por PGAPereira e NASA
Desde os primeiros dias de astronomia, desde a
época de Galileu, os astrônomos têm partilhado um único objetivo - para ver
mais, ver mais longe, ver mais fundo. O lançamento do Telescópio Espacial
Hubble em 1990 acelerou a humanidade a um dos seus maiores avanços nessa
jornada. O Hubble é um telescópio que orbita a Terra. A sua posição acima da
atmosfera, que distorce e bloqueia a luz que atinge o nosso planeta, dá uma
visão do universo que normalmente ultrapassa de longe a dos telescópios
terrestres. Hubble é uma das missões científicas mais bem-sucedidas e de longa
duração da NASA. Tem enviado centenas de milhares de imagens para a Terra,
lançando luz sobre muitos dos grandes mistérios da astronomia. Seu olhar tem
ajudado a determinar a idade do universo, a identificar quasares, e a
existência de energia escura.
Ele mudou a
astronomia
As descobertas do Hubble têm
transformado a maneira como os cientistas olham para o universo. Sua capacidade
de mostrar o universo em detalhes sem precedentes transformou conjecturas em
certezas concretas astronômicas. Tem peneirado a coleção de teorias sobre o
universo ao mesmo tempo em que provocaram novas, clarificando o caminho para
futuros astrônomos. Entre as suas muitas descobertas, o Hubble revelou a idade de
o universo ser aproximadamente 13 a 14.000.000.000 anos, muito mais preciso do
que a faixa de idade de 10 a 20 bilhões de anos. Hubble desempenhou um papel
fundamental na descoberta da energia escura, uma força misteriosa que faz com
que a expansão do Universo se acelere. Hubble mostra aos cientistas galáxias em
todos os estágios de evolução, incluindo galáxias jovens que estavam no
Universo ainda jovem, ajudando-os a entender como as galáxias se formam. Constataram-se
discos protoplanetários e acúmulos de gás e poeira em torno de estrelas jovens
que funcionam como prováveis embriões para novos planetas. Ele descobriu que
explosões de raios gama - estranhas explosões extremamente poderosas de energia
- ocorrem em galáxias muito distantes, como colapso de estrelas massivas. E
estes são apenas um punhado de suas muitas contribuições à astronomia.
A enorme quantidade de equipes de astrônomos
trabalhando com base em observações do Hubble também ajudou a torná-lo um dos
observatórios mais importantes da história. Mais de 6.000 artigos científicos
foram publicados com base em dados do Hubble. As políticas que governam o
telescópio têm contribuído para a sua produtividade incrível. O telescópio é um
instrumento para toda a comunidade astronômica - qualquer astrônomo no mundo
pode apresentar uma proposta e hora da solicitação no telescópio. Em seguida, equipes
de especialistas selecionam as observações a serem executadas. Uma vez que as
observações são concluídas, os astrônomos têm um ano para prosseguir o seu
trabalho antes dos dados serem liberados para toda a comunidade científica. Visto
que todo mundo começa a ver a informação, as observações deram origem a uma
infinidade de descobertas - muitas em áreas que não foram previstas pelas propostas
originais do telescópio. O sucesso do Hubble com essas políticas ajudou a
espalhá-las por toda a comunidade astronômica, e elas estão se tornando comuns a
outros observatórios.
Por que um telescópio
espacial?
O Telescópio Espacial Hubble é a solução direta
para um problema que os telescópios têm enfrentado desde os primeiros dias de
sua invenção: a atmosfera. O dilema é duplo: Deslocamentos de bolsões de ar na
atmosfera da Terra distorcem a visão de telescópios no solo, não importa quão
grande ou cientificamente avançados os telescópios sejam. Essa "distorção
atmosférica" é a razão pela qual as estrelas parecem piscar
quando você olha para o céu. A atmosfera também bloqueia parcialmente ou
absorve certos comprimentos de onda da radiação, como o ultravioleta, gama e
raios-X, antes que eles possam chegar à Terra. Os cientistas podem melhor
analisar um objeto como uma estrela por estudá-la em todos os tipos de
comprimentos de onda que ela emite. Novos telescópios terrestres estão usando
os avanços tecnológicos para tentar corrigir a distorção atmosférica, mas não
há nenhuma maneira de eliminar por completo este empecilho. A maneira mais
eficaz para evitar os problemas da atmosfera é colocar o seu telescópio para
além dela. Ou, no caso do Hubble, 353 milhas (569 km) acima da superfície da
Terra.
Foto 04
Como ele funciona?
