O astrônomo William Herschel descobriu Urano – e duas de suas luas – há 230 anos. Agora, um grupo de astrônomos trabalhando com dados do telescópio que leva seu nome, o Observatório Espacial Herschel, fez uma descoberta inesperada. Parece que as luas de Urano têm uma semelhança impressionante com planetas anões gelados.
O Observatório Espacial Herschel está desativado desde 2013. Mas todos os seus dados ainda são de interesse dos pesquisadores. Esta descoberta foi um acidente feliz, resultante de testes em dados do detector de câmera do observatório. Urano é uma fonte de energia infravermelha muito brilhante, e a equipe estava medindo a influência de objetos infravermelhos muito brilhantes na câmera.
As imagens das luas foram descobertas por acidente.
Urano é difícil de observar. A Voyager 2 da NASA é a única espaçonave que já visitou o planeta, e essa visita nos ensinou muito. Até mesmo telescópios como o Hubble têm dificuldade.
A equipe de pesquisadores por trás deste estudo estava trabalhando com um novo método de análise de dados do Herschel Space Observatory e sua Photodetecting Array Camera and Spectrometer (PACS). PACS era um espectrômetro de baixa resolução e câmera de imagem em um. Ele opera no infravermelho e coleta imagens mais nítidas do que qualquer um de seus antecessores.
O artigo que apresenta a descoberta da equipe é intitulado “Fotometria Herschel-PACS das cinco luas principais de Urano.” Foi publicado na revista Astronomy and Astrophysics, e o autor principal é Örs H. Detre, do Max Planck Institute for Astronomy (MPIA).
“Ficamos todos surpresos quando quatro luas apareceram claramente nas imagens, e pudemos até detectar Miranda, a menor e mais interna das cinco maiores luas de Urano.”
Örs H. Detre, autor principal, Instituto Max Planck de Astronomia.
No resumo de seu artigo, a equipe declarou seus objetivos: “Nosso objetivo é determinar os fluxos de infravermelho distante a 70, 100 e 160µM para os cinco principais satélites Uranus, Titania, Oberon, Umbriel, Ariel e Miranda.” Eles não realizaram quaisquer observações novas para o seu trabalho. Em vez disso, eles trabalharam com dados do PACS de Herschel.
Uma coisa que faltava ao Observatório Herschel era um coronógrafo. Um coronógrafo bloqueia fontes poderosas de luz, permitindo aos astrônomos ver objetos tênues na mesma vizinhança que a luz poderosa. Eles são usados em observatórios solares, onde bloqueiam o brilho do Sol, permitindo aos pesquisadores ver as ejeções de massa coronal e outros fenômenos solares. Sem um coronógrafo, objetos fracos são simplesmente perdidos em toda aquela luz. Nesse caso, a luz infravermelha brilhante vinda de Urano significava que era quase impossível ver as luas próximas.
Sem um coronógrafo, Detre e seus colegas precisavam ser inteligentes.
“Na verdade, realizamos as observações para medir a influência de fontes infravermelhas muito brilhantes, como Urano, no detector da câmera”, explica o coautor Ulrich Klaas, que chefiou o grupo de trabalho da câmera PACS do Observatório Espacial Herschel no MPIA. “Nós descobrimos as luas apenas por acaso como nós adicionais no sinal extremamente brilhante do planeta.”
Na faixa de comprimento de onda do PACS, objetos mais frios irradiam intensamente. Urano e suas luas são aquecidas pelo Sol entre cerca de -213 C a -193 C (60 e 80 K). Então, eles aparecem como objetos brilhantes, com a luz de Urano dominando os luar.
A inclinação axial de Urano é de 97,77 graus, então ele está basicamente orbitando de lado, perpendicular à eclíptica. As luas também obedecem a este arranjo, então elas são inclinadas em direção à sua órbita ao redor do sol. Enquanto Urano orbita ao redor do Sol, é principalmente o hemisfério norte ou sul que é iluminado.
O momento das observações do PACS de Urano e suas cinco luas foi muito bom.
“O momento da observação também foi um golpe de sorte”, explica Thomas Müller, da MPE. “Durante as observações, porém, a posição era tão favorável que as regiões equatoriais se beneficiaram com a irradiação solar. Isso nos permitiu medir o quão bem o calor é retido em uma superfície conforme ele se move para o lado noturno devido à rotação da lua. Isso nos ensinou muito sobre a natureza do material”, explica Müller, que calculou os modelos para este estudo.
Essas observações deram sorte porque Urano não é iluminado dessa forma com muita frequência. Leva 84 anos para completar uma órbita, e nem mesmo completou três órbitas desde sua descoberta. Portanto, foi definitivamente uma sorte que o Observatório Espacial Herschel estivesse operando durante aquela janela.
