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Quinta-Feira, 07 de Março de 1996.

O Telescópio Espacial Hubble faz as primeiras fotos da superfície de Plutão

O Planeta Plutão

Telescópio espacial Hubble (em inglês Hubble Space Telescope - HST) é um satélite astronômico artificial não tripulado que transporta um grande telescópio para a luz visível e infravermelha. Foi lançado pela agência espacial estadunidense - NASA - em 24 de abril de 1990, a bordo do ônibus espacial (em Portugal, vaivém espacial) Discovery (missão STS-31). Este telescópio já recebeu várias visitas espaciais da NASA para a manutenção e para a substituição de equipamentos obsoletos ou inoperantes.

O telescópio é a primeira missão da NASA pertencente aos Grandes Observatórios Espaciais - (Great Observatories Program), consistindo numa família de quatro observatórios orbitais, cada um observando o Universo em um comprimento diferente de onda, como a luz visível, raios gama, raios-X e o infravermelho. Pela primeira vez se tornou possível ver mais longe do que as estrelas da nossa própria galáxia e estudar estruturas do Universo até então desconhecidas ou pouco observadas. O Hubble, de uma forma geral, deu à civilização humana uma nova visão do universo e proporcionou um salto equivalente ao dado pela luneta de Galileu Galilei no século XVII.

Desde a concepção original, em 1946, a iniciativa de construir um telescópio espacial sofreu inúmeros atrasos e problemas orçamentais. Logo após o lançamento para o espaço, o Hubble apresentou uma aberração esférica no espelho principal que parecia comprometer todas as potencialidades do telescópio. Porém, a situação foi corrigida numa missão especialmente concebida para a reparação do equipamento, em 1993, voltando o telescópio à operacionalidade, tornando-se numa ferramenta vital para a astronomia. Imaginado nos anos 40, projetado e construído nos anos 70 e 80 e em funcionamento desde 1990, o Telescópio Espacial Hubble foi batizado em homenagem a Edwin Powell Hubble, que revolucionou a Astronomia ao constatar que o Universo estava se expandindo.

Concepção e objetivos

A história do Telescópio Espacial Hubble pode ser rastreada até 1923, quando Hermann Oberth (considerado junto com Robert Goddard e Konstantin Tsiolkovsky os pais dos foguetes modernos) publicou Die Rakete zu den Planetenräumen (O Foguete no Espaço Planetário), onde mencionou como um telescópio poderia ser lançado em órbita da Terra por um foguete.

A astronomia baseada no espaço estava apenas no início nos anos seguintes à Segunda Guerra Mundial, período em que os cientistas utilizaram a tecnologia melhorada dos foguetes. Em 1946 o astrônomo Lyman Spitzer escreveu o artigo Astronomical advantages of an extraterrestrial observatory (Vantagens Astronômicas de um Observatório Extraterrestre), onde discutiu as duas principais vantagens que um observatório baseado no espaço teria a mais do que os telescópios terrestres: primeiro, a resolução óptica (distância mínima de separação entre objetos na qual eles permaneçam claramente distintos) estaria limitada apenas pela difração, em oposição aos efeitos da turbulência da atmosfera que provocam o fenômeno do seeing. Os telescópios terrestres estão tipicamente limitados a resoluções de 0,5–1,0 segundos de arco (arcsec), comparativamente aos valores teóricos de resolução de difração, limitada de cerca de 0,1 arc para um telescópio com um espelho de 2,5 m em diâmetro. A segunda maior vantagem seria a possibilidade de observar luz infravermelha e ultravioleta, que são fortemente absorvidas pela atmosfera. No mesmo ano, foram obtidos os primeiros espectros ultravioleta do Sol.

Em 1962 ocorreram vários eventos importantes: a NASA lançou o Orbiting Solar Observatory para obter espectros de UV, raio-X e raios gama; a Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos publicou um relatório recomendando o desenvolvimento de um telescópio espacial como parte integrante do programa espacial, e o Reino Unido lançou um telescópio em órbita como parte do programa espacial Ariel. Em 1965 Spitzer, que dedicou grande parte de sua carreira para estimular o desenvolvimento de um observatório espacial, foi indicado como dirigente de um comitê para a definição de objetivos científicos para um instrumento de grandes dimensões.