A cada 97 minutos, o Hubble
completa uma rotação em torno da Terra, se movendo na velocidade de cerca de
cinco quilômetros por segundo (8 km por segundo) - rápido o suficiente para
viajar por todos os Estados Unidos em cerca de 10 minutos. Quando ele viaja, o espelho
do Hubble capta a luz e a direciona para os seus instrumentos científicos
diversos. O Hubble é um tipo de telescópio conhecido como um refletor Cassegrain.
A luz atinge o espelho principal do telescópio, ou o espelho primário. Ele se
reflete do espelho primário e encontra um espelho secundário. O espelho
secundário foca a luz através de um furo no centro do espelho primário que leva
a instrumentos científicos do telescópio. Muitas vezes as pessoas acreditam
erroneamente que o poder de um telescópio reside na sua capacidade de ampliar
objetos. Os telescópios realmente funcionam através do recolhimento de mais luz
que o olho humano pode captar por conta própria. Quanto maior o espelho do
telescópio, mais luz ele pode coletar e melhor será a visão do objeto. O espelho
primário do Hubble tem 94,5 polegadas - 2,4 metros de diâmetro. Este espelho é
pequeno comparado com os dos atuais telescópios terrestres, que pode ter 400 polegadas (1.000 cm) ou mais, mas a
localização do Hubble para além da atmosfera lhe dá clareza impressionante. Uma
vez que o espelho capta a luz, os instrumentos científicos do Hubble trabalham
em conjunto ou individualmente para fornecer a observação. Cada instrumento é
projetado para analisar o universo de uma forma diferente. O Wide Field Camera
3 – a câmera 3 de alto campo - (WFC3) vê três diferentes tipos de luzes: quase
ultravioleta, visível e infravermelho próximo, ainda que não simultaneamente. A
sua resolução e campo de visão são muito maiores do que a de outros
instrumentos do Hubble. A WFC3 é um dos dois novos instrumentos do Hubble, e
será utilizada para estudar a energia escura e matéria escura, a formação de
estrelas individuais e a descoberta de galáxias extremamente remotas
anteriormente além da visão do Hubble.
O Espectrógrafo de Origens
Cósmicas (COS), outro novo instrumento do Hubble, é um espectrógrafo que vê
exclusivamente em luz ultravioleta. Os espectrógrafos agem como prismas,
separando a luz do cosmos em suas cores componentes. Isto fornece uma "impressão
digital" do comprimento de onda do objeto que está sendo observado, o que
nos diz sobre a sua temperatura, composição química, densidade e movimento. O COS
vai melhorar a sensibilidade à radiação ultravioleta do Hubble pelo menos 10
vezes, e até 70 vezes quando observar objetos extremamente tênues. A Advanced
Camera for Sorves (ACS) vê a luz visível, e é projetado para estudar algumas das
primeiras atividades no universo. A ACS ajuda a mapear a distribuição de
matéria escura, detecta objetos mais distantes no universo, faz buscas de
planetas enormes, e estuda a evolução de aglomerados de galáxias. A ACS parou
parcialmente de funcionar em 2007 devido a um curto-circuito, mas foi reparada
durante a Missão de Manutenção em 4 de maio de 2009. O Espectrógrafo de Imagens
do Telescópio Espacial (STIS) é um espectrógrafo que vê a luz ultravioleta,
visível e infravermelho próximo, e é conhecido por sua capacidade de caçar
buracos negros. Enquanto COS funciona melhor com pequenas fontes de luz, como
estrelas ou quasares, o STIS pode mapear objetos maiores, como as galáxias. O STIS
parou de funcionar devido a uma falha técnica em 3 de agosto de 2004, mas
também foi reparado durante a Missão de Manutenção 4. A Câmera de Infravermelho
Próximo e Espectrômetro de Multi-Objetos (NICMOS) é um sensor de calor do Hubble.
Sua sensibilidade à luz infravermelha - percebida pelos seres humanos como o
calor - permite observar objetos escondidos pela poeira interestelar, como os
locais de nascimento estelar, e contemplar o espaço profundo. Finalmente, os sensores
de orientação fina (FGS) são dispositivos que travam em "estrelas
guias" e mantém o Hubble apontado na direção certa. Eles podem ser usados para
medir com precisão a distância entre estrelas e os seus movimentos relativos. Todas
as funções do Hubble são alimentadas por luz solar. Hubble possui painéis
solares que convertem a luz solar diretamente em eletricidade. Em alguns dos
quais a eletricidade é armazenada em baterias que mantêm o telescópio
funcionando quando está na sombra da Terra, bloqueando os raios solares.
Como são feitas as
coletas de dados?
Um quarteto de antenas no telescópio envia e recebe
informações entre Hubble e a Equipe de Operações de Vôo no Goddard Space Flight
Center em Greenbelt, Maryland. Os engenheiros usam satélites para se comunicar
com o telescópio, dando-lhe direcções e comandos. O telescópio tem dois
computadores principais e uma série de sistemas menores. Um dos principais
computadores lida com os comandos que aponta o telescópio e outras para que
todo o sistema funcione. As outras equipes gerenciam os instrumentos, recebe os
seus dados, e os enviam para satélites que por sua vez transmitem para o chão. Quando
a estação terrestre transfere os dados para Goddard, Goddard os envia para o
Space Telescope Science Institute (STScI), onde a equipe converte os dados em
unidades cientificamente significativas, tais como comprimento de onda ou
brilho - e arquivam as informações em discos ópticos-magnéticos de 5,25
polegadas. O Hubble envia as informações de arquivo suficiente para encher
cerca de 18 DVDs a cada semana. Os astrônomos podem fazer downloads de dados
arquivados através da Internet e analisá-los em qualquer lugar do mundo. Centenas
de engenheiros e cientistas da computação no Goddard Space Flight Center e STScI
são responsáveis
por manter o Hubble operacional e fazem acompanhamento
da sua saúde, segurança e desempenho. Em Goddard, os controladores monitoram a
saúde do telescópio, enquanto eles dirigem os seus movimentos e atividades científicas.
A equipe do STScI também agendam o uso do telescópio, monitoram e calibram os
instrumentos, utilizam-se dos arquivos e realizam a sensibilização do público. Astrônomos
de todo o mundo compartilham horas de uso do Hubble. Mais cientistas querem
usar o telescópio por mais tempo, então um comitê de revisão de especialistas
de astronomia tem que escolher as melhores propostas do grupo. As propostas
vencedoras são as que fazem o melhor uso das capacidades do telescópio,
abordando simultaneamente pressionando questões astronômicas. Anualmente, cerca
de 1.000 propostas são analisadas e cerca de 200 são selecionadas, para um
total de 20.000 observações individuais.
Como surgiu a idéia
de telescópio espacial?
A idéia para o telescópio
espacial surgiu em 1923 quando o cientista alemão Hermann Oberth, um dos
fundadores de foguetes, sugeriu levar um telescópio para o espaço a bordo de um
foguete. Em 1946, Lyman Spitzer Jr., astrofísico americano, escreveu um artigo
propondo um observatório espacial. Ele passaria os próximos 50 anos trabalhando
para tornar o telescópio espacial uma realidade. Spitzer era uma das principais
forças por trás de vários observatórios em órbita da época, incluindo o
satélite Copernicus e o Observatório Astronômico Orbital. Sua defesa diligente
ajudou a impulsionar a NASA para aprovar o projeto do Grande Telescópio
Espacial, em 1969. Devido a considerações de orçamento, a proposta original foi
reduzida um pouco, diminuindo o tamanho do espelho do telescópio e o número de
instrumentos que levariam. Em 1974, o grupo de trabalho do projeto sugeriu um
telescópio com uma série de instrumentos intercambiáveis. Eles seriam capazes
de resolver, pelo menos, 1/10 de um segundo de arco e estudar comprimentos de
onda que variavam do ultravioleta à luz visível e infravermelha. O ônibus
espacial seria usado para colocar o telescópio em órbita e quer voltava a Terra
para reparos e instrumentos de substituição, ou reparos no espaço. Em 1975, a
Agência Espacial Européia começou a trabalhar em conjunto com a NASA em um
plano que acabaria por se tornar o Telescópio Espacial Hubble. Em 1977, o
Congresso aprovou o financiamento para o telescópio.
A sua construção
Logo após o Congresso
aprovasse o financiamento para o telescópio, as propostas de instrumentos
científicos começaram a surgir onde 5 vencedores foram escolhidos. Enquanto
isso, os contratantes, universidades e centros da NASA mergulharam no esforço. O
Marshall Space Flight Center em Huntsville, Alabama, iria lidar com concepção,
desenvolvimento e construção do telescópio e seus sistemas de suporte. O Goddard
Space Flight Center iria cuidar da concepção, desenvolvimento e construção dos
instrumentos de ciência, e também realizar o controle de solo. A Corporação
Perkin-Elmer foi contratada para fabricar o telescópio, incluindo os espelhos e
sensores de orientação fina, necessários para apontar e direcionar o telescópio.