Observar Urano e suas luas enquanto absorviam o calor liberado foi fundamental para este estudo. Muller ficou surpreso com o que encontrou. As superfícies das cinco luas, Titânia, Oberon, Umbriel, Ariel e Miranda, absorveram o calor surpreendentemente bem e o liberaram mais lentamente do que o esperado.
As propriedades de retenção e liberação de calor das luas lembraram a equipe de outra família de objetos do Sistema Solar: planetas anões na borda externa do Sistema Solar. Corpos como Plutão e Haumea. Esses resultados separam as cinco luas principais de Urano das outras luas menores e irregulares que orbitam o planeta.
“Estabelecemos modelos termofísicos aprimorados dos cinco principais satélites de Urano”, escrevem os autores na conclusão de seu artigo. “Nossos valores derivados de inércia térmica se assemelham aos dos planetas anões do objeto trans-neptuniano (TNO), Plutão e Haumea, mais do que aqueles de TNOs e Centauros menores em distâncias heliocêntricas de cerca de 30 UA.
“Em resumo”, continuam os pesquisadores, “os satélites uranianos Oberon, Titania, Umbriel, Ariel e Miranda têm inércias térmicas mais altas do que os valores muito baixos encontrados para TNOs e Centauros a uma distância heliocêntrica de 30 UA. Parece que as propriedades térmicas das superfícies geladas dos satélites estão mais próximas das propriedades encontradas para os planetas anões TNO Plutão e Haumea. ”
“Isso também caberia nas especulações sobre a origem das luas irregulares”, acrescenta Müller em nota à imprensa. “Por causa de suas órbitas caóticas, presume-se que eles foram capturados pelo sistema uraniano apenas em uma data posterior.” As características das luas irregulares menores são semelhantes aos TNOs mais distantes, menores e mais fracamente ligados. Apenas as cinco principais luas foram formados “in situ” e se assemelham a objetos como Plutão.
Na faixa de observação do PACS, Urano parece incrivelmente brilhante. Esse brilho supera os objetos próximos, como as cinco luas principais. A natureza do PACS significa que a luz infravermelha de Urano pode se espalhar pelo resto da imagem. Isso não é crítico para objetos muito distantes como outras estrelas. Mas para algo como Urano, luas inteiras podem ser bloqueadas.
“As luas, que estão entre 500 e 7400 vezes mais fracas, estão a uma distância tão pequena de Urano que se fundem com os artefatos igualmente brilhantes. Apenas as luas mais brilhantes, Titânia e Oberon, se destacam um pouco do brilho circundante”, disse o coautor Gábor Marton do Observatório Konkoly em Budapeste, em um comunicado à imprensa.
Isso é o que está no cerne desta pesquisa. A equipe desenvolveu novas técnicas de processamento de dados para trazer as luas de volta à vista e eliminar o brilho ofuscante. A ideia era reduzir a luz suficiente para tornar as luas visíveis novamente, para que a equipe pudesse medir com segurança seu brilho. É como tentar introduzir o poder de um coronógrafo em imagens que foram feitas sem ele.
“Em casos semelhantes, como na busca por exoplanetas, usamos coronógrafos para mascarar sua brilhante estrela central”, explica Detre. “O Herschel não tinha tal dispositivo. Em vez disso, aproveitamos a excelente estabilidade fotométrica do instrumento PACS. ”
A equipe calculou as posições exatas das próprias luas quando as imagens foram tiradas e, em seguida, usou esse conhecimento para remover o próprio Urano e todo o seu brilho da imagem.
“Todos ficamos surpresos quando quatro luas apareceram claramente nas imagens e pudemos até detectar Miranda, a menor e mais interna das cinco maiores luas uranianas”, conclui Detre.
Este estudo mostra como os dados observacionais arquivados podem ser valiosos. Existem valiosas descobertas científicas escondidas nos dados de missões expiradas como Herschel. Em abril de 2020, por exemplo, cientistas examinando dados da missão de localização de planetas Kepler da NASA encontraram um planeta do tamanho da Terra na zona habitável de sua estrela.
“O resultado demonstra que nem sempre precisamos de missões espaciais planetárias elaboradas para obter novos insights sobre o Sistema Solar”, destaca o co-autor Hendrik Linz da MPIA. “Além disso, o novo algoritmo pode ser aplicado a outras observações que foram coletadas em grande número no arquivo eletrônico de dados da Agência Espacial Europeia. Quem sabe que surpresa ainda nos espera lá?”
Publicado em 20/09/2020 11h09
Artigo original:
Estudo original:
Achou importante? Compartilhe!
Assine nossa newsletter e fique informado sobre Astrofísica, Biofísica, Geofísica e outras áreas. Preencha seu e-mail no espaço abaixo e clique em “OK”: