A atmosfera do Sol

Traduzido de: Longstanding Mystery of Sun’s Hot Outer Atmosphere Solved

A resposta está em jatos de plasma

Images showing narrow jets of material streaking upward from the Sun's surface at high speeds.

Estreitos jatos de material, chamados espículas, emergem da superfície do Sol em altas velocidades.
Crédito e imagem ampliada

6 de janeiro de 2011

Um dos mais renitentes mistérios da física do Sol é o motivo pelo qual a atmosfera externa do Sol, ou Coroa Solar, é milhões de graus mais quente do que sua superfície.

Agora, os cientistas acreditam ter descoberto uma fonte, talvez a principal, de gases quentes que recompletam a coroa: jatos de plasma que emergem logo acima da superfície do Sol.

A descoberta tem implicações para uma questão fundamental da astrofísica: como a energia sai do interior do Sol para criar sua atmosfera externa quente.

“Sempre foi uma questão embaraçosa o fato da atmosfera do Sol ser mais quente do que sua superfície”, conta Scott McIntosh, um físico solar do Observatório de Grande Altitude do Centro Nacional de Pesquisas Atmosféricas (National Center for Atmospheric
Research = NCAR) em Boulder, Colorado, que participou dos estudos.

Image showing jets of plasma from just above the Sun's surface.

Jatos de plasma que partem da superfície do Sol provavelmente recompletam a coroa.
Crédito e Imagem Ampliada

“Com a identificação do processo pelo qual esses jatos inserem plasma aquecido na atmosfera exterior do Sol, podemos obter uma compreensão bem melhor dessa região e, possivelmente, melhorar nossos conhecimentos sobre a influência sutil do Sol na atmosfera superior da Terra”.

A pesquisa, cujos resultados serão publicados nesta semana na Science, foi realizado por cientistas do Laboratório Solar e Astrofísico da Lockheed Martin (LMSAL), do NCAR e da Universidade de Oslo, apoiados pela NASA e a Fundação Nacional de Ciências (NSF) que patrocina o NCAR.

“Essas observações são um passo significativo para a compreensão das temperaturas observadas na coroa solar”, diz Rich
Behnke da Divisão de Ciências Atmosféricas e Geoespaciais da NSF. “Elas dão uma nova compreensão sobre a vazão de energia do Sol e de outras estrelas. Os resultados são um grande exemplo do poder da colaboração entre universidades, indústria privada e organizações e cientistas do governo”.

A equipe de pesquisas se focalizou nos jatos de plasma chamados espículas, que são jorros de plasma impelidos para cima a partir da superfície do Sol na direção da atmosfera exterior.

Images showing the Sun's outer atmosphere, or corona, and a jet of hot material.

A atmosfera externa do Sol, ou Coroa, é milhões de graus mais quente do que sua superfície.
Crédito e Imagem Ampliada

Durante décadas os cientistas acreditavam que as espículas poderiam enviar o calor para a coroa. Entretanto, após observações nos anos 1980, se descobriu que o plasma das espículas não chegava às temperaturas da coroa e, assim, a teoria saiu de voga.

“Nunca se observou espículas aquecidas a milhões de graus, de forma que seu papel no aquecimento da coroa foi considerado improvável”, conta Bart De Pontieu, o pesquisador chefe e físico solar no LMSAL.

Em
2007, De Pontieu, McIntosh e seus colegas identificaram uma nova classe de espículas que se moviam muito mais depressa e tinham uma vida mais curta do que as espículas tradicionais.

Essas espículas “tipo 2” se lançavam para cima em altas velocidades, frequentemente a mais de 100 km por segundo, antes de desaparecer. E o rápido desaparecimento desses jatos sugeria que o plasma carregado por eles poderia ficar muito quente, mas não havia indícios diretos nas observações desse processo.

Os pesquisadores se valeram de novas observações feitas com a Montagem de Imageamento Atmosférico do recém-lançado Observatório Dinâmico Solar da NASA e da Ferramenta de Plano Focal da NASA no Telescópio Óptico Solar no satélite japonês Hinode, para testar sua hipótese.

