenvolvida, baseada nos princípios do acoplamento de troca Heisenberg. Um elétron individual é como um ímã de barra com um polo norte e um polo sul que podem apontar para cima ou para baixo. A direção do polo - se o polo norte está apontando para cima ou para baixo, por exemplo - é conhecida como momento magnético do elétron ou estado de rotação quântica. Se certos tipos de partículas têm o mesmo momento magnético, eles não podem estar no mesmo lugar ao mesmo tempo. Ou seja, dois elétrons no mesmo estado quântico não podem ficar em cima um do outro. Se o fizessem, seus estados se alternariam no tempo.
Os pesquisadores usaram a técnica para distribuir pares emaranhados de elétrons e teletransportar seus estados de rotação.
"Nós fornecemos evidências para 'troca de emaranhamento', na qual criamos emaranhamento entre dois elétrons, mesmo que as partículas nunca interajam, e 'teletransporte de porta quântica', uma técnica potencialmente útil para computação quântica usando teletransporte", diz Nichol. "Nosso trabalho mostra que isso pode ser feito mesmo sem fótons".
Os resultados abrem o caminho para futuras pesquisas sobre teletransporte quântico envolvendo estados de spin de toda a matéria, não apenas fótons, e fornecem mais evidências para as capacidades surpreendentemente úteis de elétrons individuais em semicondutores de qubit .
Mais informações: Haifeng Qiao et al., Teletransporte condicional de estados de spin de pontos quânticos, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038 / s41467-020-16745-0
Aqui na Terra, o conceito de arquitetura (e aqueles que se especializam nela) é bastante claro e direto. Mas no espaço, os seres humanos têm relativamente pouca experiência vivendo e trabalhando em habitats. Nos últimos sessenta anos, várias estações espaciais foram enviadas para a Low Earth Orbit (LEO), que inclui as agora extintas estações de Salyut , Skylab e Mir , bem como a atual Estação Espacial Internacional (ISS).
Mas, no futuro próximo, esperamos construir estações e habitats comerciais em LEO, na superfície da Lua e Marte. Além de precisar de um suprimento constante de alimentos, água e outras necessidades, serão necessárias medidas para garantir o bem-estar psicológico de suas equipes. Em um artigo recente , a fundadora e CEO da Stellar Amenities (a própria arquiteta espacial!) Anastasia Prosina explorou como a arquitetura espacial pode atender a essas necessidades.
Neste artigo, disponível no site da Stellar Amenities , Prosina indica como a arquitetura espacial empresta várias formas de arquitetura de nicho para realizar a tarefa de garantir que os seres humanos possam viver e trabalhar no espaço. Isso inclui os tipos de elementos de design encontrados em “pequenas casas, pequenos apartamentos / casas, design de veículos, hotéis cápsula e muito mais”.
Prosina resumiu as semelhanças entre a arquitetura terrestre e espacial do Universe Today via e-mail:
“Não importa que tipo de arquitetura seja, ela busca a missão de aprimorar a experiência humana ... Essa é exatamente a mesma missão [quando se trata] da arquitetura pequena de casas minúsculas, apartamentos pequenos, ártico ou qualquer outra estação remota da área e hotéis cápsula ".
No entanto, à medida que se aventuram além do domínio dos princípios e entram no processo real, algumas diferenças muito notáveis se tornam claras. Na arquitetura regular, a visão do arquiteto vem em primeiro lugar, e é responsabilidade do engenheiro realizar essa visão. Na arquitetura espacial, o oposto é o caso, onde os engenheiros constroem e os arquitetos seguem.
Para os engenheiros, isso significa projetar e montar a estrutura física no espaço e incorporar todos os sistemas essenciais - como suporte de vida, sistemas de energia, reciclagem de água, armazenamento, disposição de resíduos, alimentos etc. O arquiteto segue, trazendo os elementos de design que compõem um habitat no espaço parece digno de ser vivido. Como Prosina descreve o papel do arquiteto:
"A missão da arquitetura espacial é quebrar a monotonia do habitat espacial pequeno e garantir que o projeto ajude a mitigar os riscos associados ao isolamento", disse Prosina. "Um arquiteto espacial vem depois para ajudar a projetar para as necessidades humanas no ambiente confinado".
