Por que as conchas reproduzem o som do mar?

Você deve ter segurado uma concha perto da sua orelha quando era pequeno. As melhores conchas para produzir esse som são as conchas grandes e em espiral.

Algumas pessoas sugeriram que o som que você ouve da concha é o eco do seu sangue correndo através dos seus vasos da sua orelha. Isso não é verdade. Se fosse verdade, o som seria intensificado após exercícios físicos, já que seu sangue corre mais rapidamente após exercícios. Entretanto, o som permanece o mesmo após exercícios físicos.

Outros dizem que o som de ondas dentro da concha é gerado pela passagem de ar através da concha (o ar fluindo através da concha e fora dela gera um ruído). Você vai notar que o som é mais alto quando você posiciona a concha ligeiramente mais acima da orelha do que quando ela está bem na altura da orelha. Entretanto, essa teoria não é confirmada em uma sala a prova de som. Numa sala destas, ainda existe ar, mas quando você segura a concha perto da sua orelha, não há som.

A explicação mais aceitável para esse som parecido com o de ondas é o ruído do ambiente a sua volta. A concha que você está segurando ligeiramente acima da sua orelha captura esse ruído, que ressoa dentro da concha. O tamanho e forma da concha, portanto, têm algum efeito no som que você ouve. Conchas de outras formas têm sons diferentes porque elas acentuam diferentes frequências. Você nem precisa da concha para ouvir o ruído. Você pode produzir o mesmo som "do mar" usando uma xícara vazia posicionando-a sobre sua orelha. Experimente e varie a distância que você posiciona a xícara perto da sua orelha. O nível do som vai variar dependendo do ângulo e distância que a xícara está da sua orelha.

O ruído de fora da concha também pode alterar a intensidade do som que você ouve dentro. Você pode encarar a concha como sendo uma câmara ressonante. Quando o som de fora entra na concha, ele se envolve no espaço, criando assim um ruído audível. Então, quanto mais ruidoso for o ambiente em que você estiver, mais alto o som parecido com o mar.

E se eu pulasse num buraco que atravessasse a Terra no meio?

Embora isso seja impossível de ser feito na Terra, é perfeitamente possível na Lua. A Lua tem um núcleo frio e não tem oceanos ou água subterrânea para complicar as coisas. Além disso, a Lua não tem atmosfera, portanto o túnel teria um bom vácuo dentro dele, o que elimina o arrasto aerodinâmico.

Portanto, imagine que o túnel através da Lua tivesse 7 metros de diâmetro. Em um lado há uma escada. Se você descesse a escada, você iria descobrir que seu peso diminui. A gravidade é causada por objetos que atraem outros com sua massa (veja a Como funciona a gravidade). Conforme você desce dentro do túnel, mais e mais da massa da lua fica acima de você, atraindo você para cima. Quando você descesse até o centro da Lua, ficaria sem peso. A massa da Lua estaria toda ao redor de você e atraindo-o igualmente, portanto se anularia totalmente e você se sentiria sem peso.

Se você realmente pulasse dentro do túnel e se deixasse cair, aceleraria em direção ao centro a uma velocidade muito alta. Você passaria rapidamente pelo centro e começaria a desacelerar. Finalmente, você iria parar quando alcançasse a borda do túnel no outro lado da lua e começaria a cair de volta na outra direção. Você iria oscilar para frente e para trás dessa forma para sempre.

Se você pudesse fazer isso na Terra, um efeito impressionante seria a facilidade de viajar. O diâmetro da terra tem 12.700 km. Se você perfurasse o túnel direito através do centro e pudesse criar um vácuo em seu interior, tudo o que você jogasse dentro do túnel alcançaria o outro lado do planeta em apenas 42 minutos.

Como funcionam as auroras

Introdução a Como funcionam as auroras

Se você acampar perto da fronteira dos Estados Unidos/Canadá ou ainda mais ao norte, você poderá ver um brilho inacreditável no céu noturno. Às vezes pode parecer com o crepúsculo, outras vezes, com um feixe de luz que brilha e “dança”. A luz pode ser verde, vermelha, azul ou uma combinação dessas cores. É o fenômeno chamado aurora boreal, ou simplesmente aurora.

Michael Melford/Image Bank/Getty Images
A aurora boreal sobre uma lagoa no Parque Nacional de Acádia, em Maine

As auroras têm diversos significados, dependo da cultura. Os Vikings acreditavam que elas eram reflexos das armaduras das míticas Valquírias Para os esquimós nativos da Groenlândia e do Canadá, as auroras eram mensagens dos mortos. Já para os índios americanos, elas eram luzes das enormes fogueiras ao norte. Nos tempos medievais, as auroras eram presságios de guerra ou de desastres, tais como as epidemias. Hoje, sabemos que são um fenômeno de luz resultante da interação das partículas de alta carga dos ventos solares com o campo magnético da Terra. Mas a explicação física das auroras certamente não tira a beleza desse espetáculo natural de luzes.

