O trabalho começou em uma ambiciosa nova missão que levará um telescópio de ponta de 2,5 metros de altura até a estratosfera em um balão.
Planejado para ser lançado em dezembro de 2023 a partir da Antártica, o ASTHROS (abreviação de Telescópio Estratosférico Astrofísico para Observações de Alta Resolução Espectral em comprimentos de onda submilimétricos) passará cerca de três semanas flutuando nas correntes de ar acima do continente gelado do sul e alcançando várias estreias ao longo do caminho.
Gerenciado pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, o ASTHROS observa luz infravermelha distante, ou luz com comprimentos de onda muito mais longos do que o visível ao olho humano. Para fazer isso, a ASTHROS precisará atingir uma altitude de cerca de 130.000 pés (24,6 milhas ou 40 quilômetros) – aproximadamente quatro vezes mais alto do que os aviões comerciais voam. Embora ainda esteja bem abaixo dos limites do espaço (cerca de 100 quilômetros, acima da superfície da Terra), será alto o suficiente para observar comprimentos de onda de luz bloqueados pela atmosfera da Terra.
A equipe da missão recentemente deu os retoques finais no projeto da carga útil do observatório, que inclui seu telescópio (que capta a luz), seu instrumento científico e subsistemas como os sistemas eletrônico e de refrigeração. No início de agosto, os engenheiros da JPL iniciarão a integração e o teste desses subsistemas para verificar se eles têm o desempenho esperado.
Embora os balões possam parecer uma tecnologia antiquada, eles oferecem vantagens únicas da NASA sobre missões terrestres ou espaciais. O programa Scientific Balloon da NASA opera há 30 anos no Wallops Flight Facility, na Virgínia. Ele lança de 10 a 15 missões por ano em locais ao redor do mundo para apoiar experimentos em todas as disciplinas científicas da NASA, bem como para fins de desenvolvimento de tecnologia e educação. As missões de balão não só têm custos mais baixos em comparação às missões espaciais, como também têm tempos mais curtos entre o planejamento e a implantação antecipados, o que significa que podem aceitar os riscos mais altos associados ao uso de tecnologias novas ou de ponta que não possuem ainda voou no espaço. Esses riscos podem surgir na forma de desafios técnicos ou operacionais desconhecidos que podem afetar a produção científica de uma missão. Ao superar esses desafios, as missões de balão podem preparar o terreno para futuras missões colher os benefícios dessas novas tecnologias.
“Missões de balão como o ASTHROS são de maior risco que as missões espaciais, mas geram grandes recompensas a um custo modesto”, disse o engenheiro do JPL, Jose Siles, gerente de projeto da ASTHROS. “Com o ASTHROS, nosso objetivo é fazer observações astrofísicas que nunca foram tentadas antes. A missão abrirá o caminho para futuras missões espaciais testando novas tecnologias e fornecendo treinamento para a próxima geração de engenheiros e cientistas”.
Olhos infravermelhos no céu
A ASTHROS levará um instrumento para medir o movimento e a velocidade do gás em torno de estrelas recém-formadas. Durante o vôo, a missão estudará quatro alvos principais, incluindo duas regiões de formação de estrelas na galáxia Via Láctea. Pela primeira vez, ele também detectará e mapeará a presença de dois tipos específicos de íons nitrogênio (átomos que perderam alguns elétrons). Esses íons de nitrogênio podem revelar locais onde ventos de estrelas massivas e explosões de supernovas remodelaram as nuvens de gás nessas regiões de formação de estrelas.
Em um processo conhecido como feedback estelar, essas explosões violentas podem, ao longo de milhões de anos, dispersar o material circundante e impedir a formação de estrelas ou interrompê-lo por completo. Mas o feedback estelar também pode fazer com que o material se agrupe, acelerando a formação de estrelas. Sem esse processo, todo o gás e poeira disponíveis em galáxias como a nossa teriam se fundido em estrelas há muito tempo.
A ASTHROS fará os primeiros mapas 3D detalhados da densidade, velocidade e movimento do gás nessas regiões para ver como os gigantes recém-nascidos influenciam seu material placentário. Ao fazer isso, a equipe espera obter informações sobre como o feedback estelar funciona e fornecer novas informações para refinar as simulações de computador da evolução das galáxias.
Um terceiro alvo para o ASTHROS será a galáxia Messier 83. Observar sinais de feedback estelar por lá permitirá à equipe do ASTHROS obter uma visão mais profunda de seu efeito em diferentes tipos de galáxias. “Acho que entendeu que o feedback estelar é o principal regulador da formação estelar ao longo da história do universo”, disse o cientista do JPL, Jorge Pineda, pesquisador principal da ASTHROS. “Simulações em computador da evolução das galáxias ainda não conseguem replicar completamente a realidade que vemos no cosmos. O mapeamento de nitrogênio que faremos com o ASTHROS nunca foi feito antes, e será emocionante ver como essas informações ajudam a esses modelos mais precisos “.
Finalmente, como seu quarto alvo, a ASTHROS observará TW Hydrae, uma jovem estrela cercada por um amplo disco de poeira e gás onde planetas podem estar se formando. Com seus recursos exclusivos, o ASTHROS medirá a massa total desse disco protoplanetário e mostrará como essa massa é distribuída. Essas observações podem potencialmente revelar lugares onde a poeira está se acumulando para formar planetas. Aprender mais sobre discos protoplanetários pode ajudar os astrônomos a entender como diferentes tipos de planetas se formam nos jovens sistemas solares.
Uma Abordagem Elevada
Para fazer tudo isso, o ASTHROS precisará de um grande balão: quando totalmente inflado com hélio, terá cerca de 150 metros de largura ou aproximadamente o tamanho de um estádio de futebol. Uma gôndola embaixo do balão carregará o instrumento e o telescópio leve, que consiste em uma antena parabólica de 2,5 metros e uma série de espelhos, lentes e detectores projetados e otimizados para capturar a luz do infravermelho distante. Graças ao prato, a ASTHROS empatou para o maior telescópio já voar em um balão de alta altitude. Durante o vôo, os cientistas serão capazes de controlar com precisão a direção apontada pelo telescópio e fazer o download dos dados em tempo real usando links de satélite.
Como os instrumentos de infravermelho distante precisam ser mantidos muito frios, muitas missões carregam hélio líquido para resfriá-los. Em vez disso, a ASTHROS dependerá de um criocoletor, que usa eletricidade (fornecida pelos painéis solares da ASTHROS) para manter os detectores supercondutores próximos a 451,3 graus Fahrenheit negativos (268,5 graus Celsius negativos) – um pouco acima do zero absoluto, a temperatura mais baixa pode atingir . O cryocooler pesa muito menos do que o grande recipiente de hélio líquido que a ASTHROS precisaria para manter seu instrumento frio por toda a missão. Isso significa que a carga útil é consideravelmente mais leve e a vida útil da missão não é mais limitada pela quantidade de hélio líquido a bordo.
A equipe espera que o balão complete dois ou três circuitos ao redor do Polo Sul em cerca de 21 a 28 dias, transportados pelos ventos estratosféricos predominantes. Quando a missão científica estiver concluída, os operadores enviarão comandos de terminação de voo que separam a gôndola, que está conectada a um pára-quedas, do balão. O paraquedas devolve a gôndola ao chão, para que o telescópio possa ser recuperado e reformado para voar novamente.
“Vamos lançar o ASTHROS até a borda do espaço, na parte mais remota e mais difícil do planeta”, disse Siles. “Se você parar para pensar sobre isso, é realmente desafiador, o que o torna tão emocionante ao mesmo tempo.”
Publicado em 27/07/2020 04h55
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