A olho nu, não é possível ver o clima no espaço, nem sentir os raios cósmicos irradiando para a Terra — mas eles podem impactar sistemas críticos como o nosso clima, a conectividade dos computadores, as comunicações e até mesmo a nossa saúde.



O Professor de Física e Astronomia dos Regentes, Xiaochun, está abordando algumas das grandes questões ao fazer medições desses raios cósmicos usando as tecnologias desenvolvidas em seus projetos fundamentais de pesquisa em física nuclear. Ele e a sua equipa estão a avaliar como estes raios estão a afectar o clima da Terra, como podem ter desempenhado um papel nas origens do universo e como podem desempenhar um papel quando o cancro se origina no corpo.

Aqui, o Dr. He compartilha o que inspirou este trabalho e como o estudo dos raios cósmicos pode causar um impacto aqui na Terra.

O que é o clima espacial e por que precisamos monitorá-lo?

Clima espacial é um termo geral para descrever atividades solares, incluindo ejeção de massa coronal do Sol e coisas como tempestades geomagnéticas. Tempestades solares severas podem causar interrupções significativas no nosso sistema de comunicação, danificar potencialmente satélites e afectar a rede eléctrica de longa distância, por exemplo.

Os raios cósmicos são diferentes do clima espacial?

A maioria das partículas energéticas dos raios cósmicos – principalmente prótons – tem origem galáctica; alguns deles entram no sistema solar e bombardeiam a atmosfera da Terra. Essas partículas de raios cósmicos colidem com as moléculas da atmosfera terrestre a cerca de 15 quilômetros de altitude e produzem partículas secundárias (chamadas chuvas de raios cósmicos).

As partículas mais secundárias que atingem a superfície da Terra são as partículas de múons, que são detectadas pelos nossos detectores. O clima espacial influencia a quantidade de partículas de raios cósmicos que entram na atmosfera da Terra, e é por isso que podemos usar os dados dos nossos detectores para estudar as mudanças no clima espacial.

Sua equipe desenvolveu detectores de raios cósmicos para coletar medições críticas, incluindo monitoramento do clima espacial e terrestre. Qual é o objetivo deste trabalho?

Os detectores de múons de raios cósmicos foram desenvolvidos por mim e meus alunos do Grupo de Física Nuclear do Estado da Geórgia.

Até hoje, instalamos dois detectores no Sri Lanka, um em Cingapura e um na Colômbia, fora dos EUA. Também temos detectores instalados no CHARA Array em Mount Wilson, Califórnia, e no Apache Point Observatory, no Novo México. .

O plano actual é instalar mais dois detectores em África e um na Sérvia antes do final deste Verão. O meu objectivo a longo prazo é instalar pelo menos um detector em todos os países do mundo, espero, antes de me reformar do estado da Geórgia.

O que torna esses detectores únicos e importantes?

As principais características do nosso detector incluem portabilidade, baixo custo, fácil instalação e coleta de dados. Dado que o custo do detector é mais barato que o custo de um iPhone, é praticamente possível implantar esses detectores em vários locais do mundo.

Como esses detectores ajudam a coletar dados sobre como nosso clima está mudando?

O aquecimento climático provoca a expansão da atmosfera para maiores altitudes e eventos climáticos extremos em todo o mundo. Estas mudanças influenciam a quantidade de partículas de raios cósmicos registadas pelos nossos detectores.

Ao analisar os dados, esperamos desenvolver um modelo robusto para monitorar os padrões climáticos extremos e as mudanças climáticas na Terra. Levará anos para atingir esse objetivo. Atualmente, nossos alunos estão desenvolvendo ativamente ferramentas de aprendizado de máquina para analisar os dados existentes. O progresso evoluirá à medida que mais detectores ficarem online.

Parte do seu trabalho inclui um projeto que projetará detectores para uma missão de microssatélites da NASA. Conte-nos mais sobre este trabalho.

Tanto o espaço como o clima da Terra influenciarão as contagens de partículas registadas pelos nossos detectores. Em muitos casos, é um desafio separar estes efeitos. Uma das ideias é colocar um detector menor na órbita baixa da Terra para marcar os eventos climáticos espaciais.

