Como nasce uma estrela? Como ela se desenvolve e morre?

A existência de uma estrela, que vive de 100 milhões a 1 trilhão de anos, passa por três fases: nascimento, meia-idade e maturidade. O cosmos é democrático: "Todas elas nascem da mesma forma, pela união de gases", diz o astrônomo  Roberto Boczko, da Universidade de São Paulo.  As partículas de gás soltas no Universo, em geral hidrogênio, se concentram devido as forças gravitacionais que puxam umas contra as outras. Formam uma nuvem de gás que, se tiver uma massa ao redor de 2 x 10²⁹ quilos (2 seguido de 29 zeros), um décimo da matéria do Sol, se transforma em estrela - um corpo celeste que emite luz. Estrelas pequenas, menores que o Sol, vivem mais tempo.
A estrela brilha porque a contração provocada pela força gravitacional faz com que as partículas de gás se comprimam. As do centro da nuvem ficam tão espremidas que o núcleos de seus átomos se fundem. A fusão é uma reação atômica que transforma hidrogênio em hélio, gerando grande quantidade de calor e de luz. Um exemplo de estrelas jovens são as Plêiades, que ficam na Via Láctea e cujas fusões começaram há poucos milhões de anos. Durante a fase de meia-idade, que dura 90% da sua existência, a estrela fica em equilíbrio. Seu tamanho e brilho variam pouco. Como as fusões diminuem, porque parte do hidrogênio converteu-se em hélio, a temperatura diminui e o astro se contrai ligeiramente. O Sol, com 4,5 bilhões de anos, se encontra na meia-idade e está em pequena contração.
Quando a maior parte do hidrogênio se esgota, a estrela entra na maturidade, um período de drásticas transformações. Nessa fase, praticamente todo o hidrogênio do núcleo já se converteu em hélio e quase não há o que "queimar" no seu miolo. Diminui a fusão e começa um período de forte contração. A estrela volta a se aquecer de forma violenta. A quantidade de calor e luz gerada então é muito grande e, com isso, o movimento se inverte: o astro, que vinha se contraindo, passa a se expandir, rapidamente. Seu raio chega a aumentar cinquenta vezes. O caminho produzido no miolo é grande mas, devido à amplitude da estrela, ele se dilui. Por isso a temperatura cai. O astro adquire outra coloração: vira uma gigante vermelha. Um exemplo de gigante vermelha é a estrela Antares, na constelação de escorpião. Assim ficará o Sol daqui a 4,5 bilhões de anos - muito maior do que é hoje, a ponto de engolir todo o sistema solar.
Na maturidade, a falta de hidrogênio - o "combustível" da estrela - torna-se crítica e, apesar da rápida expansão, a fusão diminui continuamente. O astro caminha para a morte. Seu fim depende da sua massa: se for até duas vezes a do Sol, a contração transformará a estrela em anão branca, um pequeno astro moribundo, cem vezes menor que seu tamanho original, cuja gravidade não segura os gases da periferia, que se espalham. Mas se a massa for de duas a três vezes a do Sol, a contratação final será tão violenta que as partículas de gás se transformarão em nêutrons. Quando as estrelas têm massa maior do que três vezes a do Sol, a contração final é mais violenta ainda e o núcleo adensa-se a ponto de formar um buraco negro; a densidade é tão alta que ele não deixa nem a luz escapar. Simultaneamente, os gases da camada mais periférica dessa estrela se transformam em uma supernova - massa de gás que brilha por pouco tempo e desaparece.

SUPER, Setembro de 1995.

Por que os turistas costumam levar choques em lugares de clima muito seco ao tocar em certos objetos? Quem já vive nesses lugares também leva choque ou se acostuma de alguma forma?

O fenômeno é causado principalmente pela eletrização dos materiais por atrito. O corpo humano é eletrizado pela fricção com roupas, tapetes, sofás etc. já um carro, em outro exemplo, é eletrizado pelo atrito com a poeira e outras partículas do ar. Quando um material eletrizado se aproxima de outro ocorre uma rápida transferência de elétrons, já que as cargas tendem a se equilibrar. Se um desses objetos for a mão de uma pessoa, essa corrente, a partir de determinada voltagem, é percebida como um rápido choque. Um choque desses pode alcançar centenas de volts, mas não causa danos à saúde por ter curta duração e baixa intensidade.

Uma das condições para que o fenômeno aconteça é exatamente o clima seco. Nos dias úmidos, as gotículas de água - um condutor relativamente bom - suspensas no ar descarregam lentamente a carga elétrica acumulada nos materiais, inclusive no corpo (o corpo, com muita água em sua composição, só fica carregado se o calçado for excelente isolante). No tempo seco, porém a carga elétrica fica retida e, sem ter para onde ir, é descarregada quando há contato ou proximidade com um objeto condutor, como o corpo humano. A intensidade do choque depende de vários fatores, entre eles os materiais de que são feitas as roupas e calçados. Algumas roupas de materiais sintéticos e alguns tipos de lã ganham ou perdem cargas elétricas com maior facilidade.

