Como funcionam as auroras boreal e austral?

Quando chove e faz sol ao mesmo tempo costuma surgir um belo arco-íris para colorir o céu. Mas existe outro fenômeno, mais intenso, que enche o céu de cor e impressiona os olhos de quem vê, as auroras boreal e austral. Vou contar para você como é que isso funciona...
Todas duas acontecem por causa dos ventos solares, um fenômeno que, como o nome indica, se inicia no Sol. São explosões fortes, que jogam pra fora da atmosfera partículas com carga elétrica.
Essas partículas viajam em todas as direções, inclusive em direção à Terra, com velocidade acima de um milhão de quilômetros por hora! Aí, quando passam pela camada mais externa da nossa atmosfera, a ionosfera, elas se chocam com átomos de oxigênio e nitrogênio presentes ali. Está acompanhando? Então, vamos seguir!
Você já deve ter ouvido falar que a Terra funciona como um imã gigante. Pois, é verdade. Seus polos - isto é, o extremo norte e o extremo sul do nosso planeta - atarem essas partículas dos ventos solares que, como vimos, se chocam com os átomos da nossa atmosfera, liberando energia na forma de luz verde e vermelha. A tonalidade verde é gerada pela colisão das partículas que vieram do Sol com as moléculas de oxigênio, já a vermelha é produzida pela colisão como os átomos de nitrogênio.
Agora fica mais fácil entender, que, ao contrário do arco-íris - um fenômeno que pode ocorrer em qualquer parte da Terra -, as auroras não acontecem em qualquer lugar. Elas ocorrem somente nos polos do nosso planeta e em regiões próximas a eles, por conta da história da atração que vimos no parágrafo anterior.
Dependendo do polo onde se forma, autora recebe um nome diferente. No Groenlândia, no norte do Canadá e no Alasca, é chamada boreal. Já na Antártica, sul da Austrália e Nova Zelândia, é conhecida como aurora austral
Eu adoraria presenciar uma aurora dessas, você não? (Jorge Molina, Faculdade de Engenharia, Universidade Nacional de Assunção, Paraguai).

CHC, setembro de 2012.

Você sabia que existe lixo no espaço?

Pedaços de foguetes, ferramentas, satélites em desuso e até -  sinto muito, mas é preciso dizer - cocô e xixi congelados de astronauta giram em torno da terça. Sim, isso é o que se chama de lixo espacial!
A maior parte desse lixo, vale ressaltar, é resultante da explosão acidental de satélites, que os faz em pedacinhos. Para você ter uma ideia, mais de 120 eventos desse tipo já foram detectados pela NASA - a Agência Espacial Americana - e acredita-se que esse número pode ser bem maior.
Alguns satélites também são deliberadamente destruídos. Como foi, por exemplo, o caso do teste de um míssil chinês realizado em 2007. Ele foi lançado com o objetivo de atingir um satélite que estava em desuso. Todo o material resultante da destruição - pedaços do satélites e do míssil - continua na órbita da Terra. Podem ocorrer, também, colisões entre o material abandonado no espaço, gerando ainda fragmentos.
É importante destacar que a maior parte do lixo espacial orbita a menos de dois mil quilômetros de distância da superfície da Terra, tornando-se um risco para os novos lançamentos que são realizados, dado que quase todas as missões tripuladas ficam abaixo dessa altitude. Já existem até alguns casos de colisão desses objetos com naves tripuladas, ainda bem poucos, mas que já foram registrados. Um perigo a mais para os astronautas.
Para minimizar o problema, já se imagina produzir uma lixeira espacial com o objetivo de recolher esse material abandonado. Ela seria composta por satélites com capacidade de coletar o lixo abandonado no espaço. Já há uma lixeira desse tipo em funcionamento na Estação Espacial Internacional, é a nave automática russa Progress, responsável por levar periodicamente suprimentos para a estação e, no retorno para a Terra, trazer o lixo produzido por lá.
Como se não fosse o suficiente poluir a superfície do nosso planeta, estamos também poluindo o espaço! As novas gerações terão um trabalho e tanto (Marcelo de Oliveira Souza, laboratório de Ciências Físicas, Universidade Estadual do Norte Fluminense).