“As altas definições espacial e temporal dos novos instrumentos foi crucial para revelar esse suprimento de massa coronal, até então oculto”, explica McIntosh.

“Nossas observações revelam pela primeira vez a conexão direta entre o plasma aquecido a milhões de graus e as espículas que inserem esse plasma na coroa”.

Image showing of a solar eclipse showcasing the Sun's corona.

Um eclipse solar exibe a coroa solar.
Crédito e Imagem Ampliada

A descoberta representa um desafio às teorias existentes sobre o aquecimento da coroa.

Durante as últimas décadas, os cientistas propuseram uma grande variedade de modelos teóricos, mas a falta de observações detalhadas prejudicou seriamente o progresso.

“Um dos maiores desafios era compreender o que impele e aquece o material nas espículas”, observa De Pontieu. Ainda segundo ele, um passo chave será compreender melhor a região de interface entre a superfície visível do Sol, ou fotosfera, e sua coroa.

Outra missão da NASA, o Espectrógrafo de Imageamento da Região de Interface (Interface Region Imaging
Spectrograph = IRIS), está prevista para ser lançada em 2012 para fornecer dados de alta fidelidade sobre os complexos processos e enormes contrastes de densidade, temperatura e campo magnético entre a fotosfera e a coroa. Os pesquisadores esperam que isso revele mais acerca do aquecimento e do processo de emissão das espículas.

O LMSAL faz parte da Lockheed Martin
Space Systems Company, que projeta e desnvolve, testa, manufatura e opera todo um espectro de sistemas de alta tecnologia para a segurança nacional, forças armadas e clientes públicos e privados.


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Quando o bafômetro é bem vindo

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Traduzido de: Breathalyzers Coming To A Doctor Near You?

Melhoramentos no equipamento podem permitir a identificação de indicadores de doenças a partir dos traços no hálito

3 de janeiro de 2011

Por Peter Gwynne, Contribuidor do ISNS
Inside Science News Service

Breathalyzer

Imagem apliada
 

O sensor aqui exibido é empregado na análise do conteúdo de bio-marcadores no hálito de um paciente.

Crédito: NIST | Universidade Purdue

(ISNS) – Normalmente os motoristas não se sentem confortáveis quando tem que encarar um bafômetro. Entretanto, se as pesquisas que estão sendo realizadas, derem certo, as pessoas não só vão perder o medo dos bafômetros, como vão até gostar de sua presença. 

Com uma análise do hálito de uma pessoa, o instrumento pode fornecer, de modo rápido e barato, indícios de diabetes, cânceres, asma e outras doenças -‍ frequentemente em tempo para aumentar as chances de sucesso do tratamento.

Em um estudo de “prova de conceito” publicado no IEEE
Sensors Journal
, uma equipe de cientistas conseguiu detectar uma molécula associada ao diabetes, com uma sensibilidade de partes por bilhão, em um gás que simulava o hálito de uma pessoa. Isso é pelo menos 100 vezes melhor do que as tecnologias existentes para análise do hálito, afirma o grupo. A sensibilidade é importante porque o hálito contém quantidades muito pequenas desses compostos que indicam doenças.

“A meta é obter uma ferramenta que possa eliminar grande parte dos problemas em lidar com sangue e coisas assim, e também poder eliminar exames mais dispendiosos”, argumenta Carlos Martinez, engenheiro de materiais na Universidade Purdue em West Lafayette, Indiana, e membro da equipe que está desenvolvendo o dispositivo. 

Se os bafômetros clínicos vierem a se tornar uma realidade, seu provável emprego pelos médicos será como sistema de alerta antecipado.

“Não é um procedimento invasivo:pode ser usado sem restrições”, explica Charlene
Bayer, principal cientista pesquisadora no Instituto de Pesquisas da Universidade Georgia Tech em Atlanta, cuja equipe está trabalhando em sua própria versão de bafômetro clínico. “É uma ferramenta de medição que indica para um médico se precisa ou não partir para exames mais dispendiosos”.

