Telescópio Hubble: 30 anos de história, descobertas e revolução na astronomia

Por Daniele Cavalcante | 24 de Abril de 2020 às 11h33
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No dia 24 de abril de 1990, o Telescópio Espacial Hubble foi lançado ao espaço através do ônibus espacial Discovery para mudar fundamentalmente nossa percepção do universo. Hoje, 30 anos depois, a missão segue firme e forte, mesmo após atingir o dobro do tempo inicialmente previsto para seu funcionamento.

Não é exagero dizer que o Hubble foi um dos mais importantes instrumentos astronômico das últimas décadas. Na verdade, seu lançamento é considerando um salto tão grande quanto foi a invenção da luneta de Galileu Galilei no século XVII. E os esforços para construir o Hubble não foram poucos - os planos iniciais para este telescópio são da década de 1960!

Além do grande esforço empreendido para projetar, construir e lançar o Hubble, foi necessário enviar astronautas ao espaço para consertá-lo e evitar que o telescópio fosse uma grande decepção. Ao poucos, ele foi se tornando um dos observatórios espaciais mais valiosos, fornecendo dados que já renderam milhares de artigos científicos, fotografias fabulosas do cosmos e descobertas surpreendentes.

Por todos esses motivos - e mais alguns que não cabem em uma única matéria -, a NASA preparou uma série de eventos e conteúdos especiais para comemorar, ao longo de todo o ano, o trigésimo aniversário deste telescópio, incluindo novas imagens, vídeos, documentários, livros para download e muito mais. Mas, antes, vamos conhecer um pouco melhor a história do aniversariante do momento.

História do Hubble

Imagem: NASA

Em 1923, o cientista alemão Hermann Oberth - considerado um dos pais dos foguetes modernos ao lado de Robert Goddard - publicou o livro Die Rakete zu den Planetenräumen ("O Foguete no Espaço Planetário", na tradução literal), onde falou sobre um telescópio que poderia ser colocado na órbita da Terra com a ajuda de um foguete. Em 1946, o astrônomo Lyman Spitzer escreveu um artigo sobre as vantagens de ter um observatório no espaço.

Basicamente, seriam duas as vantagens em relação aos telescópios terrestres, segundo o artigo: primeiro, a resolução óptica estaria limitada apenas pela difração, já que o telescópio estaria longe dos efeitos da turbulência da atmosfera terrestre; e segundo, seria possível observar a luz infravermelha e ultravioleta, que são absorvidas pela atmosfera.

Iniciou-se, assim, a iniciativa de construir um telescópio espacial, que sofreu com inúmeros atrasos e problemas orçamentais. Os primeiros projetos desse tipo lançados pela NASA foram o Observatório Astronômico Orbital (OAO), em 1966, que durou apenas três dias. Em 1968, veio o OAO-2, que fez observações em ultravioleta das estrelas e galáxias até 1972. Daí veio a necessidade de algo que durasse por mais tempo.

Durante a década de 1970, houve uma grande batalha por financiamento para o projeto “Grande Telescópio Espacial (LST)”. Levou mais ou menos oito anos para que o congresso aprovasse o financiamento necessário para o telescópio, mas, assim que isso aconteceu, o design do LST começou a ser produzido de imediato, e o lançamento foi agendado para 1983.

Ainda na década de 1980, o LST foi batizado como Hubble, em homenagem ao astrônomo Edwin Hubble pelas suas descobertas astronômicas, sendo a mais notável delas a expansão do universo.

Foram muitos desafios para a conclusão do projeto - a construção do espelho do telescópio, por exemplo, durou mais de dois anos. Com muitas dificuldades, o lançamento foi adiado várias vezes. Para complicar ainda mais, o acidente com o ônibus espacial Challenger fez a NASA “puxar o freio de mão” no programa espacial.

Mas, finalmente, em 24 de abril de 1990, a missão STS-31 do ônibus espacial Discovery fez o lançamento do telescópio com sucesso.

Falha no espelho e manutenções

Telescópio Hubble sendo colocado no espaço pela Discovery (Foto: NASA)

Pouco tempo após o lançamento do Hubble no espaço, o pessoal da NASA se viu perante um desafio inesperado: uma falha no principal espelho do telescópio que afetava diretamente a qualidade das imagens coletadas, algo catastrófico para um projeto dessa magnitude.