Vista em corte do Stanford Torus. A rotação do toro fornece gravidade normal da Terra por dentro. Crédito: Rick Guidice / NASA
Aqui está outra diferença fundamental, que é o nível de flexibilidade que os arquitetos terrestres compararam com seus colegas espaciais. Em resumo, a indústria de voos espaciais não desfruta do mesmo nível de liberdade criativa, pois suas estruturas precisam funcionar mais do que qualquer coisa. Mas talvez a maior restrição, diz Prosina, decorra do fato de que os arquitetos espaciais precisam lançar seus projetos no espaço:
“Os arquitetos da Terra são capazes de criar quase tudo o que vem à sua mente. Em contrapartida, os arquitetos espaciais precisam seguir as restrições de uma estrutura pré-fabricada, uma concha da espaçonave. Além disso, o custo atual de lançar algo no espaço é de cerca de US $ 2.700 por kg. Os arquitetos espaciais devem ser criativos ao escolher os materiais e estruturas corretos, leves, duráveis e que não emitem gases no ambiente confinado. ”
Isso não quer dizer que o custo do envio de cargas e pessoas ao espaço não tenha melhorado drasticamente nos últimos anos. Em 2000, a NASA estimou que o custo do envio de cargas úteis para a LEO era superior a US $ 22.000 por kg (US $ 10.000 por libra). Naturalmente, isso era algo que eles esperavam reduzir em duas ordens de magnitude nas próximas quatro décadas - para US $ 1.000 por kg (~ US $ 450 por libra) até 2025 e US $ 100 por kg (~ US $ 45 por libra) até 2040.
No momento, a SpaceX pode enviar cargas úteis para a LEO por US $ 1.410 por kg (US $ 640 por libra-peso) usando seu foguete Falcon Heavy , uma melhoria adicional no que o Falcon 9 pode fazer - US $ 2.719 por kg (US $ 1.233 por libra). No entanto, o envio de habitats para o espaço ainda é um empreendimento multimilionário que exige vários sistemas pesados de lançamento. Além disso, os componentes de um habitat espacial precisam ser projetados para serem lançados no espaço antes da montagem.
Vista interior de um cilindro O'Neill. Existem faixas alternadas de superfície habitável e "janelas" para deixar entrar a luz.
Crédito: Rick Guidice, Centro de Pesquisa Ames da NASA
Como explicou Prosina, isso levanta outra restrição importante, que é a questão do transporte:
“Um habitat deve se encaixar perfeitamente em um sistema de transporte e fazer o uso mais eficiente em termos de volume, massa e multifuncionalidade. Reduz o preço de ir longe, o que permite fazer mais coisas por unidade de financiamento, promovendo a exploração
Nos últimos anos, a perspectiva de construir habitats no espaço foi além do campo das propostas científicas e da ficção científica, tornando-se uma possibilidade real. Muito disso é o resultado da indústria espacial comercial (também conhecida como NewSpace), que liderou a redução dos custos associados a lançamentos individuais e a mudança para a "comercialização do LEO".
Além de permitir maior acesso ao espaço (para empresas, universidades, institutos de pesquisa e indivíduos), o setor NewSpace também concentrou a atenção em como ir ao espaço pode ser aventureiro e até luxuoso. É aqui que idéias como turismo espacial, hotéis espaciais e estações espaciais comerciais no LEO e em outros corpos celestes entram em cena.
Nos próximos anos, Richard Branson (fundador e CEO da Virgin Galactic) e Jeff Bezos (fundador e CEO da Amazon e Blue Origin) esperam oferecer voos para suborbitar com seus aviões espaciais e foguetes (respectivamente). Outras empresas, como a SpaceX e a Space Adventures, pretendem ir ainda mais longe, oferecendo voos para a Lua e até Marte.
Uma vista do interior da cápsula da tripulação New Shepard da Blue Origin.
Crédito: Blue Origin.
Em todos esses casos, os desafios vão muito além das preocupações de engenharia. No NewSpace, diz Prosina, as empresas precisam oferecer mais do que apenas segurança e acesso ao espaço. Eles também precisam oferecer uma variedade de experiências, lazer e conforto para tornar os serviços atraentes. Dessa forma, e somente dessa maneira, eles serão capazes de permanecer competitivos contra empresas rivais.
