No começo, era apenas o Grande Telescópio Espacial, cujo nome mundano era um marcador de quão extraordinário era um observatório. Décadas depois, é simplesmente o Hubble, talvez o telescópio mais reconhecido já construído.
Uma parceria entre a NASA e a Agência Espacial Européia, o Telescópio Espacial Hubble, que deixou a Terra há 30 anos hoje em 24 de abril de 1990, mudou – como diz o ditado – a maneira como vemos o universo. Ele descobriu evidências de buracos negros supermassivos nos centros das galáxias, produziu as primeiras observações de discos em torno de estrelas jovens, rastreou tempestades em gigantes gasosos, revelou que a expansão do universo está se acelerando e, é claro, tirou retratos incríveis do cosmos.
Mas o Telescópio Espacial Hubble também é um empreendimento muito humano.
“Muitas vezes vemos fotos do Hubble e as pessoas realmente as amam e são maravilhosas”, disse Heidi Hammel, astrônomo planetário do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial, que coordena os projetos do Hubble para a NASA, disse ao Space.com. “Gostaria que as pessoas aproveitassem esse momento para pensar nas dezenas de milhares de pessoas que dedicaram suas vidas para fazer essas fotos acontecerem”.
Sonhando com as estrelas
A história do Telescópio Espacial Hubble começa duas décadas antes do lançamento: a NASA começou a considerar seriamente a missão em 1970. Existia astronomia espacial, mas observar a partir do solo era uma abordagem muito mais comum.
A ideia de um grande projeto de telescópio espacial, então, enfrentou alguma oposição. “O pano de fundo é que o Hubble não foi considerado uma boa compra”, disse Bob O’Dell, que foi cientista de projeto do Hubble durante seu desenvolvimento e agora é astrônomo na Universidade de Vanderbilt. “Os astrônomos terrestres eram um grupo bastante tradicional, e a maioria deles achou melhor gastar US $ 300 milhões – sobre o que estávamos falando naquele tempo – na construção de cerca de 20 cópias do que era o maior telescópio do mundo, “que coletava luz em um diâmetro de 200 polegadas. (Em 2009, a NASA e seus parceiros haviam gasto US $ 10 bilhões no observatório de 19 anos de idade.)
“Um dos meus primeiros trabalhos foi vender o projeto para meus colegas”, disse O’Dell à Space.com.
Ele começou a trabalhar com dois argumentos científicos importantes à sua disposição. O primeiro foi um limite que os astrônomos estavam atingindo em sua busca para alcançar mais longe o universo. Como os pesquisadores observam a luz que leva tempo para atravessar o espaço, o estudo de objetos mais distantes permite que os astrônomos olhem para trás no tempo. Para entender melhor a vasta linha do tempo do cosmos, os cientistas precisavam de um telescópio espacial.
E observar do espaço também representou um enorme aumento na visibilidade. Isso ocorre porque um telescópio orbital a 570 quilômetros de altitude carrega instrumentos astronômicos muito acima da atmosfera da Terra, o que atrapalha as observações e até bloqueia certos tipos de luz. Fugir desse efeito era tentador. “Por estar acima da atmosfera da Terra, você seria capaz de ver as coisas cerca de 10 vezes melhor, e isso foi um passo tão grande quanto o primeiro telescópio astronômico”, disse O’Dell, referindo-se a um construído pelo astrônomo italiano Galileu do século XVII. Galileu. “Tem que haver coisas interessantes a serem descobertas.”
Mas a localização proposta pelo Hubble não foi a única coisa que diferencia o projeto. O Grande Telescópio Espacial, como era então chamado, também foi projetado o tempo todo para ser um trabalho em andamento, um telescópio que os astronautas reparariam no espaço. Esse conceito pode não parecer exótico para quem assistiu à NASA construir um laboratório inteiro em órbita – mas a busca por um telescópio espacial que funcionava começou muito antes de tal construção.