No ano passado, o Dr. Ashwin Ashok e eu visitamos o Centro de Pesquisa Ames da NASA e desenvolvemos um protótipo seguindo as especificações CubeSat da NASA. Segundo nossos amigos da NASA, esperamos que o protótipo possa ser lançado ao espaço em 2025.

Além do impacto que os raios cósmicos podem ter na atmosfera, pensa-se que eles podem até desempenhar um papel na saúde humana. Você pode compartilhar alguns dos trabalhos nos quais está interessado?

Os raios cósmicos existiam muito antes de a vida ser criada na Terra, que faz parte da radiação natural de fundo que os seres humanos experimentam. Acho que a radiação ionizante está provavelmente ligada à formação de algum tipo de câncer e gostaria de ver mais pesquisas nesta área. Como os raios cósmicos são radiações ionizantes que podem causar mutação genética e quebra de fita dupla de DNA, é importante compreender o papel dos raios cósmicos na evolução da vida na Terra, o que é importante para as viagens espaciais.

Além disso, uma vez que as chuvas de raios cósmicos ocorrem normalmente alguns quilómetros acima da altitude de voo dos voos comerciais, mais dosagens de radiação estão a ser recebidas pelas tripulações de voo. Durante muitos anos, carreguei comigo um contador Geiger quando viajava e registei o aumento dos níveis de radiação dos raios cósmicos entre 20 a 40 vezes mais elevados em comparação com os níveis no solo.

Há muito tempo que estou interessado em compreender os efeitos na saúde destes níveis aumentados de radiação. Nos últimos dois anos, consegui usar nosso próprio detector para obter uma medição muito melhor do aumento da radiação dos raios cósmicos com precisão estatística significativa.

Você também acha que esses detectores poderiam ajudar a inspirar estudantes do ensino fundamental e médio a aprender mais sobre a pesquisa STEM. Você pode compartilhar mais sobre isso?

Além de minha pesquisa, ministrar cursos e trabalhar com uma equipe de talentosos estudantes de pós-graduação são alguns dos aspectos mais gratificantes do meu trabalho. Após a formação da Equipe Cosmic RISE com nosso corpo docente interdisciplinar, vemos uma grande oportunidade de usar o detector recém-desenvolvido para treinamento STEM.

O custo do detector é gerenciável e os dispositivos são portáteis e fáceis de operar. Ao mesmo tempo, estes detectores permitem incentivar a educação STEM para os alunos, apesar das diferenças culturais e das barreiras linguísticas, especialmente para os estudantes dos países em desenvolvimento.

Juntamente com seu trabalho de detecção de raios cósmicos, você também conduz pesquisas no Colisor Relativístico de Íons Pesados ​​no Laboratório Nacional de Brookhaven. Como tudo isso se conecta?

Meu principal projeto de pesquisa, como físico nuclear de alta energia, é colidir núcleos de ouro próximos à velocidade da luz usando o Colisor Relativístico de Íons Pesados ​​no Laboratório Nacional de Brookhaven, que tem sido apoiado pelo Departamento de Energia dos EUA desde 1998. Sou grato ter sido capaz de reunir uma equipe de físicos nucleares de classe mundial no estado da Geórgia, incluindo Murad Sarsour, Megan Connors e Dr.

A ideia é que o estado da matéria criado a partir dos núcleos em colisão seja muito quente e denso e muito semelhante ao estado da matéria alguns microssegundos após o Big Bang. Através destas experiências, obteremos mais conhecimento sobre a evolução do universo primitivo, o que por sua vez nos permitirá ter uma melhor compreensão da formação de estrelas e galáxias quando o universo arrefece e continua a expandir-se. Em algum momento, na presença de radiações de raios cósmicos, a vida é criada.

Ao longo dos anos, consegui utilizar as tecnologias deste projeto e desenvolver detectores de raios cósmicos para aplicações práticas para resolver a preocupação mais premente do mundo:o aquecimento climático.

Fornecido pela Georgia State University