Voyager

Em 1989 eu comprei a minha primeira revista Super Interessante; eu tinha 12 anos, e ela tinha uma linguagem mais acessível do que a Ciência Hoje, técnica demais aos meus olhos adolescentes da época. O que me motivou a comprá-la foi uma matéria sobre a Voyager 2, que se aproximava de Netuno, na época o penúltimo planeta do sistema solar [1].

Figura 1: Capa da revista Super Interessante de fevereiro de 1989, com concepção artística da sonda Voyager 2 na capa.

As sondas foram lançadas em 1977, tendo como missão primária a exploração de Júpiter e Saturno. A missão da Voyager 2 foi extendida e, aproveitando um raro alinhamento de planetas, ela visitou também Urano e Netuno (em 1986 e 1989, respectivamente). Em 17 de fevereiro de 1998 a Voyager 1 tornou-se o mais distante objeto feito pelo homem, ultrapassando a antiga detentora deste recorde, a Pionner 10 [2].

As sondas possuem cada uma 11 instrumentos de investigação científica, e um sistema de orientação que mantém a antena sempre apontada na direção da Terra. Sua energia elétrica vem de geradores termoelétricos a base de combustível radioativo (por exemplo Plutônio 238); o combustível aquece, devido ao seu próprio decaimento radioativo, e esquenta parte de uma barra de um material condutor, enquanto outra parte desta barra permanece mais fria; essa diferença de temperatura cria uma corrente elétrica na barra: é o efeito Seebeck, que possui esse nome em homenagem ao físico alemão Thomas Johann Seebeck, que o descobriu em 1821 [3] [4]. Por serem seguras, eficientes, e fornecerem uma fonte de energia de longa duração, essas "baterias nucleares" forneceram energia para diversas outras missões espaciais, tais como as missões Apollo, Viking, Pioneer, Galileo, Ulysses e Cassini [5].

Figura 2: Sonda Voyager sendo transportada.

As sondas Voyager possibilitaram diversas descobertas científicas. Graças a elas hoje sabemos que há descargas elétricas em Júpiter [6] e atividade vulcânica em sua lua Io [7]. Temos conhecimento de que os anéis de Saturno são formados por partículas que possuem, em sua maioria, tamanho (raio) variando de 1 centímetro a 5 metros, embora algumas possam ter até 10 quilômetros de raio [8], e de que Tristão, uma das luas de Netuno, possui uma pressão atmosférica equivalente a um centésimo de milésimo de nossa pressão a nível do mar, com o nitrogênio como o principal componente de sua atmosfera [9].

Figura 3: Imagem de Saturno e das luas Thethys e Dione. Pode-se ver as sombras projetadas no planeta por uma das luas e pelos anéis.

As sondas Voyager ainda enviam dados para a Terra. No ano passado dados da Voyager 2 mostraram que o sistema solar (cuja fronteira é delimitada por uma bolha formada pelo vento solar) não é perfeitamente esférico [10].
Desde 1989, quando ouvi falar das sondas Voyager pela primeira vez, até hoje, houve um grande aumento de nosso conhecimento do sistema solar, para o qual as sondas Voyager contribuíram de maneira relevante. Atualmente Netuno é considerado o planeta mais distante, enquanto Plutão se encaixa na categoria de planetas anões, juntamente com Eris e Ceres [11] [12].

Figura 4: O novo mapa do sistema solar, com os planetas anões.

[1] http://super.abril.com.br/superarquivo/1989/conteudo_111528.shtml
[2] http://voyager.jpl.nasa.gov/mission/timeline.html
[3] Solid State Physics, N. W. Ashcroft e N. D. Mermin, Saunders College Publishers, pg 24 (1976)
[4] http://www.britannica.com/eb/article-9066564/Thomas-Johann-Seebeck
[5] http://www.osti.gov/accomplishments/rtg.html#1
[6] Lightning activity on Jupiter, W. J. Borucki et al, Icarus vol 52 pg 492 (1982)
[7] Two classes of volcanic plumes on Io , Alfred S. McEwen and Laurence A. Soderblom, Icarus, vol 55, pg 191 (1983)
[8] Saturn's rings - Properties and processes, J. N. Cuzzi et al, IAU Colloq. 75: Planetary Rings, pg 73 (1984)
[9] Ultraviolet spectrometer observations of Neptune and Triton, A. L. BroadFoot et al, Science, vol 246 pg 1459 (1989)
[10] News Release - 143 - Voyager 2 proves Solar System is squashed, 10 de dezembro (2007)
[11] Press Release - IAU0603: IAU 2006 General Assembly: Result of the IAU Resolution votes
[12] Press Release - IAU0605: IAU names dwarf planet Eris, Set 14, 2006, Munich

