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Os Buracos Negros são reais: Einstein acertou de novo

Desde os tempos da escola que eu me incomodava com a teoria de gravitação de Newton – aquela que, em resumo, diz ser a gravidade uma “força” que faz com que um corpo com massa maior atraia corpos com menos massa. Sempre me perguntava: “como assim uma força?”. Talvez por terem nos ensinado sobre a Teoria de Newton – e não sobre a Teoria da Relatividade de Einstein, em que a gravidade não é uma “força”, mas sim uma deformidade do tecido do espaço-tempo do Cosmos provocado por corpos massivos – entender o conceito de gravidade não seja assim tão natural para a maioria das pessoas e, por isso, a divulgação da maior notícia científica do ano e uma das mais importantes da história da ciência não tenha ocupado mais do que alguns segundos nos jornais da TV, infelizmente.

Sobre os buracos negros, até então só tínhamos projeções feitas por computadores, baseadas em cálculos matemáticos em cima da Teoria da Relatividade de Einstein, e ainda assim apenas divulgadas no meio científico. A ideia mais próxima de um buraco negro que o público comum pôde vislumbrar foi apresentada no excelente filme “Interestellar”, de 2014, com o fictício buraco negro chamado Gargantua.

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Figura 1. Imagem do buraco negro fictício Gargantua apresentado no filme Interestellar, de 2014.


O primeiro registro real de um buraco negro: Einstein acertou de novo

Saiba, então, que o dia 10 de abril de 2019 entrou para a história da Ciência, pois nessa data foi apresentada ao mundo a primeira fotografia real de um buraco negro, localizado no centro da galáxia M87 (Messier 87, também chamada de Virgo A, distante de nós a aproximadamente 60 milhões de anos-luz na direção da constelação de Virgem).

Os buracos negros – já previstos por Einstein desde o ano de 1915 em sua Teoria Geral da Relatividade – são regiões do espaço tão massivas, mas tão massivas, que nada – nada mesmo – pode escapar, nem mesmo a luz – daí a expressão “buraco negro”, pois não é possível vê-lo diretamente, já que ele não deixa sua luz escapar diante a enorme curvatura do espaço a sua volta provocada por sua gigantesca massa, formando assim uma “singularidade” delimitada por uma superfície denominada “horizonte de eventos”, que marca a fronteira na qual, uma vez penetrada, a matéria não se pode mais voltar.

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Figura 2. Albert Einstein, autor da Teoria Geral da Relatividade, que apresentou uma nova abordagem sobre o que é a gravidade e propondo a existência de buracos negros. Desde 1915 ele já sabia da existência de buracos negros.

Apesar de a teoria de Einstein afirmar claramente a existência de buracos negros desde 1915, ainda não havia uma prova real ou “visível” deste fenômeno, o que levou a várias discordâncias entre cientistas ao longo dos últimos 100 anos sobre a real existência desses colossais corpos massivos pelo universo.  A revelação – em foto e em cores – do buraco negro em M87 mostrou, mais uma vez, que Einstein estava certo e que a sua Teoria da Relatividade é o maior legado científico da humanidade.

Sendo negros por não emitirem luz, como podem ser detectados?

Através da interação com a matéria em sua vizinhança um buraco negro pode se tornar “detectável”, quer seja por meio da observação do movimento de estrelas em uma dada região do espaço ou mesmo pela medição de grande quantidade de radiação emitida quando a matéria proveniente de uma estrela atraída para dentro do buraco negro é aquecida a altas temperaturas no chamado “disco de acreção”, chegando a escapar até mesmo da própria galáxia através do “jato relativístico”.

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Figura 3. As partes de um buraco negro. O que o torna “visível” são o disco de acreção e o jato relativístico. A singularidade – o buraco negro em si – não é visível.

Mas não pense que é assim tão fácil “visualizar” um buraco negro. Muito pelo contrário.
Para capturar a incrível imagem do buraco negro no centro da M87 foi criada uma rede internacional de radiotelescópios formando um gigantesco radiotelescópio virtual equivalente a um telescópio do tamanho do planeta Terra. Esse radiotelescópio foi chamado de Telescópio de Horizonte de Evento (EHT), numa colaboração internacional cujo apoio nos Estados Unidos inclui a National Science Foundation.

Pra você ter uma ideia, anos atrás a NASA chegou a pensar que seria necessária a construção de um telescópio muito grande no espaço para se conseguir um vislumbre da imagem de um buraco negro e mesmo assim sem garantias.  Isso, por si só, dá-nos a noção de quão difícil e incrível foi mais essa façanha da genialidade humana, iniciada em 1915 com a intuição de um gênio – Einstein – e concluída em 2019 com os maiores cientistas da atualidade e da tecnologia de nosso tempo.

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Figura 4. Imagem do centro da galáxia M87 obtida pelo observatório Chandra, da NASA.

Para complementar o EHT, várias naves espaciais da NASA fizeram parte do grande esforço para observar o buraco negro usando diferentes comprimentos de onda da luz. Como parte deste esforço, o Observatório de Raios-X Chandra da NASA, o Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), além do telescópio do Observatório Espacial Neil Gehrels Swift, todos em sintonia com diferentes variedades de luz de raios-x, olharam para o centro da M87 ao mesmo tempo juntamente como o EHT em abril de 2017.

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Figura 5. A galáxia M87 e o registro de um jato relativístico a partir de seu centro feito pelo telescópio espacial Hubble.

Dois anos de captura de dados e uma imagem histórica

Não pense você que toda essa estrutura de telescópios em terra e no espaço foi usada apenas para gerar uma foto JPG do buraco negro. Longe disso, os telescópios e radiotelescópios registraram informações, dos mais variados tipos, que foram guardadas em poderosos computadores com enorme capacidade de armazenamento.  Para ser mais preciso, todas as informações coletadas pelo telescópio virtual do EHT foram somadas em mais de 8 petabytes de dados.  Acredite, isso é muita informação!

