[전문가의 세계 – 이종필의 과학자의 발상법]A Teoria do Big Bang só começou há 100 anos… o espaço coreano avançou tarde demais, mas não tarde demais

40 anos após o pouso da Apollo 11 na Lua
Coreia do Sul lançou Nuri em órbita terrestre
Se a sonda lunar “Danuri” foi enviada em agosto
É o sétimo país do mundo a ir à lua.

“Nós nutrimos nossos sonhos vendo Apollo pousar na lua, mas você vai nutrir nossos sonhos no espaço observando minha luz.” Esta é a primeira frase de um anúncio de uma empresa local apresentando uma criança carregando uma nave espacial modelo. Eu nasci em 1971, então nunca vi a Apollo 11 pousar na lua, mas é verdade que as crianças da vizinhança nos meus 70 anos sonhavam em ver a espaçonave Apollo. Quase 40 anos depois, 2020 certamente será registrado como o período mais histórico da história da exploração espacial da Coréia.

Em outubro passado, lançamos com sucesso o primeiro lançamento do veículo espacial coreano Nuri. O Noriho é um projétil de vários estágios composto por quatro estágios com motores de empuxo de classe de 75 toneladas, primeiro estágio de classe de 300 toneladas, segundo estágio de motor de classe de 75 toneladas e terceiro estágio de motor de classe de 7 toneladas. e fases anteriores do motor. O lançamento foi realizado. Nuri-ho pode colocar um satélite funcional de 1,5 tonelada diretamente em 600-800 quilômetros do ar da Terra. No primeiro lançamento no ano passado, foi confirmado que o motor do primeiro estágio de 300t estava operando com sucesso, e o primeiro, segundo, segundo e terceiro estágios foram separados e acionados com sucesso para garantir a tecnologia de separação do estágio ejetado. Ele também conseguiu transmitir o modelo de satélite até a altitude alvo de 700 km. No entanto, ele não conseguiu inserir um satélite típico na órbita da Terra. Isso ocorreu porque a velocidade necessária para entrar em órbita não foi alcançada em 7,5 km/s.

A razão pela qual o modelo de satélite não atingiu a velocidade necessária é que o suporte fixo do tanque de hélio no tanque do oxidante (oxigênio líquido) na terceira extremidade do navio Nori foi afrouxado, e o tanque de hélio se moveu e rachou o oxidante vazando tanque e o oxidante. Como resultado, o motor de três velocidades, que deveria queimar por 521 segundos, parou de queimar em 46 segundos e não atingiu a velocidade desejada. De acordo com os resultados da investigação, uma colisão no tanque do terceiro estágio ocorreu em 36 segundos após o lançamento. Como o suporte do tanque de hélio foi projetado com base no tempo em que o projétil estava parado no solo, a flutuabilidade devido à aceleração recebida quando o projétil voou para o espaço não foi levada em consideração. Diz-se que a aceleração máxima neste momento é 4,3 vezes a magnitude da aceleração da gravidade. No processo de preparação para o segundo lançamento previsto para o 16º dia, esse problema foi resolvido com o reforço do tanque de oxidante e do tanque de hélio.

No segundo lançamento, em vez de um modelo de satélite, um satélite de verificação de desempenho já em funcionamento e 4 satélites de cubo muito pequenos que realizam tarefas especiais foram carregados juntos. Infelizmente, o lançamento foi atrasado devido a um problema no sensor, mas se um segundo lançamento for bem-sucedido no futuro, ele agora terá a capacidade de lançar seu próprio satélite no espaço com seu próprio lançador. Nouri planeja continuar indo para o espaço depois do próximo ano.

