Espectro Eletromagnético e Satélites

O Espectro Eletromagnético

Como foi explicado no Espectro Eletromagnético - Nível 1 da Imagine the Universe,! A radiação eletromagnética pode ser descrita como um fluxo de fótons , cada um viajando em um padrão semelhante a ondas, levando energia e mover-se à velocidade da luz . A  única diferença entre as ondas de rádio, luz visível e raios gama é a energia dos fótons. As ondas de rádio têm fótons com menor energia. As microondas ter um pouco mais energia do que as ondas de rádio.As ondas infravermelhas tem ainda mais, seguida pelas ondas  visível , ultravioleta , raios-X e raios gama. A quantidade de energia de um fóton pode fazer com que se comportam mais como uma onda, ou mais como uma partícula. Isso é chamado de " dualidade onda-partícula "da luz . É importante compreender que não estamos falando de uma diferença no que a luz é, mas em como ele se comporta. Fótons de baixa energia (como os fótons de rádio) se comportam mais como ondas, enquanto que os fótons de maior energia (tais como raios-X) se comportam mais como partículas. O espectro eletromagnético pode ser expresso em termos de comprimento de onda de energia, ou freqüência. Cada maneira de pensar sobre o espectro eletromagnético está relacionado com os outros de uma forma matemática precisa. As relações são:

o comprimento de onda é igual à velocidade da luz dividida pela freqüência
ou
lambda = c / nu

e a energia é igual a constante de Planck vezes a freqüência
ou
E = hx·nu

As letras lambda e nu do alfabeto grego são usadas ​​por cientistas em vez de l e f). Tanto a velocidade da luz como a constante de Planck são realmente constante - eles nunca mudam de valor. A velocidade da luz no vácuo é igual a 299.792.458 m / s (186.212 milhas / segundo). A Constante de Planck é igual a 6,626 x 10 ^-27 erg-segundos.

Observatórios espaciais em diferentes regiões do espectro eletromagnético

Os Rádio-Observatórios

As ondas de rádio podem propagarem-se através do ambiente da Terra sem obstáculos significativos. Na verdade, os telescópios de rádio, os rádios-telescópios, podem observar mesmo em dias nublados. No entanto, a disponibilidade de um rádio-observatório espacial complementa os rádios-telescópios terrestres em alguns aspectos importantes. Há muitos rádios-observatórios no espaço.A maioria deles estuda as ionosferas dos planetas até 3 x 10 ^-4 Hz. Alguns têm sido usados ​​para monitorar os sinais de rádio emitidos por terremotos. Uma técnica especial usada ​​em rádio-astronomia é chamada "interferometria". Os rádios-astrônomos podem combinar dados de dois telescópios que estão muito distantes entre si e criar imagens que têm a mesma resolução como se tivessem um único telescópio tão grande como a distância entre os dois telescópios. Isto significa grupos de radio-telescópios podem ver detalhes incrivelmente pequeno. Um exemplo é o Very Large Baseline Array (VLBA), que consiste de 10 radio-telescópios fixados em Havaí e Porto Rico, cerca de um terço do caminho ao redor do mundo. Ao colocar um rádio-telescópio em órbita ao redor da Terra, os rádios-astrônomos podem fazer imagens como se tivessem um rádio telescópio do tamanho de todo o planeta. Isso, e mais ainda, foi efetuado pelo (VSOP) Observatório Espacial do Programa Very Long Baseline Interferometry (VLBI). A missão japonesa foi lançada em fevereiro de 1997, renomeada HALCA pouco tempo depois. A missão durou até novembro de 2005, superando o esperado três anos de vida. Este rádio-telescópio virtual tem uma abertura de cerca de três vezes o tamanho do raio da Terra, e trabalhou em conjunto com observações terrestres de radiotelescópios em rede. 

COBE

Os Observatórios  de Microondas

O céu é uma fonte de microondas em todas as direções, na maioria das vezes referidas como microondas de fundo. Neste contexto é o remanescente do "Big Bang", um termo usado para descrever o início do universo. Há muito tempo atrás, toda a matéria existente estava compactadas em uma pequena bola quente. A bola expandiu e se tornou o nosso universo quando  ele esfriou. Desde o Big Bang, que se estima ter ocorrido há 13,7 bilhões de anos, ele esfriou por todo este tempo para apenas três graus acima do zero absoluto. É este "três graus" que medimos como plano de fundo de microondas. De 1989 a 1993, a Cosmic Background Explorer (COBE) fez medições muito precisas da temperatura do fundo de microondas. COBE mapeou o fundo de microondas por completo, mediu cuidadosamente diferenças muito pequenas nas temperaturas a partir de um lugar para outro. Os astrônomos tinham muitas teorias sobre o início do universo, e suas teorias previam como o fundo de microondas se assemelhavam. As medições muito precisas feitas pelo COBE eliminou um grande número de teorias sobre o Big Bang. Dr. John Mather (NASA) e Dr. George Smoot (University of California, Berkeley), ganhou o Prêmio Nobel 2006 de Física por seu trabalho no COBE. O Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), lançado no verão de 2001, mediu as flutuações de temperatura de radiação de fundo de microondas cósmicas por todo o céu com precisão ainda maior. WMAP respondeu questões fundamentais, tais como: a) Quais são os valores dos parâmetros cosmológicos da teoria do Big Bang? b) Como se formaram as estruturas de galáxias no universo ? c) Quando foi que se formou  a primeira estrutura de galáxias? WMAP funcionou até outubro de 2010. 

JWST

Os Observatórios de infravermelhos

O mais recente observatório de infravermelho atualmente em órbita foi o Infrared Space Observatory (ISO) , lançado em novembro de 1995 pela Agência Espacial Europeia, e funcionou até maio de 1998. Ele foi colocado em uma órbita elíptica com um período de 24 horas que o mantinha em vista as estações terrestres em todos os momentos. Este arranjo foi necessário porque o ISO transmitia observações  em vez de armazenar informações para posterior reprodução. O ISO observava em 2,5-240 microns. Em agosto de 2003, a NASA lançou o Telescópio Espacial Spitzer, conhecido anteriormente como  Telescópio Espacial Infravermelho Mecânico (SIRTF). O Spitzer usa um sistema de refrigeração passivo, o que significa que irradia para fora seu próprio calor em vez de exigir um sistema frigorífico ativo como a maioria dos outros observatórios espaciais de infravermelho. Ele foi colocado em uma órbita heliocêntrica atrelada a Terra, onde não têm de lidar com ocultação de fontes da Terra, ou com o ambiente comparativamente quente no espaço próximo à Terra. Outra importante Observatório Estratosférico em Infravermelho para Astronomia é o (SOFIA). Embora SOFIA não esteja instalado em órbita, é transportado dentro de um avião 747 voando a uma altitude suficientemente bem acima da maioria do infravermelho atmosférico da Terra que absorveria estes raios. SOFIA substitui o Kuiper Airborne Observatory. O James Webb Space Telescope (JWST) será um grande telescópio infravermelho com um espelho primário de 6,5 metros. O lançamento está previsto para 2015. JWST vai estudar cada fase da história do nosso universo, que vão desde o primeiro brilho luminoso após o Big Bang, a formação de sistemas solares capazes de suportar a vida em planetas como a Terra, até  a evolução do nosso próprio Sistema Solar.O JWST era anteriormente conhecido como o "Telescópio Espacial da Próxima Geração" (NGST). 

HUBBLE

Os Observatórios do Espectro  Visual

O observatório apenas visual em órbita no momento é o Telescópio Espacial Hubble (HST). Como os rádios-observatórios espaciais, há observatórios do espectro visual no solo. No entanto, o Hubble tem várias vantagens especiais sobre eles. A maior vantagem do HST  é que ele não sofre de visão distorcida do ar porque está acima da atmosfera da Terra. Se todo o ar estivesse à  mesma temperatura acima de um telescópio e não houvesse vento, ou se o vento fosse perfeitamente constante, os telescópios teriam  uma visão perfeita através do ar. Infelizmente, não é assim que funciona a nossa atmosfera. Existem pequenas diferenças de temperatura, mudanças de velocidade do vento, diferenças de pressão, e assim por diante. Isso faz com que a luz que passa através do ar oscila ligeiramente. Ela fica um pouco torta, bem como a luz é dobrada por um par de óculos. Mas, ao contrário de óculos, dois feixes de luzes vindo da mesma direção não ficam muito dobrados da mesma maneira. Você provavelmente já viu isso antes - olhando ao longo do topo da estrada em um dia quente, tudo parece mais brilhante sobre a superfície da estrada aquecida. Este efeito desfoca a imagem vista pelos telescópios, limitando a sua capacidade para resolver os objetos. Em uma boa noite em um observatório numa montanha alta, a quantidade de distorção causada pela atmosfera pode ser muito pequena. Mas o Telescópio Espacial não tem distorção da atmosfera. Sua visão perfeita lhe dá muitas e muitas vezes as imagens mais claras do que mesmo os melhores telescópios terrestres nas melhores noites. Outra vantagem do HST é que sem a forma da atmosfera, ele pode ver uma porção muito mais ampla do espectro. Além do espectro visível, ela também pode ver a luz ultravioleta que normalmente é absorvida pela atmosfera terrestre e não pode ser vista por telescópios comuns.

