Pergunte a Ethan: Por que se preocupar em explorar o Universo?

Há tantos problemas, em todo o planeta Terra, que prejudicam e ameaçam a humanidade. Por que investir em pesquisar o Universo?
Esta visão pouco familiar dos Pilares da Criação mostra os limites das capacidades do Telescópio Espacial Hubble: alcançar o infravermelho próximo para perscrutar a matéria neutra dos pilares e as estrelas que se formam no interior. A maioria das estrelas são objetos de fundo, atrás dos pilares, mas algumas são proto-estrelas atualmente se formando dentro deles. No final de 2022, o Telescópio Espacial James Webb verá esta região do espaço pela primeira vez, revelando detalhes que a humanidade nunca viu antes. ( Crédito : NASA, ESA/Hubble e Hubble Heritage Team)
Principais conclusões
  • Com tantos problemas no mundo, da guerra à pobreza, da fome à doença e muito mais, investir na exploração do Universo às vezes pode parecer frívolo.
  • E, no entanto, o valor que obtemos ao nos engajarmos em atividades que nos levam além de nossas preocupações terrenas às vezes supera em muito qualquer coisa que ganharíamos ao desviar recursos desses empreendimentos.
  • É uma pergunta que tem sido feita repetidamente ao longo de muitos séculos, mas a resposta é sempre a mesma: a civilização humana é um jogo longo. Não devemos enganar o futuro.
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Não é nenhum segredo que há uma série aparentemente interminável de problemas para resolver no mundo. Você não precisa procurar muito para encontrar pessoas que sofrem de todos os tipos de doenças: da doença à injustiça, da guerra à fome, da pobreza à poluição. Existem alguns grandes problemas enfrentados pela humanidade no século 21, e todos eles exigirão um enorme investimento de nossos recursos coletivos se quisermos resolvê-los. Das mudanças climáticas às pandemias globais, às crises de energia e água e muito mais, nenhum desses problemas vai se resolver sozinho. Se eles forem resolvidos, tudo se resumirá às ações coletivas da humanidade.



Mas onde isso deixa a pesquisa científica que não se relaciona diretamente com essas crises? Tão lindo e esclarecedor quanto as imagens recentes do Telescópio Espacial James Webb são , a astronomia e a astrofísica não vão impedir que os mares subam. A pergunta Ask Ethan desta semana vem da Etiópia, como Betsegaw Gashu pergunta:



“As pessoas ficam me perguntando… qual a importância de estudar e fazer uma extensa pesquisa sobre o Universo? Por que deveríamos gastar bilhões de dólares nisso enquanto temos muitos problemas para resolver aqui na Terra?”



É uma pergunta que tem sido feita, em várias encarnações ao longo da história, por muitos séculos. Aqui está o que eu gostaria que todos soubessem.

As galáxias vêm em muitas morfologias diferentes, incluindo espirais, elípticas, anéis, irregulares e outros vários tipos e subtipos. Com o Hubble, as galáxias mais distantes eram visíveis apenas como manchas que não podiam ser resolvidas. Com o JWST, em vez disso, seus tipos, tamanhos e abundâncias podem ser rastreados, medidos e classificados em tempo e local cósmicos.
( Crédito : NASA, ESA, CSA e STScI; NASA/ESA/Hubble (STScI); composto por E. Siegel)

Quando estamos estudando o próprio Universo - isto é, fazendo perguntas sobre si mesmo de maneira científica e, em seguida, ouvindo as respostas que ele fornece às nossas várias perguntas experimentais e observacionais - estamos nos engajando no que é conhecido como “pesquisa básica. ” Para a maioria de nós que faz isso, a motivação para se engajar nesse tipo de pesquisa básica e fundamental é tudo menos prática; fazemos isso porque estamos curiosos sobre o que ainda não é conhecido, e a única maneira de descobrir o que está além das fronteiras conhecidas é investigar o Universo de maneira científica.



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Se saciar nossas curiosidades fosse o único espólio dessas atividades, seria fácil argumentar que é um desperdício frívolo de recursos gastar tantos de nossos recursos coletivos em um empreendimento que não tem aplicação prática para os problemas substanciais que enfrentamos. na sociedade. O simples ganho de conhecimento pelo próprio conhecimento, embora possa ser uma maneira intelectualmente nobre de passar o tempo, não vai ajudar a humanidade nem a curto nem a longo prazo.



Pelo menos, esse é o argumento comum que as pessoas fazem contra o valor da pesquisa básica sem aplicações previsíveis.

Usando uma variedade de métodos, os cientistas podem agora extrapolar a concentração atmosférica de CO2 por centenas de milhares de anos. Os níveis atuais são sem precedentes na história recente da Terra. Embora este seja um problema muito real com o qual a humanidade deve lidar, diminuir o financiamento para a ciência fundamental simplesmente dificulta nossa espécie de uma maneira diferente, sem necessariamente abordar o problema em questão.
( Crédito : NASA/NOAA)

Mas vamos dar uma olhada mais de perto na pesquisa básica e ver se ela realmente – mesmo quando conduzida puramente por si mesma – não ajuda a humanidade de maneiras notáveis, afinal.



Um dos experimentos mais criticados no mundo hoje é o Grande Colisor de Hádrons (LHC) no CERN . Custando à humanidade mais de dez bilhões de dólares para construir, e com custos de energia cada vez mais altos para mantê-lo funcionando, foi ridicularizado como uma decepção para quem esperava que pudesse ter encontrado novas partículas que nos levariam além do Modelo Padrão. Em vez disso, encontrou o bóson de Higgs e nada mais que não tivesse sido descoberto antes, embora tenha medido essas partículas previamente descobertas em abundâncias nunca antes vistas, configurações compostas e com maior precisão do que nunca.

Mas mesmo que o LHC nunca fizesse outra descoberta, seria falso afirmar que já não beneficiou tremendamente a humanidade. Da tecnologia de detectores aos eletroímãs de alto campo controlados com precisão, passando pelos avanços no manuseio e processamento de dados e no compartilhamento de informações, um número enorme de empreendimentos muito práticos avança a cada vez empurramos as fronteiras da física de partículas para onde nunca estiveram antes. A própria World Wide Web foi inventada no CERN para ajudar a resolver precisamente algumas dessas preocupações há mais de 30 anos. Os avanços tecnológicos que estamos fazendo hoje – os próprios avanços que permitem os experimentos modernos do LHC – sem dúvida pagarão dividendos práticos nos próximos anos e décadas.



O interior do LHC, onde os prótons se cruzam a 299.792.455 m/s, a apenas 3 m/s da velocidade da luz. Aceleradores de partículas como o LHC consistem em seções de cavidades de aceleração, onde campos elétricos são aplicados para acelerar as partículas no interior, bem como porções de dobra de anel, onde campos magnéticos são aplicados para direcionar as partículas em movimento rápido para a próxima cavidade de aceleração ou um ponto de colisão.
( Crédito : Maximilien Brice e Julien Marius Ordan, CERN)

No campo dos voos espaciais, muitos trabalhadores antipobreza estavam entre os maiores críticos do programa Apollo. “Com tanto sofrimento na Terra”, a pergunta normalmente era, “por que investiríamos em ir à Lua: algo sem benefício prático imediato para os mais necessitados em nosso próprio planeta?”



E, novamente, isso, de um certo ponto de vista, tinha um fundo de verdade. Havia e ainda há problemas aqui na Terra – guerra, fome, desigualdade, injustiça, poluição, etc. – que ir à Lua não resolveria e não resolveria. Embora possa ser interessante do ponto de vista científico enviar humanos à Lua, investigar a superfície lunar, instalar equipamentos cientificamente valiosos lá, realizar experimentos e devolver amostras à Terra, não é como se o programa Apollo nos ajudasse a resolver problemas aqui na Terra.

A primeira visão com olhos humanos da Terra subindo sobre o membro da Lua. A descoberta da Terra a partir do espaço, com olhos humanos, continua sendo uma das conquistas mais emblemáticas da história de nossa espécie. A Apollo 8, que ocorreu em dezembro de 1968, foi uma das missões precursoras essenciais para um pouso bem-sucedido na Lua, que ocorreu pela primeira vez em 20 de julho de 1969. Observe que a cor azul da Terra se deve aos oceanos, não à atmosfera, e isso o planeta Terra neste momento continha todos os humanos, exceto os três que estavam a bordo da Apollo 8 na época.
( Crédito : NASA/Apolo 8)

Exceto que o programa Apollo levou a um número enorme de tecnologias derivadas úteis cujo benefício econômico (o que os investidores chamam de ROI: retorno sobre o investimento) superou em muito o valor acumulado que gastamos nele. Quando você fala com as pessoas sobre tecnologias derivadas do programa Apollo, elas geralmente podem apontar para o teflon e a caneta espacial, mas um grande número de tecnologias cotidianas que melhoram nossas vidas vieram como resultado direto desse investimento. Não poderíamos ter previsto com antecedência, mas aqui está uma lista parcial:



  • alimentos liofilizados,
  • trajes de resfriamento (de pilotos de corrida a pacientes médicos),
  • reciclagem de fluidos corporais (melhorando a diálise renal),
  • melhor isolamento de espuma (evita o congelamento de tubulações),
  • têxteis à prova de fogo (equipamento de combate a incêndio revolucionário),
  • melhorias de purificação de água,
  • isolamento de folha metalizada (para eficiência de aquecimento/resfriamento doméstico),
  • monitoramento de gases perigosos,
  • cúpulas/telhados do estádio,
  • terremoto simulado e melhorias de teste de estresse,
  • painéis solares,
  • o desfibrilador implantável automático,

além de muitos outros . Mas uma história sempre me marcou da era Apollo, e é cortesia de Ernest Stuhlinger , que foi Diretor Associado de Ciência da NASA quando os humanos estavam dando seus primeiros passos na superfície lunar.