“Você está falando sobre o trabalho de design que foi realizado nos estágios muito, muito, muito iniciais do programa espacial”, disse a astronauta aposentada da NASA Kathryn Sullivan, que escreveu “Handprints on Hubble” (MIT Press, 2019) sobre o telescópio. “Quase nunca houve uma caminhada no espaço. E esses caras estão conversando despreocupadamente sobre um grande telescópio que os astronautas cuidarão em órbita. Quero dizer, é uma visão e previsão extraordinárias.”
Por fim, essa combinação de visão e reparo se tornou a base do sucesso do Hubble, fornecendo uma visão privilegiada de vastas faixas de espaço – e dando aos cientistas uma maneira de isolá-lo das devastações do tempo. É o que deu ao Hubble uma posse tão longa e prolífica e a manteve na vanguarda da pesquisa.
“O tipo de coisa que os astrônomos estão propondo para o Hubble mudou ao longo dos anos, junto com nossa progressão de entendimento, novas questões e novos problemas em astronomia e astrofísica”, Jennifer Wiseman, astrofísica do Goddard Space Flight Center da NASA em Maryland e atual sênior cientista de projeto do Hubble, disse à Space.com. “O Hubble é e sempre foi o que chamamos de observatório de uso geral, por isso é usado para todos os tipos de astronomia”.
Caminho para o lançamento
Mas antes que o Hubble pudesse vislumbrar a poeira estelar, ele precisou pegar um voo para o espaço a bordo de um ônibus espacial da NASA. Na época, muitos voos de ônibus espaciais estavam focados na implantação de satélites de comunicações comerciais, disse Sullivan, e um grande vôo de telescópio espacial se destacou para os astronautas anos antes de a tripulação ser realmente designada.
“Todos estudamos o manifesto, a programação de futuros vôos de ônibus religiosamente e, meio que – não sei – com inveja, ciúmes ou nervosismo, eu acho”, disse ela. “Toda missão espacial é uma grande missão espacial, mas algumas que estavam nessa lista tinham claramente mais interesse potencial do que outras”.
O vôo também foi adiado após o desastre do ônibus espacial Challenger de 1986, quando sete astronautas morreram segundos após o lançamento. Os vôos de ônibus ficaram em espera por dois anos, enquanto a NASA investigava o que havia de errado e como proteger os astronautas.
E antes que o Hubble pudesse ser lançado, seus cientistas e engenheiros precisavam ter certeza de que ele poderia cumprir sua promessa de manutenção. Sullivan e seu colega, Bruce McCandless, foram escolhidos para esse projeto e para a implantação.
“Nosso trabalho se resumia a: vocês são os dois últimos astronautas que terão acesso direto ao Hubble, acesso direto ao Hubble. Depois disso, estará em órbita”, disse ela. “Quem quer que esteja prestando assistência ao Hubble no futuro, basicamente você prometeu a eles que todas as ferramentas e equipamentos que eles funcionarão, porque você o testou no telescópio enquanto ainda o está em terra”. O casal de astronautas foi responsável não apenas pela meia dúzia de coisas que podem dar errado durante sua própria missão de implantação, mas também pela capacidade dos futuros astronautas de desvendar muitos outros possíveis ruídos em órbita.
Sem pressão.
Sullivan e McCandless vestiram roupas espaciais e examinaram cada centímetro de uma réplica submersa em uma imensa piscina flutuante neutra para confirmar que seus colegas teriam sucesso em missões de serviço, e fizeram o mesmo em equipamento de proteção com a própria espaçonave.
“Na verdade, passamos centenas de horas na super grande sala limpa onde o Hubble estava sendo montado, retirando as ferramentas que construímos para as diferentes tarefas de reparo e testando-as, provando que elas funcionavam, descobrindo onde cabiam e escolhendo todas as anotações do usuário que seriam úteis para os caminhantes espaciais do futuro “.
E então, finalmente, chegou a hora de partir: 24 de abril de 1990.
Cinco astronautas – uma pequena equipe e todos os astronautas veteranos em uma época em que isso era incomum – entraram no ônibus espacial Discovery e deixaram a Terra. “Quando cheguei a bordo do ônibus espacial, era mais do que eu poderia imaginar”, disse Sullivan. “Parecia fazer parte de algo de importância histórica muito maior do que qualquer coisa que eu fiz antes.” (Por contexto, Sullivan já havia feito a primeira caminhada espacial para uma mulher americana.)