O problema foi descoberto assim que o Hubble começou a enviar fotos menos claras do que havia sido calculado. Com as análises de equipamento, estimaram que havia ocorrido um problema na curvatura do espelho, muito menor do que um fio de cabelo humano, mas que prejudicava - e muito! - o resultado final das imagens, principalmente de objetos de brilho fraco ou para imagens de alto contraste.

Por causa disso, a NASA e o telescópio passaram a ser alvo de piadas, com o Hubble sendo comparado ao Titanic, por exemplo. Mesmo assim, durante os primeiros três anos da missão, antes dos reparos ópticos, o Hubble forneceu uma série de observações bastante úteis para os astrônomos.

Para corrigir o problema da aberração esférica, foi decidido que seria colocado um aparato de correção sobre o espelho, que funcionaria de forma similar a um óculos, ajustando o foco. O nome dado ao aparato foi Corrective Optics Telescope Axial Replacement (COSTAR), que em uma tradução aproximada significaria Substituição Axial da Ótica Corretiva do Telescópio. Essa instalação foi feita durante a missão STS-61, a primeira do ônibus espacial Endeavour. Foi lançada em 2 de dezembro de 1993, durou 11 dias e necessitou de 5 caminhadas espaciais para ser completada.

Comparativo de imagens da galáxia espiral M100 que demonstra as imagens do Telescópio Espacial Hubble antes e depois da correção óptica em 1993 (Imagem: NASA)

Diversas outras missões de manutenção foram realizadas ao longo dos anos, todas lançadas por ônibus espaciais da NASA. Inclusive, o Hubble foi concebido para voltar à Terra a bordo de um desses veículos, mas, com o encerramento do programa de ônibus espacial em 2011, isso tornou-se impossível.

Por não haver mais alternativas para trazer o Hubble de volta, os engenheiros da NASA desenvolveram um novo dispositivo em forma de anel que foi anexado ao telescópio durante a última missão de manutenção, o que permitirá que o telescópio seja “guinchado” no espaço quando deixar de funcionar.

Inicialmente, previa-se que o telescópio coletaria dados durante 15 anos; entretanto, enquanto completa 30 anos de serviço, suas descobertas continuam agitando o mundo da astronomia e astrofísica - o telescópio já ultrapassou 1,3 milhão de observações, e parece que ainda continuará aumentando esse número por um bom tempo.

5 grandes descobertas do Hubble

Na virada do século XIX para o século XX, muitos astrônomos julgavam que o universo observável se restringia à Via Láctea. Entretanto, no ano de 1924, o astrônomo americano Edwin Hubble utilizou o telescópio Hooker e descobriu muitas outras galáxias, e ainda constatou que elas estavam em constante distanciamento entre si – apontando para a expansão do universo, e para a vastidão dele.

Muitas décadas depois, o telescópio Hubble foi lançado à órbita e fez jus ao nome: suas descobertas ampliaram ainda mais nossa percepção do cosmos, assim como Edwin fizera ao encontrar novas galáxias. Abaixo, você confere cinco das grandes descobertas proporcionadas pelo telescópio espacial.

A idade do universo

Entre 2010 e 2011, o Hubble prestou uma homenagem ao astrônomo que lhe emprestou o nome, fotografando a cefeida V1 na galáxia de Andrômeda. Descoberta por Edwin Hubble em 1923, a galáxia alterou os rumos da astronomia moderna. Para alguns cientistas, a V1 é considerada a estrela mais importante da história da cosmologia (Imagem: NASA/ESA)

Cientistas utilizaram o telescópio para mensurar o brilho de estrelas Cefeidas – estrelas gigantes ou mesmo supergigantes amarelas – que são perfeitos “faróis”, usados para auxiliar na medição de longas distâncias. O brilho inerente destas estrelas varia de 100 a 30000 vezes o brilho solar, fato que ajuda para que a distância em que elas se encontram de nós possa ser calculada de acordo com as imagens captadas.

Graças a esse conhecimento, muitas galáxias podem ser descobertas, e suas distâncias calculadas, proporcionando uma boa dimensão de quão vasto é o cosmos. Com as medições do Hubble de ​​cefeidas no aglomerado de Virgem e outros aglomerados de galáxias distantes, foi possível refinar as estimativas da idade do universo.

