Estudo da Correlação do Fluxo de Raios Cósmicos e Fenômenos
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Trabalho de Conclusão de Curso – Bacharelado em Física Aluna: Raquel Malta Nunes de Almeida Prof. Dr. Marcelo Augusto de Oliveira Leigui Uma das questões mais intrigantes no estudo das mudanças climáticas é a relação de tais mudanças têm com a incidência de raios cósmicos galácticos. Uma das questões mais intrigantes no estudo das mudanças climáticas é a relação de tais mudanças têm com a incidência de raios cósmicos galácticos. Sabe-se que a variabilidade climática solar tem sua influência no fluxo de raios cósmicos galácticos que chegam à Terra Uma das questões mais intrigantes no estudo das mudanças climáticas é a relação de tais mudanças têm com a incidência de raios cósmicos galácticos. Sabe-se que a variabilidade climática solar tem sua influência no fluxo de raios cósmicos que chegam à Terra Experimentos recentes demonstram que partículas carregadas dão origem a núcleos de condensação Neste trabalho de conclusão de curso faremos uma revisão da física e da química atmosférica, dando especial atenção aos mecanismos físicos através dos quais os raios cósmicos interferem na formação de núcleos de condensação. Paralelamente, uma simulação computacional foi desenvolvida para estabelecer e quantificar uma possível correlação que venha a ser encontrada. Raios cósmicos galácticos são compostos, principalmente, por prótons de alta energia aceleradas por supernovas e outras fontes energéticas na Via Láctea. Raios cósmicos galácticos são compostos, principalmente, por prótons de alta energia aceleradas por supernovas e outras fontes energéticas na Via Láctea. Basicamente, pode-se descrever o fluxo como uma lei de potência: dF E dE onde 2, 7 para E 1015 eV Figura 1: O espectro de energia de raios cósmicos Acredita-se que o sol e os planetas tenham se formado 4,5 bilhões de anos atrás devido ao colapso de uma fria nuvem de um gás interestelar e poeira cósmica Acredita-se que o sol e os planetas tenham se formado 4,5 bilhões de anos atrás devido ao colapso de uma fria nuvem de um gás interestelar e poeira cósmica Bombardeamentos gradativamente diminuíram e por volta de 3,8 bilhões de anos atrás as condições na Terra se tornaram estáveis o suficiente para permitir que microorganismos se desenvolvessem nos oceanos. Um dos principais marcos na evolução do sistema terrestre foi o surgimento do oxigênio atmosférico. Um dos principais marcos na evolução do sistema terrestre foi o surgimento do oxigênio atmosférico. Apenas depois dos minerais presentes na crosta se oxidarem através de reações químicas foi possível o acúmulo de oxigênio na atmosfera. Deste modo, o oxigênio atmosférico pode ser visto como o “excedente” do oxigênio presente no sistema terrestre. Constituinte Peso molecular Concentração Fracionária por Volume Nitrogênio (N2) 28,013 78,08% Oxigênio (O2) 32,000 20,95% Argônio (Ar) 39,95 0,93% Vapor de água (H2O) 18,02 0-5% Dióxido de carbono (CO2) 44,01 380 ppm Neônio (Ne) 20,18 18 ppm Hélio (He) 4,00 5 ppm Metano (CH4) 16,04 1,75 ppm Criptônio (Kr) 83,80 1 ppm Hidrogênio (H2) 2,02 0,5 ppm Óxido nítrico (N2O) 56,03 0,3 ppm Ozônio (O3) 48,00 0-0,1 ppm A densidade do ar no nível do mar é 1,25 kg.m-3. Pressão p e densidade ρ decrescem exponencialmente com a altura de acordo com a expressão: p p0e z H A densidade do ar no nível do mar é 1,25 kg.m-3. Pressão p e densidade ρ decrescem exponencialmente com a altura de acordo com a expressão: p p0e z H É útil definir a atmosfera padrão, que vai representar a estrutura horizontal e temporal média da atmosfera em função apenas da altura Usando o programa DeV C++ foi criado um projeto para simular os fenômenos que acontecem na atmosfera Usando o programa DeV C++ foi criado um projeto para simular os fenômenos que acontecem na atmosfera Dentro do programa existem quatro classes independentes, são elas: Atmosfera, Física, Shower, e Programa Principal. Como ponto de partida tomamos um arquivo com dados atmosféricos para o ar seco e outro arquivo que relacionava a pressão de vapor com a temperatura na atmosfera. Como ponto de partida tomamos um arquivo com dados atmosféricos para o ar seco e outro arquivo que relacionava a pressão de vapor com a temperatura na atmosfera. Combinando os dados obtidos para o ar seco, como pressão e temperatura, conseguimos achar a função que descreve esta relação Pressão de vapor versus temperatura 250 200 Pressão (HPa) y = 1E-06e0,0578x 150 Series1 100 Expon. (Series1) 50 0 0 50 100 150 200 Temperatura (K) 250 300 350 Energia depositada na atmosfera versus energia do elétron 440 430 420 Energia Depositada (eV/m) 410 400 390 380 370 360 350 340 330 320 310 300 0 200,000,000 400,000,000 600,000,000 Energia do Elétron (eV) 800,000,000 1,000,000,000 Usando dados dos chuveiros atmosféricos simulados pelo software Corsika conseguimos calcular a energia depositada pelo chuveiro para cada nível de altitude Chuveiro iniciado por próton E=1014 – 1017 eV E-γ -> γ=2,7 0<θ<60º 1000 chuveiros Energia total depositada por um chuveiro iniciado por próton com energia de 1018 eV por nível atmosférico 7E+11 6E+11 Energia total depositada (eV) 5E+11 4E+11 3E+11 2E+11 1E+11 0 0 -1E+11 50 100 150 Nível atmosférico i 200 250 Usando dados da energia de ionização, e agora usando uma média entre 1000 chuveiros de diversas energias obtemos o gráfico: Média de íons formados por nível atmosférico 5.00E+09 4.50E+09 4.00E+09 Número de íons 3.50E+09 3.00E+09 2.50E+09 2.00E+09 1.50E+09 1.00E+09 5.00E+08 0.00E+00 0 50 100 150 Nível atmosférico i 200 250 Mecanismo “ion-aerosol clear-air” para a formação de nuvens Baseado no modelo de formação de nuvens com os dados obtidos através da simulação, conseguimos estipular a altitude da maior concentração de íons e ,teoricamente, a altitude de formação das nuvens. 5.00E+09 4.50E+09 4.00E+09 Número de íons 3.50E+09 3.00E+09 2.50E+09 2.00E+09 1.50E+09 1.00E+09 5.00E+08 0.00E+00 0 50 100 150 Nível atmosférico i 200 250 No intervalo entre os níveis 100-150 temos a maior concentração de íons, o que corresponde ao intervalo entre altitude de 3,8-5,6 km. Vimos que a partir de dados básicos da atmosfera, juntamente com a simulação computacional, conseguimos resultados que estão acordo com a literatura, obtendo assim, uma correlação positiva entre o fluxo de raios cósmicos e a formação de nuvens.