Em 1966 foi lançado o primeiro Observatório Astronômico Orbital (OAO), da NASA, cujas baterias apresentariam falhas após três dias, terminando a missão; mais tarde, o OAO-2, o projeto sucessor, permitiu fazer observações em ultravioleta das estrelas e galáxias desde o seu lançamento em 1968 até 1972, prazo muito além do tempo de vida planejado de apenas um ano. As missões demonstraram o papel importante que as observações baseadas no espaço poderiam desempenhar na astronomia. Em 1968 a NASA iniciou a elaboração de planos para um telescópio espacial com um espelho de 3m de diâmetro, conhecido provisoriamente como Grande Telescópio Orbital ou Grande Telescópio Espacial (LST), com lançamento previsto para 1979. Os planos enfatizavam a necessidade de missões tripuladas para a manutenção do telescópio, de forma a justificar um investimento tão caro ao longo de um tempo de vida extenso, e os projetos de pesquisa da tecnologia reutilizável do ônibus espacial (vaivém espacial em Portugal) indicavam que isso seria possível em pouco tempo.


Lançamento do Hubble a bordo da Discovery.

Sistema óptico

Opticamente o Hubble é um refletor tipo Cassegrain com um projeto Ritchey-Chrétien. Este projeto, com dois grandes espelhos hiperbólicos, é bom para fotografar um largo campo de vista, mas tem a desvantagem de ser de difícil construção. Os sistemas relacionados com a óptica e os espelhos representavam a parte crucial, e seriam concebidos segundo especificações muito rígidas. Em média, os telescópios usam espelhos polidos para uma precisão de cerca de um décimo do comprimento de onda da luz visível; porém, uma vez que o Hubble seria utilizado para observações na gama do ultravioleta ao infravermelho com uma resolução dez vezes superior aos telescópios antecessores, o espelho teria que ser polido para uma precisão de 10 nanômetros, cerca de 1/65 do comprimento de onda da luz vermelha.

A Perkin-Elmer planejava utilizar maquinaria assistida por computador extremamente sofisticada para modelar o espelho segundo as especificações impostas, mas para o caso da sua tecnologia apresentar dificuldades, a Kodak também foi contratada para construir um espelho de reserva, utilizando as técnicas de polimento tradicionais. A construção do espelho foi iniciada em 1979, utilizando vidro de expansão ultra-reduzida. Para reduzir ao máximo o peso do espelho, este foi acondicionado numa espécie de sanduíche de duas placas de cerca de uma polegada de altura e uma estrutura em forma de colmeia no meio. O polimento prolongou-se de 1979 até maio de 1981. Mais tarde, relatórios da NASA questionaram a estrutura intermédia proposta pela Perkin-Elmer, o que acarretou complicações de agenda e de orçamento. O espelho foi concluído nos finais de 1981, com o acréscimo de um revestimento reflectivo em alumínio, de espessura de 75 mm, e outro revestimento protetor de fluoreto de magnésio, de 25 mm de espessura, o que permitia aumentar a reflexão da luz ultravioleta.

Lançamento

Subsistiam, porém, dúvidas sobre a competência da Perkin-Elmer num projeto desta importância, já que o orçamento e agenda para concluir o OTA continuavam a aumentar. Em resposta a esta agenda, descrita como "não delineada e diariamente alterada", a NASA adiou o lançamento do telescópio para abril de 1985. A agenda da Perkin-Elmer continuou a inflar, a uma taxa de cerca de um mês a cada três meses, tendo-se mesmo verificado, esporadicamente, atrasos de um dia por cada dia de trabalho. Face a isto, a NASA foi forçada a reagendar o lançamento para 1 de março de 1986. Por esta altura, o custo total do projeto tinha atingido 1,175 bilhões de dólares. Além disso, o software necessário para controlar o Hubble em terra não ficou pronto em 1986, e de fato permaneceria inacabado até 1990. Para completar o quadro de dificuldades, no mesmo ano aconteceu o acidente com a nave Challenger, o que provocou um esfriamento no programa espacial. Eventualmente, após a retomada dos voos dos ônibus espaciais em 1988, o lançamento do telescópio foi reagendado para 1990. Por fim, em 24 de abril de 1990, a missão STS-31 do Discovery fez o lançamento do telescópio com sucesso em sua órbita prevista.