Constante de Hubble

Diagrama dos instrumentos do Hubble (Imagem: NASA/George Ladas)

O telescópio fez jus ao seu nome mais uma vez quando ajudou a determinar a constante de Hubble - ou seja, a taxa de aceleração do universo. Edwin Hubble criou a equação necessária para o cálculo, mas era necessário obter números através de medições precisas no espaço.

Antes do lançamento deste telescópio, alguas estimativas da constante de Hubble tinham erros de até 50%. No entanto, com as medições das ​​cefeidas feitas pelo telescópio Hubble, os astrônomos obtiveram um valor com uma precisão inédita, com apenas margem de erro em 10%.

Luas de Plutão

Duas luas descobertas pelo Hubble (Imagem: NASA/ESA/JHU/APL/SwRI)

O Hubble foi responsável por identificar quatro dos satélites naturais, ou luas, de Plutão. Não apenas isto, mas os dados coletados pelo telescópio permitiram que cientistas observassem o comportamento errático de algumas delas, causado pela atração gravitacional concorrente que as afeta, vindas tanto de Plutão quanto de sua maior lua, Caronte.

Os objetos que mais demonstraram movimento gravitacional errático na época foram Nix e Hidra, porém os menores, Estige e Cérbero, provavelmente também apresentam movimentos gravitacionais dissonantes do esperado.

Lua fora do Sistema Solar

Arte sugere como deve ser o exoplaneta Kepler-1625b com sua possível exolua (Imagem: Dan Durda)

Em uma ação conjunta entre os telescópios Hubble e Kepler, cientistas puderam observar o que pode ser a primeira evidência de uma lua orbitando um planeta fora de nosso Sistema Solar. A lua provavelmente orbita um planeta gasoso, que por sua vez orbita a estrela chamada Kepler-1625.

Esta descoberta pode proporcionar mais dados aos cientistas para compreender a própria formação química dos satélites naturais, e como eles passam a orbitar um planeta, além do que já se tem coletado sobre como essa evolução funciona “dentro” do Sistema Solar.

Mini buraco negro

Diagrama da transmissão de dados do Hubble para a Terra (Imagem: NASA)

No fim de março de 2020, astrônomos descobriram graças ao Hubble que o “sumiço” de uma estrela na verdade teve um culpado: um buraco negro mediano, com cerca de 50.000 massas solares – bem menor que os supermassivos encontrados no centro de muitas galáxias pelo universo, que podem ter até bilhões de massas solares.

Essa descoberta foi importante porque buracos negros medianos são ainda um assunto de muita discussão no meio científico. É necessário que vários testes sejam feitos para se ter certeza de que se trata de um buraco negro menor, e não uma estrela de nêutrons (que é formada a partir do conglomerado de pedaços remanescentes de uma estrela que explodiu), por exemplo.

Este tipo de buraco negro também é difícil de ser localizado pois tem uma atividade muito menor que a dos outros, além de terem reservas de energias muito menores e não necessariamente estarem localizados no centro de um galáxia.

5 fotos incríveis tiradas pelo Hubble

Além de dados científicos, que nem sempre são visuais, ajudarem os cientistas em grandes descobertas, o Hubble também capturas belíssimas imagens do universo. Embora algunas sejam inéditas, muitas são de objetos já vistos antes - mas o Hubble nunca decepciona em nos brindar com uma nova maneira de encarar o universo. Confira cinco das mais belas e impressionantes fotos já capturadas pelo telescópio espacial.

A primeira de todas elas

A primeira imagem do Hubble é apelidada de Fisrt Light (Imagem: NASA)

Qualquer lista das maiores imagens do Hubble corre risco de ser injusta, já que muitas foram importantes. Aliás, estamos falando de um telescópio cuja primeira foto já foi um grande marco - ela mostra um aglomerado de estrelas da Via Láctea com imagem nitidamente mais definida do que a de telescópios terrestres, comprovando que observatórios fora da atmosfera são, de fato, mais eficazes.

Embora hoje a imagem não pareça grande coisa, ela foi a constatação de que o conceito daria certo, mesmo com telescópio ainda em fases de adaptabilidade de foco. Portanto, esta primeira foto já abriu horizontes favoráveis para imagens e descobertas ousadas, e merece inaugurar esta lista.