A Lockheed Missiles (agora Lockheed Martin) foi contratada para construir a
estrutura e sistemas de apoio, colocar o telescópio junto e o testá. Em 1979,
os astronautas estavam treinando para a missão em um tanque debaixo d'água para
simular a gravidade, usando um telescópio mock-up. Em 1981, o Space Telescope
Science Institute foi criada em Baltimore, Maryland, para avaliar propostas de
tempo de vida do telescópio e gerenciar o programa de ciência. O telescópio
espacial recebeu o nome de Telescópio Espacial Hubble, em homenagem ao
astrônomo americano Edwin Hubble, que mostrou que as manchas difusas de luz no
céu noturno eram na verdade outras galáxias, distantes da nossa, e passou a
provar que o universo estava se expandindo.
Depois de alguns atrasos, o lançamento do Hubble
foi agendado para Outubro de 1986. Mas em 28 de janeiro de 1986, o Ônibus
Espacial Challenger explodiu pouco mais de um minuto em vôo. Os vôos de ônibus
espaciais cessaram por dois anos. As peças do telescópio acabadas foram
transferidas para armazenamento. Os trabalhadores do Hubble continuaram a
ajustar o telescópio durante o atraso, melhorando as baterias solares e
atualizar outros sistemas. Em 24 de abril de 1990, o Hubble finalmente foi lançado
em órbita a bordo do ônibus espacial Discovery. O telescópio trabalharia com
cinco instrumentos: Wide Field / Planetary Camera, o Goddard de alta resolução
espectrógráfica, a Câmara para objetos de pouca visibilidade, o Espectrógrafo para
objetos de pouca visibilidade e o fotômetro de alta velocidade.
Problema: aberração
esférica do espelho primário
Quase imediatamente após o Hubble entrar em
órbita, ficou claro que algo estava errado. Enquanto as imagens eram mais
claras que as de telescópios terrestres, elas não eram as imagens imaculadas
prometidas. Elas estavam borradas. O espelho primário do Hubble, polido com
tanto cuidado e carinho ao longo de um ano inteiro, tinha uma falha chamada de
"aberração esférica”. Não fizeram testes neste aparelho, um erro crucial
igual aos encontrados nos importados contrabandeados da China. A luz que se ricocheteava
no centro do espelho se concentrava num local diferente que a luz que saltava
para fora da borda. A pequena falha - cerca de 1/50th – 1/50 avos - da
espessura de uma folha de papel - foi o suficiente para distorcer a visão. Felizmente,
os cientistas e engenheiros estavam lidando com um problema bem conhecido em
óptica - embora em uma situação totalmente original.
E eles encontraram uma solução. Uma série de
pequenos espelhos poderia ser usada para interceptar a luz refletida no
espelho, corrigindo a falha, e devolvendo a luz aos instrumentos científicos do
telescópio. A corretiva Optics Espaço Substituição Axial Telescope, ou COSTAR,
poderia ser instalada no lugar de um dos outros instrumentos do telescópio, a
fim de corrigir as imagens produzidas pelos instrumentos restantes e futuros.
Os astronautas também substituiriam a Wide Field / Planetary Camera por uma
nova versão, a Wide Field Planetary Camera e 2 (WFPC2), que continha pequenos
espelhos para corrigir a aberração. Este foi o primeiro dos instrumentos do
Hubble, construído em ópticas corretivas. Os astronautas e pessoal da NASA passaram
11 meses de treinamentos para uma das missões espaciais mais complexas já
realizadas. Além da natureza crítica da missão, que seria o primeiro teste de
capacidade alardeada do telescópio para ser mantido e reparado no espaço.
Enviada equipe para
fazer a reparação
Em 2 de dezembro de 1993, o ônibus espacial
Endeavour levou uma tripulação de sete pessoas em órbita para uma missão que
envolveria cinco dias de caminhadas espaciais e reparos. Eles removeram o
fotômetro de alta velocidade e o substituiu pelo COSTAR. Eles substituíram o
campo original Wide / Planetary Camera com a nova WFPC2. Eles realizaram uma
série de outras tarefas, substituindo painéis solares, plugues de fusís, e outros
equipamentos. Em 9 de dezembro haviam terminados. A NASA divulgou as primeiras novas
imagens de ótica fixa do Hubble em 13 de janeiro de 1994. As imagens eram
lindas, a sua resolução, excelente. Hubble foi transformado no telescópio que
tinha sido inicialmente prometido. O Hubble faria sucesso e reparado por
diversas vezes depois. Em fevereiro de 1997, os astronautas substituíram a
Goddard Alta Resolução Espectrógrafo e o Espectrógrafo para objetos fracos com
instrumentos melhorados, a Câmera de Infravermelho Próximo, o Espectrômetro
Multi-objetos e o Space Telescope Imaging Spectrograph. Em dezembro de 1999,
eles substituíram um transmissor, todos os seis giroscópios, e um dos três
sensores de orientação fina, que permite apontamento fino e mantêm o Hubble
estável durante as operações. Em fevereiro de 2002, os astronautas,
acrescentaram o Advanced Camera for Surveys (ACS), o primeiro instrumento novo
para ser instalado no Hubble desde 1997. O ACS dobrou o campo de vista do
Hubble, usando um detector muito mais sensível que o WFPC2. Cada vez que os
astronautas realizaram uma missão de manutenção, eles também efetuaram
trabalhos de reparação de rotina - a fixação de painéis solares térmicos e
cobertores, e modernização de equipamentos.
