O maior telescópio orbital já feito permitirá aos astrônomos estudar a atmosfera de planetas alienígenas, aprender como as estrelas se formam na Via Láctea e perscrutar os confins do universo.

O Telescópio Espacial James Webb é o maior telescópio orbital já construído e está programado para ser lançado ao espaço em 18 de dezembro de 2021. Crédito da imagem: NASA / Desiree Stover, CC BY

Um astrônomo da equipe explica:

O Telescópio Espacial James Webb está programado para ir ao espaço em 18 de dezembro de 2021. Com ele, os astrônomos esperam encontrar as primeiras galáxias a se formar no universo, irão procurar por atmosferas semelhantes à Terra em torno de outros planetas e realizar muitos outros objetivos científicos.

Eu sou um astrônomo e o principal investigador da Near Infrared Camera - ou NIRCam, para abreviar - a bordo do telescópio Webb. Participei do desenvolvimento e dos testes da minha câmera e do telescópio como um todo.

Para ver as profundezas do universo, o telescópio tem um espelho muito grande e deve ser mantido extremamente frio. Mas levar um equipamento frágil como esse para o espaço não é uma tarefa simples. Meus colegas e eu tivemos que superar muitos desafios para projetar, testar e em breve lançar e alinhar o mais poderoso telescópio espacial já construído.

Para detectar as galáxias mais distantes e mais antigas, o telescópio precisa ser enorme e mantido extremamente frio. Crédito da imagem: NASA / Chris Gunn, CC BY

Galáxias jovens e atmosferas alienígenas

O telescópio Webb tem um espelho de mais de 6 metros de largura, um guarda-sol do tamanho de uma quadra de tênis para bloquear a radiação solar e quatro câmeras e sistemas de sensores separados para coletar os dados.

Funciona como uma antena parabólica. A luz de uma estrela ou galáxia entrará na boca do telescópio e refletirá no espelho primário em direção aos quatro sensores: NIRCam, que obterá imagens no infravermelho próximo; o espectrógrafo de infravermelho próximo, que pode dividir a luz de uma seleção de fontes em suas cores constituintes e mede a intensidade de cada uma; o Instrumento de infravermelho médio, que obtém imagens e mede comprimentos de onda no infravermelho médio; e o espectrógrafo sem fenda de imagens de infravermelho próximo, que divide e mede a luz de qualquer coisa para a qual os cientistas apontem o satélite.

Este projeto permitirá aos cientistas estudar como as estrelas se formam na Via Láctea e na atmosfera de planetas fora do Sistema Solar. Pode até ser possível descobrir a composição dessas atmosferas.

O NIRCam, visto aqui, medirá a luz infravermelha de galáxias extremamente distantes e antigas. Crédito da imagem: NASA / Chris Gunn, CC BY

Desde que Edwin Hubble provou que as galáxias distantes são como a Via Láctea, os astrônomos perguntam: Qual a idade das galáxias mais antigas? Como elas se formaram pela primeira vez? E como elas mudaram ao longo do tempo? O telescópio Webb foi originalmente apelidado de “Primeira Máquina de Luz” porque foi projetado para responder a essas mesmas perguntas.

Um dos principais objetivos do telescópio é estudar galáxias distantes perto da borda do universo observável. Leva bilhões de anos para que a luz dessas galáxias atravesse o universo e alcance a Terra. Eu estimo que as imagens que meus colegas e eu iremos coletar com o NIRCam poderiam mostrar protogaláxias que se formaram apenas 300 milhões de anos após o Big Bang, quando elas tinham apenas 2% de sua idade atual.

Encontrar as primeiras agregações de estrelas que se formaram após o Big Bang é uma tarefa difícil por um motivo simples: essas protogaláxias estão muito distantes e, portanto, parecem muito fracas.

O espelho de Webb é feito de 18 segmentos separados e pode coletar mais de seis vezes mais luz do que o espelho do Telescópio Espacial Hubble. Objetos distantes também parecem ser muito pequenos, então o telescópio deve ser capaz de focalizar a luz o mais firmemente possível.

O telescópio também tem que lidar com outra complicação: como o universo está se expandindo, as galáxias que os cientistas vão estudar com o telescópio Webb estão se afastando da Terra e o efeito Doppler entra em ação. Assim como o tom da sirene de uma ambulância diminui e se torna mais profundo quando ela passa e começa a se afastar de você, o comprimento de onda da luz de galáxias distantes muda da luz visível para a luz infravermelha.