Como a aurora é causada pela interação dos ventos solares com o campo magnético da terra, ela pode ser vista mais freqüentemente perto dos pólos, norte e sul. No norte, ela é chamada aurora boreal, ou luzes do norte. Aurora é o nome da deusa romana do amanhecer, e "boreal" significa "norte" em Latim. No hemisfério sul, a aurora é chamada aurora austral (em Latim: "australis" - que vem do sul).

As auroras acompanham os ciclos solares e são mais freqüentes no fim do outono e no começo da primavera (fevereiro, março e outubro são os melhores meses). Em volta do Círculo Polar Ártico, no norte da Noruega e Alasca, elas podem ser vistas quase todas as noites. À medida que se desce em direção ao sul, elas se tornam mais raras. Perto do sul do Alasca, do sul da Noruega, na Escócia e no Reino Unido, elas podem ocorrer de uma a dez vezes por mês. Perto da fronteira Estados Unidos/Canadá, é possível vê-las de duas a quatro vezes por ano. Uma vez ou duas vezes por século, elas podem aparecer no sul dos Estados Unidos, no México e nas regiões equatoriais.

Vamos dar uma olhada mais de perto nas auroras e em suas causas.

Com o que as auroras se parecem?

Como já dissemos, as auroras podem ter formas e cores diferentes. Elas podem aparecer como um brilho vermelho ou alaranjado no horizonte - como um nascer ou por do sol. Às vezes, elas podem parecer incêndios como acreditavam os índios americanos. Elas podem também ter a forma de cortinas ou feixes que se movem e ondulam durante a noite.

Michael S. Quinton/National Geographic/Getty Images
Aurora boreal vermelha sobre o Parque Nacional Wrangell/St.Elias no Alasca

As auroras podem ser verdes, vermelhas ou azuis. Freqüentemente, elas serão uma combinação de cores, sendo cada cor visível a uma altura diferente na atmosfera.

• Azul e violeta: menos de 120 quilômetros.
• Verde: 120 a 180 quilômetros.
• Vermelho: mais de 180 quilômetros.

Após o máximo do ciclo solar, a cor vermelha pode aparecer a altitudes que variam entre 90 e 100 quilômetros.

Os íons de oxigênio irradiam uma luz. Os íons de nitrogênio irradiam uma luz vermelha, azul e violeta. Nos lugares onde tanto o nitrogênio quanto o oxigênio estão presentes, nós temos a cor verde. Nós vemos cores diferentes a altitudes diferentes porque a concentração de oxigênio e nitrogênio na atmosfera muda em função da altitude.

O brilho das auroras pode variar. As pessoas que costumam observar e reportar as auroras usam uma escala de avaliação que vai de zero (fraco) a quatro (muito brilhante). Elas anotam a hora, data, latitude e cores da aurora e fazem rápidos esboços do fenômeno no céu. Tais relatórios ajudam os astrônomos, astrofísicos e cientistas a monitorar as atividades das auroras. As auroras podem ajudar a compreender o campo magnético da Terra e suas mudanças através do tempo.

Como o campo magnético da terra é tridimensional, a aurora aparece como um anel oval em volta do pólo. Isso foi observado por satélites, pela Estação Espacial Internacional e por ônibus espaciais. A aurora não é um círculo perfeito porque o campo magnético da Terra é distorcido pelos ventos solares.

O diâmetro do anel da aurora pode variar. Embora não com freqüência, as auroras podem ser vistas no sul dos Estados Unidos. Em geral, elas permanecem perto das regiões polares. Além disso, elas ocorrem em dupla - quando vemos uma aurora boreal, certamente há uma aurora austral correspondente no hemisfério sul.

As auroras só acontecem na Terra?

Como as auroras são causadas pelas interações dos ventos e erupções solares, você pode pensar que elas também ocorrem em outros planetas. Para que isso aconteça, são necessários alguns fatores:

• erupções e ventos solares que forneçam as partículas carregadas e a energia para interagir com o campo magnético do planeta;
• que o campo magnético do planeta atraia elétrons do espaço;
• uma atmosfera planetária que contenha gases iônicos que interajam com os elétrons energéticos do campo magnético e produzam luz com a “excitação” e “relaxamento” de seus elétrons.

Assim, quando essas condições estão presentes, é possível observar auroras em outros planetas, como em Júpiter e Saturno. Ambos têm poderosos campos magnéticos e atmosferas com gases ionizados, principalmente por hidrogênio e hélio.

