Como você resfria um grande telescópio ao zero absoluto enquanto voa de um enorme balão a 130.000 pés?
Quase todos os fótons emitidos após o Big Bang agora são visíveis apenas nos comprimentos de onda do infravermelho distante. Isso inclui a luz do universo frio de gás e poeira a partir do qual estrelas e planetas se formam, bem como sinais fracos de galáxias distantes que traçam a evolução do universo até hoje.
A atmosfera da Terra bloqueia a maior parte dessa luz, e as missões espaciais são uma forma ideal, mas proibitivamente cara de explorá-la. Assim, os cientistas estão se voltando para enormes balões estratosféricos – do tamanho de um estádio de futebol inteiro – porque eles são uma pequena fração do custo.
Na Review of Scientific Instruments, da AIP Publishing, Alan J. Kogut, do Goddard Space Flight Center da NASA, e colegas encontraram uma maneira de resolver uma limitação amplamente reconhecida de cargas úteis de balões estratosféricos, que voam a altitudes de 130.000 pés acima de 99% do atmosfera.
“Para realmente perscrutar o universo frio, você precisa de um grande telescópio resfriado a quase zero absoluto, voando acima da atmosfera da Terra”, disse Kogut. “Em geral, quero dizer um espelho de telescópio do tamanho de uma sala de estar. Por que tão frio? O calor do telescópio pode apagar imagens do espaço profundo, como a superexposição de uma câmera. Para ver sinais frios do espaço profundo, o telescópio deve ser resfriado a 10 K (menos 440 F), apenas alguns graus acima do zero absoluto. ”
Pode parecer simples na teoria, mas é muito difícil resfriar um telescópio do tamanho de uma sala de estar até quase o zero absoluto enquanto voa de um balão.
“O hélio líquido pode resfriar facilmente o telescópio, mas mantê-lo frio significa colocar o telescópio inteiro em uma garrafa térmica gigante chamada dewar”, disse ele. “Uma garrafa térmica do tamanho de uma sala pesaria várias toneladas – mais do que os balões maiores podem carregar.”
É aqui que entra a mesa de teste do telescópio criogênico transmitido por balão (BOBCAT).
“O BOBCAT desenvolve tecnologia para o orvalho ultraleve para reduzir seu peso o suficiente para permitir que os realmente grandes voem em um balão”, disse Kogut.
Dewars tem um copo interno contendo o líquido frio, rodeado por uma casca externa. A lacuna entre eles não tem ar, um vácuo, para evitar que o ar leve o calor do mundo exterior para o interior frio.
Um dewar é pesado, porque suas paredes precisam manter um vácuo contra a pressão atmosférica ao nível do mar. Mas um dewar destinado a funcionar em um balão não precisa funcionar no nível do mar. Deve funcionar a 130.000 pés acima do nível do mar, onde quase não há pressão atmosférica.
Os cientistas projetaram um dewar com paredes extremamente finas, não muito mais grossas que as de uma lata de refrigerante, que pode ser lançado em temperatura ambiente. Ele tem uma válvula, de forma que a lacuna de vácuo entre o copo interno e a parede externa seja ventilada durante a subida para deixar o ar sair.
“Assim que o balão atinge 130.000 pés, a válvula se fecha para criar um espaço de vácuo adequado e resfria o telescópio ao bombear nitrogênio líquido ou hélio líquido para o dewar a partir de tanques de armazenamento separados”, disse Kogut. “Os tanques de armazenamento são pequenos e não pesam muito. Agora, temos um telescópio frio acima da atmosfera, capaz de ver imagens tênues do universo frio ou distante.”
O primeiro vôo foi um sucesso, e a próxima etapa é voar novamente com a carga que transportava um dewar ultraleve.
Publicado em 02/12/2020 21h49
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