No dia seguinte, em órbita, era hora de ver todas as 24.500 libras (11.110 kg) do Hubble desligado. Mas ainda havia meia dúzia de problemas em potencial a serem resolvidos, e a implantação era um relógio. Se algo retardasse o processo, as baterias do Hubble poderiam ficar irreversivelmente sem carga, condenando o telescópio.
Sullivan e McCandless estavam preparados. “Fizemos metade dos preparativos para uma caminhada espacial antes mesmo de começarmos a tirar o Hubble da área de carga”, disse Sullivan. “Estávamos na metade do caminho, basicamente, estávamos com a roupa de baixo refrescante que você veste sob um traje espacial e todo o nosso equipamento lá embaixo estava pronto.” Tudo o que precisariam fazer para sair seria estourar nas conchas e pré-respirar um pouco de oxigênio para se manter seguro.
E, exatamente como a equipe do Hubble havia se preocupado, surgiu um atraso: embora um conjunto solar se desenrolasse sem problemas, o outro continuava. De olho no relógio, Sullivan e McCandless tiveram que começar a se arrumar. Antes de saírem, os engenheiros do Hubble conseguiram corrigir o problema remotamente e a implantação continuou sem problemas.
Bem, exceto pela visão de Sullivan sobre o momento histórico. “Depois de cinco anos trabalhando em torno deste veículo majestoso e ansioso para vê-lo deslizar para longe do orbital como a mais nova estrela no céu, na verdade eu estava trancado dentro da câmara do ônibus espacial e não consegui ver a implantação do Hubble. “, ela disse.
Problemas iniciais da ciência e da visão
Sullivan e seus colegas voltaram para casa e a equipe da missão começou a acordar e aquecer o Hubble. Mas logo, a equipe do Hubble percebeu que algo estava errado. As imagens do observatório estavam muito escuras. Quando o telescópio fotografou uma estrela, a parte central da imagem estava nítida, como deveria ter sido, mas cercada por um halo de brilho nebuloso. O espelho do Hubble tinha sido modelado com grande precisão, como seria de esperar de tal instrumento. Mas uma mancha de tinta ficou presa na ferramenta usada para calibrar essa forma. Como resultado, a forma do espelho era precisa, mas não exata. Segundo O’Dell, que não era mais o cientista-chefe da época, mas ainda estava envolvido com o projeto de seu novo cargo de professor, o orçamento e os problemas de programação eram os culpados.
A equipe reconheceu um erro no sistema de controle de apontamento do observatório, que era uma tecnologia totalmente nova, no final do processo e teve que redesenhar esse sistema, disse ele. Ao mesmo tempo, outra equipe estava terminando o espelho, que se baseava em trabalhos anteriores, mas nunca havia sido feito em tal escala. Ninguém notou um pedaço de tinta na ferramenta usada para confirmar a forma do espelho – enviesando o espelho antes do voo.
E como a equipe não tinha dinheiro para testar opticamente o instrumento no local, ninguém percebeu o problema até que o espelho fosse terrivelmente difícil de alcançar. “Foi algo que simplesmente não foi pego”, disse O’Dell. “As bandeiras de que algo estava faltando foram basicamente colocadas em uma gaveta e o pessoal da NASA foi informado ‘bem, isso não é importante.” ”
Isso poderia ter sido o fim para o Hubble, disse ele.
“Imediatamente após o lançamento e [na sequência] o erro foi descoberto, se não a explicação, um punhado de pessoas … lavou as mãos do projeto e se afastou dele”, disse O’Dell, “à sua perda e à perda da ciência “. Mas outros ficaram e o Hubble começou a estudar o universo de qualquer maneira.
A NASA localizou o instrumento defeituoso de verificação de espelho, que não havia sido tocado desde esse uso, e confirmou o erro. Os cientistas desenvolveram algoritmos que podiam converter suas imagens distorcidas em uma visão mais precisa do cosmos, embora mais sombria do que o planejado.