Como Prosina indicou, isso também afetou a descrição do trabalho do arquiteto espacial:
“Tradicionalmente, o arquiteto espacial era igual a um engenheiro de sistemas. Atualmente, está acontecendo uma transição e, agora, se você deseja trabalhar como arquiteto espacial na NASA, deve combinar as disciplinas, aeroespacial e arquitetura. O setor privado está aumentando mais rapidamente. Por exemplo, a Blue Origin e a SpaceX estão reconhecendo que o design é tão importante quanto a segurança, porque ele suporta o bem-estar, que é fundamental em longas missões. ”
Nos próximos anos, a Prosina prevê que a arquitetura espacial se tornará um setor de rápido crescimento e seus profissionais estarão em alta demanda. Na próxima década, são esperados vários avanços científicos e tecnológicos que permitirão aos arquitetos apresentar soluções cada vez mais sofisticadas para os desafios de viver no espaço.
"Como os habitats espaciais são extremamente pequenos, nós, arquitetos espaciais, garantimos que as pessoas dentro dele não se sintam confinadas, estressadas", acrescentou Prosina. “Os usuários têm uma visão bastante aproximada de seus habitats, por isso é essencial prestar atenção ao uso da psicologia das cores e da experiência tátil para tornar o espaço maior e diversificar as experiências em um ambiente pequeno.”
Conceito artístico de um habitat espacial construído usando o sistema ARMADAS.
Crédito: NASA
Semelhante ao que Marschitect Vera Mulyani (aka Vera Mars), fundadora e CEO da Mars City Design , e outros entusiastas do espaço estão propondo, o objetivo geral aqui é encontrar maneiras pelas quais os seres humanos possam prosperar no espaço, não apenas sobreviver. Isso é essencial para que as pessoas morem além da Terra em um futuro próximo, e também é necessário tornar a perspectiva atraente. Disse Prosina:
“Vera e eu somos colegas que buscam a visão comum, pois é assim que a arquitetura está servindo a humanidade. A arquitetura nos ajuda a prosperar na Terra, então devemos aplicá-la em outros lugares onde quer que a humanidade vá! Hoje, 566 pessoas de 41 países foram para o espaço. Desses, apenas 7 são turistas em órbita, enquanto 56 mil pessoas podem se dar ao luxo de fazê-lo. No entanto, é preciso mais do que riqueza para ir ao espaço e comprar uma passagem, é preciso que as pessoas realmente desejem ir para o espaço. ”
A maneira como tornamos acessível o espaço, conclui Prosina, é levar as pessoas a quererem ir ao espaço. Portanto, não apenas precisamos reduzir os custos associados e sermos criativos com nossos designs de interiores, como também precisamos de uma mudança de perspectiva. No entanto, é justo dizer que, neste momento, o turismo espacial, a comercialização do espaço e a idéia de o espaço ser a “nova fronteira” já são populares.
Uma coisa é clara, no entanto. A humanidade tem o potencial de construir um futuro muito brilhante que envolve viver no espaço. Os benefícios e oportunidades, devidamente realizados, são ilimitados e remontam à Terra.
Um entusiasta da SpaceX de olhos de águia viu uma lista de empregos para um Engenheiro de Operações Offshore em Brownsville, Texas. As responsabilidades do novo cargo incluem liderar “uma equipe de engenheiros e técnicos para projetar e construir uma instalação operacional de lançamento de foguetes offshore”.
SpaceX is hiring for Offshore Operations Engineers in Brownsville.
From the post: "Work as part of a team of engineers and technicians to design and build an operational offshore rocket launch facility"
— Gavin - SpaceXFleet.com (@SpaceXFleet) June 16, 2020
O CEO da SpaceX, Elon Musk, confirmou rapidamente que a listagem é legítima - e parte de um plano muito maior.
"A SpaceX está construindo carros espaciais flutuantes e super pesados para Marte, lua e viagens hipersônicas pela Terra", escreveu Musk em uma resposta no Twitter na terça-feira à tarde.
SpaceX is building floating, superheavy-class spaceports for Mars, moon & hypersonic travel around Earth https://t.co/zLJjz43hKw
Brownsville fica perto do local de testes da empresa em Boca Chica, Texas, onde está desenvolvendo protótipos de sua espaçonave Starship.
As primeiras animações da grande visão da SpaceX de sua espaçonave Starship - um veículo atualmente em sua fase de protótipo, projetada para um dia transportar 100 passageiros para a Lua e Marte - incluíam pontos de aterrissagem no exterior.
Em novembro de 2019, Musk twittou que "a maioria dos espaçonaves de espaçonaves provavelmente precisará estar a cerca de 32 quilômetros da costa para níveis aceitáveis de ruído, especialmente para vôos diários frequentes, como ocorreria em voos ponto a ponto na Terra", referindo-se à sua empresa espacial planeja usar o Starship como um transportador de longo curso espacial .