Light bulb 8 petabytes equivalem a 8.000 terabytes, ou seja, 8 mil discos rígidos desses que atualmente são usados em computadores pessoais para armazenamento de dados.

Como a Internet não possui a capacidade para a transferência tão grande de dados de um lado para o outro entre os observatórios participantes do EHT espalhados pelo planeta, os mesmos precisaram ser transportados em seus discos rígidos periodicamente entre um continente e outro — processo que, obviamente, não foi nada rápido, além de exigir toda uma logística de segurança no transporte intercontinental.

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Figura 6. Katie Bouman – engenheira do MIT responsável pela criação do algoritmo que levou à geração final da imagem a partir dos 8 petabytes de dados – e parte dos discos rígidos contendo informações sobre o buraco negro obtidas ao longo de 2 anos.

Depois de juntados os discos rígidos, a reunião, comparação, gerenciamento e análise da enorme quantidade de informação foi possível graças a um algoritmo desenvolvido por uma equipe encabeçada por Katie Bouman, engenheira do MIT responsável pela criação do sistema capaz de contabilizar todo o volume de dados obtido pelos telescópios, formando a imagem final.

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Figura 7. A primeira imagem real de um buraco negro, localizado no centro da galáxia M87.


Um buraco negro em nosso quintal cósmico

De acordo com a Teoria de Einstein, buracos negros são comuns no universo. Provavelmente a maior parte das galáxias elípticas e espirais possui no seu centro um buraco negro supermassivo em seu centro. Os buracos negros supermassivos possuem uma massa muito superior aos buracos negros estelares, na ordem dos milhões ou mesmo bilhões de massas solares. Acredita-se que este tipo de buraco negro muito massivo tenha surgido quando o Universo era ainda bem jovem.

Em um artigo publicado em 31 de outubro de 2018 foi anunciada a descoberta de evidências conclusivas de que Sagitário A*, uma fonte de ondas de rádio bastante intensa e situada no centro de nossa galáxia, a Via Lactea,  é um buraco negro. Isso mesmo! Temos um buraco negro na nossa vizinhança, distante a apenas 26 mil anos-luz e com aproximadamente 2 milhões de massas solares.

Espera-se, a partir de agora, com a comprovação da existência dos buracos negros além da teoria, que as técnicas usadas para o registro visual seja avançada, tornando-se mais comum o estudo e compreensão desses gigantes massivos.  Aguardemos, então, o próximo buraco negro a se revelar em foto. Torço para que seja o Sagitário A*.

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Um Feliz 2019 Espacial

Em menos de quatro dias – na virada do ano 2018 para 2019 – três grandes feitos da humanidade foram destaques na exploração espacial: a missão OSIRES-REx, que passou a orbitar o asteroide Bennu, tornando-se a primeira sonda a orbitar tão próximo um objeto tão pequeno como o asteroide; a missão New Horizons, que após 3 anos fazer um brilhante e revelador sobrevoo por Plutão, agora atinge o Ultima Thule, um corpo espacial nos confins do Sistema Solar e que se acredita ser originário dos primeiros momentos do nosso sistema planetário; e por último o inédito feito chinês, que pousou sua sonda Chang’e-4 no lado oculto de nossa Lua, sendo a primeira sonda espacial a pousar no até então inexplorado território lunar.

OSIRES-REx e o asteroide Bennu: na virada do ano para 2019

Enquanto a humanidade comemorava a virada para o ano novo uma equipe da NASA aguardava ansiosa os dados de telemetria que comprovariam que a nave da missão OSIRES-REx entrara em órbita do asteroide Bennu, a 110 milhões de quilômetros da Terra, fazendo do asteroide Bennu o menor objeto a ser orbitado por uma nave espacial.

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Figura 1. Asteroide Bennu em rotação capturado pela sonda OSIRES-REx.

A órbita do OSIRIS-REx marca um salto para a humanidade. Nunca antes uma espaçonave circulou tão perto de um pequeno objeto espacial com suficiente gravidade para manter um veículo em uma órbita estável. A nave espacial circundará Bennu a uma distância de incríveis 1,75 quilômetros (isso é menor que uma pista de pouso de um aeroporto), mais perto do que qualquer outra nave chegou de qualquer objeto de estudo celestial.

Agora que a nave OSIRIS-REx está mais perto de Bennu, detalhes físicos sobre o asteroide serão revelados através de fotografias com melhor resolução e foco mais nítido, tornando a visita da nave espacial a esse monte de escombros de detritos primordial cada vez mais reveladora. Aguardemos.

New Horizons e o Ultima Thule: 1º de Janeiro de 2019

A nave da missão New Horizons, que ficou famosa por seu sobrevoo espetacular no planeta-anão Plutão em 2015 – clique aqui e veja meu artigo sobre a passagem da New Horizons por Plutão – realizou mais um feito inédito: realizou com sucesso um sobrevoo num objeto do cinturão de Kuiper – o 2014 MU69, também referido como Ultima Thule – distante a incríveis 6,6 bilhões de km da Terra, já nos confins do Sistema Solar.

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Figura 2. Como o Ultima Thule era visto antes da New Horizons: um pequeno e pálido ponto de luz na imensidão do espaço.

O Ultima Thule tem 32 km de comprimento e leva 295 anos terrestres para dar uma volta no Sol e se tornou, desde o dia 1º de janeiro de 2019, o corpo celeste mais distante já visitado por um artefato humano.

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Figura 3. Ultima Thule fotografado pela New Horizons na madrugada de 1º de janeiro de 2019 (imagem de confirmação, ainda em baixa resolução). Fotos com melhor resolução chegarão em semanas e meses após o sobrevoo.