Uma das primeiras descobertas de Hubble foi confirmar a existência de discos protoplanetários na nebulosa de Orion, um fenômeno que os cientistas previram, mas nunca estudaram diretamente. “De repente, pudemos ver isso acontecer. Você sabia exatamente como estava acontecendo, podia provar uma teoria, uma hipótese que eu deveria dizer”, disse O’Dell. “Nos primeiros três anos, o Hubble ainda era muito útil.”
Mas a equipe por trás do telescópio não ficou satisfeita com a solução alternativa. E, afinal, qual era o objetivo de projetar um observatório que pudesse ser reparado se você não fosse, você sabe, repará-lo?
“Você não poderia ter pedido um ponto de prova melhor do valor do projeto para manutenção”, disse Sullivan. “Você tem uma missão emblemática de bilhões de dólares que tem um potencial científico extraordinário, mas só por uma coisa. Se você não pode consertar isso, vai escrever a coisa toda. E se puder consertá-la, você vá. “
Como consertar um telescópio espacial
Obviamente, teoricamente possível, está longe de ser fácil. Uma coisa que a equipe do Hubble pretendia era que o erro no espelho pudesse ser revertido por ajustes nas lentes aplicadas aos instrumentos individuais, lentes que precisavam ser inseridas de qualquer maneira, disse O’Dell. Como os engenheiros sabiam precisamente a falha do espelho em órbita, essas lentes corretivas poderiam neutralizá-lo.
Embora a optometria a 350 milhas de distância seja uma tarefa difícil, a idéia de manutenção era um território familiar. “Nossos telescópios no chão, estamos constantemente em manutenção, fazemos todos os dias praticamente”, disse Hammel. “O que é único no Hubble foi o aspecto de manutenção deste telescópio astronômico no espaço”.
E em 1990, apesar do grande conceito por trás do Hubble, o reparo espacial não era uma quantidade conhecida. A NASA sonhava em construir uma estação espacial de várias partes, mas ainda não o havia feito. (O Skylab da agência foi lançado como uma peça única em 1973.) A agência conduzia caminhadas espaciais a partir do ônibus espacial, mas eram limitadas. Na época, cada voo podia suportar no máximo três excursões, e uma era sempre reservada para qualquer emergência nas portas do compartimento de carga, disse Sullivan.
Nos cenários que ela e McCandless estudaram, uma missão de serviço hipotético exigiria quatro caminhadas espaciais. “Sabíamos antes de colocar o Hubble em órbita que, para mantê-lo vivo, seria necessário pelo menos duas vezes mais capacidade de caminhada espacial do ônibus espacial do que a NASA atualmente pensa”, disse Sullivan. “Nunca conseguimos que as pessoas se concentrassem muito nisso antes de colocar o telescópio em órbita”.
Então a falha no espelho foi descoberta e, de repente, a NASA orbitou um enorme investimento seriamente enfraquecido – e os meios teóricos para salvá-la. “A NASA não sabia como fazer caminhadas espaciais em escala, no momento em que colocamos o Hubble em órbita”, disse Sullivan. “Foi a urgência absoluta de consertar o Hubble no voo de 1993 que realmente foi o estímulo, o chute na coxa que realmente forçou a Nasa a usar tachas de bronze”.
A agência elevou seu jogo de caminhada espacial e, em 1993, a primeira missão de manutenção do Hubble a realizar cinco dias de caminhada espacial para melhorar a visão do telescópio. Esse voo foi seguido por mais quatro missões de manutenção entre 1997 e 2009. Os reparos do Hubble terminaram com a missão de transporte STS-125 de 2009. A aposentadoria da frota de ônibus espaciais da NASA, que fez seu vôo final em 2011, interrompeu o observatório de sua equipe de reparos.
Durante a manutenção das caminhadas espaciais, os astronautas substituíram as baterias e os giroscópios que mantêm o Hubble apontando constantemente para o mesmo grão de cosmos, prolongando a vida do observatório no ambiente hostil do espaço. E eles atualizaram os instrumentos para incorporar a tecnologia desenvolvida muito depois que o Hubble deixou a Terra.