Por outro lado, em 3 de agosto deste ano, a primeira sonda lunar coreana “Danuri” está programada para entrar em uma órbita de 100 quilômetros na altura da lua em dezembro a bordo de um foguete SpaceX Falcon 9. Normalmente, ao explorar outro corpo celeste, há um orbitador que gira em torno do corpo celeste e se torna um satélite do corpo celeste para conduzir a exploração, e há um lander que pousa diretamente na superfície do corpo celeste e conduz a exploração . Se Danuri conseguir orbitar a lua, seremos o sétimo país do mundo a ir à lua.

Além do orbitador lunar, é claro, um módulo lunar também está sendo preparado. A sonda lunar usa projéteis americanos, mas a sonda lunar o envia de volta com um novo que estamos desenvolvendo. Enviar um módulo de pouso para a Lua requer um míssil de melhor desempenho que o Nouri. Espera-se que o primeiro módulo lunar na Coréia seja lançado em 2031.

Depois de estabelecer um posto avançado na superfície da lua
Cabeça de ponte bloqueada para avançar para o espaço profundo e Hwaseong
Lançamento bem sucedido do “Ponto de Inflexão” de Nouri

A Coreia do Sul concordou em participar do Projeto Artemis, um plano de exploração lunar liderado pelos EUA em 2021. O projeto Artemis é, por assim dizer, um plano para criar uma espécie de posto avançado na Lua, que está em um nível diferente do anterior exploração lunar. Isso ocorre porque o objetivo é garantir uma ponte para a exploração do espaço profundo ou avançar para Marte. Então, dependendo de como passarmos os próximos 10 anos, o jogo de avançar para o espaço no século 21 pode mudar. Nesse contexto, não é incomum que o segundo lançamento do Nyori seja adiado. Requer pelo menos 10 anos de visão de longa distância e perseverança.

Se voltarmos o relógio por um momento e olharmos para trás, o século passado, na década de 1920, foi o momento em que surgiu a cosmologia como ciência moderna. Em 1920 houve o chamado “Grande Debate” nos Estados Unidos. O debate entre os astrônomos americanos Harlow Chapley e Heber Curtis foi no Museu Smithsonian de História Natural sobre a identidade da Nebulosa Espiral, a existência de outras galáxias e o tamanho do nosso universo. Shapley argumentou que nossa Via Láctea é o universo inteiro e que todas as outras nebulosas estão dentro da Via Láctea, enquanto Curtis argumentou que a nebulosa é uma galáxia independente. Entre as nebulosas apresentadas neste debate estava a Nebulosa de Andrômeda.

Andrômeda foi reconhecida como uma “galáxia”
Cosmologia em expansão estabelecida
O mais recente da história humana
Então nos apressamos para o espaço

Por acaso, a grande controvérsia terminou graças à Nebulosa de Andrômeda. Edwin Hubble, um dos maiores astrônomos do século 20, observou a nebulosa de Andrômeda usando o telescópio Hawker de 100 polegadas no Observatório Wilson, o maior telescópio da época, em 1923. Esta foi uma forte evidência de que Andrômeda era uma galáxia independente. Em outras palavras, apenas 100 anos atrás Andrômeda recebeu o status de “galáxia”. Estima-se que existam centenas de bilhões ou trilhões de galáxias no universo observável até onde sabemos.

Exatamente 100 anos atrás, em 1922, o físico russo Alexander Friedman propôs uma cosmologia de desenvolvimento dinâmico usando a teoria geral da relatividade de Einstein. A relatividade geral entende a natureza da gravidade como a curvatura do espaço-tempo. Quando há um objeto pesado como o sol, o tempo e o espaço ao seu redor são distorcidos. Objetos ao redor deles se movem ao longo do caminho mais curto no espaço-tempo retorcido. Einstein completou a equação do campo gravitacional, o núcleo da teoria geral da relatividade, em 1915 e a aplicou a todo o universo em 1917. Esta foi a primeira vez que a cosmologia como uma teoria científica começou a sério.