O Cinturão de Kuiper

É uma região nos confins do Sistema Solar, além da órbita do planeta Netuno, distante entre 30 UA e 50 UA, e contém milhares de pequenos corpos, estes com formação semelhante à dos cometas.

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Figura 4. Aspecto do Sistema Solar e a posição do Ultima Thule, bem além da órbita de Plutão.

Light bulb Cada UA (Unidade Astronômica) equivale a distância entre a Terra e o Sol, ou seja, 150 milhões de km aproximadamente.

Chang’e-4 e o Lado Oculto da Lua: 3 de janeiro de 2019

No dia em que publico este artigo, instantes atrás, o programa espacial chinês consegue realizar um feito inédito: pousou, pela primeira vez, uma sonda espacial no lado oculto da Lua.

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Figura 5. Registro inédito do solo do lado oculto da Lua feito pela sonda Chang’e-4 da China no dia 3 de janeiro de 2019.

O lado oculto da Lua é assim chamado por nunca se mostrar visível para nós, a partir da Terra, uma vez que o período do movimento de rotação da Lua é exatamente igual ao seu movimento de revolução (a volta que a Lua dá em torno da Terra).

Devido ao regime fechado do governo chinês, poucas informações são compartilhadas – diferentemente da NASA – e por isso o que se sabe a respeito da missão é que a pioneira, a Chang’e-4 irá realizar estudos de observação astronômica de rádio de baixa frequência, análise de terreno e relevo, detecção de composição mineral, entre outras ações para estudar o meio ambiente no lado oculto da Lua.

De toda forma está de parabéns a China pelo feito inédito, esperando que as descobertas científicas da missão possam ser compartilhadas com cientistas de todo o planeta.

Se depender do ritmo dos 3 dias iniciais, o ano de 2019 promete. Que tenhamos cada vez mais sucesso e avanço na exploração espacial.

Korolev: A Piscina de Marte

Todos já sabem que há água – na forma de gelo – em Marte, mas uma imagem divulgada no dia 20/12/2018 pela ESA (Agência Espacial Europeia) tem causado alvoroço entre os cientistas e aqueles que – como eu – acompanham o progresso da jornada humana ao Planeta Vermelho.

O satélite da missão Mars Express da ESA, através de várias órbitas com o foco na cratera Korolev conseguiu montar imagens em altíssima resolução de uma “piscina” de gelo com cerca de 82 km de diâmetro e cerca de 1,8 km de espessura. Isso é muita água!

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Figura 1. Piscina de gelo na cratera Korolev em Marte, com 82 km de diâmetro e 1,8 km de profundidade.

A Missão Mars Express

A Missão Mars Express da ESA – com participação da NASA – foi lançada em 2 de junho de 2003 e atingiu Marte seis meses mais tarde, exatamente no dia 25 de dezembro de 2003. Estamos, portanto, no mês do aniversário de 15 anos de inserção de órbita da nave e o início do seu programa científico. Um belo presente de aniversário de 15 anos, não?

Objetivo principal da missão é procurar água sub-superficial. Sete instrumentos científicos na nave espacial ajudam nas investigações rigorosas para responder a perguntas fundamentais sobre a atmosfera, superfície do ambiente marciano, geologia, história da água e o potencial de vida em Marte.

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Figura 2. Satélite da Missão Mars Express na órbita de Marte desde dezembro de 2003.

No caso das imagens recentes da cratera Korolev,  foram feitas com uma câmera de alta resolução – Stereo Camera (HRSC) – da Mars Express e são compostas da visão da cratera Korolev em cinco diferentes ‘tiras’ que foram combinadas para formar uma única imagem, com cada tira recolhida ao longo de uma órbita diferente. A cratera também é mostrada em perspectiva, contexto e pontos de vista topográficos, que oferecem uma visão mais completa do terreno e em torno da cratera.

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Figura 3. Cratera Korolev em ‘tiras’ fotográficas para a montagem da foto em alta resolução.

A Cratera de Korolev

A cratera de Korolev – que foi batizada com o nome do engenheiro russo Sergei Korolev, da época do programa Sputnik – tem 82 km de diâmetro e se encontra nas planícies do norte de Marte, ao sul de um grande pedaço de terreno cheio de dunas que circunda a parte da tampa de polar norte do planeta (conhecida como Olympia Undae).

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Figura 4. Aspectos topográficos da cratera Korolev.

A cratera Korolev é um exemplo especialmente bem preservado de uma cratera marciana, preenchida não por neve, mas por gelo durante o ano todo devido a um fenômeno interessante conhecido como ‘armadilha fria’, que ocorre devido à profundidade da cratera – cerca de 2 km verticalmente abaixo de sua borda – fazendo com que o ar se mova sobre o depósito de gelo e esfrie a parte inferior, criando uma camada de ar frio que fica diretamente acima o próprio gelo, comportando-se como um escudo, ajudando o gelo a permanecer sempre estável. O ar, como se sabe, é um fraco condutor de calor, exacerbando esse efeito e mantendo a cratera Korolev permanentemente gelada.
 

Agora é esperar os próximos passos da exploração do Planeta Vermelho com essa importante descoberta e seus desdobramentos em artigos científicos que certamente surgirão em função dos estudos a partir das imagens e outros dados obtidos.

InSight: Explorando o Interior de Marte

O foco mudou, tudo bem… Pelo menos nos próximos 10 anos será Lua – e não Marte – o alvo da NASA para missões tripuladas além da órbita da Terra. Mas isso não significa que desistimos do Planeta Vermelho. Longe disso, a NASA toma a decisão mais acertada: fazer de nossa Lua agora um laboratório para a futura exploração humana em Marte e além.