O telescópio espacial Hubble capturou imagens de auroras em Júpiter, e a sonda Cassini, que está na órbita de Saturno, fotografou auroras por lá. ­

O que causa uma aurora?

As auroras são indicadores da conexão entre a Terra e o sol. A freqüência delas tem relação com a freqüência e com ciclo de atividade solar (o ciclo solar dura 11 anos).

Imagem cedida pela NASA
Ilustração do impacto dos ventos solares na magnetosfera terrestre

Conforme o processo de fusão ocorre dentro do sol, ele emite partículas de carga elevada (íons, elétrons, prótons, nêutrons) e radiação no vento solar. Quando há uma forte atividade solar, é possível ver grandes erupções solares, também chamadas flares solares e ejeções de massa coronal. Essas radiações e partículas de carga elevada são liberadas no espaço e viajam através do sistema solar. Quando chegam à Terra, elas se deparam com o campo magnético de nosso planeta.

Os pólos do campo magnético da Terra ficam perto, embora não exatamente, sobre os pólos geográficos (onde o planeta gira sobre seu próprio eixo). Os cientistas acreditam que o núcleo externo líquido da terra gira e produz o campo magnético. O campo é distorcido pelo vento solar, ficando comprimido na parte que fica de frente para o sol (frente de choque) e se projetando para fora no lado oposto (cauda magnética). Os ventos solares formam um buraco no campo magnético nas cúspides polares, que estão no lado solar da magnetosfera (a área em torno da Terra que sofre a influência do campo magnético). Veja a seguir como isso causa a aurora.

1. Conforme as partículas carregadas dos ventos e erupções solares se chocam contra o campo magnético da terra, elas viajam ao longo das linhas do campo.
2. Algumas partículas são desviadas, enquanto outras interagem com as linhas do campo magnético, fazendo com que as correntes das partículas carregadas dentro dos campos magnéticos se dirijam a ambos os pólos - daí a razão da simultaneidade das auroras em ambos os hemisférios (essas correntes são chamadas correntes de Birkeland em homenagem a Kristian Birkeland, o físico norueguês que as descobriu).
3. Quando uma carga elétrica atravessa um campo magnético, ela gera uma corrente elétrica. Conforme essas correntes descem até a atmosfera ao longo das linhas do campo, elas ficam mais carregadas.
4. Quando se chocam contra a região ionosférica da atmosfera superior da terra, elas batem nos íons de oxigênio e nitrogênio.
5. As partículas então transferem sua energia para os íons de oxigênio e de nitrogênio.
6. A absorção da energia pelos íons de oxigênio e de nitrogênio faz com que os elétrons dentro deles fiquem "excitados" e passem de uma órbita de baixa energia para uma órbita de alta energia.
7. Quando os íons relaxam, os elétrons nos átomos de oxigênio e de nitrogênio voltam para suas órbitas originais. Durante o processo, eles re-irradiam energia em forma de luz. Essa luz produz a aurora e as diferentes cores provêm da luz irradiada pelos diferentes íons.

Nota: As partículas que interagem com os íons de oxigênio e nitrogênio na atmosfera não vêm do sol. Na verdade, elas já haviam sido atraídas pelo campo magnético da terra. Os ventos e erupções solares afetam o campo magnético e fazem com que essas partículas dentro da magnetosfera comecem a se mexer.

Para mais informações sobre as auroras, veja os links na próxima página.

Como nós conhecemos a causa da aurora?

Em 1895, o físico norueguês Kristian Birkeland analisou a causa das auroras. Birkeland acreditava que as auroras eram causadas por elétrons do sol que interagiam com o campo magnético da Terra. Para testar isso, ele colocou um ímã esférico chamado terrella dentro de uma câmara a vácuo. Isso junto com um canhão de elétrons. Quando ele ligou o canhão, os elétrons interagiram com o campo do ímã e produziram uma aurora artificial, comprovando sua tese.

Entretanto, a aurora artificial de Birkeland não tinha o anel oval característico. O anel da aurora foi anunciado em 1964 por um estudante japonês chamado Sun-ichi Akasofu. Ele examinou fotografias das auroras e concluiu que as auroras eram anéis. Mas então por que as auroras de Birkeland não eram ovais? Birkeland pensava que os elétrons que excitavam os íons de oxigênio e de nitrogênio vinham diretamente do sol. Apenas quando os satélites começaram a estudar as auroras e a medir a magnetosfera é que os os cientistas descobriram que os elétrons vinham da própria magnetosfera. Quando esta idéia foi colocada em prática, com os modelos matemáticos, os anéis da aurora foram explicados.