Ernst Stuhlinger, à esquerda, com Wernher von Braun à direita, em seus escritórios na era pré-NASA de 1957. Stuhlinger, embora não tão famoso quanto von Braun, foi um pioneiro em foguetes, um cientista alemão trazido no pós-Mundo Anos da Segunda Guerra como parte da Operação Paperclip, e um dos mais fortes defensores das missões humanas à Lua, Marte e além.
( Crédito : Walter Sanders / Time Life Pictures)

Ele recebeu uma carta de uma freira preocupada que estava trabalhando em ajuda humanitária, Irmã Mary Jucunda, que ficou indignada por Stuhlinger sugerir gastar tanto dinheiro em um esforço para enviar humanos a Marte. Com todo o sofrimento do mundo, ela se perguntava, por que investir nesse tipo de ciência?



Stuhlinger escreveu de volta , contando uma história de seu país natal (Alemanha) de centenas de anos antes. Ele falou sobre a vida na Alemanha feudal e, em particular, em uma região que era governada por um conde benevolente, mas excêntrico. O Conde mantinha seu povo relativamente bem alimentado e a salvo de invasores, mas também era um indivíduo cientificamente curioso.

Quando lhe foi mostrado que um de seus sujeitos estava mexendo com lentes ópticas em série para ampliar muito o que o olho humano podia ver, ele ficou encantado. Pela primeira vez, os humanos estavam descobrindo o que hoje conhecemos como o mundo microscópico: o mundo dos germes, células e outras entidades que eram simplesmente pequenas demais para serem visíveis a olho nu. O conde deu a esse homem um lugar em sua corte e continuou a empregá-lo e encorajá-lo em seus esforços de investigação.

  grafeno Os lasers ultravioleta, visível e infravermelho podem ser usados ​​para quebrar o óxido de grafeno para criar folhas de grafeno usando a técnica de gravação a laser. Os painéis da direita mostram imagens de microscópio eletrônico de varredura do grafeno produzido em várias escalas. Todos os avanços na microscopia moderna podem traçar suas origens até os primeiros experimentos com lentes ópticas.
( Crédito : M. Wang, Y. Yang e W. Gao, Trends in Chemistry, 2021)

Então, a sorte da região do Conde mudou. Uma praga atingiu, e muitas pessoas estavam sofrendo. Não havia comida suficiente, e as doenças começaram a correr soltas também. O Conde girou para dedicar uma grande parte de seus recursos para alimentar e tratar seu povo, mas apesar dos apelos públicos para que ele parasse de desperdiçar recursos ao empregar o excêntrico fabricante de lentes, o Conde recusou.

“Dou-vos tudo o que posso”, disse o Conde ao povo, “mas também apoiarei este homem e o seu trabalho, porque sei que um dia sairá algo disso!”

De fato, algo saiu disso, embora não estivesse dentro da vida do Conde ou do fabricante de lentes: o microscópio. Indiscutivelmente, a maior ferramenta que já desenvolvemos na história da biologia e da medicina surgiu porque estávamos dispostos a investir na exploração do desconhecido. Os benefícios para as gerações futuras foram muito, muito maiores porque uma pequena quantidade de recursos foi investida não para lidar com uma crise imediata, mas para o benefício a longo prazo de toda a humanidade.

Nunca há garantia de que o que vamos encontrar será útil no futuro, e muitas vezes é impossível prever que tipo de aplicações práticas surgirão sempre que olharmos para o Universo de maneiras que nunca vimos antes. Mas, muitas vezes, é aí que os maiores avanços de todos estão esperando.

Um moderno scanner de ressonância magnética clínica de alto campo. As máquinas de ressonância magnética são o maior uso médico ou científico do hélio hoje e fazem uso de transições quânticas em partículas subatômicas: os núcleos encontrados dentro dos átomos. Essa aplicação da tecnologia atômica era praticamente inimaginável nos estágios iniciais da pesquisa em física nuclear.
( Crédito : Ptrump16/Wikimedia Commons)

Quando descobrimos o eletromagnetismo, não tínhamos como saber que levaria ao rádio, à televisão e a toda a indústria de telecomunicações. Quando descobrimos a mecânica quântica, não tínhamos ideia de que levaria ao transistor, ao computador eletrônico e a toda a eletrônica moderna. Quando descobrimos a física nuclear e o segredo trancado no átomo, não poderíamos imaginar que isso levaria a terapias médicas anticâncer, bem como a ferramentas de diagnóstico, como máquinas de ressonância magnética (MRI). Sem dúvida, embora possa ser difícil prever quais serão, investir em pesquisa básica nas fronteiras da ciência certamente valerá a pena, no futuro, de maneiras praticamente inimagináveis ​​hoje.