A Missão InSight

A partir da base da Força Aérea de Vandenbert, em 5 de maio de 2018, abordo de um foguete Atlas V-401 da United Launch Alliance, a NASA lançou sua Missão InSight – acrônimo para Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport – rumo a Marte, numa viagem de 485 milhões de quilômetros e seis meses de duração, chegando hoje no seu momento decisivo: o pouso com sucesso no Planeta Vermelho em 26 de novembro de 2018.

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Figura 1 – Foguete Atlas V-401 antes do lançamento da Missão InSight.

Pointing up A Missão InSight foi a primeira missão para outro planeta lançada a partir da Costa Oeste dos Estados Unidos. Em geral os lançamentos de foguetes são realizados na Costa Leste – a partir do Kennedy Space Center da NASA – e voam para leste, sobre as águas do Oceano Atlântico, aproveitando-se do sentido de rotação da Terra para adicionar impulso extra ao veículo lançador. O Atlas V-401, no entanto, é poderoso o suficiente para voar para o sul em direção ao mar da base da Força Aérea de Vandenberg, sem necessidade do impulso extra da rotação da Terra.

A Missão InSight é a mais ambiciosa missão exploratória em Marte, pois contará com um explorador robótico enviado para fazer o primeiro checkup completo e estudar em profundidade o interior do planeta desde a sua formação há 4,5 bilhões de anos: sua crosta, seu manto e seu núcleo.

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Figura 2 – Aspecto do interior do planeta Marte.


Objetivos da Missão

Missões anteriores para o planeta vermelho investigaram sua superfície através do estudo de suas crateras, vulcões, rochas e solo. Mas as assinaturas da formação do planeta só podem ser encontradas por sensoriamento e estudos de seus sinais vitais muito abaixo da superfície. Este é o principal objetivo da Missão InSight.

Um planeta rochoso se forma a partir de materiais reunidos num processo chamado acreção. Este material então é separado em camadas à medida em que se esfria, que é conhecido como diferenciação. Um planeta totalmente formado emerge lentamente, com uma camada superior, conhecida como a crosta, o manto no meio e um núcleo de ferro sólido.

Um dos objetivos da missão será descobrir como Marte – e consequentemente outros corpos rochosos do Sistema Solar – se formou e evoluiu até se tornar um planeta. A missão também vai determinar a taxa de atividade tectônica marciana e impactos de meteoritos.

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Figura 3 – Processo de acreção de um planeta.

Pointing up Em astrofísica, acreção é a acumulação de matéria na superfície de um astro, através da ação da gravidade. A maioria dos objetos astronômicos, como galáxias, estrelas e planetas é assim formada.

Um completo laboratório totalmente automatizado será enviado ao Planeta Vermelho. A Missão InSight contará com vários equipamentos científicos de última geração, entre os quais se destacam:

  • Um sismógrafo para estudar a crosta de Marte e obter dados importantes sobre a temperatura, pressão e composição do material que primeiro formou o planeta.
  • Uma sonda de fluxo de calor investigará quanto calor ainda está fluindo do interior de Marte. Suas observações irão gerar dados sobre o quanto a Terra e Marte são feitos do mesmo material, dando uma ideia de como o planeta evoluiu.
  • Um rádio de experimento científico que medirá as menores alterações da sonda e revelar como Marte está se movendo em sua órbita. Estas medições fornecerão informações sobre a natureza do núcleo interior profundo de Marte, revelando em que profundidade o núcleo de Marte se torna sólido, o que levará a conhecer o quanto de outros minerais, além do ferro, podem estar presentes.

Todas as ferramentas científicas da sonda foram projetadas para ajudar a olharmos para trás no tempo, para quando primeiro se formaram os planetas rochosos do Sistema Solar.

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Figura 4 – Aspecto da Sonda da Missão InSight em solo marciano com destaque ao sismógrafo e o equipamento de perfuração profunda do solo.

Momento crucial

Como em toda missão a outro planeta, o momento do pouso é crítico e tenso para a equipe de Terra.  Todo o processo é automatizado e pré-programado.

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Figura 5 – Aspecto da nave espacial da Missão InSight se aproximando do Planeta Vermelho.

Apesar do sucesso da NASA em missões anteriores, é importante lembrar que Marte está a cerca de 20 minutos-luz da Terra, ou seja, os sinais de rádio levam cerca de 20 minutos para viajar da Terra a Marte e vice-versa, e apesar de toda programação prévia não se sabe as reais condições do planeta no momento exato da aproximação, entrada na atmosfera e até o momento do pouso no solo marciano.

Apesar de todas as probabilidades de falha, a missão foi um sucesso, pousando em Marte, como previsto, no dia 26 de novembro de 2018.

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Figura 6 – Aspecto do pouso da nave da Missão InSight em Marte.

Comunicação permanente com a Terra

A sonda da Missão InSight terá comunicação permanente com a Terra a partir de Marte.

A NASA usará a Deep Space Network (DSN), uma rede internacional de antenas que fornece links de comunicação entre a nave de exploração planetária e suas equipes de missão na terra.

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Figura 7 – Aspecto de um dos complexos da DSN da NASA.

A DSN consiste de três complexos de comunicação do espaço profundo colocados aproximadamente 120 graus separados ao redor do mundo: em Goldstone, no deserto de Mojave na Califórnia; perto de Madrid, Espanha; e perto de Canberra, Austrália. Este posicionamento estratégico permite constante links para nave espacial distante, mesmo considerando a rotação da Terra sobre seu próprio eixo.

A missão de InSight se baseia em nave espacial em órbita de Marte para a coleta de dados e retransmissão da nave espacial para as antenas da rede de espaço profundo na Terra.

A Equipe

A equipe da InSight é composta por cientistas e engenheiros de várias especialidades e é uma colaboração única entre países e organizações ao redor do mundo. A equipe de cientistas inclui investigadores dos Estados Unidos, França, Alemanha, Áustria, Bélgica, Canadá, Polônia, Espanha, Suíça e Reino Unido.