Pilares da Criação

Imagem: NASA/Jeff Hester/Paul Scowen

Esta é uma das imagens mais famosas do Hubble e foi capturada em 1995, ainda nos seus primeiros anos de pesquisa. Os pilares da criação eram aglomerados de poeira e gás de tamanho interestelar, localizados na nebulosa da Águia, a cerca de 7.000 anos-luz da Terra.

O nome se deve tanto ao formato que lembra colunas (pilares) e a “função” dos aglomerados. É que ali estava um enorme berçário de estrelas, ou seja, todo este gás e poeira era material para a formação de inúmeros “sóis”.

Estamos nos referindo aos pilares no passado porque é bem provável que eles não existam mais. Segundo a NASA, o que o Hubble viu era sua luz, que levou 7.000 anos para viajar pelo espaço até atingir o espelho do telescópio. Imagens mais recentes tiradas com o telescópio espacial Spitzer mostraram uma nuvem quente em torno dos pilares da criação, o que para muitos cientistas foi uma onda de choque gerada por uma supernova, que teria explodido há cerca de 6.000 anos e devastado as três colunas.

Seja como for, a luz emitida por este fenômeno continua viajando pelo espaço-tempo, e teremos a oportunidade de acompanhar o desenrolar do evento. Recentemente, a clássica imagem do Hubble foi recriada para nos mostrar os pilares em infravermelho e o resultado também é fascinante.

Nebulosa M2-9

Imagem: NASA/ESA/Bruce Balick/Vincent Icke/Garrelt Mellema

A nebulosa M2-9, também conhecida como nebulosa dos Jatos Duplos ou nebulosa da Borboleta, é uma nebulosa planetária na constelação de Ophiuchus, localizada a cerca de 2.100 anos-luz da Terra. É uma nebulosa bipolar, ou seja, tem dois lóbulos de material emitidos por uma estrela central.

Importante destacar que o termo “nebulosa planetária” foi criado quando esse tipo de objeto foi descoberto, no século XVIII, porque elas se pareciam com planetas gigantes vistos através dos telescópios ópticos da época. Elas não têm relação alguma com os planetas - trata-se de um fenômeno que ocorre nos últimos momentos de vida das estrelas gigantes vermelhas.

Nebulosa Olho de Gato

Imagem: NASA/ESA/HEIC/The Hubble Heritage Team

A Nebulosa do Olho de Gato é outra nebulosa planetária, dessa vez na constelação do Dragão. É uma das nebulosas mais complexas conhecidas, e as imagens de alta resolução do Hubble mostrou jorros de material e numerosas estruturas em forma de arco.

Está a 3.300 anos-luz de distância e em seu centro está uma uma estrela de tipo espectral O com uma temperatura na fotosfera de 80.000 K. Seu brilho é aproximadamente 10.000 vezes mais luminoso que o Sol.

Galáxia Olho Negro

Imagem: NASA/The Hubble Heritage Team

Essa galáxia espiral está localizada a aproximadamente 17 milhões de anos-luz de distância na direção da constelação Coma Berenices e tem cerca de 86 mil anos-luz de diâmetro.

A galáxia, oficialmente chamada NGC 4826, é conhecida de Olho Negro devido à sua aparência escura com numerosos pontos brilhantes, e o Hubble conseguiu capturar essas características de modo extraordinário. O mais peculiar é que enquanto os braços externos movem-se em uma direção, a parte interna move-se para outra. A explicação mais provável para isso é que ela seja o resultado da colisão entre duas galáxias, uma grande e uma pequena.

Bônus: Helix Nebula

Imagem: NASA/NOAO/ESA/the Hubble Helix Nebula Team/M. Meixner/T.A. Rector

Esta imagem ficou muito famosa na internet alguns anos atrás por lembrar um olho, o que lhe garantiu o apelido de “Olho de Deus”. Na verdade, trata-se da nebulosa de Helix, ou Nebulosa da Hélice, localizada na constelação de Aquarius. Descoberta por Karl Ludwig Harding por volta de 1824, essa nebulosa é uma das mais próximas da Terra - está apenas a menos de 700 anos-luz de distância.

Ela está nessa lista como “bônus” porque, na verdade, a imagem foi composta por duas fotos - uma com a câmera a bordo do Hubble e outra com a Câmera Mosaic II do Observatório Interamericano Cerro Tololo, no Chile. É que a nebulosa é tão grande que foram necessários os dois telescópios para capturar uma visão completa.