Desde a estimativa de custo inicial de cerca de 400 milhões, o telescópio chegou a custar mais de 2,5 bilhões de dólares para construir. Custos cumulativos do Hubble até hoje são estimados entre 4,5 e 6 bilhões, com uma contribuição financeira adicional da Europa de 593 milhões de euros, até a estimativa de 1999.

Instrumentos originais

Quando lançado, o Hubble transportava cinco instrumentos científicos: a Wide Field and Planetary Camera (câmera de campo largo e planetário - WF/PC), o Goddard High Resolution Spectrograph (espectrógrafo de alta resolução Goddard - GHRS), o High Speed Photometer (fotômetro de alta velocidade - HSP), a Faint Object Camera (câmera de objetos pálidos - FOC) e o Faint Object Spectrograph (espectrógrafo de objetos pálidos - FOS). A WF/PC era um dispositivo de imagem de alta resolução destinado principalmente para observações ópticas. Foi construído pelo Jet Propulsion Laboratory da NASA, e incorporou um conjunto de 48 filtros de isolamento das linhas espectrais de particular interesse astrofísico. O instrumento continha oito chips CCD divididos entre duas câmeras, cada uma com quatro CCDs. A câmera de campo largo WF contemplou um campo de grande angular em detrimento da resolução, enquanto a câmera planetária PC tomava imagens em um comprimento focal mais eficaz do que os chips WF, dando-lhe uma maior ampliação.

O GHRS foi um espectrógrafo projetado para operar no ultravioleta. Foi construído pelo Goddard Space Flight Center, e podia alcançar uma resolução espectral de 90.000. Também otimizadas para observações ultravioleta eram a FOC e a FOS, que conseguiram a mais alta resolução de todos os instrumentos no Hubble. Ao invés de CCDs, estes três instrumentos utilizaram a contagem digital de fótons como detector. A FOC foi construído pela ESA, enquanto a Universidade da Califórnia em San Diego e a Martin Marietta Corporation construiu o FOS.

O instrumento final era o HSP, projetado e construído na Universidade de Wisconsin-Madison. Foi otimizado para observações em luz visível e ultravioleta de estrelas variáveis ​​e outros objetos astronômicos de brilho variável. Poderia fazer até 100.000 medições por segundo com uma precisão fotométrica de cerca de 2% ou melhor. O sistema de orientação HST também pode ser usado como um instrumento científico. Seus três Fine Guidance Sensors (sensores de orientação fina - FGS) são utilizados principalmente para manter o telescópio apontado com precisão durante a observação, mas também pode ser usado para realizar astrometria extremamente precisa. Já foram obtidas medições de 0,0003 arcsecs.

Falha no espelho

Dentro de poucas semanas após o lançamento do telescópio, pelas imagens que voltavam, ficou evidente que havia um sério problema com o sistema óptico. Embora as imagens parecessem de início ser mais nítidas do que as imagens obtidas em terra, o telescópio falhou em obter um foco tão exato como esperado. Imagens de fontes pontuais eram difusas em um raio de mais de 1 arcsec, em vez de ter uma função de espalhamento pontual (PSF) dentro de um círculo de 0,1 arcsec de diâmetro, como havia sido especificado nos requisitos técnicos do projeto.


Comparação das imagens antes e depois da correção da falha do espelho.

A análise das imagens borradas mostrou que a causa do problema era que o espelho principal tinha sido construído com uma forma errada. Apesar de ter sido provavelmente o espelho mais precisamente construído de todos os tempos, com variações de apenas 10 nanômetros a partir da curva prevista, era plano em demasia nas bordas em cerca de 2.200 nanômetros (2,2 mícrons). Esta diferença foi catastrófica, produzindo uma aberração esférica grave.

A falha do espelho afetou relativamente pouco a observação em alta resolução de objetos brilhantes e a espectroscopia; no entanto, a perda de luz no grande halo desfocado em redor reduzia severamente a utilidade do telescópio para objetos de brilho fraco ou para imagens de alto contraste. Isto significava que quase todos os programas cosmológicos ficavam praticamente inviabilizados, uma vez que exigem a observação de objetos extremamente pálidos. A NASA e o telescópio passaram a ser alvo de muitas piadas, e o projeto foi considerado popularmente como um elefante branco. Por exemplo, na comédia de 1991 The Naked Gun 2 ½: The Smell of Fear, o Hubble foi comparado ao Titanic, ao Hindenburg e ao Edsel. Não obstante, durante os primeiros três anos da missão Hubble, mesmo antes das correções ópticas posteriores, o telescópio conseguiu realizar um grande número de observações produtivas. O erro foi bem caracterizado e era estável, permitindo aos astrônomos otimizar os resultados obtidos através de técnicas compensatórias sofisticadas de processamento de imagem.