E, no entanto, há outra razão – completamente não relacionada a quaisquer benefícios tecnológicos a jusante que possam surgir do investimento em ciência – para que devemos buscar esses fins: toda a sociedade se beneficia quando somos inspirados coletivamente. Não podemos gastar todo o nosso tempo e recursos pensando apenas em preocupações mundanas e terrestres, pois os eventos na Terra frequentemente nos dividem uns dos outros. Mas um olhar para as profundezas do espaço sempre nos lembra da mesma grande verdade: há um universo notável e vasto lá fora, e em todo ele, a Terra é o único lugar que encontramos que é amigável para formas de vida como nós.

Esse contraste da visão do Hubble do Quinteto de Stephan com a visão do NIRCam do JWST revela uma série de recursos que são pouco aparentes ou não são óbvios com um conjunto mais curto de comprimentos de onda mais restritivos. As diferenças entre as imagens destacam quais recursos o JWST pode revelar que o Hubble perde. Apesar da beleza e admiração que esta imagem proporciona, não há sistemas planetários conhecidos, em nossa própria galáxia ou em qualquer outra, onde os humanos possam sobreviver como fazemos na Terra.
( Crédito : NASA, ESA e Equipe Hubble SM4 ERO; NASA, ESA, CSA e STScI)

Mas há outra verdade que chega a um aspecto diferente do problema – uma que está implícita, mas nunca declarada – que é importante discutir: se parássemos de financiar a pesquisa básica e, em vez disso, dedicássemos esses recursos aos problemas imediatos que consideramos “mais importantes”, esses insignificantes investimentos científicos, mesmo se redirecionados, seriam lamentavelmente insuficientes para resolver os problemas em questão.

A mudança climática é um problema de vários trilhões de dólares que requer ação coletiva em escala global para ser resolvido. A fome global, a pobreza, a desigualdade e a prevenção de pandemias exigem investimentos adicionais e, novamente, coordenação global, chegando a centenas de bilhões de dólares para serem abordadas adequadamente. A fusão nuclear, um esforço científico que, se fosse alcançado de forma escalável e amplamente implantável, resolveria as crises energética e climática de uma só vez, recebe menos financiamento, anualmente, do que os subsídios ao amendoim nos Estados Unidos.

  fusão nuclear O plasma no centro deste reator de fusão é tão quente que não emite luz; é apenas o plasma mais frio localizado nas paredes que pode ser visto. Dicas de interação magnética entre os plasmas quente e frio podem ser vistas. Plasmas confinados magneticamente chegaram mais perto, de todas as abordagens, de atingir o ponto de equilíbrio, mas a ciência da fusão como um todo permanece grosseiramente subfinanciada e, como resultado, tornou-se um campo repleto de charlatães e fraudes.
( Crédito : Instituto Nacional de Pesquisa em Fusão, Coréia)

A realidade é que há muitos, muitos esforços dignos de investir para aumentar o bem coletivo para a humanidade no mundo, tanto no curto quanto no longo prazo. Há muitos lugares onde pode fazer sentido economizar alguns centavos, mas a ideia de que beneficiaria a humanidade investir menos em pesquisa básica – o motor de todas as inovações futuras e um dos poucos investimentos sociais que historicamente sempre rendeu maiores retornos do que a quantia que investimos nela – é uma ideia sem fundamento com uma montanha de evidências contra ela.

E ainda assim, a maior razão para continuar explorando o Universo não é porque é lucrativo, nem porque é benéfico, nem mesmo porque é inspirador, embora realmente seja as três coisas. A razão pela qual exploramos o Universo é porque ele está lá e porque podemos, e nossa busca por conhecimento além das fronteiras atuais é o que nos obriga a impulsionar o esforço coletivo da civilização humana. Em alguns sentidos, não somos nada mais do que macacos especializados: capazes de alterar o mundo de maneira profunda, mas ainda não sábios o suficiente para parar de saquear os próprios recursos de que precisamos para garantir um futuro onde a humanidade possa prosperar de forma sustentável.

Está muito além do escopo deste artigo prescrever curas para todos os problemas de nossa espécie e nosso planeta, mas uma coisa é certa: se pararmos de investir na pesquisa básica que nos leva além das fronteiras conhecidas, nunca alcançaremos o objetivos elevados que representam os sonhos comuns de nossos ancestrais, contemporâneos e descendentes.

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