“Ao projetar desde o início a manutenção desse telescópio, por definição, você teve uma vida útil mais longa e teve o poder de tirar proveito da tecnologia aprimorada ao longo das décadas”, disse Hammel. “Pense nos computadores que tínhamos há 30 anos versus os computadores que temos hoje”.
O resultado é um telescópio de 30 anos que parece muito mais jovem.
“Toda vez que essas missões de astronautas retornavam ao Hubble, basicamente recebíamos um novo observatório”, disse Wiseman, atual cientista sênior de projetos do Hubble.
30 anos de ciência
A ciência contínua do Hubble fala dessa longevidade. “Há tantas áreas nas quais o Hubble, como dissemos, mudou os livros didáticos, que é realmente difícil restringir isso a apenas uma grande conquista”, disse Wiseman.
Mas aqui estão alguns: O Hubble mostrou aos cientistas que a expansão do universo está se acelerando quando eles esperavam vê-lo diminuindo. Essa percepção, por sua vez, ajudou a apontar para uma misteriosa energia escura, um fenômeno com o qual os astrônomos ainda estão lutando. O observatório também traçou o movimento da matéria perto do centro das galáxias, desenhando a sombra de buracos negros supermassivos em seus corações.
Wiseman está particularmente fascinado pelo trabalho que o Hubble sempre pretendia fazer: Mostrar aos astrônomos como as galáxias mudaram desde os primeiros dias do cosmos.
“O Hubble, para mim, nos deu essa visão visual profunda de como o universo se desenvolveu ao longo de bilhões de anos, no lugar magnífico e até hospitaleiro em que estamos vivendo agora”, disse Wiseman. As imagens do Hubble das galáxias mais antigas mostram galáxias pequenas e de formato estranho que não chegaram muito longe antes de colidirem com vizinhos em um processo que constrói galáxias mais estruturadas como a nossa. Da mesma forma, ele viu elementos nascidos nas estrelas se espalharem pelo espaço para semear compostos mais pesados, como os do nosso planeta (e do nosso corpo) agora.
O Hubble fez observações que os cientistas nunca pensaram ser possível antes do lançamento do telescópio. Quando o Hubble deixou a Terra, os astrônomos suspeitaram da existência de exoplanetas, mas nunca o haviam identificado. Agora, o telescópio é uma ferramenta vital para o estudo detalhado de mundos tão distantes, particularmente dando aos cientistas uma noção da composição de suas atmosferas – embora algumas dessas observações tenham exigido a improvisação de novas técnicas para observar objetos brilhantes.
“Acho que essa é a razão pela qual temos os chamados grandes observatórios”, disse Nikole Lewis, que estuda exoplanetas na Universidade de Cornell, ao Space.com. “Eles são construídos para serem muito utilitários, para serem flexíveis. Eles são construídos para ter muitos modos operacionais diferentes que permitirão que você faça uma ampla gama de ciências”.
O universo por vir
Outras observações que nem sequer podemos imaginar hoje provavelmente se seguirão. “O que acontece naturalmente é que, quando você tem essa flexibilidade, quando surgem novos casos científicos, eles são capazes de aproveitar essa flexibilidade, e é exatamente isso que vimos com o Hubble”, disse Lewis. “Espero que enquanto o Hubble estiver lá em cima, as pessoas encontrarão maneiras criativas de usá-lo, sejam exoplanetas ou algum outro novo caso científico”.
Em nosso apoio, o Hubble forneceu décadas de observações das atmosferas dos planetas exteriores, onde os ciclos anuais do tempo duram décadas. Observou a Grande Mancha Vermelha de Júpiter encolher e rastrear tempestades na superfície de Netuno. O telescópio já se comprometeu a continuar essas observações enquanto permanecer em operação, disse Hammel, o astrônomo planetário da unidade operacional do Hubble.