Para alcançar esses espaços espaciais flutuantes, Musk pretende cavar túneis sob a água - algo em que seu outro negócio, The Boring Company , já está trabalhando. De acordo com Musk, o sistema pode até incorporar o transporte hyperloop, outro de seus projetos paralelos .
“Encaminhe plataformas de petróleo com um hyperloop para transportar da terra ?!” perguntou o usuário do Twitter Russ Parrish. "Praticamente", respondeu Musk .
A SpaceX tem alguma familiaridade com plataformas de pouso, embora em uma escala substancialmente menor. A empresa tem usado navios-drone para permitir que os foguetes pousem na descida.
Pesquisadores do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou se uniram a colegas dos EUA e da Suíça e retornaram ao estado de um computador quântico uma fração de segundo no passado. Eles também calcularam a probabilidade de um elétron no espaço interestelar vazio voltar espontaneamente ao passado recente. O estudo está publicado na Scientific Reports .
"Este é um de uma série de artigos sobre a possibilidade de violar a segunda lei da termodinâmica . Essa lei está intimamente relacionada à noção da seta do tempo que apresenta a direção unidirecional do tempo do passado para o futuro". disse o autor principal do estudo, Gordey Lesovik, chefe do Laboratório de Física da Tecnologia da Informação Quântica do MIPT.
"Começamos descrevendo uma chamada máquina perpétua de movimento local do segundo tipo. Então, em dezembro, publicamos um artigo que discute a violação da segunda lei por meio de um dispositivo chamado demônio de Maxwell", disse Lesovik. "O artigo mais recente aborda o mesmo problema de um terceiro ângulo: criamos artificialmente um estado que evolui em uma direção oposta à da flecha termodinâmica do tempo".
O que diferencia o futuro do passado
A maioria das leis da física não faz distinção entre o futuro e o passado. Por exemplo, deixe uma equação descrever a colisão e o rebote de duas bolas de bilhar idênticas. Se um close desse evento for gravado com uma câmera e reproduzido ao contrário, ele ainda poderá ser representado pela mesma equação. Além disso, não é possível distinguir da gravação se tiver sido medicada. Ambas as versões parecem plausíveis. Parece que as bolas de bilhar desafiam a noção intuitiva do tempo.
No entanto, imagine gravar uma bola branca quebrando a pirâmide, as bolas de bilhar se espalhando em todas as direções. Nesse caso, é fácil distinguir o cenário da vida real da reprodução reversa. O que faz o último parecer tão absurdo é o nosso entendimento intuitivo da segunda lei da termodinâmica - um sistema isolado permanece estático ou evolui para um estado de caos ao invés de ordem.
A maioria das outras leis da física não impede que bolas rolantes de bilhar se acumulem em uma pirâmide, que chá infundido retorne ao saquinho de chá ou que um vulcão "entre em erupção" ao contrário. Mas esses fenômenos não são observados, porque exigiriam que um sistema isolado assuma um estado mais ordenado, sem nenhuma intervenção externa, o que contraria a segunda lei. A natureza dessa lei não foi explicada em detalhes, mas os pesquisadores fizeram grandes progressos no entendimento dos princípios básicos por trás dela.
Reversão espontânea de tempo
Os físicos quânticos do MIPT decidiram verificar se o tempo poderia se reverter espontaneamente pelo menos para uma partícula individual e por uma pequena fração de segundo. Ou seja, em vez de colidirem bolas de bilhar, eles examinaram um elétron solitário no espaço interestelar vazio.
"Suponha que o elétron esteja localizado quando começamos a observá-lo. Isso significa que temos quase certeza de sua posição no espaço. As leis da mecânica quântica nos impedem de conhecê-lo com precisão absoluta, mas podemos delinear uma pequena região onde o elétron está localizado ", diz o co-autor do estudo Andrey Lebedev, do MIPT e ETH Zurich.
O físico explica que a evolução do estado eletrônico é governada pela equação de Schrödinger. Embora não faça distinção entre o futuro e o passado, a região do espaço que contém o elétron se espalhará muito rapidamente. Ou seja, o sistema tende a se tornar mais caótico. A incerteza da posição do elétron está aumentando. Isso é análogo à crescente desordem em um sistema de grande escala - como uma mesa de bilhar - devido à segunda lei da termodinâmica.