Um dispositivo portátil poderia ser particularmente útil em áreas distantes de hospitais, clínicas e de dispositivos de diagnóstico convencionais. 

“Estamos tentando fazer com que funcionem em tempo real, de forma que não seja necessário enviar amostras para análise em outro laboratório. Isso reduz os custos e poupa tempo”, argumenta Martinez.

“Nós vemos isto como uma ferramenta de monitoramento, não só para emprego clínico, como também para uso doméstico, talvez para o acompanhamento de algum processo terapêutico”, acrescenta o químico pesquisador Kurt Benkstein do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) em Gaithersburg, Maryland., cuja equipe colaborou com a de Martinez em um sensor de análise de hálito.

Da mesma forma que um bafômetro convencional detecta a quantidade de álcool presente no hálito de um motorista, o instrumento que está sendo desenvolvido mede os níveis de compostos chamados de bio-marcadores que são associados a doenças específicas quando presentes em concentrações superiores às normais.

No entanto, os dispositivos clínicos são mais complicados por dois motivos. Na maioria dos casos, é necessário mais do que um bio-marcador para indicar a possibilidade de uma doença em particular. E os bio-marcadores são apenas umas poucas moléculas entre os trilhões de moléculas no hálito exalado.

“As quantidades de bio-marcadores é tão pequena que usualmente é necessário fazer o paciente soprar por muito tempo, para poder capturar o hálito e concentrá-lo o bastante para um subsequente exame”, explica Martinez.

Várias equipes de pesquisas estão desenvolvendo as sofisticadas tecnologias necessárias para detectar e medir os bio-marcadores nessas condições e tornar o processo rápido e menos penoso para o paciente. Algumas das abordagens mais promissoras envolvem o uso da nano-tecnologia, a ciência que lida com a matéria na escala de átomos isolados.

Os sensores desenvolvidos por Benkstein, Martinez e seus colegas consiste de pequenas placas aquecidas, menores do que um fio de cabelo humano, revestidas de minúsculas nano-partículas. 

“Os sensores são muito pequenos e podem ser facilmente integrados em pequenas embalagens”, diz Martinez. “Nossa vantagem é o pequeno tamanho e o custo potencialmente baixo dos sensores”.

No funcionamento, os gases que passam sobre os sensores aderem às superfícies das placas e modificam a resistência elétrica das placas. Cada componente de uma mistura de gases altera a resistência de maneira caracterísitca.

Além de detectar moléculas de acetona, associadas ao diabetes, a equipe adicionou outros componentes à mistura de gases para a detecção.

“O desafio está em obter respostas mais rápidas e encontrar os bio-marcadores no meio de misturas muito complexas, até chegarmos ao hálito humano”, explica Benkstein.

Outra equipe que trabalha no Instituto Tchnion de Israel e capitaneada pelo engenheiro químico Hossam Haick, desenvolveu um “nariz eletrônico” com base em nano-tecnologia. O sensor detectou 33 compostos que aparecem com mais frequência no hálito de pacientes com câncer de pulmão do que em indivíduos saudáveis. Estudos feitos com ratos mostraram que também se pode detectar os estágios iniciais de doenças renais.

O grupo do Instituto de Pesquisas da Georgia Tech usou uma estratégia diferente para detectar sinais de câncer dos seios. 

“Nossa abordagem se baseia na modificação de padrões. Nós procuramos por mudanças nos padrões de diversos bio-marcadores”, explica Bayer. “Nós também trabalhamos com câncer de pulmão”.

Em lugar de sensores com base em nano-tecnologia, o grupo usa duas técnicas comuns de laboratório para definir os padrõe: Cromatografia gasosa separa os bio-marcadores nas amostras de hálito e espectrometria de massa os identifica. Como essas técnicas envolvem o uso de equipamentos volumosos, o processo é menos adequado ao uso doméstico ou de campanha. 

Seja qual for a abordagem de análise clínica de hálito que se mostrar eficaz, os pesquisadores enfatizam que os dispositivos não vão chegar ao consultório de seu médico tão cedo. “Mesmo com um bom progresso, isso vai levar de cinco a dez anos”, acautela Martinez.


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