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Figura 8 – Equipe do projeto InSight.

Marte ainda é o objetivo a médio prazo

Em dezembro de 2017, o presidente americano Donald J. Trump deu a NASA uma nova determinação: direcionar os esforços para exploração da Lua a partir de agora e nos próximos 10 anos, mas com o objetivo de adiante irmos a Marte e além. A Missão InSight é parte dessa estratégia que, realmente, parece ser a mais correta. Primeiro uma base permanente na Lua; depois Marte e além.

A pesar de nos próximos anos o foco principal seja a criação de uma base permanente na nossa Lua, o projeto ainda mantém uma missão prevista a Marte em 2020 como um bloco de construção para uma missão de robótica subsequente de ida e volta com o primeiro lançamento histórico para outro planeta e retorno através de um gateway lunar.

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Figura 9 – Ilustração da NASA mostrando as 4 naves que já pousaram com sucesso no Planeta Vermelho: Sojourner, Spirit, Opportunity, e Curiosity. A imagem também mostra a Mars 2020 – prevista para 2020 – e o Homem, num futuro a médio prazo.

Marte será, sem dúvida, o próximo passo. E tem que ser um passo bem dado, com objetivo concreto de chegarmos para ficar. Mas, por enquanto, vamos aprender a viver – e conviver – em outro mundo fora da Terra fazendo a nossa Lua de laboratório.

Créditos das imagens: NASA.

Missão Interestelar

Neste fim de ano estamos prestes a “presenciar” outro grande marco da exploração espacial da humanidade: pela segunda vez um artefato construído pelo homem está prestes a atingir o espaço interestelar – região do espaço fora da área de abrangência de uma estrela (neste caso, o nosso Sol, chamada de Heliosfera).

Trata-se da sonda Voyager 2, lançada em 20 de agosto de 1977, de Cabo Canaveral, Flórida, a bordo de um foguete Titan-Centaur, poucos dias antes do lançamento da Voyager 1, que ocorreu em 5 de setembro.

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Figura 1. Lançamento da Voyager 2, em 1977.

Ambas as sondas tinham, como missão primária, explorar os planetas gigantes gasosos Júpiter e Saturno, fazendo uma sequência de descobertas nesses planetas — tais como vulcões ativos em Júpiter lua Io e complexidades dos anéis de Saturno.

Após cumprir com sucesso o objetivo principal, ainda com combustível e funcionamento pleno de seus equipamentos – em especial os sensores de raios cósmicos – a missão foi estendida, sendo a Voyager 2 enviada aos planetas Urano e Netuno, sendo ainda a única nave a ter visitado aqueles planetas exteriores, enquanto a Voyager 1 foi enviada aos confins do Sistema Solar, rumo ao espaço interestelar.

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Figura 2. Aspecto das sondas Voyager.

Em 2012 os instrumentos da Voyager 1 indicavam que a mesma tinha ultrapassado a área de influência de nosso Sol, tornando-se o primeiro objeto construído pelo homem a atingir o espaço interestelar. A confirmação oficial veio em abril de 2013.

E agora, no final do ano de 2018, os dados da Voyager 2 indicam que chegou a sua vez. A sonda Voyager 2 está no limite do nosso Sistema Solar, numa região conhecida como Heliopausa, tornando-se o segundo objeto a ser construído pelo homem a deixar o nosso Sistema Solar rumo ao espaço profundo.

Pointing up Explicando: Heliopausa é a região do Sistema Solar onde o vento solar é parado pelo meio interestelar, pois a pressão exercida pelo vento solar não é mais intensa o suficiente para repelir o vento interestelar, ou seja, do espaço existente entre as áreas de influência de sistemas estelares. Estima-se que este ponto está a uma distância entre 110 e 160 UA do Sol.

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Figura 3. Posições atuais das sondas Voyager 1, já no espaço interestelar, representado pela região de cor laranja na imagem; e Voyager 2, na região da Heliopausa, representada pela região de cor acinzentada na imagem, deixando a área de abrangência do Sol, representada pela cor azul na imagem.

Isso é, sem dúvida, um grande feito da humanidade, considerando que essas naves partiram da Terra há mais de 40 anos, com tecnologia de mais de 50 anos atrás, e ainda assim continuam a nos enviar dados de regiões do espaço nunca antes atingidas, embora apenas com metade dos instrumentos iniciais de medição – com o passar do tempo, alguns instrumentos deixaram de funcionar, como era previsto. A Voyager 1, mais distante, opera apenas com 4 instrumentos; a Voyager 2 com 5. Ambas as naves partiram com 10 instrumentos variados de medição e análise.

Mesmo com as limitações de alguns instrumentos, ambas as naves ainda continuam suas jornadas épicas em prol da exploração espacial, fornecendo importantes dados para análise dos cientistas de regiões tão longínquas no espaço que seus dados levam cerca de 20 horas-luz para atingir a Terra.

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Figura 4. Medidores de raios cósmicos das sondas Voyager 1 e Voyager 2 em outubro de 2018. O declínio do índice de partículas do Sol e o aumento do índice de partículas oriundas do espaço interestelar indica que a nave saiu da área de abrangência do nosso Sol, atingindo o espaço interestelar.

Uma mensagem para os extraterrestres

Prevendo a saída das naves de nosso sistema planetário em busca do desconhecido, a NASA colocou uma mensagem a bordo em cada uma das Voyager. Trata-se de uma espécie de cápsula do tempo, destinado a contar a história do nosso mundo para possíveis seres extraterrestres. A mensagem está armazenada em discos de 12 polegadas banhados a ouro, contendo sons e imagens selecionadas para retratar a diversidade da vida e da cultura na terra.

