A Voyager se aproxima da fronteira final de nossa “bolha solar”

NASA - Voyager

06.27.13

Jia-Rui C. Cook — Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
Steve Cole — NASA Headquarters, Washington

This artist's concept shows NASA's Voyager 1 spacecraft exploring a region called the

Concepção artística da espaçonave Voyager da NASA.
Crédito: NASA/JPL-Caltech
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PASADENA, Calif. — Os dados vindos da Voyager 1, agora a mais de 18 bilhões de km do Sol, indicam que a espaçonave está perto de ser o primeiro objeto fabricado pela espécie humana a alcançar o espaço interestelar.

Pesquisas que se valem dos dados enviados pela Voyager, publicadas hoje na Science, fornecem novos detalhes sobre a última região que a espaçonave vai atravessar, antes de deixar a heliosfera – a bolha em torno de nosso Sol – e entrar no espaço interestelar. Três artigos descrevem como a entrada da Voyager 1 em uma região chamada de “auto-estrada magnética” resultaram na observação da maior quantidade até agora de partículas carregadas, vindas de fora da heliosfera e o desaparecimento das partículas carregadas vindas de dentro da heliosfera.

Os cientistas observaram dois dos três sinais que esperavam ver na chegada ao espaço interestelar: o desaparecimento das partículas carregadas na medida em que a nave se distancia pelo campo magnético solar e raios cósmicos vindos de muito longe e entrando no mesmo campo. Os cientistas ainda não viram o terceiro sinal esperado: uma mudança abrupta da direção do campo magnético, o que indicaria a presença de um campo magnético interestelar.

“Esta última e estranha região antes do espaço interestelar está entrando em foco, graças à Voyager 1, o explorador mais distante da humanidade”, diz Ed Stone, cientista do projeto Voyager no Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena. “Se fosse só pelos dados relativos aos raios cósmicos e partículas energéticas, se poderia pensar que a Voyager já tinha alcançado o espaço interestelar, mas a equipe sente que a Voyager 1 ainda não chegou lá, porque ainda estamos dentro do domínio do campo magnético do Sol”.

Os cientistas não sabem com exatidão o quanto a Voyager 1 ainda tem que viajar para alcançar o espaço interestelar. As estimativas variam de vários meses até anos. A heliosfera se estende por, pelo menos, 13 bilhões de km além de todos os planetas de nosso sistema solar. Ela é dominada pelo campo magnético do Sol e um vento ionizado que sopra do Sol para fora. Do lado de fora da heliosfera, o espaço interestelar é preenchido por matéria vinda de outras estrelas e o campo magnético das regiões próximas da Via Láctea.

A Voyager 1 e sua irmã gêmea, Voyager 2, foram lançadas em 1977. Elas circularam por Júpiter, SAturno, Urano e Netuno, antes de seguirem para suas missões interestelares em 1990. Agora, sua meta é deixar a heliosfera, sendo uma parte da missão a medição do tamanho desta.

Os artigos na Science se focam nas observações feitas de maio a setembro de 2012 pelos instrumentos de medição de raios cósmicos, partículas de baixa energia e magnetômetros, com alguns dados adicionais sobre as partículas carregadas obtidas em abril do corrente ano.

A Voyager 2 está a cerca de 15 bilhões de km do Sol e ainda dentro da heliosfera. A Voyager 1 estava a cerca de 18 bilhões de km do Sol, em 25 de agosto, quando ela chegou à “auto-estrada magnética”, também conhecida como a “região de depleção”, e é uma conexão com o espaço interestelar. Esta região permite que partículas carregadas entrem e saiam da heliosfera ao longo de uma suave linha magnética, em lugar de serem defletidas em todas as direções, como se estivessem presas em uma rede de estradas secundárias. Pela primeira vez e nesta região, os cientistas puderam detectar raios cósmicos de baixa energia, oriundos de estrelas moribundas.

“Observamos um dramático e rápido desaparecimento das partículas originadas no Sol. Sua intensidade diminuiu mais de 1.000 vezes, como se houvesse uma gigantesca bomba de vácuo na rampa de acesso da auto-estrada magnética”, diz Stamatios Krimigis, o principal investigador do instrumento de medição de partículas de baixa energia no Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins em Laurel, Md. “Nunca tínhamos testemunhado uma tal diminuição antes, a não ser quando a Voyager 1 saiu da magnetosfera gigante de Júpiter, há uns 34 anos”.

Outro comportamento das partículas carregadas, observado pela Voyager 1, também indica que a espaçonave ainda está em uma região de transição para o meio interestelar. Ao atravessar esta nova região, as partículas carregadas originárias da heliosfera que desapareceram mais rapidamente foram aquelas que viajavam ao longo das linhas do campo magnético solar. As partículas que se moviam perpendicularmente às linhas do campo na auto-estrada magnética não despareciam tão rapidamente. No entanto, os raios cósmicos que se moviam ao longo das linhas do campo na auto-estrada magnética eram algo mais populosos do que aqueles que se moviam perpendicularmente ao campo. Acredita-se que no espaço interestelar, a direção do movimento das partículas carregadas não tenha qualquer influência.

No espaço de cerca de 24 horas, o campo magnético originário do Sol também começou a “engarrafar”, tal como carros que diminuem a velocidade para pegar uma rampa de saída de uma auto-estrada. No entanto, os cientistas foram capazes de quantificar o campo magnético e verificar que sua direção não tinha mudado mais do que 2 graus.

“Um dia apenas fez uma tal diferença nesta região, com o campo magnético subitamente dobrando e se tornando extraordinariamente suave”, diz Leonard Burlaga, o autor principal de um dos artigos e com base no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Md. “Mas como não houve uma mudança significativa na direção do campo magnético, ainda estamos observando as linhas de campo originadas no Sol”.

O Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Calif., construiu e opera as espaçonaves Voyager. O Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena gerencia o JPL para a NASA. As missões Voyager são uma parte do Observatório do Sistema Heliofísico da NASA, patrocinado pela Divisão de Heliofísica da Diretoria de Missões Científicas do Quartel-General da NASA em Washington.

