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Pergunte a Ethan: Como podemos saber se a Coreia do Norte está testando bombas nucleares?

Esta foto sem data divulgada pela agência de notícias central coreana oficial da Coreia do Norte em 12 de dezembro de 2015 mostra o líder norte-coreano Kim Jong-Un (C) inspecionando a recém-reformada fazenda de bagres em 9 de maio em um local não revelado na Coreia do Norte. (Crédito da foto deve ler KNS/AFP/Getty Images)

Pyongyang diz que detonaram uma bomba de hidrogênio. Veja como a ciência pode nos dizer que eles estão mentindo.

Neste primeiro campo de testes da bomba atômica, vi a mais terrível e assustadora desolação em quatro anos de guerra. Faz uma ilha do Pacífico arrasada parecer um Éden. O dano é muito maior do que as fotografias podem mostrar. – Wilfred Burchett

Na semana passada, alguns muito, muito atividade sísmica suspeita ocorreu no canto nordeste da Coreia do Norte, a apenas alguns quilômetros da costa. Além disso, uma declaração do governo norte-coreano alegou que eles detonaram uma bomba de hidrogênio , que eles prometeram usar contra quaisquer agressores que ameacem seu país. Isso gerou muita preocupação e medo, mas também ceticismo de muitos de vocês, incluindo Kathleen Reed, que pergunta:

A Coreia do Norte afirma ter testado uma bomba H, ontem. A CNN estava transmitindo imagens de uma nuvem de cogumelo, mas agora não tenho certeza se era da Coreia do Norte ou não. Como você e eu poderíamos saber se a Coreia do Norte estava testando bombas nucleares, com certeza?

Em primeiro lugar, sua incerteza sobre as imagens de transmissão da CNN está no local. Eles têm um… digamos… história de dizer muitas coisas sobre a Coreia do Norte e a guerra nuclear e os Estados Unidos .

Crédito da imagem: captura de tela da TV The Situation Room da CNN, 3 de abril de 2013.

Sim, a CNN está afirmando esta semana que a Coreia do Norte, de fato, detonou uma bomba de hidrogênio, e a CNN, como várias agências de notícias em todo o mundo, mostrou imagens e filmagens de uma nuvem de cogumelo de uma explosão nuclear . As fotos e vídeos da nuvem de cogumelo são reais o suficiente, e o que foi mostrado na verdade veio de uma explosão nuclear. Mas essas fotos da explosão não eram de um teste de 2016 sobre a Coreia do Norte; eram de várias bombas nucleares de arquivo!

Imagem de Yao Qilin/Xinhua Press/Corbis, de um relatório de Seul, Coreia do Sul.

Além disso, você não teria visto uma nuvem de cogumelo do teste nuclear norte-coreano. Antes deste ano, a Coreia do Norte havia realizado três testes anteriores de armas nucleares, explodindo bombas atômicas em violação ao Tratado de Proibição Completa de Testes Nucleares de 1996. Você pode detonar uma bomba onde quiser: no ar, debaixo d'água no oceano ou no mar, ou no subsolo. Todos os três são detectáveis ​​em princípio, embora a energia da explosão seja abafada por qualquer meio pelo qual ela viaje.

• O ar, sendo o menos denso, faz o pior trabalho de abafar o som. Tempestades, erupções vulcânicas, lançamentos de foguetes e explosões nucleares emitem não apenas as ondas sonoras às quais nossos ouvidos são sensíveis, mas ondas infrassônicas (longo comprimento de onda, baixa frequência) que - no caso de uma explosão nuclear - são tão energéticas que detectores em todo o mundo saberia facilmente.
• A água é mais densa e, portanto, embora as ondas sonoras viajem mais rápido no meio da água do que no ar, a energia se dissipa mais substancialmente à distância. No entanto, se uma bomba nuclear for detonada debaixo d'água, a energia liberada é tão grande que as ondas de pressão geradas podem ser facilmente captadas pelos detectores hidroacústicos que muitas nações implantaram. Além disso, não há nada que ocorra naturalmente na água que possa ser confundido com uma explosão nuclear.
• Então, se um país quer tentar esconder um teste nuclear, sua melhor aposta é realizar o teste no subsolo. Enquanto as ondas sísmicas geradas podem ser muito fortes a partir de uma explosão nuclear, a natureza tem um método ainda mais forte de geração de ondas sísmicas: terremotos! A única maneira de diferenciá-los é triangular a localização exata, pois os terremotos muito raramente ocorrem a uma profundidade de 100 metros ou menos, enquanto os testes nucleares (até agora) sempre ocorreram a uma pequena distância no subsolo. Para este fim, os países que verificaram o Tratado de Proibição de Testes Nucleares estabeleceram estações sísmicas em todo o mundo para farejar quaisquer testes nucleares que ocorram.

Sistema internacional de monitoramento de testes nucleares. Crédito da imagem: CTBTO.