Números do lixo espacial: Desde o Sputnik - o primeiro satélite artificial da Terra, lançado em 1957 - até o início de setembro de 2007, foram realizados cerca de 4.500 lançamentos orbitais. A NASA estima que haja atualmente, girando ao redor da Terra, cerca de 11 mil objetos com diâmetro superior a 10 centímetros e mais de 100 mil objetos com diâmetro entre um e 10 centímetros, além de mais de 10 milhões com tamanho menor do que um centímetro. Haja lixeira!

Ciência Hoje das Crianças, jan/fev de 2008.

Todas as camadas da Terra giram com a mesma velocidade?

Não. A parte que fica no centro é mais rápida. Com a rotação do planeta, as camadas giram todas juntas, menos o núcleo interno. Por estar boiando no núcleo externo, que é líquido, ele dá uma aceleradinha. Os cientistas já sabiam que o eixo de rotação do núcleo não coincide exatamente com o da Terra. há um desvio de mais ou menos 10 graus. No final do ano passado, dois pesquisadores americanos da Universidade de Colúmbia, em Nova York, percebam que, além da inclinação, o eixo do núcleo também se desloca 1,1 grau por ano, girando em torno do eixo da Terra. Se o núcleo interno girasse juntinho com o restante do planeta, um eixo não mudaria de posição com relação ao outro. "isso era previsto por simulações de computador", diz o geofísico Ronald Cohen, do Instituto Carnegie de Washington, nos Estados Unidos. "Mas a comprovação do fato surpreendeu muita gente."

Super, Setembro de 1997.

Como funciona a transmissão de luz por fibras ópticas?

A fibra óptica é um meio de propagação da luz composto de um núcleo (por onde passa a luz) e de uma casca (camada que reveste o núcleo), concêntricos entre si, com índices de refração distintos, mas bem próximos. A fibra óptica (núcleo e casca) ainda é protegida por uma capa (revestimento primário). A depender da aplicação, o diâmetro do núcleo pode chegar a ordem de grandeza de um micrômetro (10^-6 m), algo menor que o diâmetro de um fio de cabelo.

A produção das fibras ópticas de sílica parte da elaboração de uma matriz/preforma de sílica (SiO₂) pura, dopada no interior – através de um processo de deposição - com um material que altera o índice de refração da sílica e sua perda óptica. Entre os elementos dopantes estão: GeO₂, P₂O₅, B₂O₃, F, TiO₂, Al₂O₃ etc.

A preforma é então aquecida e estirada, num maquinário chamado de torre de estiramento, até o diâmetro final especificado, transformando-se em fibra óptica de sílica (núcleo de sílica dopada e casca de sílica pura), mantendo suas características de índice de refração, de modo a permitir a propagação da luz na fibra (que geralmente opera em janelas da região espectral do infravermelho) e a diminuir a atenuação - perda de energia óptica por unidade de comprimento, em dB/Km, devida ao espalhamento, absorção e à dispersão da luz incidente na fibra óptica e à curvatura da fibra.

Ainda durante a fase de estiramento, a fibra é protegida com o revestimento primário e daí então passa para a fase de formação do cabo de fibras ópticas revestidas.

Na transmissão de luz por fibra óptica o sinal/pulso de luz propaga-se no interior do núcleo da fibra por reflexões totais sucessivas. A reflexão total da luz acontece quando ela passa de um meio mais denso para um meio menos denso, com um ângulo de incidência maior que o chamado ângulo crítico ou limite (ângulo de incidência que corresponde a um ângulo de refração igual a 90^o).

Para ângulos de incidência maiores que o ângulo limite da fibra óptica, o raio de luz incidente na interface núcleo-casca, do meio mais refringente (núcleo) para o meio menos refringente (casca), é refletido para o interior do núcleo da fibra.

Fábio Pena - IFBA

Quando e por que se formou a camada de ozônio?

