A ciência nos mostra o quão congelado o planeta de gelo de Star Wars Hoth deve ser
Este terreno congelado (na Islândia) mostra como mesmo a água corrente, na forma de uma cachoeira, pode congelar se as temperaturas forem consistentemente frias o suficiente. A quantidade de massa que uma camada de gelo é capaz de suportar depende inteiramente da espessura do próprio gelo. (E. SIEGEL)
Se um caminhante AT-AT (ou algo ainda maior) quisesse atravessar um lago congelado, qual seria a espessura do gelo?
A cada inverno, um dos fenômenos mais espetaculares que aparecem nos continentes da Terra é quando a água doce natural – incluindo lagos, rios e até cachoeiras – congela. Mas mesmo após períodos de frio extremo e semanas ou mesmo meses de temperaturas abaixo de zero, esse gelo tem apenas uma espessura finita e certa. Se você colocar muito peso em uma área muito pequena, o gelo cederá e você cairá nas águas perigosamente frias abaixo.
No entanto, mesmo em Hoth, o planeta de gelo congelado onde o esconderijo dos rebeldes está localizado no universo de Star Wars, mesmo os objetos mais massivos não têm problemas em caminhar sobre o terreno congelado. O próprio fato de que nem mesmo os gigantescos caminhantes AT-AT caem no gelo pode nos ensinar o quão congelado este planeta de gelo está, com implicações para a ciência na Terra e ficção científica em qualquer planeta que possamos imaginar.
Em 2018, vários entusiastas da patinação enfrentaram o frio e possivelmente o gelo fino para patinar nos canais de Amsterdã pela primeira vez em 12 anos. Viajar em gelo fino é particularmente precário, pois o risco de cair na água gelada abaixo é sempre um risco se você colocar muita massa em gelo muito fino. (Romy Arroyo Fernandez/NurPhoto via Getty Images)
Aqui na Terra, avisos são emitidos a cada temporada para alertar jogadores de hóquei, pescadores de gelo, motos de neve e até caminhões de vários pesos contra trazer muito peso para o gelo que é muito fino. Isso é baseado em uma física muito direta que pode parecer contra-intuitiva para a maioria, mas se sustenta sob o peso de qualquer experimento científico que você queira realizar.
Se você formar uma camada de gelo fino, há apenas uma certa quantidade de peso que ela pode suportar em qualquer local específico antes que o objeto em questão exerça muita pressão sobre o gelo para que ele se mantenha unido. Exercer muita força em qualquer material irá quebrá-lo, e o mesmo vale para o gelo. O que mais surpreende as pessoas, no entanto, é que aumentar a espessura do seu gelo em apenas uma pequena quantidade pode aumentar muito o peso que seu gelo é capaz de suportar.
Um diagrama de fases detalhado para a água, mostrando os diferentes estados sólido (gelo), o estado líquido e os estados de vapor (gás), e as condições sob as quais eles ocorrem. Observe que abaixo de 251 K (ou -22 C/-8 F), a água líquida é impossível a qualquer pressão. Nas temperaturas e pressões atingidas na Terra, quase todo o gelo está na fase Ih. (WIKIMEDIA COMMONS USUÁRIO CMGLEE)
O gelo, em geral, pode assumir uma das muitas formas. A água pode se ligar de várias maneiras, formando uma variedade de estruturas cristalinas ou mesmo amorfas, dependendo de quais temperaturas e pressões estão sujeitas durante sua formação.
Sob condições terrestres (temperaturas e pressões semelhantes à da Terra), no entanto, o gelo sempre se forma realisticamente na mesma fase: gelo Ih , onde anéis hexagonais de moléculas de água são unidos em planos empilhados de estrutura, com um átomo de oxigênio (da H2O em cada molécula de água) vivendo em cada vértice de cada hexágono. O fato de as moléculas de água se unirem nos ângulos específicos que fazem é responsável pela propriedade mais incomum do gelo: que é menos denso (e, portanto, flutua no topo) do que a mesma substância, a água, em sua fase líquida.
A estrutura de treliça hexagonal do gelo, mostrada aqui, é extremamente fraca quando é formada em folhas finas. No entanto, aumentar modestamente sua espessura aumenta muito a resistência do gelo; a força do gelo quadruplica cada vez que a espessura é dobrada. (ESTADO SÓLIDO / WIKIMEDIA COMMONS / CCA-SA-3.0-UNPORTED)
Em folhas muito finas, esse gelo quase não tem resistência a uma força perpendicular; é extraordinariamente fácil abrir caminho através de gelo com menos de 2,5 cm de espessura. À medida que você acumula camadas de gelo em espessuras cada vez maiores, no entanto, a força de ligação aumenta de uma maneira particularmente interessante: toda vez que você dobra a espessura do gelo, quadruplica o peso da carga que o gelo é capaz de suportar.