As cinco camadas de material prateado sob o espelho de ouro são uma proteção solar que refletirá a luz e o calor para manter os sensores incrivelmente frios. Crédito da imagem: NASA / Chris Gunn, CC BY

O Webb detecta luz infravermelha - é essencialmente um telescópio de calor gigante. Para “ver” galáxias fracas na luz infravermelha, o telescópio precisa estar excepcionalmente frio ou então tudo o que veria seria sua própria radiação infravermelha. É aqui que entra o escudo térmico. O escudo é feito de um plástico fino revestido com alumínio. Tem cinco camadas de espessura e mede 46,5 pés (17,2 metros) por 69,5 pés (21,2 metros) e manterá o espelho e os sensores a menos 390 graus Fahrenheit (menos 234 Celsius).

O telescópio Webb é uma incrível façanha de engenharia, mas como levar isso com segurança para o espaço e garantir que funcionará?

Engenheiros e cientistas testaram todo o telescópio em uma câmara de vácuo criogênica extremamente fria e de baixa pressão. Crédito da imagem: NASA / Chris Gunn, CC BY

Teste e ensaio

O Telescópio Espacial James Webb orbitará a um milhão de milhas da Terra, cerca de 4.500 vezes mais distante do que a Estação Espacial Internacional e longe demais para ter suporte de astronautas.

Nos últimos 12 anos, a equipe testou o telescópio e os instrumentos, sacudiu-os para simular o lançamento do foguete e testou-os novamente. Tudo foi resfriado e testado sob as condições operacionais extremas de órbita. Nunca esquecerei quando minha equipe estava em Houston testando o NIRCam usando uma câmara projetada para o rover lunar Apollo. Foi a primeira vez que minha câmera detectou luz que ricocheteou no espelho do telescópio, e não poderíamos estar mais felizes, embora o furacão Harvey estivesse lutando contra nós do lado de fora.

Os ensaios e o treinamento no Space Telescope Science Institute são essenciais para garantir que o processo de montagem ocorra sem problemas e que quaisquer anomalias inesperadas possam ser resolvidas. Crédito da imagem: NASA / STScI, CC BY

Os ensaios e o treinamento no Space Telescope Science Institute são essenciais para garantir que o processo de montagem ocorra sem problemas e que quaisquer anomalias inesperadas possam ser resolvidas. NASA/STScI, CC BY.

Após o teste, vieram os ensaios. O telescópio será controlado remotamente por comandos enviados por um link de rádio. Mas como o telescópio estará muito longe, levará seis segundos para o sinal chegar até lá, não há controle em tempo real. Portanto, nos últimos três anos, minha equipe e eu temos ido ao Space Telescope Science Institute em Baltimore e executado missões de ensaio em um simulador que cobre tudo, desde o lançamento até as operações científicas de rotina. A equipe até fez treinamentos com situações de problemas em potencial que os organizadores do teste nos lançam e chamam de forma fofa de "anomalias".

Algum alinhamento necessário

A equipe Webb continuará a ensaiar e praticar até a data de lançamento em dezembro, mas nosso trabalho está longe de terminar, depois que Webb for dobrado e carregado no foguete.

Precisamos esperar 35 dias após o lançamento para que as peças esfriem antes de iniciar o alinhamento. Depois que o espelho se desdobrar, o NIRCam tirará sequências de imagens de alta resolução dos segmentos individuais do espelho. A equipe do telescópio analisará as imagens e instruirá os motores a ajustar os segmentos em passos medidos em bilionésimos de metros. Assim que os motores moverem os espelhos para a posição, confirmaremos que o alinhamento do telescópio estará perfeito. Esta tarefa é tão crítica que há duas cópias idênticas do NIRCam a bordo, se uma falhar, a outra pode assumir o trabalho de alinhamento.

Esse processo de alinhamento e verificação deve levar seis meses. Quando terminar, o Webb começará a coletar dados. Após 20 anos de trabalho, os astrônomos terão finalmente um telescópio capaz de perscrutar os confins mais distantes do universo.

Este artigo foi publicado originalmente em: The Conversation. Leia o original aqui.

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Referência:

RIEKE, Marcia. James Webb Space Telescope: An astronomer on the team explains how to send a giant telescope to space – and why. The Conversation, 15, set. 2021. Disponível em: <https://theconversation.com/james-webb-space-telescope-an-astronomer-on-the-team-explains-how-to-send-a-giant-telescope-to-space-and-why-167516>. Acesso em: 20, set. 2021.