Etanol

Nos últimos anos houve um grande aumento na produção de etanol para atender ao consumo desse combustível no Brasil, devido ao advento dos motores flex (figura 1); esses motores funcionam tanto com etanol puro quanto na proporção 25% de etanol e 75% de gasolina, ou em qualquer proporção intermediária (os motores a gasolina, que não são flex, não funcionam com gasolina pura, mas com essa mistura de três quartos de gasolina e um quarto de etanol). Na edição de ontem o jornal O Estado de São Paulo trouxe matéria extensa no caderno de economia sobre o etanol. A reportagem destacou o aumento da produção do etanol, com a ampliação da área utilizada para o cultivo da cana-de-açúcar, o que entretanto não impediu o aumento da safra agrícola 2007/2008 (o que indicaria de que o etanol, pelo menos aquele oriundo da cana-de-açúcar, não poderia ser responsabilizado pela alta dos preços dos alimentos). O jornal também destacou as críticas feitas pelos presidentes do Banco Mundial, Robert Zoellick, e do FMI, Dominique Strauss-Kahn, aos biocombustíveis, e a resposta do Brasil, através de um certificado a ser criado pelo Inmetro (que garantirá ao importador que o etanol não foi produzido em condições degradantes de trabalho, nem prejudicou o meio ambiente), de um zoneamento que indicará as áreas em que o cultivo de cana será permitido, além de atividades de relações públicas [1].

Figura 1: produção de etanol no Brasil [2].

No Brasil o etanol é geralmente chamado de álcool, mas ele é um dos tipos de álcool existentes. O etanol contém dois átomos de carbono, ao contrário do metanol, um álcool mais simples, com apenas um átomo de carbono; pode ser produzido a partir da fermentação de açúcares ou da adição de água ao etileno. Os açúcares são produzidos nas plantas a partir da fotossíntese, numa reação que transforma dióxido de carbono e água em oxigênio e glicose. Essa reação não é espontânea: só ocorre porque a molécula de clorofila consegue absorver luz solar visível. Algumas plantas não interrompem o processo de fotossíntese com açúcares simples, como a glicose, e continuam conectando açúcares, formando carboidratos mais complexos, como a sacarose da cana-de-açúcar, um dissacarídeo formado por uma molécula de glicose e outra de frutose [3].

Figura: molécula de etanol; átomos de hidrogênio estão em cinza, carbono em verde, e oxigênio em vermelho [4].

Frequentemente se ouve dizer que o etanol da cana-de-açúcar é mais eficiente energeticamente que o etanol do milho, produzido nos Estados Unidos, mas o que isso significa exatamente? Para cada Joule de energia usado na produção e distribuição da cana-de-açúcar e do etanol derivado desta, no Brasil, obtém-se 9 Joules. Neste cálculo é levada em conta a energia consumida pelos combustíveis utilizados nas operações agrícolas e de transporte de cana, na produção de insumos (como fertilizantes, calcário, herbicidas, inseticidas e mudas), na produção e manutenção de equipamentos e na mão-de-obra. Não há uso de energia elétrica do sistema, que é fornecida pela queima do bagaço da cana. Também é contabilizada a energia utilizada na produção de lubrificantes e produtos químicos na produção do etanol e na construção e manutenção de edificações[5].

Para cada Joule de energia usado na produção e distribuição do milho e do etanol derivado deste, nos Estados Unidos, obtém-se 1,24 Joules. A maior parte da energia consumida na produção do etanol do milho vem do carvão (70%), usado principalmente nas usinas de etanol, o que impede que esta fonte de energia contribua significativamente para a redução do efeito estufa. Diesel, gasolina e óleo combustível representam 16% desta energia, consumidos no plantio e distribuição do milho, e na distribuição do etanol. Gás natural e petróleo liquefeito respondem por 14%, usados na produção de fertilizantes e no plantio do milho [6].