Enquanto o gelo com apenas meia polegada (1,25 cm) de espessura só pode suportar aproximadamente 12 libras de força, o suficiente para suportar questionavelmente um gato leve, quando seu gelo atinge 2' (5 cm) de espessura, um humano adulto típico ser poderia ficar em pé com cuidado, desde que seu peso total permanecesse abaixo de aproximadamente 200 libras (cerca de 90 kg de massa).
Ben Major, 13, coloca o disco na rede enquanto joga hóquei no lago no recém-congelado lago do Parque Estadual de Fort McClary. Quando a espessura do gelo atinge aproximadamente 4 a 5 polegadas (10 a 12,5 cm), é completamente seguro para humanos de todos os pesos jogarem hóquei, mesmo que haja um engavetamento de várias pessoas em um local. (Jill Brady/Portland Portland Press Herald via Getty Images)
Com cerca de 3″ (7,5 cm), quase qualquer humano pode andar com segurança no gelo sem ser muito cuidadoso, e com 5″ (12,5 cm), é seguro jogar uma partida de hóquei sem problemas. Vá até cerca de 8–10″ (20–25 cm), e você pode dirigir um veículo padrão sobre ele, como um carro de passeio ou um caminhão leve pesando até aproximadamente 5.000 libras no nível de 10″.
Essa tendência continua até onde conseguimos mensurá-la. Com 12″ (30 cm) de espessura de gelo, até mesmo um caminhão pesado carregado é bom, e com 15″ (38 cm) é seguro cruzar a barreira de 10 toneladas. Se você for até o gelo com 50 ″ (um pouco mais de quatro pés ou 127 cm) de espessura, poderá cruzar com segurança a barreira de 100 toneladas, e é aí que as coisas ficam interessantes para o universo de Star Wars.
Uma réplica do veículo AT-AT da franquia de filmes Star Wars é exibida no tapete vermelho na estréia da Disney Pictures e Star Wars: Os Últimos Jedi da Lucasfilm no Shrine Auditorium em 9 de dezembro de 2017 em Los Angeles, Califórnia. Os AT-AT Walkers são os maiores veículos terrestres do universo Star Wars e não caem no gelo, mesmo quando são derrubados, em Hoth. (Ethan Miller/Getty Images)
Enquanto as pessoas, animais e velocistas de neve que vemos no planeta gelado Hoth são comparáveis às pessoas e veículos que encontramos na Terra, os caminhantes AT-AT avançando sopram nossos veículos terrestres para fora da água (congelada). Esses Transportes Blindados Todo Terreno (andadores AT-AT) tinham aproximadamente 70 pés (22,5 metros) de altura, eram revestidos com armaduras pesadas e resistentes a explosões e podiam até exceder a massa do maior animal que já existiu na Terra: o baleia Azul.
Com uma massa máxima de 173 toneladas, a baleia azul é maior e mais massiva do que qualquer dinossauro que já percorreu a Terra; do que qualquer criatura do fundo do mar; e muito mais massivo do que qualquer veículo ou tanque fortemente blindado a ser usado na superfície da Terra. Conservadoramente, meros 60″ de gelo, apenas 5 pés (ou 152 cm), poderiam facilmente segurá-lo.
O veículo móvel mais massivo já construído na Terra é a escavadeira Bagger 293, que pesa aproximadamente 14.200 toneladas. (ELSDORF-BLOG.DE / WIKIMEDIA COMMONS / CCA-3.0-UNPORTED)
No entanto, podemos imaginar algo ainda maior se quiséssemos indo a escalas extremas: o maior veículo terrestre já construído na Terra, o Escavadeira Bagger 293 . Com 315 pés (96 metros) de altura, 738 pés (225 metros) de comprimento e uma massa de 14.200 toneladas métricas (mais de 31 milhões de libras de peso), é o maior e mais pesado veículo já construído. Embora seja usado apenas na mineração, ele pode se mover sob sua própria propulsão através do uso de uma dúzia de lagartas, até velocidades de caracol de 0,4 milhas por hora (0,6 km/h).