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Figuras 5 e 6. Discos afixados nas sondas Voyager contendo um mapa de localização de nosso planeta no Sistema Solar e também sons e imagens da vida na Terra.

 

Pointing up Repare com atenção na Figura 2 acima, o local onde está o disco que contém o mapa do nosso sistema planetário.

O fim da missão

A missão interestelar Voyager tem potencial para a obtenção de dados científicos até cerca do ano 2020, através de seus medidores de partículas interestelares, quando capacidade da nave para gerar energia elétrica adequada para operação do instrumento chegará ao fim, restando apenas os discos dourados presos às naves para transmitir a mensagem da humanidade no espaço profundo, pois mesmo sem energia elétrica para comandar seus instrumentos e nos enviar sinais de rádio, ambas as naves continuarão suas viagens rumo ao desconhecido por milhares e milhares de anos, uma vez que a estrela mais próxima do Sol – a Proxima Centauri – dista 4,3 anos-luz de distância, o que levaria mais de 90 mil anos até que a Voyager 1atingisse o seu domínio.

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Figura 7. Esquema mostrando nosso Sol, o limite do Sistema Solar – onde se encontram as Voyager – e a estrela mais próxima de nós, a Proxima Centauri, distante a 4,3 anos-luz.

Para refletirmos

A imensidão do universo é algo inimaginável para a compreensão humana. Saber que a estrela mais próxima de nós – depois do Sol – está a “apenas” 4,3 anos-luz de distância e mesmo assim nosso instrumento de exploração mais próximo levaria mais de 90 mil anos até chegar lá é algo surpreendente e mostra que estamos apenas no começo da caminhada. Mas começamos. E avançamos muito – não o quanto poderíamos – mas não estamos parados; e isso é o que importa. Vamos a diante, com as próximas missões exploratórias, com naves mais rápidas e com novos recursos tecnológicos oriundos da evolução da inteligência humana. Enquanto isso, boa viagem pelo espaço interestelar às pioneiras Voyager 1 e Voyager 2.

 

Vamos tocar o Sol

Estamos, sem dúvida, vivendo a era de ouro da exploração espacial. Poderosos equipamentos – em terra e no espaço – descobrem novos mundos em outros sistemas estelares num ritmo nunca antes observado. É como se tivéssemos descoberto o caminho das pedras. Mas não são apenas sistemas estelares distantes que atraem a nossa atenção.

A data de 12 de agosto de 2018 ficará marcada na história da exploração espacial, pois nesta data a NASA – Agência Espacial Americana – lançou a primeira missão exploratória da humanidade a uma estrela. A nossa estrela: o Sol.

Não é de hoje que as agências espaciais de todo o planeta estudam a nossa estrela, mas hoje a história é diferente. Estamos enviando a primeira sonda projetada exclusivamente para estudar a atmosfera de nossa estrela, ou seja, estamos enviando a Parker Solar Probe numa missão para tocar o Sol, numa região nunca antes atingida.

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Figura 1. Sonda Parker Solar Probe e sua missão para tocar o Sol.

A histórica missão da Parker Solar Probe revolucionará nossa compreensão do Sol e, consequentemente, das estrelas e dos mundos que as orbitam, na medida em que será o primeiro artefato produzido pelo homem a chegar tão próximo de uma estrela, enfrentando as brutais condições de calor e radiação.

Muita ciência e tecnologia embarcada

É de se imaginar que para a Parker Solar Probe “tocar” o Sol muita tecnologia foi desenvolvida para proteger os instrumentos num ambiente tão hostil.

Os dois principais problemas são o calor e a radiação. Embora na corona solar a temperatura beire os milhões de graus Celsius, a transferência de calor é bem menor que isso – mesmo ainda sendo altíssima para qualquer instrumento científico – devido a baixa densidade de partículas no espaço. Segundo os cientistas da NASA, o calor que atingirá a sonda será da ordem de absurdos 1.400º C.

Por essa razão, a Parker Solar Probe é protegida por um escudo de calor de 2,4 metros de diâmetro e com 115 mm de espessura, construído com placas compostas de carbono e pintado de branco com tinta cerâmica que refletirá a maior parte do calor incidente. Além disso, foram instalados radiadores com fluido resfriador, fazendo com que na parte de trás do escudo – onde ficam protegidos os instrumentos da sonda – a temperatura se mantenha em torno de suportáveis 30º C, viabilizando o funcionamento dos instrumentos científicos.

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Figura 2. Aspecto do escudo de calor da sonda Parker Solar Probe.

Mas nem todos os instrumentos da Parker Solar Probe ficarão escondidos atrás do escudo de calor, afinal uma das tarefas da missão será a coleta de partículas do Sol e esse instrumento coletor será um dos poucos a ficarem expostos ao calor extremo de nossa estrela. Construído com folhas de Titânio, Zircônio, Nióbio e Molibdênio, o instrumento coletor foi projetado para suportar calor de até 2.350º C. Os grids que produzirão o campo elétrico do instrumento são feitos de Tungstênio, resistindo a 3.420º C.

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Figura 3. O instrumento, que coletará partículas do Sol, da Parker Solar Probe suportará calor extremo, acima de 2.000º C.

A energia da sonda será captada por painéis solares, que serão usados quando a sonda estiver nos pontos mais distantes do sol em sua órbita. Perto do Sol os painéis serão recolhidos para se protegerem da alta temperatura atrás do escudo de calor. 

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Figura 4. Aspecto dos instrumentos radiadores de calor da Parker Solar Probe.

Além de todos os recursos utilizados para a proteção contra o calor e radiação, a sonda Parker Solar Probe também se destaca por ser uma nave autônoma.

