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terça-feira, 16 de abril de 2024

50 anos atrás, Copérnico da NASA estabeleceu o padrão para a astronomia espacial

Às 6h28 EDT de 21 de agosto de 1972, o satélite Copernicus da NASA, o telescópio espacial mais pesado e complexo de seu tempo, iluminou o céu enquanto subia em órbita do Complexo de Lançamento 36B no que hoje é a Estação da Força Espacial de Cabo Canaveral , Flórida.

Inicialmente conhecido como Orbiting Astronomical Observatory (OAO) C, tornou-se OAO 3 uma vez em órbita à moda da época. Mas também foi renomeado para homenagear o 500º aniversário do nascimento de Nicolau Copérnico (1473-1543). O astrônomo polonês formulou um modelo do sistema solar com o Sol na posição central em vez da Terra, rompendo com 1.300 anos de tradição e desencadeando uma revolução científica.

Assista: Este segmento vintage sobre Copérnico vem de uma edição de 1973 do “The Science Report”, uma série de filmes de longa duração produzida pela Agência de Informação dos EUA.
Crédito: Arquivos Nacionais (306-SR-138B)

Equipado com o maior telescópio ultravioleta já orbitado na época, bem como quatro instrumentos de raios-X co-alinhados, Copernicus foi sem dúvida o primeiro observatório de astronomia multi-comprimento de onda dedicado da NASA. Isso o torna um antepassado de satélites operacionais como o Observatório Neil Gehrels Swift da NASA , que observa o céu em luz visível, ultravioleta e de raios-X.

O Observatório Astronômico Orbital C – chamado Copernicus em órbita – fica na sala limpa do Hangar AE na Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral, na Flórida, após a montagem de seus painéis solares estacionários. 
Copérnico era o único membro da série que ostentava as grandes estruturas cilíndricas no topo da espaçonave, que impediam que a luz difusa chegasse aos instrumentos.
Crédito: NASA

“As duas espaçonaves também compartilham conexões institucionais”, observa o investigador principal da Swift, S. Bradley Cenko, do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. “Goddard gerenciou ambas as missões, e o experimento de raios-X em Copernicus foi fornecido pelo  Mullard Space Science Laboratory  da  University College London , que também contribuiu com o Ultraviolet/Optical Telescope de Swift  .”

Aprender a apontar e segurar um telescópio em órbita em uma estrela por tempo suficiente para que os detectores capturem sua luz provou ser muito mais difícil do que o esperado. Os satélites projetados para estudar o Sol na época tinham uma vantagem embutida – eles visavam o objeto mais brilhante do sistema solar. Copérnico voou com uma nova unidade de referência inercial (IRU) desenvolvida pelo Massachusetts Institute of Technology . Giroscópios na IRU aceleraram o processo de aquisição de alvos, enquanto outros sistemas mantinham o satélite travado. Em um estudo dos primeiros 500 dias da missão, um engenheiro resumiu observando que a IRU havia tornado o voo de Copérnico “uma operação chata”.

Nos primeiros dias da NASA, os astrônomos enfatizaram a necessidade de estudos ultravioleta (UV), que não podiam ser feitos do solo, e isso se tornou o foco principal do programa OAO. Dos quatro satélites lançados, um falhou após três dias no espaço e outro nunca chegou à órbita. OAO 2, lançado em 1968 e batizado de Stargazer , forneceu anos de observações, incluindo espectros estelares de baixa resolução, que espalham comprimentos de onda como um arco-íris para revelar as impressões digitais UV de moléculas e átomos específicos. Copérnico foi ainda mais fundo, capturando espectros com detalhes até 200 vezes melhores em alguns comprimentos de onda.

“Esta missão obteve espectros de alta resolução de muitas estrelas no UV e forneceu informações nos comprimentos de onda mais curtos alcançados por muitos anos”, escreveu Nancy Grace Roman, a primeira chefe de astronomia do Escritório de Ciências Espaciais na sede da NASA, Washington, e o cientista do programa de Copérnico. Durante a missão, Roman se tornou uma das forças motrizes por trás do projeto do Grande Telescópio Espacial, agora conhecido como Telescópio Espacial Hubble da NASA . Ela também é o homônimo do Telescópio Espacial Romano da NASA , que deve decolar em alguns anos.

A jovem e quente estrela Zeta Ophiuchi é vista aqui em infravermelho (verde e vermelho) e luz de raios-X (azul) dos telescópios espaciais Spitzer e Chandra da NASA. 
A estrela é parcialmente velada por uma nuvem interestelar. 
Seus fluxos estelares e movimento através do espaço se combinam para produzir a onda de choque vermelha e verde. 
Copérnico mediu a luz ultravioleta da estrela, encontrando evidências de que a maior parte do gás interestelar vem na forma de hidrogênio molecular.
Crédito: Raio-X: NASA/CXC/Dublin Inst. 
Estudos Avançados/S. 
Green et ai.; 
Infravermelho: NASA/JPL/Spitzer

O principal instrumento a bordo do Copernicus foi o Princeton Experiment Package, que capturou a luz UV usando um espelho de 32 polegadas (0,8 metros) com cerca de um terço do tamanho do Hubble. Liderado por  Lyman Spitzer Jr.  na Universidade de Princeton, em Nova Jersey, o instrumento produziu um tesouro de informações sobre o gás interestelar e os fluxos ionizados de estrelas quentes. Seu primeiro alvo, uma estrela chamada Zeta Ophiuchi que é parcialmente velada por uma nuvem interestelar, mostrou forte absorção de moléculas de hidrogênio. Medições de dezenas de outras estrelas confirmaram uma teoria que previa que a maior parte do hidrogênio nas nuvens de gás existia nesta forma.

