NASA quer fotografar a superfície de um exoplaneta

Nossa galáxia está potencialmente cheia de planetas habitáveis. Uma equipe de cientistas planeja tirar uma foto de uma delas transformando o sol em uma lente de câmera gigante

NÃO FAZ muito tempo que os únicos planetas conhecidos em nossa galáxia eram aqueles que orbitam nosso próprio sol. Mas nas últimas décadas, os astrônomos descobriram milhares de exoplanetas e concluíram que superam o número de estrelas em nossa galáxia. Muitos desses mundos alienígenas têm propriedades fantásticas , como oceanos de lava em todo o planeta ou nuvens que chovem ferro. Outros podem ter condições surpreendentemente semelhantes à Terra . Nunca seremos capazes de viajar para esses mundos distantes para ver por nós mesmos, mas uma missão audaciosa para o espaço interestelar pode nos permitir admirá-los de longe.

Na semana passada, o programa Innovative Advanced Concept da NASA anunciou sua nova coorte de cientistas que passarão o próximo ano desenvolvendo conceitos de missões espaciais que parecem ter sido extraídos diretamente da ficção científica. Entre as subvenções do NIAC deste ano estão propostas para transformar uma cratera lunar em uma antena de rádio gigante , desenvolver um sistema de desaceleração de antimatéria e mapear o interior de um asteróide . Mas o conceito mais espetacular do grupo foi apresentado por Slava Turyshev, físico do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA que quer fotografar um exoplaneta usando o sol como uma lente de câmera gigante.

É uma idéia baseada em uma teoria centenária lançada pela primeira vez por Albert Einstein, que calculou que a gravidade de uma estrela faria com que a luz de outra estrela se dobrasse ao redor dela, criando efetivamente uma lente gigante. Se você ficasse na região focal onde a luz curvada converge, a “lente gravitacional solar” aumentaria significativamente o que estava por trás da estrela. A teoria de Einstein sobre lentes gravitacionais é agora um fato bem estabelecido. Os cosmólogos observacionais usam regularmente as lentes gravitacionais das galáxias e aglomerados de galáxias para estudar objetos mais distantes.

O plano de Turyshev aproveitaria esse efeito enviando um telescópio a uma viagem de 100 bilhões de quilômetros até a região focal do Sol para fotografar um exoplaneta habitável e parecido com a Terra que está a até 100 anos-luz de distância. Ele calcula que o envio de um telescópio com apenas um terço do tamanho do Telescópio Espacial Hubble para a região focal do sol poderia produzir uma imagem com a qualidade de megapixels de um exoplaneta após alguns anos de fotos. Se o exoplaneta alvo for do tamanho da Terra, cada pixel cobriria 35 quilômetros quadrados. Turyshev diz que seria uma resolução melhor do que a famosa foto " Earthrise ", tirada pelos astronautas da Apollo 8, e definição mais que suficiente para distinguir as características da superfície e quaisquer sinais de vida na superfície do exoplaneta.

"A principal motivação para todos que contribuem para este projeto é mover essa idéia da ficção científica para a realidade, para que a atual geração de pessoas que vive neste planeta possa desfrutar de imagens de um mundo alienígena", diz Turyshev. "'Estamos sozinhos?' é uma pergunta que todos fazemos, e podemos respondê-la durante toda a nossa vida. ”

Tirar fotos de nossos vizinhos extraterrestres é uma ideia atraente, mas os desafios tecnológicos envolvidos com esta missão são surpreendentes. Primeiro, considere a grande distância: 60 bilhões de milhas estão cerca de 16 vezes mais longe do sol do que Plutão. Se você estivesse viajando na velocidade da luz, levaria mais de três dias para percorrer essa distância. A Voyager 1, que se aventurou mais no espaço interestelar do que qualquer outro objeto feito pelo homem, viajou apenas cerca de 21 bilhões de quilômetros - e a sonda levou 40 anos para chegar lá.