A Helix é uma nebulosa planetária, com o gás brilhante expelido por uma estrela moribunda, semelhante ao Sol. Novas evidências sugerem que ela consiste em dois discos gasosos quase perpendiculares entre si. A imagem é de 16 de dezembro de 2004.

Quem opera o Hubble, e como?

Astronautas em manutenção do Hubble durante a primeira visita (Foto: NASA)

Os dados coletados pelo Hubble eram inicialmente gravados em fita cassete e armazenados na nave. Mais tarde, durante as missões de manutenção, o aparato de armazenamento foi substituído, e os dados passaram a ser armazenados e transferidos para as instalações da NASA através de uma rede de satélites.

Quem controla tudo é o Space Telescope Science Institute (STScI), organização responsável pela exploração científica do telescópio e pela liberação de dados para os astrônomos. Durante um ano, o acesso a esses dados é restringido ao "Investigador Principal" e alguns outros astrônomos por ele designados. Após esse período, os dados são disponibilizados ao público, mas o Investigador Principal pode pedir por um prolongamento deste prazo.

Dados sobre a calibragem dos instrumentos e outras imagens inutilizadas são publicados sem qualquer atraso, no formato de arquivo FITS, muito usado em análise astronômica mas não adequado para uso do público geral. Por isso, o Hubble Heritage Project processa e publica uma pequena seleção das imagens mais impressionantes nos formatos JPEG e TIFF para que possamos apreciá-las.

Pesquisadores profissionais do mundo todo podem usar o Hubble, mas é necessário passar por uma certa burocracia antes de ser selecionado para ganhar algumas horas de uso do mais importante observatório do mundo - e a concorrência é grande. As etapas para o processo seletivo estão descritas no site do STScI.

Na década de 1990, o STScI dedicou uma parcela pequena do tempo de uso do telescópio para astrônomos amadores. A intenção do programa era “um agradecimento à comunidade de astrônomos amadores por seu fomento à astronomia profissional”, mas não deu muito certo por falta de verba para oferecer suporte aos amadores e devido à alta demanda dos profissionais.

Ainda assim, amadores e interessados em geral podem acompanhar o telescópio e ver para onde o Hubble está olhando agora através deste site.

Comemorações da NASA para os 30 anos do Hubble

Imagem: NASA

A NASA preparou uma série de ações e conteúdos especiais para celebrar o 30º aniversário do Hubble. Infelizmente, alguns dos eventos que a NASA agendou para a ocasião foram adiados devido à pandemia da COVID-19 - mas ainda há muito conteúdo para conferir pela internet.

Um deles é a página que revela a imagem capturada pelo Hubble no dia do seu aniversário. Também há um podcast dedicado ao Hubble, uma seção de vídeos que deve ser atualizada em breve, uma seleção de imagens, e muito mais.

Ainda não acabou! Você pode encontrar uma série de pôsteres, ebooks, vídeos, e outros tipos de conteúdos no site dedicado ao 30º do Hubble. Por fim, a NASA convida o público a participar e conferir os conetúdos nas redes sociais através da hashtag #Hubble30.

Futuro do Hubble e boas vindas ao James Webb

Imagem: NASA

O futuro do Hubble é alvo de discussão desde o início da década de 2000. É que fazer a manutenção regular que o telescópio exige se tornou algo bastante caro. O desastre do ônibus espacial Columbia em 2003 também não ajudou a ter boas expectativas na época, e cogitaram desativar o Hubble em 2010.

Mas ele continuou na ativa e pode permanecer investigando o universo por mais alguns anos. A estimativa é que ele caia na atmosfera terrestre por volta de 2030, caso nenhuma outra missão de manutenção seja lançada antes - o que é improvável acontecer, já que seu substituto está a caminho.

Esse substituto é o Telescópio Espacial James Webb, que, assim como seu antecessor, enfrenta algmas dificuldades em seu desenvolvimento. Ele estava previsto para lançamento em 2021, mas esse cronograma foi alterado mais uma vez, com a nova data ainda sendo um mistério. Mas os astônomos e astrofísicos colocam grandes expectativas para as descobertas que ele pode proporcionar. De acordo com a NASA, o Webb vai "mudar a forma como pensamos sobre o céu noturno e nosso lugar no cosmos". Outra vez.

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