Para se corrigir o problema da aberração esférica foi estabelecido o sistema Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR), constituído por dois espelhos de compensação da falha. Para ajustar o sistema COSTAR no telescópio, um dos outros instrumentos teve de ser removido, e os astrônomos selecionaram o High Speed Photometer para ser sacrificado. Várias missões do ônibus espacial foram lançadas para consertos, substituição de instrumentos e outros ajustes.

Impacto na astronomia

O Hubble tem ajudado a resolver alguns antigos problemas da astronomia, bem como revelado novos resultados que exigiram novas teorias para explicá-los. Entre suas principais conquistas está a medição das distâncias das cefeidas com precisão inédita e, com isso, limitando o valor da constante de Hubble - a medida da taxa na qual o universo está em expansão, que também está relacionada com a sua idade. Antes do lançamento do Hubble as estimativas da constante de Hubble tipicamente tinham erros de até 50%, mas as medições do Hubble de cefeidas no aglomerado de Virgem e outros aglomerados de galáxias distantes forneceu um valor medido com uma precisão de ± 10%, o que é consistente com outras medidas mais precisas feitas desde o lançamento do Hubble usando outras técnicas.

Enquanto que o Hubble ajudou a refinar as estimativas da idade do universo, ele também colocou em dúvida as teorias sobre o seu futuro. Astrônomos do High-z Supernova Search Team e do Supernova Cosmology Project usaram o telescópio para observar supernovas distantes e descobriram evidências de que, longe de desacelerar sob a influência da gravidade, o universo pode de fato estar se expandindo em uma taxa de aceleração. Esta aceleração foi posteriormente medida com mais precisão por outros telescópios terrestres e espaciais, confirmando a constatação do Hubble. A causa desta aceleração permanece mal compreendida, mas atribui-se mais comumente à influência da energia escura.

Os espectros e imagens de alta resolução fornecidos pelo Hubble têm sido particularmente úteis para estabelecer a prevalência de buracos negros no núcleo de galáxias próximas. Embora tivesse sido suposto na década de 1960 que os buracos negros seriam encontrados nos centros de algumas galáxias, coube ao Hubble contribuir para mostrar que os buracos negros são, provavelmente, comuns nos centros galácticos, e que as massas dos buracos negros e as propriedades destas galáxias estão intimamente relacionadas.

A colisão do cometa Shoemaker-Levy 9 com Júpiter em 1994 foi um presente para os astrônomos, acontecendo apenas alguns meses após uma missão de manutenção restaurar o desempenho óptico do Hubble. As imagens que o telescópio conseguiu do planeta foram mais nítidas do que quaisquer outras tomadas desde a passagem da Voyager 2 em 1979, e foram cruciais para o estudo da dinâmica da colisão de um cometa com Júpiter, um evento raro. Outras grandes descobertas feitas usando seus dados incluem discos proto-planetários na nebulosa de Orion; evidências da presença de planetas extra-solares em torno de estrelas como o Sol e as contrapartidas ópticas das ainda misteriosas explosões de raios gama. O Hubble também tem sido usado para estudar os objetos nos confins do Sistema Solar, incluindo planetas anões Plutão e Eris.

Um legado único do Hubble são as imagens produzidas pelas câmeras de espaço profundo e ultraprofundo, de sensibilidade inigualável em comprimentos de onda visíveis, criando imagens das mais distantes regiões do céu já obtidas nestes comprimentos de onda. As imagens revelam galáxias a bilhões de anos-luz de distância, e têm tanto gerado como subsidiado uma grande quantidade de trabalhos científicos, abrindo uma nova janela para o Universo primordial.

Outros fatos mostram o impacto positivo do telescópio na astronomia. Mais de 9.000 trabalhos com base em dados do Hubble foram publicados em jornais peer-reviewed, e inúmeros outros surgiram em anais de eventos. Em média, um trabalho com base em dados do Hubble recebe cerca de duas vezes mais citações do que os com base em dados não-Hubble. Dos 200 artigos científicos publicados a cada ano que recebem mais citações, cerca de 10% são baseadas em dados do Hubble.