Para mais informações (em inglês) sobre as missões das espaçonaves Voyager, visite: http://www.nasa.gov/voyager e http://voyager.jpl.nasa.gov .

 

O oceano aquecido está derretendo a calota da Antártica

O aquecimento dos oceanos está causando a maior parte da perda de massa das plataformas da Antártica

06.13.13
This photo shows the ice front of Venable Ice Shelf, West Antarctica, in October 2008Esta foto mostra a Plataforma de Gelo Venable, Antártica Ocidental, em outubro de October 2008.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/UC Irvine
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Rates of basal melt of Antarctic ice shelves (melting of the shelves from underneath) overlaid on a 2009 mosaic of Antarctica created from data from NASA's Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) instrument aboard NASA's Terra and Aqua spacecraft

As taxas do derretimento basal das plataformas de gelo da Antártica (o derretimento das plataformas por baixo) sobrepostas a um mosaico de 2009 criado a partir de dados do Espectro-radiômetro de Resolução Moderada (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer =MODIS), um instrumento a bordo dos satélites Terra e Aqua da NASA. Sombreados em vermelho denotam taxas de derretimento menores que 5 metros por ano (condição de congelamento), enquanto o sombreado em azul representa derretimento maior que 5 metros por ano (condição de derretimento). Os perímetros das plataformas de gelo em 2007-2008, excluindo afloramentos e ilhas de gelo, são mostrados nas linhas negras finas. Cada gráfico circular mostr a proporção da perda total da massa de gelo em cada plataforma, expresso em gigatons por ano, com a proporção da perda de gelo devida a “calving” (o “descascamento” natural) denotado pelas linhas hachreadas e a proporção de perda basal em negro sólido.  Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/UC Irvine/Columbia University

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PASADENA, Califórnia — As águas dos oceanos que derretem por baixo as plataformas de gelo da Antártica são as responsáveis pela maior parte da perda da calota de gelo do continente, conforme descobriu um novo estudo da NASA e de pesquisadores de universidades.

Os cientistas estudaram as taxas de derretimento basal – ou seja: o derretimento das plataformas de gelo desde debaixo – de cada uma das plataformas de gelo, aquelas extensões das geleiras que vazam para o mar. No entanto, este é o primeiro estudo compreensivo de todas as plataformas de gelo da Antártica. O estudo descobriu que o derretimento basal respondia por 55% de toda a perda de massa das plataformas de gelo da Antártica de 2003 a 2008, uma quantidade muito maior do que se acreditava antes.

A Antárctica contém 60% de toda a água doce do planeta, retida em sua massiva calota polar. As plataformas de gelo escoram as geleiras por trás delas, modulando a velocidade com a qual esses rios de gelo desaguam no oceano. Estabelecer como as plataformas de gelo derretem, vai ajudar os cientistas a melhorar as projeções de como a Calota Polar Antártica vai responder ao aquecimento dos oceanos e contribuir para a elevação do nível dos mares. Isto servirá também para melhorar os modelos globais de circulação oceânica, fornecendo uma estimativa melhor da quantidade de água doce que o derretimento das plataformas de gelo adicionam às águas costeiras da Antártica.

O estudo emprega reconstruções da acumulação de gelo, leituras da espessura do gelo feitas por satélites e aeronaves, e mudanças na elevação e velocidade do gelo para estabelecer o quão rápido as plataformas de gelo derretem e comparar a massa perdida com a quantidade liberada pelo fracionamento, ou liberação de icebergs.

“A visão tradicional da perda de massa [da calota] da Antártica era que ela era quase que totalmente controlada pela liberação de icebergs”, diz Eric Rignot do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Passadena e da Universidade da Califórnia em Irvine. Rignot é o principal autor do estudo que será publicado na edição de 14 de junho da Science. “Nosso estudo demonstra que o derretimento por baixo, pelas águas dos oceanos, é maior e isto deve mudar nossa perspectiva sobre a evolução da calota de gelo em um clima aquecido”.

Calving front of an ice shelf in West Antarctica.

Frente de fratura de uma plataforma de gelo na Antártica Ocidental. A visão mais tradicional sobre as plataformas de gelo, as extensões flutuantes das geleiras por sobre o mar, era que a maior parte da perda do gelo era pelo descolamento de icebergs. Crédito: NASA/GSFC/Jefferson Beck
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Plataformas de gelo crescem através de uma combinação de gelo terrestre fluindo para o mar e a neve que se acumula sobre sua superfície. Para estabelecer quanto gelo e quanta neve contribuem em cada plataforma de gelo específica e o quanto se transforma em um iceberg, quando ela se rompe, a equipe de pesquisa usou um modelo climático regional de acumulação de neve e combinou os resultados com os dados da velocidade do gelo dos satélites, medições da espessura do gelo pela missão IceBridge da NASA – uma contínua missão de observação aérea dos polos da Terra – e um novo mapa do leito rochoso da Antártica. Usando essas informações, Rignot e seus colegas foram capazes de deduzir se a plataforma de gelo estava perdendo massa pelo derretimento basal ou ganhando massa pelo congelamento basal das águas dos mares.

Em alguns lugares, o derretimento basal suplantava o desprendimento de icebergs. Em outros lugares, acontece o oposto. Porém, no total, as plataformas de gelo da Antártica perderam 1.325 trilhões de quilogramas de gelo por ano de 2003 a 2008 através do derretimento basal, enquanto que o desprendimento dos icebergs respondeu por 1.089 trilhões de quilogramas a cada ano.

O derretimento basal pode ter um impacto maior sobre a circulação oceânica do que o desprendimento dos icebergs. Os icebergs liberam lentamente a água derretida, enquanto garram do continente. Porém o forte derretimento perto das profundas linhas de fundo, onde as geleiras perdem sua adesão ao fundo do mar e começam a flutuar como plataformas de gelo, vaza grandes quantidades de água doce perto da linha costeira do Atlântico. Esta água menos densa não se mistura e afunda tão prontamente quanto a água mais fria e salgada, e isto pode estar modificando a taxa de renovação da água do fundo.