O evento sísmico norte-coreano que ocorreu foi detectado em todo o mundo; existem 337 estações de monitoramento ativas em toda a Terra que estão procurando por isso. De acordo com o Serviço Geológico dos Estados Unidos (USGS), houve um evento ocorrido na Coreia do Norte em 6 de janeiro que foi equivalente a um terremoto de magnitude 5,1, ocorrendo a uma profundidade de 0,0 quilômetro. Com base na magnitude do terremoto e nas ondas sísmicas que foram detectadas, podemos reconstruir a quantidade de energia que o evento liberou – em torno do equivalente a 10 quilotons de TNT – e determinar se isso é provavelmente um evento nuclear ou não: e provavelmente é de natureza nuclear .

Crédito da imagem: United States Geological Survey, via http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us10004bnm#general_map .

Mas, ao contrário dos testes anteriores, que eram simples bombas de fissão, a Coreia do Norte afirma que este é um hidrogênio, ou fusão bombear. As bombas de fusão são muito, muito mais mortais do que as bombas de fissão. Enquanto a energia liberada por uma arma de fusão à base de urânio ou plutônio é tipicamente da ordem de 2 a 50 quilotons de TNT, uma bomba H (ou bomba de hidrogênio) pode ter liberações de energia mil vezes maiores, com o recorde sendo realizada pelo teste da União Soviética em 1961 do Bomba Czar , com 50 Megatons de TNT de energia liberada.

Crédito da imagem: a explosão da Tsar Bomba em 1961, do usuário do flickr Andy Zeigert, sob CC BY-SA 2.0.

Então, sim, a Coreia do Norte provavelmente detonou uma bomba atômica. Mas foi um fusão bomba ou uma fissão bombear? Há uma grande diferença entre os dois:

• Um nuclear fissão bomba pega um elemento pesado com muitos prótons e nêutrons, como certos isótopos de urânio ou plutônio, e os bombardeia com nêutrons que têm chance de serem capturados pelo núcleo. Quando a captura ocorre, ela cria um novo isótopo instável que irá se dissociar em menor núcleos, liberando energia, e também nêutrons livres adicionais , permitindo que uma reação em cadeia ocorra. Se a configuração for feita corretamente, um grande número de átomos pode sofrer essa reação, transformando centenas de miligramas ou mesmo gramas de matéria em energia pura por meio do Einstein. E = mc^2 .
• Um nuclear fusão bomba leva elementos leves, como o hidrogênio, e sob tremendas energias, temperaturas e pressões, faz com que esses elementos se combinem em elementos mais pesados ​​como o hélio, liberando ainda mais energia do que uma bomba de fissão. As temperaturas e pressões necessárias são tão grandes que a única maneira de descobrirmos como criar uma bomba de fusão é cercar uma bolinha de combustível de fusão com uma bomba de fissão: apenas essa tremenda liberação de energia pode desencadear a reação de fusão nuclear de que precisamos liberar toda essa energia. Isso pode virar um quilograma da matéria em energia pura na fase de fusão.

Em termos de rendimento de energia, não há como o terremoto norte-coreano ter sido causado por uma bomba de fusão. Se fosse, seria de longe a mais baixa energia, a reação de fusão mais eficiente já criada no planeta, e feita de uma maneira que até os teóricos não têm certeza de como isso poderia ocorrer. Por outro lado, há ampla evidência de que isso não era nada mais do que uma bomba de fissão, como resultado desta estação sísmica - postado e registrado pelo sismólogo Alexander Hutko – mostra a incrível semelhança entre a bomba de fissão norte-coreana de 2013 e o que observamos no início desta semana.

Crédito da imagem: Alex Hutko no Twitter, via https://twitter.com/alexanderhutko/status/684588344018206720/photo/1?ref_src=twsrc%5Etfw . Observe que os rótulos Pn e Pg estão invertidos, o que suponho ser uma nota com a qual apenas os geofísicos se importarão.

Em outras palavras, todos os dados que temos apontam para uma conclusão: a resultado deste teste nuclear é que temos uma reação de fissão ocorrendo, sem indícios de uma reação de fusão. Meu palpite é que isso pretendia ser uma reação de fusão; talvez houvesse um segundo ou terceiro estágio destinado a essa bomba que resultaria na fusão de hidrogênio em hélio, mas essa parte da bomba era um fracasso.

Crédito da imagem: De Sleuthing Seismic Signals, Science and Technology Review, março de 2009, publicado pelo Lawrence Livermore National Laboratory.

Independentemente disso, isso definitivamente foi não um terremoto! Enquanto os terremotos geram ondas S muito fortes em comparação com as ondas P, os testes nucleares geram ondas P muito mais fortes, consistentes com o que vimos. Coreia do Norte fez realizar um teste nuclear, mas foi fissão, não fusão, e é assim que sabemos!

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