A única criatura ou veículo terrestre de qualquer franquia de ficção científica que se aproxima dessas massas é Godzilla, que poderia atingir uma massa comparável se assumirmos um tamanho corporal de aproximadamente 80 metros de altura e 160 metros de altura. ) no comprimento total da cabeça à cauda. Nessas massas extremas, é necessário gelo muito mais espesso do que o necessário até mesmo para um andador AT-AT.
Esta réplica de Godzilla pode ter apenas aproximadamente 7 metros de altura, empalidecendo em comparação com o Godzilla visto nos filmes de monstros de maior escala de todos. Se Godzilla fosse a escala de aproximadamente 260 pés (80 metros) de altura, poderia pesar tanto quanto o veículo terrestre mais pesado já projetado na Terra. (Chris McGrath/Getty Images)
E, no entanto, a mesma relação matemática se mantém. Para manter 100 vezes a massa de um andador AT-AT, o gelo que é apenas 10 vezes mais espesso serve. Se 5 pés (60″, ou 152 cm) de gelo podem suportar a maior baleia azul, então 50 pés (600″, ou cerca de 15,2 metros) de gelo podem suportar um Godzilla excessivamente enorme: um que é quase o dobro da altura da estátua da Liberdade medida da sandália à tocha.
Todos os anos, governos locais, estaduais e provinciais advertir seus moradores contra pisar em gelo que pode ser muito fino , já que cair nas águas geladas abaixo pode ser letal, fazendo com que as vítimas entrem em choque e percam a consciência em menos de um minuto em alguns casos. No entanto, testando suficientemente a profundidade do gelo, você pode saber se é seguro se aventurar, mesmo se você for um piloto de AT-AT. Mesmo, por falar nisso, se você for Godzilla.
Enquanto muitos infográficos como este são normalmente publicados por vários Departamentos de Recursos Naturais Americanos e Canadenses, esta versão de piada ilustra com sucesso que mesmo espessuras modestas de gelo são capazes de conter enormes criaturas, veículos e estruturas. (CHRISPYBOBISPY / IMGUR)
Com base no fato de que Hoth parece exibir gravidade semelhante à da Terra, podemos supor que sua densidade e tamanho também são semelhantes, como indicam a física planetária e a astronomia. Os veículos mais massivos que vimos andando sobre sua superfície nos dizem surpreendentemente pouco sobre a espessura do gelo ali, pois mesmo que haja água líquida abaixo dele, meros 5 pés (ou 60″, ou 152 cm) de gelo seriam suficiente para segurar até mesmo o andador AT-AT que cai de lado.
Mas a coisa mais próxima que vemos de um análogo da vida real de Hoth – a grande lua rica em água de Júpiter, Europa – tem um gelo tão espesso que faz com que cada um desses números pareça uma piada. Considerando que mesmo o exemplo mais extremo que consideramos requer apenas gelo com aproximadamente 15,2 metros de espessura para suportar seu peso, A crosta de gelo da Europa é estimada em aproximadamente 50.000-75.000 pés (15 a 25 quilômetros) de espessura .
Na interpretação deste artista, a espaçonave Clipper da NASA faz uma de suas muitas dezenas de passagens próximas a Europa, o candidato mais provável à vida no sistema joviano até hoje. Com todos os ingredientes que possui e as condições como as conhecemos neste mundo, Europa pode ser o mundo mais favorável à vida além da Terra atualmente conhecido pela humanidade. No entanto, para saber se há vida no oceano subsuperficial de Europa, teremos que investigar abaixo de sua crosta extremamente espessa, com mais de 15 quilômetros de espessura. (NASA/JPL-CALTECH)
Se quiséssemos cair através da crosta de um planeta de gelo realista, seria necessário um objeto cuja massa precisasse exceder bilhões de toneladas. Embora isso possa não ser um problema para algo como a Estrela da Morte, seriam realmente necessários centenas de Destróieres Estelares para quebrar todo o gelo em Hoth para atingir o oceano abaixo. A ideia de que um veículo mundano poderia fazer isso, mesmo um tão grande quanto o andador AT-AT, simplesmente não combina com o que sabemos sobre física.
Há uma razão pela qual temos expressões que alertam as pessoas sobre pisar em gelo fino: porque é a magreza que o torna perigoso, não o gelo em si. Cada vez que você dobra a espessura de seu gelo, você aumenta sua força quatro vezes; cada vez que você o aumenta por um fator de 10, ele pode suportar 100 vezes a massa antes de se desfazer. Armado com um pouco de conhecimento de física, todos que estão devidamente informados podem ficar seguros neste inverno: até Godzilla.
Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .
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