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Space Today TV Ep.78 – Ondas Gravitacionais e a Missão LISA Pathfinder

Space Today
3 dez 2015

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A sonda LISA Pathfinder, seria lançada no dia 2 de Dezembro de 2015, uma data que não foi escolhida ao acaso, pois nesse dia se comemoram os 100 anos de aniversário da Teoria Geral da Relatividade de Albert Einstein, a melhor teoria que nós temos para explicar o que é a gravidade, porém, devido a problemas técnicos, o lançamento foi adiado e deve acontecer no dia 3 de Dezembro de 2015.

A LISA Pathfinder, é uma missão pioneira, desenhada para testar a nova tecnologia que irá nos permitir usar a teoria de Einstein para estudar o universo com o maior detalhe possível. Se tudo correr bem, os astrônomos irão eventualmente se deparar com algo equivalente a um novo sentido, como adicionar o som à visão.

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Até agora, a maior parte do conhecimento que nós temos sobre o universo vem de ver a luz, ou o equivalente, como ondas de rádio ou radiação ultravioleta. Para “escutar” o universo significa que temos que detectar as minúsculas ondas existentes no espaço.

Chamadas de ondas gravitacionais, elas foram previstas por Albert Einstein e representam o que acontece quando objetos celestes mudam suas velocidades ou direção ao viajarem pelo espaço. Elas permitirão estudos sem precedentes sobre as explosões de estrelas e a colisão de buracos negros.

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Uma onda gravitacional de passagem causará uma distorção no espaço, mas o tamanho dessa distorção é muito menor do que a largura de um átomo. Para medir isso é preciso de algo especial.

“A sonda LISA Pathfinder, é o mais perfeito laboratório de física fundamental já colocado no espaço”, disse Paul McNamara, o cientista de projeto da missão. Aprovada pelo Science Programme Committee em 2000, ela é a última de uma linha de experimentos gravitacionais que datam do final do século 18. Cada uma delas tem levado a tecnologia ao limite.

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Em 1797, Henry Cavendish, construiu um galpão de madeira em Clapham Common. Dentro dele, ele colocou uma placa. E dentro, ele colocou um conjunto preciso de balanças, conhecido como balança de torsão. O galpão duplo parava as correntes de ar, que poderiam perturbar o aparato e arruinar o experimento.

Espiando por pequenos buracos na madeira, Cavendish mediu o pequeno movimento de esferas suspensas de chumbo na balança. O movimento foi causada pela sutil força de gravidade entre as esferas e ele usou isso para calcular a densidade da Terra. Eventualmente, essa medida foi também mostrada para demonstrar a força de gravidade através do universo.

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A LISA Pathfinder, é o equivalente moderno do experimento de Cavendish. A sonda abriga dois cubos de metal, conhecido como massas de testes, de todas as forças externas. Os cubos de metal são feitos de ouro e platino. Eles pesam 1.96 kg e estão situados a 40 centímetros de distância. Eles estarão presos para o lançamento, mas uma vez em órbita, eles serão lançados para flutuar livremente em duas cavidades.

Usando um sistema de lasers construídos na Universidade de Glasgow, a sonda observará os movimentos entre elas em uma escala de um trilionésimo de metro. Essas leituras serão usadas para manobrar a sonda por bilionésimos de metro, garantindo que os cubos flutuantes não se choquem com as paredes das cavidades.

“A principal característica da LISA Pathfinder é a precisão com a qual ela poderá sentir e controlar seu movimento”, disse Ralph Cordy, da Airbus Defence and Space em Stevenage, que construiu a sonda.

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Para atingir essa precisão sem precedentes, os engenheiros da Airbus mantiveram meticulosos registros de cada componente, para manter a sonda equilibrada. Se a sonda se mover milímetros da sua posição já causa um desequilíbrio suficiente para arruinar o experimento. Se os engenheiros fizeram seu trabalho corretamente a LISA Pathfinder gerará uma força gravitacional interna de apenas um décimo de bilionésimo da força de gravidade da Terra. Mas somente com a LISA Pathfinder no espaço, onde as massas de teste podem flutuar livremente, pode-se testar com sucesso o feito da engenharia.

A sonda LISA Pathfinder não irá detectar as ondas gravitacionais, mas se tudo correr bem ela irá deixar o caminho pronto para a missão LISA que aí sim terá a função de detectá-las. Essa missão foi orginalmente desenvolvida numa parceria entre a NASA e a ESA e consiste de 3 sondas idênticas separadas por 5 milhões de quilômetros se comunicando via feixe de laser.

A NASA abandonou o projeto depois de cortes de verbas. Em 2011, a ESA anunciou que iria continuar no projeto com o lançamento previsto para 2034.

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Outras missões já estão sendo construídas usando a tecnologia desenvolvida para a LISA Pathfinder. A missão US-German Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-on, ou GRACE-FO irá medir continuamente a mudança na gravidade da Terra, rastreando o movimento da água ao redor do nosso planeta. Isso irá ajudar a entender as mudanças climáticas.

A LISA Pathfinder também deixará o caminho pronto para testes ultra-precisos da gravidade. Por mais que seja completa, a relatividade de Einstein, não pode explicar, por exemplo, o que acontece no centro de um buraco negro. Esse é um ponto fraco da teoria e claramente mostra que uma melhor, algo como uma gravidade quântica, está esperando para ser desenvolvida e descoberta.

As teorias da gravidade quântica, todas elas, preveem minúsculas variações das previsões feitas pela relatividade. Assim, os físicos, são famintos por aumentar a precisão dos equipamentos para tentar observar essas variações. Isso pode ser um desenvolvimento proporcionado pela missão LISA Pathfinder.

Giuseppe Racca, o gerente de projeto da missão para a ESA, disse que a missão é algo que ele ama desde sempre e ela é diferente e inovadora em todos os sentidos que se possa pesquisar e procurar. Todos os dias, desde a sua concepção nós descobrimos coisas novas, e é muito bom ver que tudo que fizemos está na ponta de um foguete esperando para entrar em operação.

Com certeza, Albert Einstein estaria igualmente satisfeito e animado com tudo isso.

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Fonte:

http://www.theguardian.com/science/2015/dec/01/lisa-pathfinder-set-to-launch-paving-way-for-discovery-of-gravitys-secrets

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