IUE

Os Observatórios do Ultravioleta

Por agora, não há observatórios espaciais dedicados ao ultravioleta. O Telescópio Espacial Hubble pode efetuar uma grande quantidade de observação de comprimentos de onda ultravioletas, mas tem um campo relativamente pequeno de vista. De janeiro de 1978 a setembro de 1996, o International Ultraviolet Explorer (IUE) funcionou e observou a radiação ultravioleta. Seu final operacional, embora lamentável, não foi  prematuro: o IUE foi lançado para funcionar por apenas três anos. O IUE funcionava como um observatório terrestre regular, com uma exceção: o operador de telescópio e cientista não chegou a visitar o telescópio, mas enviou os comandos a partir do solo. Além de alguns cuidados na seleção de materiais para filtros, um telescópio de UV (ultravioleta) como o IUE é muito parecido com um telescópio de luz visual comum. Além do IUE, tem havido algumas recentes importantes missões espaciais no UV. Um pacote de transporte reutilizável, ​​chamado Astro, foi levado duas vezes no compartimento de carga do ônibus espacial. Ele consistia de um conjunto de três telescópios UV. Ao contrário do  HST, os astros-telescópios UV  tinham campos muito grandes de vista, para que eles pudessem tirar fotos de objetos maiores no céu, como galáxias. Por exemplo, se o telescópio espacial Hubble e os astro-telescópios fossem usados ​​para observar o cometa Hale-Bopp, Hubble seria capaz de tirar fotos espetaculares do núcleo do cometa. Os astro-telescópios seriam capazes de tirar fotos de todo o núcleo do cometa, e a cauda.

SDO

Os Observatórios  do  Ultravioleta  Extremo

Atualmente, alguns estudos no ultravioleta extremo estão sendo realizados pelo Observatório Dinâmico Solar (SDO), lançado em fevereiro de 2010. É a primeira missão a ser lançada pela NASA (LWS), que é projetada  para compreender as causas da variabilidade solar e seus impactos na Terra. Alguns exemplos dos estudos incluem observação do interior do Sol, sua atmosfera e campo magnético, o plasma da coroa, e a irradiação que criam as  ionosferas dos planetas no sistema solar. Um observatório ultravioleta foi o (ALEXIS) . Depois de 12 anos em órbita , o satélite ALEXIS chegou ao fim da sua carreira. Seus painéis solares degradados encarregados da  produção, capacidade e duas das quatro baterias falharam. Em 29 de abril de 2005, seus painéis solares foram intencionalmente descartados para longe do Sol, colocando o sistema de Alexis no estado mais baixo de energia para fins de segurança, após o que deixou de ser rastreado. Embora o nome insinui que ele era um Observatory de Raios-X, a faixa de energia exploradas pelo ALEXIS dituava-se na extremidade  mais baixa do espectro de raios-X, muitas vezes consideradas como ultravioleta extremo. ALEXIS foi lançado em  25 de abril de 1993 por um foguete Pegasus. Durante o lançamento, a chapa de charneira que apoiava um dos painéis solares quebrou. No entanto, o satélite sobreviveu. O painel permaneceu conectado ao satélite através de cabos elétricos e uma corda, de modo que ainda era capaz de fornecer a energia necessária para o satélite. ALEXIS girava  sobre um eixo apontado aproximadamente em direção ao Sol. Forneceu mapas do céu em uma base diária, sempre que o satélite não estava em uma órbita 100%  solar Estes mapas do céu foram usados para estudar emissões de raios-X difuso, monitorar o brilho de objetos conhecidos como EUV e detectar objetos transitórios. O primeiro observatório de ultravioleta extremo foi o Explorador Ultraviolet Extreme (EUVE) . O observatório funcionou a partir de junho de 1992 a janeiro de 2001. Os astrônomos estavam um pouco relutantes em explorar a partir do espaço nos comprimentos de ondas do ultravioleta extremo desde que a teoria sugere fortemente que o meio interestelar (os traços minúsculos de gases e poeira entre as estrelas ) absorveria a radiação nesta porção do espectro. No entanto, quando o Explorer Ultravioleta Extreme (EUVE) foi lançado, as observações mostraram que o sistema solar está localizado dentro de uma bolha no meio interestelar local. A região em torno do Sol é  relativamente desprovida de gás e poeira que permite que os instrumentos EUVE  vejam  muito mais longe do que a teoria prevê. 