Embora seja bem menos eficiente energeticamente que o etanol da cana, o etanol do milho atua, nos Estados Unidos, no sentido de substituir importações de petróleo, já que pra cada Joule oriundo de diesel, gasolina e óleo combustível consumido eles obtêm 7 Joules de etanol, permitindo uma maior diversificação da matriz energética norte-americana. Essa maior eficiência energética do etanol da cana-de-açúcar vem de vários fatores, tais como a cana-de-açúcar precisar de menos nutrientes, provocar menor erosão no solo (já que é uma cultura quase perene, e mantém o solo coberto durante a maior parte do tempo), e não necessitar de irrigação no clima tropical e úmido brasileiro. Entretanto a experiência brasileira não pode ser repetida em outros países que não possuem o clima úmido para o cultivo da cana-de-açúcar, nem grande quantidade de terras disponíveis. Daí a opção por outras culturas, como o milho nos Estados Unidos e a beterraba na Europa [7].

Atualmente há desenvolvimento de tecnologia para produção de etanol a partir de celulose, o que adicionaria à lista de matérias primas toda uma gama de resíduos, tais como folhas, pedaços de madeira, papel, bagaço de cana e palha de trigo. Neste processo, a celulose é convertida em açúcares simples a partir de hidrólise e então estes são fermentados para produzir etanol; atualmente é utilizado ácido sulfúrico na hidrólise, mas espera-se no futuro poder substituir o ácido sulfúrico por uma enzima, o que resultaria em grande redução de custos [8].

¹ O Joule é a unidade de energia no Sistema Internacional de Unidades. 1 kWh equivale a 3,6 milhões de Joules. Outras unidades de energia bastante utilizadas são o kCal e o Btu.

[1] O Estado de São Paulo, pg B2, 20 de abril (2008)
[2] Brazil Energy Data, Statistics and Analysis - Oil, Gas, Electricity, Coal. Energy Information Administration, Official Energy Statistics from the US Government (Setembro de 2007).
[3] Chemistry – Science of Change, Oxtoby, Nachtrieb, Freeman, 2nd ed, Saunders College Publishing (1994), pg 792, 949, 984.
[4] http://www.worldofmolecules.com/fuels/ethanol.htm
[5] Macedo, I. C.; Horta, N. L. A. Balanço de energia na produção de cana-de-açúcar e álcool nas usinas cooperadas. Brasília, DF: Ministério de Ciência e Tecnologia, 1996.
[6] Estimating the Net Energy Balance of Corn Ethanol. Hosein Shapouri, James A. Duffield, Michael S. Graboski. U.S. Department of Agriculture, Economic Research Service, Office of Energy. Agricultural Economic Report No. 721.
[7] Ethanol from Brazil and the USA, M. Maciel, Energy Bulletin, 2 de outubro (2006)
[8] Outlook for Biomass Ethanol Production and Demand, J. DiPardo, Energy Information Administration (2004)

Que horas são?

Do que você precisa para saber que horas são? A sua resposta provavelmente será "Preciso de um relógio". Então, se você tiver um relógio, saberá as horas. Certo?
Bom, depende. Como assim, depende? Depende do quanto você confia no seu instrumento de medição (seu relógio). Isso pode ser visto de maneira mais clara se, ao invés de um, você tiver dois relógios, e eles mostrarem horas ligeiramente diferentes. Quando seu relógio de pulso diz que são 21:02hs e o relógio que está pendurado na parede da sala mostra 21:04hs, um relógio está afirmando que o outro está errado. Qual dos dois tem razão? De acordo com o relógio do forno de microondas, que mostra 21:05hs, nenhum dos dois.
Ainda que não pudermos chegar ao valor verdadeiro que desejamos descobrir, somos capazes de estimar o quão distante o valor obtido em nossas medições está deste valor real, que permanece desconhecido. Este é o conceito de incerteza. A maneira mais usada atualmente para indicar a incerteza em trabalhos de física experimental é o desvio padrão [1], que nos permite uma análise quantitativa da variabilidade presente nas nossas medidas. Fazendo-se várias medições sob as mesmas condições, obtêm-se um valor médio que será tanto mais próximo do valor verdadeiro quanto maior for o número de medições.
Se tivermos dois grupos de medidas, e em um deles os valores forem muito diferentes, podemos concluir que o valor médio obtido neste grupo tem uma incerteza maior do que o valor médio obtido pelo outro grupo, com menor variação.
Os erros em medições podem ter várias causas. Podem ser resultado de variações aleatórias no processo de medição (erros aleatórios), ou podem apresentar o mesmo erro para várias medidas repetidas (erros sistemáticos), seja por instrumentos mal calibrados, efeitos de ambiente sobre uma experiência (tais como umidade ou temperatura), falhas de procedimento durante a medição ou uso de fórmulas teóricas aproximadas [2].
O uso de estatística é muito comum na metrologia, para a análise da qualidade das medidas e para a comparação entre resultados obtidos em laboratórios diferentes. A metrologia, ciência que trata de técnicas de medidas, incertezas de medições e de calibração, é muito usada tanto em física experimental (por exemplo na obtenção de valores das constantes físicas [3]) quanto no setor industrial [4].
O Inmetro (Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial), entre outras atribuições, verifica a observância das normas técnicas e legais, no que se refere às unidades de medida, métodos e instrumentos de medição, e planeja e executa as atividades de acreditação de laboratórios de calibração e de ensaios e de organismos de certificação, inspeção e treinamento, necessários ao desenvolvimento da infra-estrutura de serviços tecnológicos [5].

