Tradução: “S03E23: The Lunar Excitation (A Excitação Lunar)”

A Lua está sendo puxada em direção à Terra. Ambas estão sendo puxadas em direção ao Sol.

Mas não é necessário correr e se esconder. É isso o que as órbitas são. Há um equívoco comum entre os estudantes acerca do porquê os astronautas flutuam ao redor da Estação Espacial. Às vezes acham que é porque os astronautas estão fora do alcance da gravidade da Terra. Ou isso, ou então porque eles bebem Tang.

Um desenho em escala mostra que os astronautas da Estação Espacial não estão suficientemente distantes da Terra para que a atração gravitacional seja ignorada.

Nenhum dos dois é verdade. Os astronautas em órbita, as Estações Espaciais e os satélites são puxados pela gravidade em direção ao centro da Terra da mesma maneira que nós. Na altitude da Estação Espacial, cerca de 300 quilômetros acima da superfície da Terra, os astronautas vivenciam uma atração pela gravidade que ainda possui 90% da força que possui aqui embaixo. Os astronautas que você vê flutuando por aí ainda têm grande parte dos seus pesos.

Os astronautas estão caindo, mas o chão da estação, também. É o mesmo que acontece quando você vai a algum brinquedo de queda livre no parque de diversões e sente aquela leveza, não por não ter peso algum, e sim porque o chão está caindo sob seus pés à mesma velocidade que você está caindo. Você continua pesando o mesmo. Na Terra, essa brincadeira só dura alguns segundos. Os astronautas e a Estação Espacial caem por anos e anos. Os astronautas ainda possuem 90% de seu peso, mas não é possível medi-lo colocando uma balança no chão, já que o chão está caindo. E os astronautas também não bebem mais Tang.

A razão de os astronautas não atingirem o solo é que eles se movem muito rápido, a mais de 27.000 quilômetros por hora, em um ângulo reto em relação ao solo. Na ausência de quaisquer outras forças, eles se moveriam em uma linha reta eternamente, desaparecendo do nosso sistema solar. A atração da Terra muda sua direção, não o bastante para atraí-los ao solo, mas o suficiente para manter os astronautas e a estação numa órbita circular que faz com que eles deem uma volta em torno da Terra a cada 90 minutos. (Os físicos detalhistas provavelmente comentariam que a órbita não é perfeitamente circular, então no espírito da total cobertura: as órbitas podem ser elípticas, ao invés de circulares.) É como se você girasse um gato acima de sua cabeça, pegando-o pelo rabo. O gato é puxado para dentro, mas ele se mantém à mesma distância de você, movendo-se perpendicularmente à direção na qual você o puxa. Quando a velocidade e a distância se acertam, os astronautas e a estação permanecem eternamente à mesma altitude aicma da Terra.

É o mesmo caso da Terra, orbitando o Sol. É por isso que ainda não caímos no Sol, apesar de a Terra sentir uma grande força gravitacional em direção a ele. A Lua orbita o Sol também. Se não orbitasse, nós já a teríamos perdido.

Então a Terra e a Lua estão caindo em direção ao Sol. Assim como Galileu deixou cair um objeto de 0,5 kg e outro de 5 kg da Torre de Pisa, podemos perguntar “Será que eles caem à mesma velocidade?”. E é aí que entra o experimento de “alcance lunar” (“lunar ranging”), conduzido pelos rapazes. Eles podem refletir um laser com os espelhos deixados pelos astronautas da Apollo na Lua. Os espelhos são os cantos de um cubo, e qualquer luz que bate neles é refletida pelos três espelhos nos ângulos exatos para que retorne à direção da qual veio.

Os retrorefletores deixados na Lua pelos astronautas da Apollo 11 refletem lasers de volta para a direção da qual vieram.

A luz demora cerca de 2,5 segundos para viajar à Lua e voltar. Medindo exatamente o tempo levado, em detalhes de centenas de bilionésimos de segundo, esses experimentos de alcance lunar com laser foram capazes de medir a distância da Lua ao nível de detalhe de milímetros. Agora os astrofísicos podem verificar que a Lua está se comportando exatamente da maneira que deveria.

O princípio central da teoria da relatividade geral de Einstein é o “princípio da equivalência”, que diz que os objetos devem cair à mesma velocidade, independentemente de suas massas ou composições químicas. Isso nos fornece uma previsão capaz de ser testada. A Lua e a Terra são significativamente diferentes, tanto em composição quanto em tamanho. Mesmo assim, os experimentos de alcance lunar mostram que a Lua e a Terra caem juntas em direção ao Sol. Na verdade, esta é apenas a versão “fraca” do princípio da equivalência. Há mais elementos pertinentes à massa do que a mera composição dos objetos. Uma vez que as quantidades de energia necessárias para agregar a Terra e a Lua são tão diferentes, de acordo com a famosa m = E/c2 de Einstein, elas têm quantidades diferentes dessa fonte de massa também. E ainda assim, os experimentos dizem que nós caímos à mesma velocidade que a Lua. O melhor teste a este “princípio da equivalência forte” se dá durante este experimento do alcance lunar.

Os experimentos de alcance lunar são os melhores testes a vários outros aspectos da teorida da relatividade de Einstein. Além disso, o monitoramento constante da Lua descobriu que ela tem um núcleo líquido. O experimento de alcance lunar é um dos mais antigos na física. Em seus 35 anos de história, ele não apenas revelou que não há perigo de a Lua atingir a Terra, mas disse também que, na verdade, ela se distancia cerca de 3,8 centímetros por ano, por causa da energia perdida na criação das marés altas e baixas para os surfistas. Daqui a 500 milhões de anos, a Lua estará tão longe, que nunca mais haverá um eclipse total do Sol. Então trate de sair e desfrutar de um enquanto ainda pode.

Laser realizando experimento de alcance lunar. (Da Operação de Laser de Alcance Lunar do Observatório de Apache Point). A Lua foi superexposta para que esta foto fosse tirada.

Por último (e, certamente, menos importante), como Leonard explica ao Zack, a presença das reflexões dos retro-refletores são muito usadas para refutar as alegações de que os humanos não foram, de fato, à Lua. Na verdade, o argumento de Leonard é capcioso. Afinal, missões não-tripuladas poderiam ter deixado os refletores lá, assim como os russos. Ainda estou aguardando que os produtores da NASA me convidem para visitar seus estúdios e set de filmagem.

Enquanto preparavam o cenário, alguns membros da equipe do TBBT fizeram uma pergunta que nunca havia passado pela minha cabeça. 2,5 segundos mais tarde, o apartamento e os aparelhos de detecção teriam se movido, já que a Terra está em rotação. Então por que o raio laser não erra o detector? O experimento ainda dá certo porque o raio laser se espalha à medida que viaja. O tamanho do raio, quando retorna à Terra, é de mais de 10 km, muito maior que um apontador laser, e menor que a distância percorrida por Pasadena nos 2,5 segundos do movimento de rotação da Terra.

Essa noite foi o final da temporada. Obrigado a todos que seguiram este blog após cada episódio esse ano. Não perca a próxima temporada, quando ***ALERTA DE SPOILER*** a Lua estará 2,5 centímetros mais distante.


Tradução feita por Hitomi a partir de texto extraído de The Big Blog Theory, de autoria de David Saltzberg, originalmente publicado em 24 de Maio de 2010.

Tags: , ,

Deixe uma resposta

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair / Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair / Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair / Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair / Alterar )

Conectando a %s


%d blogueiros gostam disto: