Como funcionam os telescópios espaciais? Conheça os mais importantes

Hoje, os astrônomos podem contar com milhares de telescópios instalados em diversos lugares do mundo, proporcionando novos conhecimentos sobre o universo. Felizmente, há também uma série de telescópios espaciais, capazes de realizar observações e detectar comprimentos de onda que dificilmente seriam possíveis a partir da observação no solo. Mas exatamente como funcionam os telescópios espaciais? E quais são os mais importantes já lançados?

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Como funcionam os telescópios espaciais

É inegável que os telescópios em solo são de enorme importância para estudos na astronomia. Afinal, eles têm menor custo, são mais fáceis de se realizar manutenções, podem ser atualizados e, ainda, não correm risco de serem atingidos por detritos espaciais em órbita. Mesmo assim, estes tipos de telescópios ainda têm algumas desvantagens.

É que, embora sejam construídos em locais de altas altitudes e distantes da poluição luminosa, os telescópios em solo ficam sujeitos a distorções causadas pela atmosfera da Terra, cuja turbulência afeta a luz vinda de objetos distantes. Na prática, isso significa que as imagens obtidas podem perder "nitidez".

Por isso, os telescópios em solo precisam de outras técnicas para reduzir os efeitos da turbulência — uma delas é a óptica adaptativa, uma tecnologia que usa um feixe de luz para servir como uma "estrela artificial" e, assim, auxiliar os astrônomos a calibrarem os instrumentos para mitigar as distorções.

Mesmo com formas de melhorar as observações, a distorção causada pela atmosfera terrestre virou uma grande preocupação para astrônomos durante a decada de 1960. Naquele período, alguns astrônomos instalaram telescópios em balões para, quem sabe, conseguir imagens mais nítidas, mas logo ficou claro que o ideal seria levar telescópios à órbita para, assim, resolver o problema.

Foi neste contexto que a NASA criou o programa Great Observatories, que levou ao desenvolvimento dos telescópios Hubble, Compton, Chandra e Spitzer, lançados à órbita da Terra ao longo da década de 1990. A grande vantagem do quarteto de telescópios é que, como não estão sob a atmosfera, eles obtiveram uma visão muito mais clara e nítida do universo, conseguindo detectar também frequências e comprimentos de onda de todo o espectro eletromagnético — os observatórios em solo não conseguem captar essas emissões, já que grande parte delas é absorvida pela atmosfera.

Já no espaço, a captura da luz nos telescópios é realizada com a ajuda de sistemas de espelhos. Por exemplo, considere o Hubble: este é um telescópio que, em seu interior, há um sistema óptico formado por dois espelhos. Ao observar um objeto, a luz deste viaja pelo interior do telescópio até chegar ao espelho côncavo primário, que irá refletir a luz de volta à frente do telescópio. Lá, ela encontra um espelho secundário convexo, que a focaliza e transforma em um feixe que é direcionado a uma abertura no espelho primário. Por fim, a luz é direcionada aos instrumentos do telescópio, que a analisam.

O Hubble pode ser o telescópio espacial mais famoso de todos, mas há uma série de outros telescópios espaciais que fizeram história e proporcionaram muitas descobertas sobre o universo. Conheça abaixo alguns dos telescópios espaciais mais importantes da história:

Observatório Chandra

O observatório Chandra foi criado para ser o observatório de raios X mais completo já construído, e foi lançado pelos tripulantes do ônibus espacial Columbia, em julho de 1999. Em seu interior, há um telescópio de raios X com espelhos para focalizar os raios de objetos distantes, além de instrumentos científicos capazes de registrar estes raios e analisá-los. Tudo isso ficava abrigado dentro de uma estrutura que fornecia as condições necessárias para o telescópio e seus instrumentos funcionarem. Estes equipamentos foram pensados para o observatório registrar raios de objetos altamente energéticos.

O telescópiou já opera há 22 anos e segue ativo até hoje, funcionando em sua missão estendida. Durante suas atividades, o Chandra conduziu análises do espectro dos remanescentes de supernovas, observou o que há ao redor de Sagitário A* (o buraco negro supermassivo presente no coração da Via Láctea), e até identificou outros destes objetos universo afora. Ainda, o Chandra forneceu mais pistas sobre o mistério da matéria escura por meio de observações da colisão das galáxias em um aglomerado.

Telescópio Espacial Hubble

Em 24 de abril de 1990, o ônibus espacial Discovery lançou um telescópio que, ao longo de seus mais de 30 anos de operação, revolucionou a astronomia.

O Hubble foi criado para servir a finalidades mais amplas, sendo capaz de explorar o universo na luz visível, infravermelha e ultravioleta. Isso permitiu que o telescópio produzisse belas imagens de estrelas, galáxias e outros objetos astronômicos, que ajudaram os astrônomos a entender o universo de novas formas. Para isso, ele foi implantado em uma órbita a aproximadamente 560 km de altitude, que permite coletar dados e imagens com alta nitidez e precisão.

Desde então, o Hubble já fez mais de 1,4 milhão de observações e coletou dados que mudaram a forma como os astrônomos entendem o universo. Antes de seu lançamento, os astrônomos estimavam que o universo tinha idade de algo entre 10 e 20 bilhões de anos, mas o Hubble ajudou a a refinar este número para aproximadamente 13,8 bilhões de anos.

Além disso, o Hubble descobriu também buracos negros supermassivos no interior de galáxias distantes e até mapeou a presença de matéria escura ao redor de aglomerados de galáxias. Por fim, uma das maiores descobertas deste telescópio foi também a expansão do universo, impulsionada pela misteriosa energia escura.

Telescópio Espacial Kepler

O telescópio Kepler foi lançado em 2009 para dar início a uma missão ambiciosa. A ideia era descobrir, afinal, o quão comum é a ocorrência de planetas parecidos com a Terra no restante da nossa galáxia. Para isso, o Kepler analisava pequenas diminuições no brilho de estrelas causadas por possíveis planetas passando à frente delas — método conhecido como "trânsito".

Além disso, ele se mantinha "preso" aos seus alvos no espaço com o auxílio de instrumentos parecidos com giroscópios, que permitem se manter na posição addequada. Após nove anos em órbita, coletando dados variados, o Kepler mostrou como resultado que o céu noturno abriga bilhões de planetas escondidos, orbitando estrelas distantes.

O Kepler foi aposentado em 2018, deixando um legado de mais de 2.600 exoplanetas identificados fora do Sistema Solar — e vários deles têm condições amigáveis para abrigar a vida como conhecemos. A análise mais recente dos dados do observatório mostrou que entre 20% e 50% das estrelas no céu têm chances altas de ter planetas pequenos e rochosos, que podem estar em suas zonas habitáveis. Ainda, o Kepler mostrou também a diversidade dos tipos de planetas, abrindo os olhos dos cientistas para novas possibilidades.

Telescópio Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS): o sucessor do Kepler

Após o encerramento das operações do telescópio Kepler, em 2018 a NASA lançou o telescópio Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) para dar continuidade à busca de planetas em outros sistemas estelares, principalmente daqueles que possam abrigar vida. Para isso, o TESS foi pensado para analisar o céu ao longo de dois anos, dividindo-o em 26 regiões. Depois, as câmeras potentes no interior do telescópio observam os diferentes setores em busca de estrelas que sejam de 30 a 100 vezes mais brilhantes que aquelas observadas pela missão Kepler.

Assim, a busca por exoplanetas ocorre por meio da análise do trânsito planetário, ou seja, o TESS acompanha reduções no brilho das estrelas analisadas que podem ser causadas por planetas passando à frente delas. Desde seu lançamento, os dois primeiros anos de operação do TESS renderam a descoberta de evidências de mais de 2.200 candidatos a exoplanetas.

Telescópio Espacial Spitzer

Lançado em 2003, o telescópio espacial Spitzer foi a missão final do programa Great Observatories. Enquanto o Hubble, o Compton e o Chandra foram telescópios projetados para observar a luz visível, os raios rama e os raios X, respectivamente, o papel do Spitzer foi detectar a radiação infravermelha.

Para isso, ele contou com dois componentes: uma estrutura que abrigava um telescópio de 85 cm e três instrumentos científicos, e o sistema responsável por controlar o telescópio, alimentar os instrumentos e transmitir os dados científicos à Terra. Ao contrário dos outros observatórios do programa, o Spitzer orbitava o Sol a distância suficiente da Terra para impedir que a luz infravermelha do nosso planeta afetasse as observações.

Como era um observatório voltado para a luz infravermelha, o Spitzer conseguiu coletar luzde regiões do espaço que ficam escondidas para os telescópios ópticos, detectando também emissões vindas de objetos mais frios. Na prática, os instrumentos do telescópio permitiram que os cientistas observassem berçários estelares ocultos por poeira, o centro das galáxias, as chamadas "estrelas fracassadas", nuvens moleculares e até sistemas planetários em formação.

O Spitzer foi criado para durar pelo menos 2,5 anos, mas seguiu na ativa por incríveis 16 anos, sendo aposentado no início de 2020.

Telescópio Espacial Fermi

O telescópio Fermi foi lançado em 2008 com o objetivo de estudar a radiação gama, a forma de luz mais energética que conhecemos. Este telescópio foi considerado quase um sucessor do observatório Compton, da NASA, que fez parte do programa Great Observatories e operou de 1991 a 1999.

O Fermi foi equipado com um instrumento científico principal e um complementar, tendo também 30 vezes mais sensibilidade e um campo de visão e recursos duas vezes maiores quando comparados ao Compton. Passados cinco anos de operações, foi em 2013 que o telescópio iniciou a fase estendida de sua missão, dedicada à observação dos fenômenos altamente energéticos.

Como os raios gama têm bilhões de vezes mais energia do que a luz visível e podem ser liberados por alguns dos objetos mais exóticos presentes no universo, o Fermi foi criado para explorar os ambientes mais extremos do espaço e buscar sinais de novas leis da física, tentando também esclarecer o que forma a misteriosa matéria escura.

Com o Fermi, os cientistas puderam responder perguntas relacionadas a áreas diversas e complexas, como sistemas de buracos negros supermassivos e a aceleração de jatos de matéria a velocidades próximas da daquela da luz, as origens dos raios cósmicos, entre outros.

Bônus: o vindouro Telescópio Espacial James Webb

Após o legado do Hubble, o telescópio James Webb é o próximo grande observatório da ciência espacial. Fruto de uma parceria entre a NASA, a Agência Espacial Europeia (ESA) e a agência espacial do Canadá (CSA), ele foi criado para responder grandes perguntas do universo e irá proporcionar enormes descobertas através estudos de todas as fases do universo, incluindo a formação das primeiras estrelas após o Big Bang até o nascimento de sistemas planetários capazes de abrigar vida e, claro, a evolução do Sistema Solar.

Para isso, o Webb contará com um espelho primário de 6,5 m formado por 18 fragmentos, capaz de coletar quase seis vezes mais luz que o Hubble. Ainda, o James Webb conta com um escuro solar do tamanho de uma quadra de tênis, que reduzirá o calor do Sol em mais de um milhão de vezes.

Ele está equipado com quatro instrumentos científicos, com detectores capazes de registrar sinais extremamente difusos da luz visível à semi-infravermelha. Após quase uma década de atrasos, o lançamento do James Webb está programado para acontecer no dia 18 de dezembro de 2021.

Fonte: University of Arizona, NASA (1,2, 3), Space.com