Em 1946, Spitzer começou a especular sobre os tipos de ciência que poderiam ser possíveis com um grande telescópio orbital, tornando-se mais tarde o catalisador para  o desenvolvimento do Hubble . O  Telescópio Espacial Spitzer da NASA , que operou de 2003 a 2020 e explorou, entre outras fontes, as nuvens frias onde nascem as estrelas, foi nomeado em sua homenagem.

Na época em que a NASA estava considerando propostas de instrumentos para Copérnico, apenas um objeto celeste, o Sol, era conhecido por emitir raios-X. Isso mudou em 1962. Voando novos detectores de raios X em um foguete suborbital, uma equipe de pesquisa liderada por Riccardo Giacconi na American Science and Engineering Inc., então em Cambridge, Massachusetts, descobriu a primeira fonte de raios X além do sistema solar , chamada Escorpião X-1. Vôos adicionais descobriram mais fontes cósmicas, incluindo Cygnus X-1, há muito suspeito e agora conhecido por hospedar um buraco negro de massa estelar .

Com este avanço, Giaconni propôs o primeiro satélite dedicado a mapear o céu de raios-X. Lançado em 1970 e operando por três anos, o satélite Uhuru da NASA mapeou mais de 300 fontes, mostrou que muitas são estrelas de nêutrons ou buracos negros alimentados por fluxo de gás de companheiros estelares e descobriu raios-X do gás quente em aglomerados de galáxias. Giaconni iria propor satélites de raios X mais poderosos – o Observatório Einstein da NASA , que operou de 1978 a 1981, e o atual carro-chefe de raios X da NASA, o Observatório de raios X Chandra , lançado em 1999.

Esta ilustração de meados da década de 1960 mostra um astronauta atendendo um futuro satélite da OAO. 
Os astronautas fizeram reparos orbitais no Skylab, a primeira estação espacial da NASA, em 1973 e no satélite Solar Maximum Mission em 1984. Mas a visão ilustrada aqui encontrou sua realização final com as cinco missões bem-sucedidas de manutenção e atualização do Telescópio Espacial Hubble da NASA de 1993 a 2009 .
Crédito: NASA

A experiência de raios-X a bordo do Copernicus foi liderada por Robert Boyd na University College London, e os três telescópios enfrentaram desafios significativos. Os detectores de comprimento de onda mais longo foram inundados por um nível inesperadamente alto de radiação de fundo. Ele provou vir de uma vasta nuvem em forma de cometa de átomos de hidrogênio ao redor da Terra, chamada de geocorona , que espalha a luz ultravioleta distante. Instrumentos posteriores adicionaram um filtro ajustado para absorver os raios UV, mas permitiram a passagem dos raios X.

Em junho de 1973, cientistas de Goddard notaram um problema com um obturador nos telescópios de raios-X. O dispositivo foi usado para bloquear periodicamente os raios X de atingir o detector para que os cientistas pudessem rastrear a mudança de radiação de fundo de partículas carregadas em diferentes partes da órbita. Agora sua operação se tornou hesitante. Preocupado que o obturador pudesse permanecer permanentemente na posição fechada, a equipe do instrumento decidiu parar de usá-lo. Mas um comando final conseguiu – e o obturador pegajoso ficou fechado, cegando os instrumentos.

Um quarto detector desconectado de um telescópio continuou funcionando durante a missão. Este contador de raios-X mediu a radiação de 1 a 3 angstroms em um amplo campo de visão – 2,5 por 3,5 graus, cerca de 40 vezes a área aparente de uma lua cheia.

O experimento de raios-X descobriu vários pulsares de longo período, incluindo X Persei. Os pulsares – tipicamente, estrelas de nêutrons giratórias – balançam um feixe de radiação em nossa direção cada vez que giram, geralmente dezenas a milhares de vezes por segundo. Estranhamente, o pulsar X Persei demora 14 minutos por rodada.

Copérnico realizou monitoramento de longo prazo de pulsares e outras fontes brilhantes, e observou Nova Cygni 1975, uma explosão na anã branca em um sistema binário próximo. O experimento descobriu quedas curiosas na absorção de raios-X em Cygnus X-1, provavelmente causadas por aglomerados frios e densos no gás que flui para longe da estrela. E o satélite registrou raios-X variados da galáxia Centaurus A, alimentada por buracos negros , localizada a cerca de 12 milhões de anos-luz de distância.

Copérnico retornou observações de raios-X e UV por 8,5 anos antes de sua aposentadoria em 1981, e ainda orbita a Terra hoje. Ele deixou o palco central da astronomia espacial à medida que observatórios mais avançados apareceram, notadamente o Einstein e o International Ultraviolet Explorer , lançado em 1978 e operado por quase 19 anos. As observações de Copérnico aparecem em mais de 650 artigos científicos. Seus instrumentos estudaram cerca de 450 objetos únicos visados ??por mais de 160 investigadores nos Estados Unidos e 13 outros países.

Créditos: NASA

José Ruiz Watzeck
José Ruiz Watzeckhttps://escolassempatria.blogspot.com/
Jornalista, Escritor, Autor, Geógrafo, Matemático, Professor, Neuropsicopedagogo, Especialista em Docência do Ensino Superior, Pós graduado em Auditoria, Gestão e Licenciamento Ambiental, Pós graduado em Geoprocessamentos e Georreferenciamentos, Pedagogo, especialista em Astronomia e Astrofísica.

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