This photo shows the ice front of the ice shelf in front of Pine Island Glacier, a major glacier system of West Antarctica

Esta foto mostra a frente de fracionamento da plataforma de gelo em frente da Geleira de Pine, um dos principais sistemas de gelerias da Antártica Ocidental. A imagem foi obtida durante a campanha conjunta de NASA/Centro de Estudios Cientificos, Chile (CECS) na Antártica no outono de 2002. Crédito: NASA/JPL-Caltech/UC Irvine
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“Mudanças no derretimento basal estão contribuindo para modificar as propriedades das águas do fundo do Atlântico, um dos componentes da circulação oceânica acima”, diz um dos autores, Stan Jacobs, oceanógrafo do Observatório da Terra Lamont-Doherty da Universidade de Columbia em Palisades, N.Y. “Em algumas áreas isto pode causar impacto sobre os ecossistemas, através de ressurgências costeiras, o que traz consigo os micro-nutrientes, tais como o ferro, que alimentam as marés vermelhas no verão”.

O estudo descobriu que o derretimento basal está distribuído de forma assimétrica em torno do continente. As três plataformas gigantes de Ross, Filchner e Ronne, que perfazem dois terços de toda a área de plataformas de gelo da Antártica, respondem por somente 15% do derretimento basal. Enquanto isto, menos do que uma dúzia das pequenas plataformas de gelo que flutuam sobre águas “quentes” (águas do mar poucos graus acima do ponto de congelamento), produziam metade de todo o derretimento, durante o mesmo período. Os cientistas detectaram uma taxa similar de derretimento basal por baixo de seis pequenas plataformas de gelo ao longo da Antártica Oriental, uma região ainda pouco conhecida por conta da raridade das medições.

Os pesquisadores também compararam as taxas nas quais as plataformas de gelo estão se fracionando à velocidade com que o próprio continente está perdendo massa e descobriram que, na média, as plataformas de gelo perderam massa duas vezes mais rápido do que a calota da Antártica, durante o período do estudo.

“O derretimento das plataformas de gelo não significa necessariamente que uma plataforma de gelo esteja em decadência: isto pode ser compensado pelo fluxo de gelo do continente”, diz Rignot. “Porém em vários lugares em torno da Antártica, as plataformas de gelo estão derretendo rápido demais e uma consequência disto é que as geleiras e todo o continente estão mudando também”.

 

Um proto-exoplaneta muito estranho…


Carnegie Institution

Surpesa na formação de um exoplaneta

 

13 de junho de 2013

Imagens do disco exoplanetário TW Hidra.
Crédito: P R Weinberg, Carnegie Institution.

Washington, D.C.— Uma equipe de pesquisadores descobriu indícios de que um exoplaneta pode estar se formando bem longe de sua estrela — a cerca do dobro da distância de Plutão para nosso Sol. O planeta fica em um disco gasoso e poeirento em torno de uma pequena anã vermelha, TW Hidra, a qual tem apenas cerca de 55% da massa do Sol. Esta descoberta aumenta ainda mais a sempre crescente variedade de sistemas planetários na Via Láctea. A pesquisa foi publicada no Astrophysical Journal.*

Este poeirento disco protoplanetário é o mais próximo de nós, a cerca de 176 anos-luz na direção da constelação de Hidra. Os astrônomos usaram observações do Telescópio Espacial Hubble em uma larga faixa de comprimentos de onda, da luz visível até o infravermelho próximo, para modelar as cores e a estrutura do disco de uma forma até então nunca feita. Eles encontraram uma falta de material no disco, ou falha parcial, a cerca de 80 unidades astronômicas (UA – uma UA é a distância do Sol à Terra). Seus modelos indicam que a depressão tem cerca de 20 UAs de largura, um pouquinho mais larga do que o necessário para uma falha causada pela acreção de um planeta e consistente com um planeta com uma massa entre 6 e 28 vezes a da Terra. Esta característica é vista em todos os comprimentos de onda, o que indica que é uma diferença estrutural e não causada por uma composição local. A equipe acredita que é um forte indício de que a formação de um planeta está causando a falha.

“O sistema TW Hidra tem entre 5 e 10 milhões de anos de idade e deve estar na fase final de formação de planetas, antes que seu disco se dissipe”, observou a co-autora Alycia Weinberger da Carnegie, investigadora principal das observações. “É surpreendente encontrar um planeta com apenas 5 a 10% da massa de Júpiter se formando tão distante, já que os planetas deveriam se formar mais rápida e aproximadamente. Em todos os cenários de processos de formação de planetas, é difícil fazer um planeta de pequena massa tão distante de uma estrela de pequena massa”.

A meta dessas observações era compreender não só se haveria a formação de planetas, como também quais condições podem resultar na formação de planetas e quais as substâncias químicas estão disponíveis para a formação de novos planetas. Os modelos criados pela co-autora Hannah Jang-Condell, um antiga pesquisadora da Carnegie, mostram que o disco era mais brilhante do que o esperado, o que indica que grãos de poeira muito pequenos estão sendo alçados bem acima do plano médio. Isto é surpreendente porque as observações com rádio-telescópios havia mostrado anteriormente que a poeira contida no disco tina se conglomerado em pedriscos.

Weinberger projetou que as observações fossem capazes de detectar grandes grãos de água na camada superficial do disco. Esses grãos não foram encontrados, o que provavelmente significa que eles cresceram e se afundaram no plano médio do disco, onde eles podem se agregar em planetas ricos em água.

A formação de planetas distante de uma estrela mãe pequena não se encaixa com os dogmas vigentes de formação de planetas. Sob o cenário mais aceito, os planetas se formam ao longo de dezenas de milhões de anos a partir da lenta acreção de poeira, rochas e gases. Isto acontece com mais facilidade perto da estrela central, onde as escalas de tempos orbitais são curtos. Mesmo em um cenário de instabilidade do disco, no qual os planetas podem colapsar rapidamente do disco, não está bem claro como um tal planeta de pequena massa pode se formar.

O astrofísico da Carnegie Alan Boss, que trabalha com modelos de instabilidade do disco, disse: “Se a massa desse suposto planeta for pequena como parece ser, isso vai ser um quebra-cabeças. A teoria diz que ele não pode existir!”