Simplesmente levar a sonda ao lugar certo é um grande desafio. Ao contrário de uma lente de câmera, o sol não tem um único ponto focal, mas uma linha focal que começa a cerca de 80 bilhões de quilômetros de distância e se estende infinitamente ao espaço. A imagem de um exoplaneta pode ser imaginada como um tubo com menos de uma milha de diâmetro centrado nessa linha focal e localizado a 100 bilhões de milhas de distância no vasto vazio do espaço interestelar. O telescópio deve alinhar-se perfeitamente dentro deste tubo para que você possa desenhar uma linha imaginária do centro do telescópio, passando pelo centro do sol até uma região no exoplaneta.

Para criar imagens do exoplaneta, o telescópio se move dentro do tubo tirando uma foto em cada nova posição, o que representa uma nova visão da superfície do exoplaneta. Como cada posição corresponde a um pixel na imagem final, o telescópio deve apontar com extrema precisão e manter essa precisão por tempos de exposição que variam de alguns minutos a várias horas.

Representação artística de uma possível imagem de um telescópio Solar Gravitational Lens (SGL). ILUSTRAÇÃO: SLAVA TURYSHEV / NASA

As dificuldades não param por aí. Quando a gravidade do sol amplia um objeto, ele não produz uma imagem coerente como uma lente de câmera. Em vez disso, a imagem é manchada ao redor da borda do sol em uma auréola chamada anel de Einstein. Essa auréola aparece dentro da coroa do sol, sua atmosfera externa ardente, que distorce a imagem e a cobre com brilho. Cada anel de Einstein corresponde a um pixel na imagem final e contém uma mistura da luz refletida de uma pequena região da superfície do exoplaneta e do resto do planeta. Para capturar a imagem completa do exoplaneta, o telescópio deve captar o sinal fraco do anel de Einstein contra o enorme ruído de fundo da coroa solar, extrair esse sinal e usar algoritmos de desfoque para recuperar os dados relevantes. Para criar uma imagem megapixel,

Turyshev e seus colegas tiveram que projetar uma estrutura de missão única para lidar com esses desafios extremos. Viajar 60 bilhões de quilômetros durante a vida humana não é possível usando a tecnologia de propulsão convencional, como motores de foguetes. Em vez disso, Turyshev quer usar frotas de pequenas naves espaciais equipadas com velas solares, cada uma não muito maior que um microondas. A sonda iniciaria sua jornada passando a cerca de 10 milhões de quilômetros do sol. A assistência à gravidade solar, mais o impulso da luz solar que empurra as velas solares como o vento agindo em um veleiro, chicoteiam a sonda até 300.000 milhas por hora. Isso é semelhante às velocidades alcançadas durante um passe solar recente pela Parker Solar Probe, a espaçonave mais rápida já construída .

A essas velocidades, a espaçonave levaria cerca de 25 anos para chegar ao início da região focal do sol no espaço interestelar. Cada espaçonave da frota estaria carregando um componente do telescópio e, ao longo do caminho, eles montariam o telescópio. Quando o telescópio chegar ao seu destino, ele terá que confiar nos sistemas de IA para fazer seu trabalho; esperar quase quatro dias por comandos da Terra simplesmente não será suficiente. O telescópio também precisará de algum processamento robusto a bordo para realizar a análise de sinal necessária para entender os dados.

É pedir muito de uma missão, mas Turyshev acredita que as tecnologias necessárias amadureceram o suficiente para tornar isso possível. Foguetes reutilizáveis reduziram drasticamente o custo do acesso ao espaço. Pequenos satélites são usados ​​regularmente para missões sofisticadas no espaço profundo . A sonda Voyager está viva e bem no espaço interestelar . As velas solares se abriram em várias missões . E estamos à beira de montar telescópios no espaço . "Pensamos que podemos fazer a observação com a tecnologia que temos agora", diz Turyshev.

As subvenções do NIAC são distribuídas em fases que vão desde conceitos que são pouco mais que uma idéia (fase I) até aqueles que estão basicamente prontos para se tornar uma missão real (fase III). O plano de Turyshev de tirar uma fotografia de alta resolução de um exoplaneta é apenas o terceiro projeto a receber uma concessão da fase III na história do NIAC.