E nos últimos anos, o Hubble se juntou aos astrônomos enquanto eles se esforçavam para estudar objetos exóticos que atravessavam nosso sistema solar: primeiro ‘Oumuamua, avistado em outubro de 2017, depois o cometa Borisov, confirmado como intruso em setembro de 2019. “Estes são mensageiros de outros sistemas estelares, e se conseguirmos controlar suas formas e composições, saberemos algo sobre os sistemas estelares de onde eles vieram “, disse Wiseman, e por sua vez, como esses bairros se comparam aos nossos.
Mesmo que o Hubble desligasse amanhã, suas décadas de observações continuariam a alimentar a ciência. Cerca de metade da pesquisa que cita os dados do Hubble se baseia em suas observações arquivadas, em vez dos dados coletados especificamente para esse projeto, disse Wiseman. “Muitas vezes pensamos no Hubble como maduro, o que é, mas também é vibrante”, disse ela. “Com este arquivo robusto, estamos recebendo o dobro do dinheiro pelo dinheiro”.
E, claro, existe o legado de imagens do Hubble.
“Estou continuamente deslumbrado com eles”, disse Sullivan. “Eles são hipnotizantes. Sou geólogo, não astrônomo, então os vejo provavelmente como a maioria dos seres humanos comuns, como apenas obras de arte extraordinárias”.
Essas imagens, como o restante dos dados do Hubble, mudam a maneira como vemos nosso universo. “Espero que o Hubble continue”, disse Lewis. “É como se fosse um amigo querido … que está nos dando uma olhada nesses mundos que nunca teríamos pensado ser possível”.
Olhando para o futuro
A NASA está apostando em um futuro longo para o Hubble, que a agência diz ainda estar em boas condições. Mas isso não é motivo para parar de construir novos telescópios. A missão de manutenção final, STS-125 em 2009, teve como objetivo prolongar a vida do Hubble até 2014, com um objetivo mais longo. A NASA está se esforçando muito e diz que a instalação deve durar até meados da década.
O sucessor da missão, o James Webb Space Telescope, está programado para ser lançado em março de 2021, apesar dos inúmeros atrasos e superações. Mas enquanto o James Webb também servirá como um grande observatório e abordará uma série de questões científicas, ele não continuará o legado de facilidade de manutenção da instalação.
“Há uma série de fatores científicos que levam você a querer colocá-lo muito, muito, muito longe da Terra”, disse Sullivan. (O James Webb fica a 1 milhão de milhas, ou 1,5 milhão de quilômetros, na verdade.) Mas nem o robô nem o suporte de reparo humano podem fazer chamadas domésticas tão distantes. “Acho que é um pouco exagerado esperar que alguém projete esse tipo de manutenção quando não houver uma viabilidade técnica real para entregá-lo”, disse Sullivan.
Os cientistas do Hubble estão focados em tirar o máximo possível do telescópio, não importa quando ele precise ser retirado, disse Wiseman. Em particular, os pesquisadores estão coletando observações ultravioletas, que outros telescópios não podem substituir: quando o Hubble terminar, a astronomia ultravioleta sofrerá um golpe real.
A equipe também está focada em ampliar o potencial do Hubble combinando suas observações com outros instrumentos. Wiseman apontou para a coordenação com a sonda Juno da NASA em torno de Júpiter, por exemplo. Onde Juno estuda o campo magnético do planeta em primeira mão, o Hubble da Terra contribui com observações das auroras que o campo magnético de Júpiter cria. Da mesma forma, onde o Hubble se destaca em astronomia ultravioleta, o Observatório de Raios-X Chandra e o Telescópio Espacial Spitzer, recém-aposentado, um observatório infravermelho, preencheram o espectro de astrônomos da luz que podem estudar.
E isso é um lembrete de que a astronomia é muito mais do que apenas o Hubble. “A astronomia não poderia existir apenas com o Telescópio Espacial Hubble”, disse Hammel. “É uma ferramenta muito poderosa para fazer um tipo de ciência muito poderoso. Mas funciona em conjunto com todos os outros telescópios que temos”.
E, é claro, com todos os humanos por trás desses telescópios também.
Publicado em 24/04/2020 19h24
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