A atmosfera que envolvia a Terra há 4,6 bilhões de anos era provavelmente constituída de hidrogênio e hélio, os dois gases mais abundantes do universo, e de compostos de hidrogênio, como o metano e amônia. Acredita-se que essa atmosfera primitiva tenha escapado para o espaço exterior devido ao calor da superfície da jovem Terra e da leveza desses gases. Uma segunda atmosfera ter-se-ia formado a partir de gases e vapor d´água que emanavam das rochas fundidas (magma) no interior da Terra através de vulcões e fumarolas da litosfera.
A concentração de oxigênio, o segundo gás mais abundante no planeta, provavelmente começou a ocorrer de modo lento, graças ao processo de fotodissociação, isto é, à quebra da molécula de água por fótons que compõem a radiação solar. O hidrogênio, por ser muito leve, escapou para o espaço exterior, enquanto o oxigênio se manteve na atmosfera. A vegetação marinha, através da fotossíntese, pode ter contribuído para elevar mais rapidamente a concentração desse gás. Formado o oxigênio, a camada de ozônio passou a se estabelecer pelo mesmo processo, também chamado fotólise. Uma molécula de O2, constituída de dois átomos de oxigênio, é quebrada pela radiação ultravioleta (UV) do Sol. Os átomos liberados se recombinam formando ozônio (O3).
Essa reação fotoquímica só ocorre na estratosfera, entre 20 e 50 Km de altura, pois é a região onde há fluxo intenso de UV. Por absorver UV na produção de O3, a estratosfera se aquece, fica mais leve que os níveis mais altos da troposfera, a camada mais próxima da superfície, e o transporte gasoso torna-se muito reduzido entre as duas camadas. Dessa forma, o O3 se acumula na alta estratosfera, formando uma camada.
A radiação UV, por conter muita energia, inviabilizaria a vida na Terra. Mas, como a formação de ozônio consome radiação UV, a camada desse gás, tão logo se formou, permitiu que a vida passasse dos oceanos para os continentes. A camada de ozônio filtra, assim, boa parte dos raios ultravioleta, tornando possível a existência de vida terrestre.
Essa camada apresenta grande variabilidade, tanto no espaço como no tempo, sendo mais fina nas regiões equatoriais e mais espessa nos pólos. Pessoas de pele branca, com baixo teor de melanina, correm o risco de contrair câncer de pele (melanoma) ao se exporem ao Sol tropical, já que a camada de O3 absorve poucos raios ultravioleta por ser mais fina sobre essa região (Luiz Carlos Baldicero Molion, Departamento de Meteorologia, Universidade Federal de Alagoas).

Ciência Hoje, setembro de 1991.

Por que um recipiente de aerossol, ao ser agitado, fica gelado?

Dentro do recipiente existem dois componentes: o líquido a ser expelido e um gás propelente sob pressão, geralmente o butano, responsável pelo lançamento do líquido para fora ao se abrir a válvula que fica na parte externa. " Quando o recipiente está em repouso, o líquido, que ocupa no máximo dois terços do espaço, está separado do gás. Ao ser agitado, dois fenômenos ocorrem simultaneamente. De um lado, parte do gás se dissolve no líquido, liberando uma pequena quantidade de calor, o que provoca aquecimento. O aumento no volume do líquido provocado pela dissolução é desprezível. De outro lado, o gás que se misturou terá de ocupar um espaço maior, expandindo-se. Esse fenômeno provoca mudanças na força de interação molecular, absorvendo calor e resfriando o sistema. Como o calor absorvido é maior que o liberado, ocorre o resfriamento das paredes do recipiente", explica o químico Atilio Vanin, da Universidade de São Paulo.

Super, julho de 1991.

Quando uma roda está girando, um ponto mais próximo do centro gira mais rápido que outro localizado perto da sua extremidade?

Nos movimentos circulares existem dois tipos de velocidade: a angular, que mede em radianos o ângulo que um ponto descreve por unidade de tempo, e a linear, que leva em conta a distância total percorrida por ele. " Na situação descrita, os dois pontos terão a mesma velocidade angular, ou seja, percorrerão um ângulo com a mesma medida durante um determinado tempo", explica o físico André B. Henriques, da Universidade de São Paulo. As velocidades lineares, entretanto, serão diferentes. O ponto localizado mais perto do centro da roda percorre, num mesmo espaço de tempo, uma distância menor que outro, próximo da extremidade, e consequentemente sua velocidade será menor.

Super, Julho de 1991.