Equipada com sensores que chegam à metade do tamanho de um aparelho celular, a nave terá autonomia na decisão de manobra, agindo por conta própria a partir do momento que deixar a órbita da Terra, realizando os procedimentos necessários para se manter sempre na posição correta em relação ao Sol, ou seja, mantendo o escudo protetor sempre apontado para o Sol, garantindo o seu funcionamento.

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Figura 5. Aspecto geral da sonda Parker Solar Probe.

A necessidade de autonomia ocorre devido a distância que a nave atingirá quando estiver no Sol – 8 minutos-luz – que inviabilizaria qualquer comando de controle a partir da Terra. O tempo de 8 minutos para receber um sinal de status da nave e mais 8 minutos para enviar um comando de manobra é demais para corrigir um posicionamento errado da nave a partir do centro de controle da NASA aqui na Terra.

A viagem até o Sol

A sonda Parker Solar Probe foi enviada ao espaço a bordo do poderoso foguete Delta IV, um veículo lançador de cargas simples ou múltiplas.

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Figura 6. Foguete Delta IV que levou a Parker Solar Probe rumo ao Sol.

Já no espaço, em sua órbita ao redor do Sol, a Parker Solar Probe usará a gravidade do planeta Vênus durante sete sobrevoos, durante cerca de sete anos (tempo da missão), para levar gradualmente sua órbita cada vez mais próxima do Sol.

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Figura 7. Aspecto da órbita da Parker Solar Probe, que usará a gravidade do planeta Vênus em sobrevoos para cada vez mais se aproximar do Sol.

Em seu ponto mais próximo da superfície, a nave vai voar através da atmosfera do Sol a cerca de 6 milhões de km e com uma velocidade da ordem de 700 mil km por hora, bem dentro da órbita do planeta Mercúrio e mais do que sete vezes mais perto do que qualquer nave espacial chegou antes. Lembrando que a distância média da Terra ao Sol é de 150 milhões de km.

Voando na parte mais externa da atmosfera do Sol, conhecida como Corona, pela primeira vez, a Parker Solar Probe vai empregar uma combinação de medições e de imagens para revolucionar nossa compreensão da Corona e expandir o nosso conhecimento da origem e evolução do vento solar, além de contribuir para nossa capacidade de previsão de alterações no ambiente do espaço da Terra que afetam a vida e a tecnologia em nosso planeta.

A ciência do Sol

Os objetivos primários da missão serão rastrear como a energia e o calor percorrem a corona solar e explorar o  vento solar, bem como as partículas energéticas solares. Os cientistas têm buscado essas respostas por mais de 60 anos, mas a investigação exigia o envio de uma sonda através da região de calor de 1.370º C da Corona.  Hoje, isso é finalmente possível com os avanços da engenharia térmica de ponta que podem proteger a missão na sua jornada perigosa. A sonda Parker Solar Probe carrega quatro suítes de instrumentos destinadas ao estudo de campos magnéticos, plasma e partículas energéticas, além do vento solar.

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Figura 8. Aspecto da Corona Solar, por onde passará a Parker Solar Probe.

Por que estudar o Sol e o vento solar?

  • O Sol é a única estrela que podemos alcançar. Ao estudar o Sol, aprendemos mais sobre estrelas em todo o universo.
  • O Sol é uma fonte de luz e calor para a vida na terra. Quanto mais soubermos sobre isso, mais podemos compreender como se desenvolveu a vida na Terra.
  • O Sol também afeta a Terra em formas menos familiares. É a fonte do vento solar; um fluxo de gases ionizados que passam pela Terra a velocidades de mais de 500 km por segundo.
  • Distúrbios no vento solar sacudem o campo magnético da Terra e sua energia provoca alterações no espaço perto da Terra, conhecido como tempo espacial.
  • Tempo espacial pode mudar as órbitas dos satélites, encurtar suas vidas ou interferir com a eletrônica embarcada. Quanto mais aprendemos sobre o que causa o espaço tempo – e como prever isso – mais podemos proteger os satélites, que tanto dependemos para manter o nosso estilo de vida moderna.
  • O vento solar também preenche grande parte do sistema solar, dominando o ambiente espacial distante. Como pretendemos enviar naves espaciais e astronautas mais longe da Terra, temos que entender este ambiente espacial.

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Figura 9. O Sol, a Corona Solar e o Vento Solar.

Estudar o Sol é fundamental para o futuro da exploração espacial humana em nosso próprio sistema solar e para o desenvolvimento de novas tecnologias que nos farão construir equipamentos e sondas espaciais cada vez mais adequados ao ambiente hostil do espaço.

Sem dúvida, mais um grande passo da humanidade na busca incansável pelo conhecimento espacial que nos dê a confiança para o próximo e importante salto: a viagem humana ao planeta Marte.

Fotos: NASA e Internet.


Você sabia?

Molibdênio é um metal de transição muito utilizado na fabricação de ligas metálicas de alta resistência mecânica e corrosiva.
Zircônio é um metal de transição, tendo como uma de suas propriedades mais importantes o seu ponto de fusão, que é acima de 2500ºC. Por isso, esse metal é aplicado no interior de reatores de fusão nuclear, suportando as elevadíssimas temperaturas.
Nióbio é um metal de transição, comumente utilizado em ligas metálicas com o ferro, o aço, com o zircônio e essas ligas são utilizadas na fabricação de estruturas, soldas, gasodutos, superligas para fabricação de motores a jato em virtude da resistência a corrosão, altas temperaturas, e como supercondutor em meio criogênico.

Pálidos pontos, por um CubeSat

Em 14 de fevereiro de 1990 uma imagem, aparentemente comum, impressionou um dos mais famosos astrônomos da nossa era, Carl Sagan. Foi o registro do nosso Planeta Terra, ocupando apenas 1 pixel da imagem, realizado pela sonda Voyager 1 à incrível distância de 40,5 AU, o qual ele chamou de “pálido ponto azul”, alertando-nos para a necessidade de protegermos o nosso planeta.