O principal autor do estudo, John Debes do Instituto de Ciência Espacial com Telescópios e também um antigo pesquisador da Carnegie, observou: “Tipicamente, são necessários pedriscos antes que um planeta possa se formar. Então, se houver um planeta na falha e não houver poeiras maiores do que um grão de areia mais longe, nós conseguimos um belo desafio para os modelos tradicionais de formação de planetas”.
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*Os autores do estudo são John Debes, Hannah Jang-Condell, Alycia Weinberger, Aki Roberge e Glenn Schneider. O apoio para o trabalho foi dado pela NASA através do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial, operado pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia, INc. Debes, Jang-Condell e Roberge são todos antigos pesquisadores da Carnegie.

Um novo e surpreendente material


DOE/Argonne National Laboratory

Descoberto um novo estado de material contra-intuitivo às leis da física

Transições induzidas pela pressão são associadas com expansões de volume de até 2 vezes. Embora um aumento do volume com a pressão seja algo contra-intuitivo, as novas fases obtidas contêm grandes poros cheios de fluidos, tais que o volume combinado sólido + fluido é reduzido e as ineficiências de preenchimento de espaços na fase interpenetrada inicial são eliminadas. Para ver uma versão ampliada da imagem, clique nela.

LEMONT, ILLINOIS. — Quando se espreme alguma coisa, ela fica menor. A menos que você esteja no Laboratório Nacional Argonne.

No laboratório, nos subúrbios de Chicago, um grupo de cientistas aparentemente conseguiu desafiar as leis da física e descobriu uma maneira de aplicar pressão de modo a fazer um material se expandir, em lugar de se comprimir ou contrair.

“É com se espremêssemos uma pedra e ela virasse uma enorme esponja”, diz Karena Chapman, uma química do laboratório do Departamento de Energia dos EUA. “Espera-se que os materiais fiquem mais densos e mais compactos sob pressão. O que estamos vendo é exatamente o oposto. O material comprimido fica com a metade da densidade do estado original. Isso é contra-intuitivo às leis da física”.

Como um tal comportamento parece ser realmente impossível, Chapman e seus colegas levaram vários anos testando e retestando o material, até que passaram a acreditar no inacreditável e compreenderam como o impossível era possível. A cada experiência, obtiveram os mesmos resultados atordoantes.

“As ligações no material se rearrumam completamente”, explica Chapman. “Isso me deixa perplexa”.

Esta descoberta vai acarretar mais do que ter que reescrever os livros de ciência; ela pode dobrar a variedade de materiais de estrutura porosa disponíveis para a fabricação de itens de tratamento de saúde e controle ambiental.

Os cientistas usam este tipo de materiais que têm buracos como uma esponja em sua estrutura, para capturar, armazenar e filtrar materiais. O formato dos buracos de “esponja” os torna particularmente adequados para moléculas específicas, permitindo seu uso como filtros d’água, sensores químicos e recipientes de armazenagem compressíveis para o sequestro de carbono de células combustíveis de hidrogênio. Ajustando as taxas de percolação, os cientistas podem adaptar essas estruturas para a aplicação dirigida de medicamentos e para dar início a reações químicas para a produção de quase qualquer coisa, de plásticos a alimentos.

“Isso pode não só abrir o caminho para tornar novos materiais porosos, como também nos dar acesso a novas estruturas para capacidade de selecionamento e novas taxas de percolação”, afirma Peter Chupas, um químico do Laboratório Argonne que colaborou na descoberta dos novos materiais.

Os detalhes do trabalho da equipe foram publicados na edição de 22 de maio de Journal of the American Chemical Society em um artigo intitulado “Explorando Altas Pressões para Gerar Porosidade, Polimorfismo e Expansão da Reticulação na Estrutura Molecular Não-porosa do Zn(CN)2” (“Exploiting High Pressures to Generate Porosity, Polymorphism, And Lattice Expansion in the Nonporous Molecular Framework Zn(CN)2 “).

Os cientistas puseram cianeto de zinco, um material usado em eletrodeposição, em uma bigorna de diamante na Fonte Avançada de Fótons (Advanced Photon Source = APS) no Laboratório Argonne e aplicaram altas pressões, da ordem de 0,9 a 1,8 gigaPascals, ou seja: de 9.000 a 18.000 vezes a pressão atmosférica. Estas altas pressões estão dentro da faixa obtenível pela indústria para sistemas de armazenamento a granel. Empregando diferentes fluidos no entorno do material enquanto ele era espremido, os cientistas conseguiram criar cinco novas fases do material, duas das quais mantiveram sua nova capacidade porosa em pressão normal. O tipo de fluido empregado determinava o formato dos poros da “esponja”. Esta foi a primeira vez que a pressão hidrostática conseguiu transformar materiais densos com estruturas atômicas interpenetradas em novos materiais porosos. Várias séries de experiências de difração raios-X de alta pressão series, in situ, foram feitas nas faixas de feixe de 1-BM, 11-ID-B e 17-BM da APS para estudar as transições do material.

“Aplicando a pressão fomos capazes de transformar um material normalmente denso e não-poroso em um leque de novos materiais porosos que podem conter até o dobro de outros materiais”, diz Chapman. “Esta descoberta contra-intuitiva provavelmente vai dobrar a quantidade de materiais de estrutura porosa que poderão expandir seu uso em aplicação de fármacos, sequestro [de gases], filtragem de materiais e catálise”.

Os cientistas continuarão a testar a nova técnica em outros materiais

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Diminuindo os riscos das radiações no espaço


University of New Hampshire

Descobertas sobre a radiação na Lua podem ajudar a reduzir riscos de saúde para os astronautas

Concepção artística do satélite Lunar Reconnaissance Orbiter da NASA em órbita da Lua. O telescópio CRaTER aparece no centro da imagem no canto esquerdo inferior da espaçonave.

Imagem: cortesia da NASA. Clique aqui para imagem ampliada


DURHAM, N.H. –- Cientistas espaciais da Universidade de New Hampshire (UNH) e do Southwest Research Institute (SwRI) relatam que os dados recolhidos pelo satélite Reconhecimento Orbital Lunar (Lunar Reconnaissance Orbiter  = LRO) da NASA, mostram que materiais tais como plásticos leves proporcionam um escudo eficaz contra os perigos da radiação, enfrentados pelos astronautas durante longas viagens espaciais. A descoberta pode ajudar a reduzir os riscos de saúde para as pessoas em futuras missões no espaço.

