Velocidade de escape

Velocidade de libertação no sistema solar

Gravitas (profundidade do personagem) era uma das virtudes romanas, com Pietas (dever, devoção), Dignitas (carisma, auto-estima) e Virtus (excelência moral). O oposto da virtude é vício. Mas, na astronomia, a gravidade é um termo que data da Idade Média e usada por Isaac Newton para falar da gravidade exercida sobre qualquer massa nas proximidades. É a força do campo gravitacional que nos mantém a superfície da Terra. Na verdade, faz-nos cair continuamente em direção ao centro da Terra, mas somos retidos pela superfície sólida do nosso planeta. A gravitation é universal, interage a uma grande distância em todas as direções, em todos os objetos com massa, em outras palavras, é uma força de atração invisível e universal da matéria diretamente relacionada à sua massa. Este conceito é fundamental para a astronomia, pois explica todas as trajetórias de órbitas espaciais.
Mas como um corpo pode escapar da atração de um outro corpo?
A velocidade de liberação ou de escape permite à um corpo de escapar para sempre a atração gravitacional de um outro corpo, essa velocidade depende da massa e do raio da estrela. Em um pequeno corpo como Deimos a lua de Marte, cujas dimensões são 7,8 × 6,0 × 5,1 km, é suficiente correr a 20 km/h (5,556 m/s) para sair do chão e escapar-se definitivamente de Deimos. Mas para a Terra que possui uma massa de 5.972E24 kg e um raio de 6371 km, a velocidade de escape é mais difícil de alcançar, é 11.186 km/s ou 40 270 km/h. Em um astro mais maciço ou menor do que o planeta Terra, a velocidade de libertação irá ser ainda mais difícil de alcançar. Por exemplo, o Sol é 333 mil vezes mais maciço e 109 vezes maior que a Terra. A velocidade de liberação do Sol é ≈617 km/s.

Tabela: velocidades de escape dos planetas e estrelas.

Imagem: Terra tem uma massa 5.972E24 kg e um raio de 6371 km, sua velocidade de libertação mínima é de 11,186 km/s ou 40270 km/h. A velocidade mínima de escape é também conhecido como a segunda velocidade cósmica, que corresponde à velocidade de libertação de um corpo afastando-se definitivamentea da Terra. A primeira velocidade cósmica é a velocidade de libertação mínima (7,9 km/s) para trazer a máquina em órbita baixa (<2000 km). A terceira velocidade cósmica a velocidade de liberação para trazer uma máquina fora do sistema solar (42,1 km/s) a partir da órbita da Terra.

Velocidade de libertação de estrelas

Uma grande parte das estrelas no Galaxy tem uma velocidade de fuga ou libertação de algumas centenas de quilômetros por segundo.
Se quisermos medir as velocidades de libertação muito maiores se deve observar as anãs brancas porque uma anã branca de 1 massa solar tem um raio da ordem do da Terra. Assim, um dispositivo colocado sobre a superfície terá muitas dificuldades escapar-se, a velocidade de escape na superfície de anãs brancas é alguns milhares de quilómetros por segundo, como Sirius B (5200 km/s).
Em estrelas de nêutrons as velocidades de liberação são ainda maiores. Na verdade as estrelas de nêutrons são muitas pequenas e muitas densas. Eles concentram a massa de uma estrela como o Sol dentro de um raio de cerca de 10 km. Como o raio é muito pequeno o campo de gravidade na superfície é muito maior e é ainda mais difícil de escapar-se. A velocidade de libertação pode alcançar até 200 000 km/s, ou seja, 66% da velocidade da luz.
Mas é com os buracos negros que se alcança o limite da velocidade de libertação que é a da luz. Os buracos negros são objetos maciços cujo campo gravitacional é tão intenso que impede qualquer forma de matéria ou radiação de escapar-se. A teoria dos buracos negros indica que é tão denso que a sua velocidade de libertação é maior do que a velocidade da luz (300 000 m/s). Os buracos negros são descritos pela teoria da relatividade geral. Quando o coração da estrela morta é demasiado grande para se tornar uma estrela de nêutrons, ele encolhe inexoravelmente para formar esse objeto astronômico invisível.

N.B.: As anãs brancas são resíduos de estrelas apagadas. Esta é a penúltima etapa da evolução de estrelas cuja massa é entre 0,3 e 1,4 vezes do que o Sol. A densidade de uma anã branca é muito alta. Uma anã branca de 1 massa solar tem um raio da ordem do da Terra. O diâmetro da anã branca não depende da temperatura, mas da sua massa, mais sua massa é alta, mais seu diâmetro é pequeno. No entanto, existe um valor acima do qual uma anã branca não pode existir é o limite de Chandrasekhar. Mas para além desta massa, a pressão devido aos elétrons é insuficiente para compensar a gravidade ea estrela continua sua contração para se tornar uma estrela de nêutrons.

N.B.: As estrelas de nêutrons são objetos muito pequenos, mas muito densos. Eles concentram a massa de uma estrela como o Sol, dentro de um raio de cerca de 10 km. Estas são os vestígios de estrelas muito massivas mais de dez massas solares. Quando uma estrela massiva chega ao fim da sua existência, ele entra em colapso sobre si mesma, produzindo uma explosão impressionante chamado supernova. Esta explosão espalha grandes quantidades de matéria no espaço, mas salva o coração denso da estrela. Este coração contrai-se ainda e se torna em grande parte em um núcleo gigantesco de nêutrons.

Imagem: Considerado a partir do século 18, a teoria que suporta a existência de buracos negros, afirma que é tão densa que sua velocidade de escape excede a velocidade da luz. Como a luz não consegue superar sua força gravitacional de superfície e permanece prisioneira, eles foram chamados naturalmente "buracos negros". De esta característica perturbadora provêm dos termos "negro" e "escuro", mas o termo mais correto seria, provavelmente, "invisíveis" porque é de facto uma ausência total de luz. A teoria também define com precisão o campo gravitacional de um buraco negro. Ela é tal que nenhuma partícula ultrapassando o horizonte, a fronteira teórica, não pode escapar-se.
Crédito imagem : V. Beckmann (NASA's GSFC) et al., ESA.