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Figura 1. Um pálido ponto azul: nosso Planeta Terra, registrado pela sonda Voyager 1 a mais de 6 bilhões de quilômetros de distância.

O tempo passou, a tecnologia espacial avançou e hoje temos “naves” – ou melhor dizendo, satélites – de tamanhos bastante reduzidos – iguais a uma caixa de presentes. São os chamados CubeSat, acrônimo das palavras em Inglês: Cube e Satellite – Cubo e Satélite.

Os CubeSat são um tipo de satélite miniaturizado usado para pesquisas espaciais e comunicações radioamadoras. Os CubeSats normalmente possuem volume de 1 litro (um cubo de 10 cm) e massa de até 1,33 kg. O interessante é que, normalmente, esse tipo de satélite usa componentes eletrônicos “de prateleira”.

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Figura 2. Aspecto de um CubeSat. Uma caixinha de 10 cm de lado, cheia de componentes eletrônicos simples que são lançados em órbita baixa da Terra – abaixo dos 800 km de altitude – para fazer experiências mais simples e com um custo bem inferior em relação aos satélites tradicionais.

 

A Grande Surpresa dos CubeSats na Missão InSight da NASA

A InSight é uma missão do programa do Discovery da NASA para exploração interior do Planeta Marte, usando investigações sísmicas, geodésia e transporte de calor, que irá colocar um único módulo geofísico em Marte para estudar seu interior profundo. Tratarei desse assunto em outro post, no futuro.

Lançada no dia 5 de maio de 2018, com previsão de chegada ao Planeta Vermelho em 26 de novembro de 2018, levou “de carona” em seu veículo lançador alguns CubeSats para diversos tipos de experiências e entre as quais, testar o quão distantes os CubeSats poderiam suportar o recebimento de comandos a partir do nosso planeta.

O resultado: A NASA estabeleceu um novo recorde de distância para CubeSats em 8 de maio, quando um par de CubeSats chamado Mars Cube One (MarCO) alcançou a distância de 1 milhão de quilômetros da Terra. Um do CubeSats, chamado MarCO-B, usando uma câmera com lentes do tipo “olho de peixe”, tirou sua primeira foto no dia 9 de maio de 2018. Essa foto é parte do processo usado pela equipe de engenharia para confirmar a que antena de alto ganho da nave se desdobrou corretamente. Como um bônus, capturaram a Terra e sua Lua como pequenas partículas flutuando no espaço, lembrando o feito da Voyager 1, 28 anos atrás.

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Figura 3. Pálidos pontos flutuantes no Espaço. Nosso lar, o Planeta Terra, e o único lugar do Universo onde o Homem já pisou além de seu planeta natal.

Vendo essas imagens não há como não lembrar da emocionante reflexão de Carl Sagan durante uma palestra pública na Universidade Cornell em 1994, quando apresentou a imagem da Voyager 1 sobre o profundo significado atrás da ideia do “pálido ponto azul”.

Olhem de novo esse ponto. É aqui, é a nossa casa, somos nós. Nele, todos a quem ama, todos a quem conhece, qualquer um sobre quem você ouviu falar, cada ser humano que já existiu, viveram as suas vidas. O conjunto da nossa alegria e nosso sofrimento, milhares de religiões, ideologias e doutrinas econômicas confiantes, cada caçador e coletor, cada herói e covarde, cada criador e destruidor da civilização, cada rei e camponês, cada jovem casal de namorados, cada mãe e pai, criança cheia de esperança, inventor e explorador, cada professor de ética, cada político corrupto, cada “superestrela”, cada “líder supremo”, cada santo e pecador na história da nossa espécie viveu ali – em um grão de pó suspenso num raio de sol.

A Terra é um cenário muito pequeno numa vasta arena cósmica. Pense nos rios de sangue derramados por todos aqueles generais e imperadores, para que, na sua glória e triunfo, pudessem ser senhores momentâneos de uma fração de um ponto. Pense nas crueldades sem fim infligidas pelos moradores de um canto deste pixel aos praticamente indistinguíveis moradores de algum outro canto, quão frequentes seus desentendimentos, quão ávidos de matar uns aos outros, quão veementes os seus ódios.

As nossas posturas, a nossa suposta auto importância, a ilusão de termos qualquer posição de privilégio no Universo, são desafiadas por este pontinho de luz pálida. O nosso planeta é um grão solitário na imensa escuridão cósmica que nos cerca. Na nossa obscuridade, em toda esta vastidão, não há indícios de que vá chegar ajuda de outro lugar para nos salvar de nós próprios.

A Terra é o único mundo conhecido, até hoje, que abriga vida. Não há outro lugar, pelo menos no futuro próximo, para onde a nossa espécie possa emigrar. Visitar, sim. Assentar-se, ainda não. Gostemos ou não, a Terra é onde temos de ficar por enquanto.

Já foi dito que astronomia é uma experiência de humildade e criadora de caráter. Não há, talvez, melhor demonstração da tola presunção humana do que esta imagem distante do nosso minúsculo mundo. Para mim, destaca a nossa responsabilidade de sermos mais amáveis uns com os outros, e para preservarmos e protegermos o “pálido ponto azul”, o único lar que conhecemos até hoje.

—Carl Sagan

 

Nota do autor

Em astronomia, a Unidade Astronômica (abreviada como AU, por recomendação da União Astronômica Internacional) é uma unidade de distância, aproximadamente igual à distância média entre a Terra e o Sol. É bastante utilizada para descrever a órbita dos planetas e de outros corpos celestes no âmbito da astronomia planetária. Em 2012, a União Astronômica Internacional definiu um valor constante e padrão para a UA, até então considerada como aproximadamente 150 milhões de km. O valor da constante é AU = 149 597 870 700 m.