O material comumente empregado para a construção de espaçonaves vem sendo basicamente o alumínio, porém este fornece uma proteção relativamente pequena contra os raios cósmicos de alta energia e pode acabar por aumentar tanto a massa da espaçonave que o custo do lançamento fica proibitivo.

Os cientistas publicaram suas descobertas online na publicação Space Weather da União Geofísica Americana, sob o título “Measurements of Galactic Cosmic Ray Shielding with the CRaTER Instrument” (Medições da Proteção Contra Raios Cósmicos Galáticos com o Instrumento CRaTER – link para o resumo aqui). O trabalho é baseado nas observações feitas pelo Telescópio de Raios Cósmicos para os Efeitos da Radiação (Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation = CRaTER) à bordo da espaçonave LRO. O autor principal é Cary Zeitlin do Departamento de Terra, Oceanos e Espaço do SwRI na UNH e o co-autor e principal investigador do CRaTER é Nathan Schwadron do Instituto para o Estudo da Terra, dos Oceanos e do Espaço da UNH.

Segundo Zeitlin, “Este é o primeiro estudo que emprega observações feitas no espaço para confirmar o que   já se pensava há algum tempo — que plásticos e outros materiais leves são, quilo por quilo, mais eficazes em fornecer uma blindagem contra a radiação cósmica do que o alumínio. A blindagem não fornece proteção total contra a exposição à radiação no espaço profundo, mas existem diferenças claras na eficácia de diferentes materiais”.

A comparação entre o plástico e o alumínio já tinha sido feita antes, em testes feitos em Terra com o uso de feixes de partículas pesadas para simular os raios cósmicos. “A eficácia da blindagem em plástico no espaço coincide bastante com o que descobrimos nessas experiências com os feixes, de forma que ficamos bastante confiantes nas conclusões que tiramos deste trabalho”, diz Zeitlin. “Qualquer coisa com um alto conteúdo de hidrogênio, inclusive água, vai funcionar bem”.

Os resultados obtidos no espaço são um produto da capacidade do CRaTER de medir com precisão a dose de radiação dos raios cósmicos que passam através de um material conhecido como “plástico equivalente a tecidos” que simula o tecido muscular humano. Antes das medições feitas com o CRaTER e as recentes medições do Detector de Avaliação de Radiação (Radiation Assessment Detector = RAD) a bordo do veículo de exploração Curiosity em Marte, os efeitos de blindagens espessas sobre os raios cósmicos só haviam sido simulados em modelos de computador e em aceleradores de partículas, com poucos dados de real observação oriundos do espaço profundo.

As observações do CRaTER validaram os modelos e as medições feitas em Terra, o que significa que materiais leves para a blindagem podem ser empregados com segurança para missões longas, desde que suas propriedades estruturais possam ser adequadas a suportar os rigores do voo espacial.

Desde o lançamento do LRO em 2009, o instrumento CRaTER vem medindo partículas energéticas carregadas — partículas que podem viajar a velocidades próximas à da luz e podem causar danos à saúde — desde raios cósmicos galáticos até partículas oriundas de eventos solares. Felizmente, a atmosfera espessa e o forte campo magnético da Terra fornecem uma blindagem contra essas partículas de alta energia.

 

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Mais uma teoria sobre a Matéria Escura


Vanderbilt University

Uma teoria simples pode explicar a misteriosa matéria escura

 IMAGEM: Esta é uma comparação entre um campo anapolar com os campos dipolos elétrico e magnético comuns. O campo anapolar, acima, é gerado por uma corrente elétrica toroidal. Como resultado, o campo fica restrito ao torus, em vez de se propagar como os campos dipolos comuns.

Crédito:  Michael Smeltzer, Vanderbilt University

Imagem ampliada.

A maior parte da matéria do universo pode ser feita de partículas que possuem um incomum campo eletromagnético em forma de anel, chamado anapolo.

Esta proposta, que dota as partículas de matéria escura com uma forma rara de eletromagnetismo, foi reforçada por uma análise detalhada realizada por um par de físicos teóricos da Universidade Vanderbilt: o Professor Robert Scherrer e o doutor-associado Chiu Man Ho. Um artigo sobre a pesquisa foi publicado online no mês passado por Physics Letters B.

“Existem muitas teorias diferentes acerca da natureza da matéria escura. O que eu gosto nesta teoria é sua simplicidade, singeleza e o fato de que pode ser testada”, disse Scherrer.

No artigo, intitulado “Anapole Dark Matter,” os físicos propõem que a matéria escura – um tipo invisível de matéria que perfaz 85% de toda a matéria do universo – pode ser constituída de um tipo básico de partícula chamado Férmion de Majorana. A existência desta partícula foi prevista em 1930, mas ela tem teimosamente resistido a ser detectada.

Um bom número de físicos sugeriu que a matéria escura seja feita de Férmions de Majorana, porém Scherrer e Ho realizaram cálculos detalhados que demonstram que essas partículas são particularmente adequadas a possuir um tipo raro de campo eletro-magnético em forma de anel, chamado um anapolo. Este campo lhes conferiria propriedades diferentes das partículas que possuem campos mais comuns, do tipo com dois polos (norte e sul, positivo e negativo) e explica por que elas são tão difíceis de detectar.

“A maioria dos modelos para a matéria escura supõe que ela interaja por meio de forças exóticas que não encontramos no dia-a-dia. A matéria escura anapolar usa o mesmo eletromagnetismo que aprendemos na escola – a mesma força que faz com que os imãs grudem em sua geladeira ou fazem com que um balão de ar esfregado nos cabelos grude no teto”, explica Scherrer. “Além disso, o modelo faz predições muito específicas acerca das quantidades que deverão ser detectadas nos enormes detectores de matéria escura enterrados no chão por todo o mundo. Tais predições mostram que a existência da matéria escura anapolar deve ser comprovada ou descartada em breve por tais experimentos”.