Embora o Hubble tenha claramente um impacto significativo na pesquisa astronômica, o custo financeiro desse impacto tem sido grande. Um estudo sobre os impactos relativos à astronomia de tamanhos diferentes de telescópios descobriu que enquanto os trabalhos com base em dados do Hubble geram 15 vezes mais citações do que os baseados em telescópios de terra, os custos de construção e manutenção do Hubble são cerca de 100 vezes maiores.

Tomar a decisão entre investir em telescópios terrestres ou espaciais no futuro é algo complexo. Mesmo antes do Hubble ser lançado, técnicas especializadas terrestres obtiveram imagens ópticas e infravermelhas de resolução mais alta do que o Hubble, embora restritas a alvos cerca de 100 vezes mais brilhantes que o menor alvo observado por ele. Desde então, os avanços na óptica adaptativa estenderam os recursos de alta resolução de telescópios terrestres para a imagem infravermelha de objetos fracos. A utilidade da óptica adaptativa versus as observações do Hubble depende fortemente dos detalhes particulares da pesquisa a ser feita. Nas faixas visíveis, a óptica adaptativa só pode corrigir um campo relativamente pequeno de vista, enquanto o Hubble pode produzir imagens ópticas de alta resolução ao longo de um vasto campo. Apenas uma pequena fração de objetos astronômicos pode ser registrada em alta resolução a partir da Terra; em contraste, o Hubble pode realizar observações de alta resolução de qualquer parte do céu noturno, e em objetos extremamente pálidos.

Plutão

Pela primeira vez desde a descoberta de Plutão em 18 de fevereiro de 1930 por Clyde Tombaugh, os astrônomos finalmente viram detalhes sobre a superfície do planeta mais distante do sistema solar.

Os instantâneos do telescópio Hubble de quase toda a superfície de Plutão, tirados com o planeta girando por um período de 6,4 dias, mostram que Plutão é um objeto complexo, com maior contraste em larga escala do que qualquer planeta, exceto a Terra. Características topográficas como bacias ou crateras de impacto novas podem causar algumas das variações na superfície de Plutão.

O Telescópio Espacial Hubble faz as primeiras fotos da superfície de Plutão em 7 de março de 1996.

HD 209458 b – Osíris

HD 209458 b, com o nome provisório de Osíris pelos seus descobridores, em honra ao deus egípcio Osíris, é um planeta extrassolar que orbita uma estrela semelhante ao sol, denominada HD 209458 na constelação de Pegasus, a cerca de 150 anos-luz do sistema solar e da Terra.

HD209458 é uma estrela de magnitude 7, visível da Terra com a ajuda de binóculos. O raio da órbita de Osíris é de 7 milhões de quilômetros, resultando num ano de cerca de 3,5 dias terrestres e uma temperatura em superfície calculada em 1000 graus Celsius. A sua massa é cerca de 200 vezes a massa da Terra, sugerindo que é provavelmente um planeta gasoso gigante.

A 27 de novembro de 2001 o Telescópio Espacial Hubble detectou sódio na atmosfera do planeta, a primeira atmosfera planetária fora do nosso sistema solar foi medida. No outono de 2003, o Hubble também detectou Oxigênio e Carbono.

Em abril de 2007, tornou-se no primeiro planeta fora do sistema solar onde foi descoberto vapor d'água.

O planeta em sua evolução veio a migrar de seu ponto de formação para uma órbita mais apertada em relação a sua estrela. Devido a tal proximidade, o vento de partículas e radiação recebidas de sua estrela é tão intensa que supera a gravidade do planeta que está perdendo matéria de suas camadas gasosas para o espaço.

No futuro, a única coisa que deve sobrar de Osíris será seu núcleo sólido ferro-rochoso.

Acredita-se que alguns dos poucos planetas rochosos conhecidos se tenham formado assim. Um exemplo é a estrela 55 Cancri, em que o objeto mais próximo dela, um mundo sólido que tem 14 vezes a massa da Terra, pôde ter no passado grandes camadas gasosas, que foram varridas pela sua estrela até sobrar somente núcleo sólido, formando um planeta rochoso.

Os gases emanados para fora de Osíris formam uma cauda que apontam na direção contrária à estrela como um cometa passando perto do Sol.

Fonte: Wikipédia


Tags: Telescópio, NASA, Plutão, Hubble, Discovery, STS-31






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