Esses choques atingem tanto turistas quanto nativos. O que pode acontecer é que, em razão da grande frequência, os habitantes de certas regiões mais secas adotem, mesmo inconscientemente, hábitos que reduzem a eletrização, como usar certos tipos de tecidos e calçados. Além disso, os nativos podem simplesmente não relatar o fenômeno, em geral de baixa intensidade, ou já estar habituados a ele, por fazer parte do seu dia a dia. No entanto, para confirmar essas hipóteses, seriam necessários estudos específicos (André Massafferri, Coordenação de Física de Partículas Experimental de Altas Energias, Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas - CBPF).

Ciência Hoje, Janeiro/Fevereiro de 2014.

Seria possível construir um mecanismo como o dos relógios de corda em grandes proporções para geração de energia elétrica?

A corda (mola) do relógio, assim como a daqueles antigos brinquedos, armazena energia mecânica (energia potencial elástica) para suprir o gasto de energia mecânica necessário para fazer o relógio funcionar. Mas não é nada simples acumular grandes quantidades de energia dessa forma.
Um relógio é um mecanismo sofisticado que dissipa pouca energia e, por isso, é possível manter o aparelho por períodos de tempo -  horas ou mesmo dias - com pouca energia armazenada na corda. Porém é interessante observar que um brinquedo de corda, por sua vez, funciona por apenas alguns segundos ou até, no máximo, minutos, quando então toda a energia armazenada na corda se dissipa. Quem já 'deu corda' em brinquedos grandes percebe que isso exige um trabalho muscular muito maior do que fazer o mesmo com um relógio.
Assim, seria preciso um sistema com grandes dimensões para armazenar energia em quantidade comparável, por exemplo, armazenada em reservatórios convencionais, como pilhas ou baterias - agora imagine o tamanho necessário para suprir a enorme demanda energética de uma cidade, uma indústria ou mesmo uma residência. Um sistema como esse seria bastante inconveniente.
Mais do que isso: mesmo que fosse possível construir um mecanismo de corda capaz de estocar grandes quantidades de energia, seria também necessária uma fonte energética para 'dar corda'. Nesse caso, seria muito mais eficiente se tal fonte fosse usada diretamente para acionar os geradores de energia elétrica.
Finalmente, vale destacar que o reservatório de água de uma usina hidrelétrica é análogo ao 'mecanismo de corda' que guarda energia, embora não na forma de energia potencial elástica, mas na de energia potencial gravitacional, graças ao fato de a água se encontrar elevada em relação aos geradores. (Fernando Lang da Silveira, Instituto de Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul).

Ciência Hoje, Janeiro/Fevereiro de 2015.

Como funciona o farol de neblina dos carros?

Primeiro, é preciso desfazer o mito de que o farol da neblina funciona por causa da luz amarela. Nem todos os faróis de neblina emitem luz amarela e, atualmente, existem poucos deles com essa cor. O efeito que se tem não é por causa do comprimento de onda da luz amarela -  que supostamente seria menos espalhada pelas partículas da neblina. O farol da neblina ilumina a estrada melhor do que o farol usual por questões de geometria, tanto na colocação no para-choque quanto na confecção da lâmpada.
A neblina geralmente inicia aproximadamente 50 cm acima da superfície da estrada.Os faróis de neblina são confeccionados e montados de modo a que seus feixes luminosos fiquem restritos a essa faixa livre de partículas suspensas no ar. Eles são projetados para que o feixe emitido seja achatado na vertical e alargado na horizontal. Esse alargamento é para cobrir boa parte da estrada.
Para que a luz não ultrapasse os 50 cm livres de partículas da neblina, os faróis são instalados na parte de baixo do para-choque. Então, enquanto a luz emitida pelos faróis normais é espalhada pela neblina, formando um paredão de luz difusa, a luz dos faróis de neblina se propaga normalmente ao longo de vários metros, de modo que o condutor tenha boa visibilidade, e os motoristas em sentido contrário tenham maior precisão na localização do automóvel. É simples assim! (Carlos Alberto dos Santos, Instituto Mercosul de Estudos Avançados, Universidade Federal da Integração Latino-Americana).

Ciência Hoje, Janeiro/Fevereiro de 2015.

Você sabia que existe um tipo de poluição que ofusca o brilho das estrelas?