Férmions são partículas como o elétron e o quark, que são os componentes básicos da matéria. Sua existência foi predita por Paul Dirac em 1928. Des anos depois, pouco antes de desaparecer misteriosamente no mar, o físico italiano Ettore Majorana produziu uma variante da fórmula de Dirac que prevê a existência de um férmion eletricamente neutro. Desde então, os físicos vêm buscando os Férmions de Majorana. O candidato inicial foi o neutrino, porém os cientistas não conseguiram determinar a natureza dessa partícula elusiva.

A existência da matéria escura foi também inicialmente proposta nos anos 1930 para explicar as discrepâncias nas velocidades de rotação dos aglomerados galáticos. Subsequentemente, os astrônomos  descobriram  que a rotação das estrelas em torno das galáxias individuais também estava fora de sincronia. As observações detalhadas mostraram que as estrelas afastadas do centro das galáxias estão girando em velocidades muito mais altas do que poderia ser explicado pela quantidade de matéria visível que as galáxias contêm. Presumir que elas contenham uma grande quantidade de matéria “escura” invisível é a conclusão mais lógica para explicar tais discrepâncias.

Os cientistas hipotetizaram que a matéria escura não pode ser vista pelos telescópios porque ela não interage de maneira forte com a luz e outras radiações eletromagnéticas. Com efeito, as observações astronômicas basicamente descartaram a possibilidade de que as partículas de matéria escura tenham cargas elétricas.

Entretanto, mais recentemente, vários cientistas consideraram partículas de matéria escura que não teham cargas elétricas, mas têm dipolos elétricos ou magnéticos. O único problema é que, mesmo que esses modelos complicados são descartáveis em favor de partículas de Majorana. Esta é uma das razões pelas quais Ho e Scherrer examinaram mais de perto a versão de matéria escura com um momento magnético anapolar.

“Embora os Férmions de Majorana sejam eletricamente neutros, as simetrias fundamentais da natureza os proíbem de adquirir quaisquer propriedades eletromagnéticas, exceto se foram anapolares”, diz Ho. A existência de um anapolo magnético foi previsto pelo físico soviético Yakov Zel’dovich em 1958. Desde então, isso foi observado na estrutura magnética dos núcleos dos átomos do césio-133 e do itérbio-174.

Partículas com os familiares dipolos elétrico e magnético interagem com campos eletromagnéticos até quando estão estacionárias. As partículas com anapolos, não. Estas precisam estar em movimento antes que possam interagir e quanto mais rápido se moverem, mais forte será a interação. Em função disto, as partículas anapolares teriam sido muito mais interativas durante os estágios iniciais do universo e teriam se tornado cada vez menos interativas na medida em que o universo se expandiu e esfriou.

As partículas de matéria escura anapolar sugeridas por Ho e Scherrer teriam se aniquilado no universo primitivo tal como quaisquer outras partículas de matéria escura propostas, e as partículas remanescentes deste processo formariam a matéria escura que vemos hoje [NT: ou não vemos…]. Porém, como a matéria escura está se movendo muito mais devagar no presente e porque as interações anapolares dependem de quão depressa elas se movem, essas partículas teriam escapado da detecção até agora, porém por muito pouco.

 

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Um novo segredo gelado


Carnegie Institution

Mistério derretido: H2O revela um novo segredo

 IMAGEM: Um fragmento da estrutura cristalina do novo tipo de gelo — os átomos de oxigênio são representados em azul, os de hidrogênio em rosa; os hidrogênios expulsos de suas moléculas em amarelo – esses últimos parecem ficar localizados nos vazios da estrutura poliédrica do oxigênio, uma das quais é representada pelo sombreado cinza. Anteriormente se acreditava que esses vazios continuavam a existir mesmo após a molécula de água se romper a pressões extremas.

Imagem cortesia do Oak Ridge National Laboratory

Imagem ampliada e mais informações.

Washington, D.C.— Empregando novas técnicas revolucionárias, uma equipe liderada por Malcolm Guthrie da Carnegie fez uma chocante descoberta sobre como o gelo se comporta sob pressão, modificando ideias que vigiam a quase 50 anos. Suas descobertas podem modificar nossa compreensão sobre como a molécula de água responde a condições encontradas nas profundezas dos planetas e pode ter outras implicações nas ciências de energia. Este trabalho foi publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences.

Quando a água se torna gelo, suas moléculas são reunidas em uma estrutura cristalina através das pontes de hidrogênio. As pontes de hidrogênio são muito versáteis e, em função disto, os cristais de gelo podem apresentar uma chocante diversidade com ao menos 16 tipos de estrutura diferentes.

Em todas essas formas de gelo, a simples molécula de H2O é o elemento básico de construção. Entretanto, em 1964 foi previsto que, sob pressão suficiente, as pontes de hidrogênio pode se reforçar ao ponto onde elas podem mesmo romper as moléculas. A possibilidade de observar diretamente uma molécula de água dissociada se provou uma isca fascinante para os cientistas e foi objeto de contínuas pesquisas pelos últimos 50 anos. Nos meados da década de 1990, várias equipes, inclusive uma da Carnegie, observou a transição por meio de técnicas de espectroscopia. Porém estas técnicas eram indiretas e somente conseguiam uma parte do quadro.

Um dos métodos preferidos é “ver” diretamente os átomos de hidrogênio – melhor dizendo, os prótons. Isso pode ser feito quicando nêutrons no gelo e medindo cuidadosamente sua dispersão. Porém a aplicação desta técnica em altas pressões para ver a molécula se dissociar simplesmente não era possível até agora. Guthrie explica: “só se consegue chegar a essas pressões extremas se suas amostras de gelo forem realmente pequenas. Infelizmente, isso torna os átomos de hidrogênio muito difíceis de enxergar”.

A Fonte de Espalação de Nêutrons (Spallation Neutron Source = SNS) foi aberta no Laboratório Nacional de Oak Ridge no Tennessee em 2006, para fornecer um novo e extremamente brilhante suprimento de nêutrons. Tendo projetado uma nova classe de ferramentas, otimizadas para explorar esse fluxo sem precedentes de nêutrons, Guthrie e sua equipe – Russell Hemley, Reinhard Boehler e Kuo Li, da Carnegie, juntamente com Chris Tulk, Jamie Molaison e António dos Santos do Laboratório Nacional de Oak Ridge –conseguiram obter os primeiros vislumbres dos próprios átomos de hidrogênio no gelo a pressões sem precedentes, da ordem de 500.000 vezes a pressão atmosférica.

“Os nêutrons nos dizem o que outras técnicas não conseguiam”, diz Hemley, diretor do Laboratório de Geofísica da Carnegie. “Os resultados indicam que a dissociação das moléculas de água segue dois mecanismos diferentes. Algumas moléculas começam a se dissociar a pressões bem mais baixas e por um caminho diferente do previsto no clássico artigo de 1964”.

“Nossos dados pintam um quadro totalmente novo acerca do gelo”, comenta Guthrie. “Os resultados têm não só amplas consequências para a compreensão das ligações na H2O; as observações também podem apoiar uma teoria anteriormente proposta de que os prótons no gelo do interior dos planetas podem ser móveis, mesmo que o gelo continue sólido”.

E esta surpreendente descoberta pode se provar apenas o início de descobertas científicas. Tulk enfatiza que “conseguir ‘enxergar’ o hidrogênio com nêutrons não é importante só para os estudos do gelo. Isso pode se revelar uma descoberta capaz de mudar todo o jogo na técnica. As aplicações poderiam se estender a sistemas críticos para desafios socialmente críticos, tais como o campo da energia. Por exemplo, a técnica pode levar a uma compreensão melhor de hidratos de clatrato contendo metano e até de materiais para armazenagem de hidrogênio que podem, um dia, abastecer automóveis”.

 

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Formação de Planetas: uma possível dica

‘Armadilha de Poeira’ em torno de uma estrela distante pode ser a solução para o mistério da formação de planetas

Com base no baú de tesouros das recentes descobertas, os astrônomos agora sabem que os planetas são algo muito comum em nossa galáxia e podem ser comuns em todo o universo. Embora os planetas pareçam se formar prontamente, o real processo de sua formação permanece um mistério e os astrônomos continuam buscando as peças que faltam para este quebra-cabeças cósmico.

Dust Trap
Imagem do ALMA da armadilha de poeira em torno de IRS 48.  O objeto em forma de crescente é resultado da acumulação de grãos de poeira maiores nas regiões externas do disco. Isto cria um porto seguro para que os grãos de poeira se aglomerem em objetos cada vez maiores.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / Nienke van der Marel

Uma equipe internacional de astrônomos, usando o novo telescópio Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array (ALMA) descobriu uma intrigante pista que pode ajudar a explicar como os planetas rochosos são capazes de evoluir em um turbilhonante disco de poeira e gases.

Imageando as regiões externas de um jovem sistema solar conhecido como Oph IRS 48, que fica a 390 anos-luz da Terra aproximadamente na constelação Ofiúco (Ophiuchus – o Serpentário), os astrônomos descobriram uma formação em forma de crescente, conhecida como “armadilha de poeira”. Os pesquisadores especulam que essa característica recém-descoberta é verdadeiramente um casulo protetor onde podem acontecer os primeiros passos para a formação de planetas, asteroides e cometas.

Quando os astrônomos tentaram modelar a evolução dos grãos de poeira em corpos proto-planetários, tais como cascalhos e pedregulhos, eles encontraram um problema. Assim que os grãos de poeira se aglomeravam acima de um certo tamanho, eles tendiam a se auto-destruir, ou pela colisão com outros aglomerados, ou por serem atraídos pela estrela-mãe. Para conseguirem vencer esse irritante limite de tamanho, os astrônomos teorizaram que redemoinhos rodopiantes que se formassem no disco, poderiam criar as armadilhas de poeira, regiões que permitiriam que as partículas de poeira se aglomerassem, preparando eventualmente o palco para a formação de objetos cada vez maiores.

“Existe um importante obstáculo na longa cadeia de eventos que vai de pequenos grãos de poeira até objetos do tamanho de planetas”, conta Til Birnstiel, um pesquisador do Centro de Astrofísica Harrvard-Smithsonian em Cambridge, Massachusetts e co-autor do artigo publicado na Science. “Nos modelos de computador da formação de planetas, os grãos de poeira têm que crescer de objetos menores que um mícron até objetos com dez vezes as massa da Terra em poucos milhões de anos. Porém, assim que as partículas ficam suficientemente grandes, elas ganham velocidade e ou colidem entre si, o que as manda de volta à primeira casa, ou lentamente derivam para dentro, o que acaba com qualquer crescimento ulterior”.

Para salvar os grãos de poeira desse destino, os astrônomos propuseram que um vórtex, essencialmente uma corcova no disco, produziria uma área de alta pressão e protegeria os aglomerados de poeira em crescimento.

Entretanto, a criação de uma armadilha de poeira requer a mão amiga de um objeto muito grande, tal como um planeta gigante gasoso, ou uma estrela companheira. Na medida em que esse objeto secundário atravessa o disco, ele cria uma trilha limpa em torno da estrela e produz os vórtices e rodamoinhos essenciais em sua esteira.

Estudos anteriores de Oph IRS 48 tinham revelado um anel muito uniforme de monóxido de carbono e pequenos grãos de poeira em torno da estrela, sem qualquer vestígio de uma teórica armadilha de poeira. Entretanto, eles também detectaram uma grande falha entre as porções interna e externa do disco, o que seria um provável rastro de um planeta muito massivo, na ordem de 10 massas de Júpiter, ou uma estrela companheira. Um tal objeto poderia produzir as condições necessárias para uma armadilha de poeira.

Dust Trap
Impressão artística da estrutura proposta para o disco de Oph IRS 48. As manchas amarronzadas representam os grãos de poeira de diversos tamanhos. Os maiores grãos detectados pelo ALMA ficam concentrados na armadilha de poeira na parte de baixo da imagem. Em azul, a distribuição do gás de monóxido de carbono. A falha no disco é representada com o corpo que se propõe esteja varrendo a área e criando as condições necessárias para a formação da armadilha de poeira.
Crédito: Nienke van der Marel

Usando o ALMA, os pesquisadores conseguiram observar simultaneamente o gás e os grãos de poeira muito maiores, revelando algo que outros telescópios não podiam: uma protuberância na parte externa do disco.