A última visita
A próxima missão de reparos no Hubble foi
agendada para 2006. Mas em 01 de fevereiro de 2003, o Space Shuttle Columbia,
retornando de uma missão de investigação, partiu-se, enquanto re-entrava na
atmosfera da Terra. O ônibus foi cancelado. O então administrador da NASA, Sean
O'Keefe cancelou a missão Hubble, citando as diretrizes de segurança que foram
desenvolvidas após a tragédia do Columbia. O seguinte administrador da NASA,
Mike Griffin, re-avaliou o cancelamento após sua nomeação em 2005 e expressou
seu apoio para outra missão. Em 31 de outubro de 2006, ele anunciou que o
Hubble seria atendido novamente. A Missão 4 de Manutenção teve lugar em Maio de
2009. Os astronautas atualizou o telescópio com a Wide Field Camera 3, o
espectrógrafo Cosmic Origins, consertou a Advanced Camera for Surveys e o Space
Telescope Imaging Spectrograph. Eles substituíram baterias do Hubble com novas
versões, e um sensor de orientação fina com um renovado; instalaram seis novos
giroscópios, e acrescentou novos painéis isolantes para áreas onde os cobertores
do Hubble tinham sido discriminados. Eles substituíram o Comando de Instrumento
de Ciência e a unidade de tratamento de dados (SIC & DH), que ajuda a
comandar os instrumentos científicos e controlar o fluxo de dados dentro do
telescópio, e que tinha sofrido um problema elétrico em 2008. Finalmente, eles
ligaram uma estrutura em forma de anel
que irá permitir um módulo robótico ligar-se ao Hubble no futuro, a fim de
guiar o telescópio através da mesma órbita. Os astronautas voltaram à Terra com
um pedaço especial de tecnologia removido: COSTAR. Todos os instrumentos do
Hubble desde seu lançamento inicial foram concebidos com correções para o
espelho defeituoso, fazendo eventualmente o COSTAR desnecessário. A Missão 4 de
Manutenção deverá estender a vida do Hubble até 2013. Um telescópio
rejuvenescido continuará a enviar as imagens de feixe dos céus para a Terra,
transferindo cerca de 120 gigabytes de dados a cada semana. O sucessor do
Hubble, o James Webb Space Telescope (JWST), está atualmente em obras. JWST vai
estudar objetos desde o mais tenro universo, objetos cuja luz é "desviada
para o vermelho", ou esticada em luz infravermelha. De sua órbita a 940.000
milhas (1,5 milhões de km) de distância da Terra, o JWST irá desvendar segredos
sobre o nascimento de estrelas, sistemas solares e galáxias ao observar através
da poeira que bloqueia a luz visível. O telescópio tem lançamento agendado para
esta década.
O fim do Hubble
Eventualmente, o tempo de
funcionamento do Hubble vai acabar. À medida que o tempo passa, os componentes
do Hubble irão se degradar lentamente até o ponto em que o telescópio deixe de
funcionar. Quando isso acontece, o Hubble vai continuar a orbitar a Terra até
que decaia sua órbita, caindo em espiral em direção à Terra. Embora a NASA
originalmente esperasse trazer o Hubble de volta à Terra para exposição em
museu, a vida útil prolongada do telescópio o colocou para além da data de reforma
do programa de ônibus espaciais. O Hubble foi projetado especificamente para
funcionar com o ônibus espacial, de modo que o veículo de substituição,
provavelmente não será capaz de devolvê-lo ao chão. A missão robótica é esperada
ajudar a re-entrada em órbita do Hubble, orientando seus restos mortais por
meio de um mergulho através da atmosfera e no oceano. Mas o legado do Hubble -
suas descobertas, a sua concepção vanguardista, o seu sucesso em nos mostrar o
universo com um detalhe sem precedentes – vai continuar. Os cientistas vão
contar com revelações do Hubble durante anos, enquanto eles continuam em sua
busca para entender o cosmos - uma busca que alcançou clareza, foco e triunfou
pela existência rica do Hubble.