Mas nem todos compartilham o otimismo de Turyshev sobre as perspectivas da missão. Pontus Brandt é físico do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins e também trabalha em um conceito de missão interestelar para a NASA . Embora ele tenha reconhecido que a proposta de Turyshev é "teoricamente muito atraente", Brandt diz que "existem muitas armadilhas que podem tornar isso inviável". Em particular, ele levantou preocupações sobre a precisão do telescópio, que, segundo ele, teria que demonstrar uma precisão de apontamento 300 vezes maior do que a do telescópio espacial Hubble, enquanto estava nas áreas desconhecidas do profundo espaço interestelar.

Brandt também diz que é cético quanto ao fato de existir material de vela solar capaz de suportar as extremas acelerações e temperaturas experimentadas pela sonda ao deixar o sistema solar. "Dobra-se para trás como um guarda-chuva", diz Brandt. "Não vi soluções para estruturas mecânicas que possam manter essa força."

Há também a questão de encontrar um alvo adequado, que Turyshev diz que deveria ser um planeta com propriedades semelhantes à Terra. Dada a quantidade de tempo e recursos materiais necessários para que a missão aconteça, não queremos tirar uma foto de um mundo morto e frio. Mas dos milhares de exoplanetas descobertos até o momento, apenas alguns têm propriedades que os tornam potencialmente habitáveis, o que significa que esses planetas são rochosos, aproximadamente do tamanho da Terra, e orbitam sua estrela hospedeira a distâncias que permitem a existência de água líquida em suas superfícies. . As restrições tecnológicas da missão significam que o planeta deve estar localizado a cerca de 100 anos-luz do nosso sistema solar, se quisermos uma foto com qualidade megapixel. Na melhor das hipóteses, nossa primeira foto de um exoplaneta revelará sinais de vida, como vegetação. Se existe vida inteligente,

Mas, neste ponto, os astrônomos ainda precisam concluir definitivamente que qualquer um dos exoplanetas potencialmente habitáveis ​​descobertos até agora é de fato habitável. Até a definição do que constitui um planeta habitável ainda é uma área de debate ativo, diz Nikole Lewis, astrônomo da Universidade Cornell que estuda atmosferas de exoplanetas. Ela diz que uma nova geração de telescópios de caça de exoplanetas, como o recém-lançado Transiting Exoplanet Survey Satellite e o futuro James Webb Space Telescope, ajudará os astrônomos a descobrir muitos planetas potencialmente habitáveis, embora em torno de estrelas menores que o nosso sol. "A caracterização de um planeta do tamanho da Terra na zona habitável de uma estrela parecida com o sol, necessária para dublá-lo de 'habitável' provavelmente terá que esperar por instalações futuras que empregam novas tecnologias", diz Lewis.

Como parte da concessão da fase III do NIAC, Turyshev e seus colegas trabalharão para resolver muitas das questões tecnológicas com a missão proposta. Turyshev diz que um dos objetivos é desenvolver uma missão de demonstração tecnológica e lançá-la nos próximos anos. Isso envolveria equipar uma espaçonave com velas solares, elevando-a a velocidades extremamente altas e depois fotografando alguns objetos em nosso sistema solar. Ele sugeriu perseguir um objeto interestelar , que passa pelo nosso sistema solar interno, como um exemplo de um bom alvo em potencial para a missão.

"No final da fase III, gostaríamos de obter compromissos da NASA e de parceiros do setor para uma missão de demonstração tecnológica", diz Turyshev. "Gostaríamos de chegar o mais próximo possível da realidade."

Não há garantia de que a missão de fotografar um exoplaneta seja concretizada, mas Turyshev diz que poderá ser lançado assim que o início da década de 2030, se a NASA decidir persegui-lo. Dado um tempo de viagem de 25 anos e alguns anos para coletar os dados, isso significa que poderíamos ter uma foto de alta resolução de um planeta alienígena assim que o início dos anos 2060. Seria uma das missões mais ambiciosas já realizadas, e as chances de sucesso são longas. Mas também significa revolucionar nossa compreensão do universo e nosso lugar dentro dele. "É através de sonhadores como Slava que essas coisas realmente acontecem", diz Brandt. "Às vezes é muito louco para ser verdade, mas ele é um sonhador que não desistiu."

Fonte: https://www.wired.com/