“No início o formato da poeira nas imagens foi uma completa surpresa para nós”, diz Nienke van der Marel, um estudante de doutorado no Observatório Leiden na Holanda e principal autor do artigo. “No lugar de um anel que esperávamos ver, encontramos um formato, bem claro, de uma castanha de cajú. Nós tivemos que nos convencer de que a característica era real, mas a força do sinal e a precisão das observações do ALMA não deixaram qualquer dúvida acerca da estrutura”.

Embora as observações do ALMA só tenham revelado a estrutura externa do disco, que fica a mais de 50 vezes a distância da Terra ao sol, o princípio ainda seria o mesmo mais perto da estrela onde se formariam os planetas rochosos. “Esta estrutura que vemos com o ALMA poderia ser reduzida em escala para representar o que pode estar acontecendo no sistema solar interior, onde os planetas mais parecidos com a Terra iriam se formar”, diz Birnstiel. “No caso destas observações, entretanto, podemos estar vendo algo análogo à formação do Cinturão de Kuiper ou da Nuvem de Oort Cloud, regiões de nosso Sistema Solar onde se acredita que os cometas se originam”.

Estas observações foram realizadas com apenas uma parte das 66 antenas que o ALMA deve vir a ter. Quando o sistema completo estiver em funcionamento no fim deste ano, o ALMA terá a visão mais acurada de qualquer observatório astronômico e será uma importante ferramenta para a compreensão do processo de formação de planetas.

ALMA é uma instalação astronômica internacional, uma parceria entre a Europa, a America do Norte e a Ásia Oriental, em cooperação com a República do Chile. A construção e a operação do ALMA são lideradas pelo Observatório Europeu do Sul (ESO), pelo National Radio Astronomy Observatory (NRAO) dos EUA e pelo Observatório Astronômico do Japão.

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Aquecimento Global – CO2 ou CFC? [2]

Não foi a toa que eu recomendei ao leitor que absorvesse o post anterior – traduzido de um press-release da Universidade de Waterloo (Canadá), divulgado por meio do EurekAlert, o noticioso da American Association for the Advancement of Science (AAAS) – com mais do que uma pitada de sal. O próprio site do EurekAlert tem (lá escondidinho no rodapé) um link para o seguinte disclaimer:

AAAS disclaims responsibility for the accuracy of material posted to EurekAlert! by contributing institutions and for the use of any information obtained through EurekAlert!. Support from sponsors does not influence content or policy.

Em português;

A AAAS não se responsabiliza pela precisão do material postado no EurekAlert! pelas instituições contribuintes e pelo uso de qualquer informação obtida através do EurekAlert! O apoio de patrocinadores não tem qualquer influência sobre o conteúdo ou as políticas.

Ou seja: vendemos o peixe pelo mesmo preço que compramos…

Claro que é de se supor que uma Universidade tem um nome a zelar e não vai publicar um press-release bombástico se não for uma notícia com um mínimo de credibilidade científica, né?… Errado!

Uma primeira coisa que se verifica ao seguir o EurekAlert é que certas descobertas, feitas por equipes compostas por pesquisadores de várias universidades, são livremente apregoadas por cada uma delas como se, sem elas, o resto do mundo continuaria na ignorância.

Outra é que a maioria dos trabalhos ditos “revolucionários” não o são… Uma boa rule of thumb para detectar bullshit é o título: se nele aparecerem os termos “sheds a new light” e/ou “groundbreaking” provavelmente é algo insignificante. Outro indício é o emprego do termo “the Holy Grail of (whatever)”.

Neste caso, em particular, o perpetrador autor do press-release não usou nenhum desses termos. Só exagerou um pouco na fanfarra… e eu caí como um patinho…

O site SkepticalScience publicou uma contestação do trabalho do Professor Lu: Lu Blames Global Warming on CFCs (Curve Fitting Correlations) que denuncia a total falta de rigor científico do novo trabalho de Lu. Entre outras coisas, a principal acusação é que Lu simplesmente desprezou todos os dados que associam o aumento das concentrações de CO2 na atmosfera ao aquecimento global e se concentrou apenas nos que serviam como argumento para sua tese sobre os CFCs. E de uma certa desonestidade científica, ao considerar apenas as temperaturas de superfície como indicadores – notadamente se lembrarmos que a maior parte da superfície terrestre é coberta por oceanos e a temperatura média destes tem aumentado constantemente, coisa que Lu simplesmente deixa de lado.

Quibando do post do SkepticalScience:

No entanto, um desequilíbrio global de energia não tem impacto apenas sobre as temperaturas da superfície. Na verdade, somente cerca de 2% do aquecimento global é gasto em aquecer a atmosfera, enquanto 90% aquece os oceanos. Ao longo da última década, o aquecimento dos oceanos e geral da terra continuaram a aumentar rapidamente, acumulando o equivalente à detonação de 4 bombas nucleares de Hiroshima por segundo (Figura 1).

Fig 1

Figura 1: Aquecimento terrestre, atmosférico e das calotas de gelo (vermelho); aumento do Conteúdo de Calor Oceânico (OHC) de 0 a 700m (azul claro); e aumento do Conteúdo de Calor Oceânico de 700 a 2.000 metros (azul escuro). Fonte: Nuccitelli et al. (2012).

A refutação continua, se perguntando por que uma Universidade como Waterloo teria difundido um press-release bombástico assim, mesmo considerando que o artigo de Lu foi aceito por uma publicação “de baixo impacto” (para ser bem claro: pouco confiável). O SkepticalScience é cavalheiresco o suficiente para não tirar conclusões… mas só o fato de que esse press-release foi imediatamente saudado pelos órgãos da imprensa porta-vozes dos maiores interessados em desmentir o aquecimento global (exemplo: o colunista Lawrence Solomon do Financial Post, que chama Lu de “uma estrela ascendente”) me leva à triste conclusão de que a Universidade de Waterloo anda atrás de um recurso escasso atualmente… (não… “bom-senso” sempre foi escasso… eu estou falando de grana, mesmo!…)

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