Quantas estrelas você consegue ver da janela da sua casa? Uma? Dez? Trinta e cinco? Algumas? Se você é capaz de contá-las, está acontecendo um fenômeno na sua cidade chamado poluição luminosa. Sem esta poluição, pode acreditar, você veria tantas, mas tantas estrelas, que não daria conta de enumerar.
A poluição luminosa acontece quando a luz artificial é utilizada durante a noite de maneira errada, sem um foco específico. As lâmpadas da sua casa, dos postes de luz das ruas, dos prédios públicos, dos monumentos, dos faróis de carros estão na lista das iluminações que podem poluir o céu.
Para entender melhor como acontece essa poluição, repare que nas ruas por onde você costuma passar deve haver vários postes de iluminação. Eles servem para clarear a cidade, para que ninguém saia tropeçando por aí. Mas, além de iluminar o chão, essas lâmpadas também mandam a luz para o céu, ofuscando o brilho das estrelas.
Isso acontece porque a luz dos postes (e, também, a dos luminosos que servem a estabelecimentos comerciais), ao se encontrar com pequenas gotas de água ou poeira que circulam no céu, é desviada para várias direções. Esse fenômeno pode formar grandes nuvens alaranjadas acima do horizonte, principalmente, nas cidades onde os postes têm lâmpadas feitas a partir de componentes químicos, como o vapor de sódio.
Os astrônomos, cientistas que estudam tudo que está fora da Terra, têm seu trabalho prejudicado pela ação da poluição luminosa, pois ela atrapalha a observação. Essa é uma das razões pelas quais eles instalam gigantescos telescópios longe das cidades.
Será que você pode contribuir para a diminuição da poluição luminosa e assim apreciar melhor as belezas do céu? Claro que sim! Que tal reunir seus amigos e professores e iniciar um movimento para alertar as autoridades locais da importância de termos um céu limpo? Como primeira providência, eles podem fazer os postes iluminarem apenas o chão. Isso reduzirá até o consumo de energia - o que é bom para o meio ambiente e para o bolso.
Livre de tanta luz, o céu parecerá ter muito mais estrelas. E, de quebra, você e os demais observadores da sua região poderão também presenciar outros espetáculos celestes escondidos pela poluição luminosa, como a observação da Via Láctea - a nossa galáxia -  e algumas quedas de meteoros (Juliana Romanzini e Vanessa Queiroz, Departamento de Física, Universidade Estadual de Londrina.).

CHC, dezembro de 2009.

Qual a diferença de um submarino nuclear e um convencional?

O que muda é o combustível. "Quando se fala em submarino nuclear, as pessoas pensam que eles carregam armamento nuclear", diz o engenheiro naval Miguel A. Bueita Martinez, da Universidade de São Paulo. "Mas a propulsão é que é nuclear". A hélice que movimenta os dois tipos de submarinos é movida por um motor elétrico alimentado por baterias. No caso da embarcação convencional, a bateria é alimentada por um gerador a diesel. Seu problema é que o motor funciona por meio de combustão e para que isso aconteça é preciso ar.

Nas profundezas, não existe ar e o oxigênio que está no interior do submarino é disputado pelo motor e pelos tripulantes. A nave tem, então, que subir à superfície para se reabastecer de ar, o que é perigoso, porque a embarcação pode ser localizada. No caso dos submarinos nucleares, o motor a diesel é substituído por um reator que gera energia por meio da fissão (ruptura) de átomos de elementos químicos (principalmente urânio). A energia produzida é armazenada nas baterias que alimentam o motor elétrico.

SUPER, setembro de 1995.

O que aconteceria com a Terra se a Lua, um dia, sumisse no espaço ou fosse destruída?

Na hipótese de a Lua ser destruída, à parte os prejuízos dos poetas e dos namorados, o planeta Terra sofreria diversas alterações. Algumas delas seriam fáceis de ser percebidas, outras não. As marés altas, por exemplo, perderiam cerca de 70% da intensidade atual. A periodicidade principal das marés passaria das 12h 25min para cerca de 12h. Essa variação afetaria determinadas formas de vida que se desenvolvem associadas às marés.
Em outra escala, que não afetaria as pessoas de forma muito sensível, haveria modificações nos movimentos de rotação e de translação da Terra, já que certas pertubações gravitacionais atribuídas à Lua deixariam de existir.
O único satélite natural do planeta também provoca, na Terra, as chamadas mares terrestres. Elas fazem com que as imensas placas da crosta terrestre subam e desçam, boiando sobre o magma - matéria pastosa do interior da Terra. Esse fenômeno é semelhante ao que ocorre com os navios que boiam sobre as águas dos mares, subindo e descendo ao sabor das variações das marés. Esses movimentos de deformação da matéria provocam atritos que ajudam a manter aquecido o interior do planeta. Se a Lua sumisse no espaço, essas deformações diminuiriam bastante, acelerando o processo de resfriamento do interior da Terra (Fonte: Roberto Boczko, astrônomo do Instituto Astronômico e Geofísico da USP).

Galileu, Fevereiro de 1999.