Einstein acreditava que o universo era imortal e imutável. Este não foi o resultado de qualquer evidência de observação, mas estava próximo de suas crenças. No entanto, para nossa consternação, o resultado da aplicação da teoria geral da relatividade ao universo foi um universo dinâmico que se desenvolveu dinamicamente ao longo do tempo, ao contrário das previsões de Einstein. Para resolver esse problema, Einstein adicionou o termo “aleatório” à sua equação de campo gravitacional. Isso é chamado de constante cosmológica. Este termo cancela o efeito gravitacional de um objeto de massa. A constante cosmológica foi um termo que Einstein inseriu arbitrariamente em sua equação para encaixar o universo em suas crenças, então Einstein não gostou muito disso. De fato, o universo estático sustentado pela constante cosmológica era instável em equilíbrio como uma bola de gude em uma bola de futebol. No entanto, Einstein não abandonou sua visão do universo, que é a eternidade eterna.

Foi Friedman quem se rebelou contra Einstein. Friedman propôs várias possibilidades para a evolução do universo dependendo das condições iniciais do universo. Em particular, mesmo que não haja constante cosmológica que dê o efeito da antigravidade, se por algum motivo o universo estiver se expandindo em primeiro lugar, verifica-se que a evolução do universo varia dependendo do número de fatores que dão o efeito de antigravidade no universo, como estrelas e galáxias. Se a influência gravitacional for muito forte, a expansão do universo vai parar em algum ponto e começar a contração gravitacional novamente. Por outro lado, se o fator gravitacional for muito fraco, ele continuará a se expandir. Por outro lado, se os fatores de influência gravitacional encontram um ponto de equilíbrio adequado, a expansão diminui gradualmente, mas há casos em que a expansão continua para sempre. Einstein estava ciente do artigo de Friedman, mas não aceitou os resultados. A ideia de Einstein era que, mesmo que não houvesse problema matemático, não teria significado físico.

Algo semelhante aconteceu vários anos depois. Independentemente de Friedman, o físico nascido na Bélgica Georges Lemaitre estabeleceu um universo dinâmico, particularmente uma cosmologia em expansão. Na Conferência Solvay em 1927, uma das mais famosas conferências internacionais do século 20, Lemaître explicou a expansão da cosmologia para Einstein, mas Einstein deu a Lemaître uma cerveja. Apenas dois anos depois, em 1929, o Hubble dos Estados Unidos observou o movimento passivo das galáxias externas usando o telescópio Hooker do Observatório Mount Wilson e descobriu que todas as galáxias externas recuam a uma velocidade proporcional à sua distância da Terra. A descoberta de Hubble destruiu a cosmologia estática e atemporal de Einstein como forte evidência de que o universo estava se expandindo. Os resultados de Hubble já foram previstos por Lemaitre em sua cosmologia em 1927. Os resultados de Hubble há muito são chamados de “lei de Hubble”, mas em 2018 a União Astronômica Internacional recomendou que fosse chamado de “lei de Hubble-Lemaitre”.

Lemaitre sabia que sua cosmologia havia dado pistas sobre a origem do universo. Porque se o universo estivesse se expandindo, então tudo no universo teria começado como uma coisa muito pequena se o tempo voltasse. Lemaitre chamou isso de “átomo primitivo”. Pode-se dizer que este é o início da cosmologia moderna do Big Bang.

Como tal, a década de 1920 foi um período de mudança revolucionária na compreensão humana do universo, tanto na observação quanto na teoria. Pelo contrário, foi apenas muito recentemente na longa história da humanidade que nós, humanos, começamos a entender corretamente o universo. Dada a vastidão do universo, nós humanos somos apenas seres sem importância, mas, como disse Stephen Hawking, o que torna os humanos especiais é que podemos entender o universo. Embora estejamos muito atrás de outros países desenvolvidos, há muitas razões pelas quais estamos correndo para o espaço agora (não porque seja). Não há razão para desanimar com um ou dois erros ou falhas.

“Então, vamos para o espaço.”