Os quatro estágios do experimento real em um computador quântico refletem os estágios do experimento mental que envolvem um elétron no espaço e a analogia imaginária com as bolas de bilhar. Cada um dos três sistemas evolui inicialmente da ordem para o caos, mas, em seguida, um distúrbio externo perfeitamente sincronizado reverte esse processo.
Crédito: @ tsarcyanide / MIPT
"No entanto, a equação de Schrödinger é reversível", acrescenta Valerii Vinokur, co-autor do artigo, do Argonne National Laboratory, EUA. "Matematicamente, isso significa que, sob uma certa transformação chamada conjugação complexa, a equação descreverá um 'borrão'. localização de elétrons de volta em uma pequena região do espaço durante o mesmo período ". Embora esse fenômeno não seja observado na natureza, poderia teoricamente ocorrer devido a uma flutuação aleatória no fundo cósmico de microondas que permeia o universo.
A equipe decidiu calcular a probabilidade de observar um elétron "manchado" por uma fração de segundo localizando espontaneamente seu passado recente. Aconteceu que, mesmo durante toda a vida útil do universo - 13,7 bilhões de anos - observando 10 bilhões de elétrons recém-localizados a cada segundo, a evolução reversa do estado da partícula ocorreria apenas uma vez. E mesmo assim, o elétron não viajaria mais do que apenas um décimo de bilionésimo de segundo no passado.
Fenômenos em larga escala envolvendo bolas de bilhar e vulcões obviamente se desenvolvem em escalas de tempo muito maiores e apresentam um número impressionante de elétrons e outras partículas. Isso explica por que não observamos idosos ficando mais jovens ou um borrão de tinta se separando do papel.
Tempo de reversão sob demanda
Os pesquisadores tentaram reverter o tempo em um experimento de quatro estágios. Em vez de um elétron, eles observaram o estado de um computador quântico composto por dois e mais tarde três elementos básicos chamados qubits supercondutores.
Etapa 1: Ordem. Cada qubit é inicializado no estado fundamental, denotado como zero. Essa configuração altamente ordenada corresponde a um elétron localizado em uma pequena região ou a um bastão de bolas de bilhar antes do intervalo.
Etapa 2: Degradação. O pedido está perdido. Assim como o elétron é espalhado por uma região cada vez maior do espaço, ou o rack está quebrado na mesa de bilhar, o estado dos qubits se torna um padrão de mudança cada vez mais complexo de zeros e uns. Isso é alcançado lançando brevemente o programa de evolução no computador quântico. Na verdade, uma degradação semelhante ocorreria por si só devido às interações com o meio ambiente. No entanto, o programa controlado de evolução autônoma permitirá a última etapa do experimento.
Etapa 3: Reversão do tempo. Um programa especial modifica o estado do computador quântico de forma que ele evolua "para trás", do caos para a ordem. Esta operação é semelhante à flutuação aleatória do fundo de microondas no caso do elétron, mas desta vez é deliberadamente induzida. Uma analogia obviamente absurda para o exemplo do bilhar seria alguém dando um chute perfeitamente calculado na mesa.
Etapa 4: Regeneração. O programa de evolução do segundo estágio é lançado novamente. Desde que o "chute" tenha sido realizado com sucesso, o programa não resulta em mais caos, mas rebobina o estado dos qubits de volta ao passado, a maneira como um elétron manchado seria localizado ou as bolas de bilhar refaziam suas trajetórias ao contrário. reprodução, eventualmente formando um triângulo.
Os pesquisadores descobriram que em 85% dos casos, o computador quântico de dois bits retornou ao estado inicial. Quando três qubits foram envolvidos, mais erros ocorreram, resultando em uma taxa de sucesso de aproximadamente 50%. Segundo os autores, esses erros são causados por imperfeições no computador quântico real. À medida que dispositivos mais sofisticados são projetados, espera-se que a taxa de erros caia.
Curiosamente, o próprio algoritmo de reversão de tempo pode ser útil para tornar os computadores quânticos mais precisos. "Nosso algoritmo pode ser atualizado e usado para testar programas escritos para computadores quânticos e eliminar ruídos e erros", explicou Lebedev.
Mais informações: GB Lesovik et al. Seta do tempo e sua reversão no computador quântico IBM, Scientific Reports (2019). DOI: 10.1038 / s41598-019-40765-6
Crédito CC0: domínio público