CHANDRA

Os Observatórios de Raios-X

A NASA lançou um novo satélite astronômico de raios X, o Chandra X-ray Observatory (CXO) , em julho de 1999. Ele orbita a Terra em uma órbita alongada que atinge mais de um terço da distância até a Lua. Esta órbita permite observações ininterruptas por muito tempo, até 55 horas. Chandra é desenhado para observar regiões do espaço de altas energias, como nebulosas. Também é capaz de criar imagens que são 25 vezes mais nítidas do que qualquer telescópio de raios-X que o precedeu. A Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) foi lançado em 30 de dezembro de 1995. O RXTE é capaz de fazer medições de tempo muito precisas de objetos  X-ray, particularmente aquelas que mostram padrões em suas emissões de raios X em períodos de tempo muito curto, como certos tipos de sistemas de estrelas de nêutrons e pulsares. O Suzaku foi lançada pelo Japão em julho de 2005. Foi desenvolvido em conjunto pelo Instituto de Espaço e Ciência Astronáutica do Japão,Japon Aerospace Exploration Agency (JAXA) e Goddard Space Flight Center da NASA. Os astrônomos estão usando o Suzaku no estudo de  galáxias,  buracos negros, remanescentes de supernovas, e aglomerados de galáxias. A Europa também teve participação no campo de observação de raios-X, começando com o satélite EXOSAT  na década de 1980. Mais recentemente, existe a Agência Espacial Europeia (ESA) Missão Multi-Espelada de Raios-X, hoje conhecida como XMM-Newton . Como Chandra, foi lançado em 1999. Recentemente, foi utilizado para observar fontes ultraluminosas de Raios-X e encontrar evidências de buracos negros de massas intermediárias. Alguns observatórios de raios-X que não estão mais em operação incluem ROSAT , que era uma joint venture entre os Estados Unidos, Alemanha e Reino Unido, o Satélite Avançado de Cosmologia e Astrofísica (ASCA) , um empreendimento conjunto EUA-Japão, o astrofísica módulo Kvant , que foi anexado ao Estação espacial russa Mir, que completou a sua missão e foi levado para fora de órbita e cair na Terra em março de 2001; e Beppo SAX , um satélite de raio-X italiano. 

INTEGRAL

Os Observatórios de Raios Gama

Swift é uma parte do Programa Explorador da NASA concebido com a ajuda de universidades americanas e os parceiros internacionais da NASA. Foi lançado em novembro de 2004. Swift estudou explosões de raios gama e é capaz de rapidamente apontar o seu estreito campo de raios-X e detectores ópticos na direção de explosões de raios gama que são detectados pelos seus detectores de grande campos. O Telescópio Espacial de Raios-Gama Fermi é o mais recente observatório de Raios-Gama de alta energia lançado pela NASA. Ele é projetado para estudar os fenômenos energéticos a partir de uma variedade de fontes celestes. Fermi é uma colaboração entre a NASA, o Departamento de Energia e comunidades científicas em seis outras nações. Fermi estudos uma grande variedade objetos de raios gama, incluindo os pulsares, buracos negros, galáxias ativas, emissão de raios gama difusa e explosões de raios gama. Enquanto em desenvolvimento, o satélite era conhecido como o Telescópio Espacial de Raios Gama de Grande Área (GLAST). A missão européia INTEGRAL (International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) foi lançado em Outubro de 2002, e é o primeiro observatório espacial que pode coletar dados no espectro visível, de raios-X e de raios gama. Tem como alvo explosões de raios gama, de supernovas e buracos negros. O Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO) foi lançado pelo ônibus espacial, em abril de 1991 e saiu de órbita em junho de 2000. Os instrumentos do observatório foram dedicados a observar o céu em raios-gama, incluindo a localização de fontes de explosão de raios-gama, monitoramento de erupções solares altamente energéticas e outros fenômeno astrofísicos. Uma descoberta inesperada que Compton fez foi a observação de eventos de explosão de raios-gama provenientes da própria Terra, na parte superior de sistemas de tempestade. A causa não é conhecida, mas atualmente é suspeito de estar relacionado com "sprites", que são relâmpagos que saltam para cima do topo das nuvens para a estratosfera superior. Fermi continua a monitorar e estudar esse fenômeno. O  observatório russo de raios-gama Granat esgotou seu combustível de controle. Sua última manobra, em 1994, foi iniciar um registro que lhe permitiu realizar um levantamento de todos os céus continuamente até novembro de 1998.