Figura 1: protótipo de 1 kg de Platina-Irídio, do Laboratório de Massa (Lamas) da Divisão de Metrologia Mecânica do Inmetro.

A hora internacional atômica (TAI, do francês Temps Atomique International), aceita como referência mundial de tempo, é obtida a partir da análise de dados de 200 relógios atômicos de 50 laboratórios ao redor do mundo [6]. A hora oficial brasileira é gerada e distribuída pela Divisão do Serviço da Hora do Observatório Nacional, que mantém sob sua guarda os padrões nacionais de freqüência que são a base da rastreabiidade metrológica brasileira em tempo e frequência, conforme designado pelo Inmetro [7].

Figura 2: Relógio atômico de césio do Observatório Nacional.

Saber as horas com grande acurácia é necessário tanto em telecomunicações [8] quando em navegação, seja de aeronaves ou navios, através do Sistema de Posicionamento Global, o GPS [9].

[1] Fundamentos da Teoria de Erros, José Henrique Vuolo, Ed. Edgar Blücher, 2a. edição, pg. 55 (1996).
[2] Laboratory Physics, H. F. Meiners, W. Eppenstein, K. H. Moore, Ed. John Wiley & Sons (1969).
[3] The Fundamental Physical Constants and the Frontier of Measurement, B. W. Petley, Ed. Adam Hilger (1985).
[4] Metrologia na Indústria, Francisco Edval de Lira, Ed. Erica, 6a. edição (2007).
[5] http://www.inmetro.gov.br/
[6] http://www.bipm.org/en/scientific/tai/tai.html
[7] http://www.on.br/institucional/serv_hora/geral.html
[8] Internet time syncronization: the network time protocol, D. L. Mills, IEEE Transactions on Communications, vol 39 pg 1482 (1991)
[9] http://www.gpscenter.com.br/index64.html

Neuromancer

Um ex-caubói do ciberespaço, outrora capaz de invadir sistemas corporativos a partir de um deck ciberespacial, mas agora incapaz de surfar na rede, devido ao cérebro mutilado como punição por tentar roubar seus patrões. Uma mercenária com óculos implantados cirurgicamente, roupa justa e preta de couro, e lâminas de bisturi retráteis sob as unhas. Inteligências artificiais, algumas não mais espertas que cachorros, outras muito inteligentes, servindo a grandes corporações e aos militares, e vigiadas por uma força policial chamada Turing criada especificamente para impedir que fujam ao controle humano. Case, o hacker, é contratado por um ex-oficial das Forças Especiais para uma missão misteriosa, tendo como pagamento a cura de seu cérebro.

Figura 1: a obra com a qual William Gibson nos apresentou ao ciberespaço.

O livro mais conhecido de William Gibson, Neuromancer, é uma obra-prima da ficção científica. E influenciou fortemente a trilogia Matrix, de detalhes como símbolos escorrendo pela parede à capacidade dos humanos de "plugar" o cérebro à rede de dados, entre outras coisas. Aliás Keanu Reeves também protagonizou Johnny Mnemonic, filme adaptado de uma estória de Gibson.

Figura 2: Adaptação de estória de William Gibson estrelada por Keanu Reeves.

Há referências ao Brasil no livro, assim como a vários outros países. Por exemplo, há um brasileiro que trabalha num bar frequentado por Case; e o computador central de uma das inteligências artificiais é de uma firma francesa no Rio de Janeiro.
Além de Neuromancer, publicado em português pela editora ALEPH, Gibson escreveu outros livros, entre eles Idoru (Editora Conrad do Brasil) e Reconhecimento de Padrões (Editora ALEPH). Seu livro mais recente é Spook Country.

[1] http://www.alephnet.com.br/livra.asp?co=92
[2] http://www.williamgibsonbooks.com/
[3] http://www.alephnet.com.br/livra.asp?co=101
[4] http://www.conradeditora.com.br/index.php?option=com_content&task=view&id=1518&Itemid=0