O plano ousado de ver continentes e oceanos em outra Terra

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Esta imagem simulada de um exoplaneta semelhante à Terra mostra a potencial capacidade de imagem do projeto do telescópio Solar Gravity Lens, apoiado pela NASA. (Créditos: NASA/JPL-Caltech/Slava Turyshev)

Traduzido por Julio Batista
Original de Nancy Atkinson para a Sociedade Planetária

E se pudéssemos tirar uma foto de um planeta parecido com a Terra em torno de outra estrela que fosse nítida o suficiente para ver continentes, oceanos e nuvens?

Neste momento, é impossível. Do nosso ponto de vista, os exoplanetas – planetas que orbitam outras estrelas – parecem vaga-lumes ao lado de holofotes. Nas poucas imagens que conseguimos tirar deles, os exoplanetas são meros pontos. Mesmo que a próxima geração de telescópios espaciais esteja disponível, isso não mudará – você precisaria de um telescópio de 90 quilômetros de largura para ver as características da superfície de um planeta a 100 anos-luz de distância.

Um grupo de pesquisadores tem um plano audacioso para superar essas dificuldades. Envolve o uso de naves espaciais de vela solar – possivelmente uma frota inteira delas – para voar mais rápido e mais longe da Terra do que qualquer sonda espacial anterior, se voltar para nosso sistema e usar a gravidade do nosso distante Sol como uma lupa gigante. Se funcionar, vamos capturar uma imagem de um exoplaneta tão nítida que podemos ver características com apenas 10 quilômetros de diâmetro.

O projeto, chamado Solar Gravity Lens, ou SGL, parece algo saído da ficção científica. A NASA e um conjunto de universidades, empresas aeroespaciais e outras organizações estão envolvidas, bem como o cofundador da Sociedade Planetária, Lou Friedman, o guru original da navegação solar.

“Estou sempre animado em tentar fazer acontecer algo que não pode acontecer de outra maneira”, disse Friedman, consultor do projeto SGL que liderou um esforço da NASA na década de 1970 para enviar uma nave espacial de vela solar ao Cometa Halley. “A razão pela qual começamos com a navegação solar na Sociedade Planetária foi porque nos permitiu dar os primeiros passos em direção à exploração interestelar. Nosso LightSail funcionou muito bem, e seu sucesso dá confiança e credibilidade à ideia de navegar pelo Sistema Solar.”

O plano tem muitos obstáculos, mas a recompensa seria incrível, disse Slava Turyshev, físico do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA que está liderando o projeto Solar Gravity Lens.

“Dentro de nossa vizinhança solar, que classificamos como dentro de 100 anos-luz, identificamos vários exoplanetas que podem estar na zona habitável de sua estrela”, disse Turyshev, referindo-se ao clima não muito quente, nem muito frio de uma região em torno de uma estrela em que a água líquida poderia existir. “E agora temos a pergunta, o que faríamos se encontrássemos algo que indicasse a presença de vida em um exoplaneta? Poderíamos viajar para lá, ou pelo menos vê-lo?”

Esta imagem tirada pelo LightSail 2 em 21 de janeiro de 2020 inclui a costa oeste da Índia. Norte está à direita. A vela parece ligeiramente curvada devido à lente da câmera do tipo olho de peixe de 185 graus da espaçonave. A imagem foi corrigida em cores e algumas distorções foram removidas. (Créditos: Sociedade Planetária)

Como funciona

Albert Einstein previu há mais de um século a ideia de que a gravidade pode dobrar e ampliar a luz, um conceito conhecido como lente gravitacional. Do ponto de vista de um observador, a luz de um objeto distante que passa perto de um objeto massivo em primeiro plano é distorcida e ampliada, desde que o observador esteja no ponto certo, conhecido como ponto focal. É semelhante à maneira como você pode focar uma câmera encontrando a distância certa do seu alvo, em vez de ajustar o foco da câmera.

O Telescópio Espacial Hubble e outros observatórios viram esse fenômeno: arcos e anéis de galáxias distantes, distorcidos e ampliados pela gravidade de galáxias mais próximas.

Os pesquisadores por trás do projeto SGL dizem que podemos fazer a mesma coisa com os exoplanetas – só precisamos viajar até o ponto focal. Para um exoplaneta a 100 anos-luz de distância, o ponto focal está a 97 bilhões de quilômetros – 16 vezes mais longe do Sol do que Plutão. A Voyager 1, que se aventurou mais no espaço do que qualquer outro objeto feito pelo homem, viajou apenas cerca de 20 bilhões de quilômetros, e levou 40 anos para chegar lá.

A solução para chegar lá mais rápido? Navegação solar.

As velas solares capturam o momento da luz do Sol e usam esse momento como propulsão. Usando essa tecnologia, uma espaçonave SGL voaria perto do Sol, ganharia velocidade e se lançaria em direção aos confins do nosso Sistema Solar, fazendo a viagem em apenas 25 anos.

Em vez das grandes e pesadas espaçonaves usadas no passado, os pesquisadores imaginam sondas pequenas e resilientes que poderiam fazer viagens de foguete ao espaço com outras missões para reduzir os custos de lançamento. Uma possibilidade é usar enxames de CubeSats do tamanho de pães, semelhantes ao LightSail 2, que podem se automontar para criar um sistema óptico único maior. Se a espaçonave for barata o suficiente, as missões podem ser enviadas aos pontos focais para vários exoplanetas.

Na região focal, a luz do exoplaneta seria espalhada em um círculo conhecido como anel de Einstein. O anel conteria 2 partes. Uma parte viria de uma única porção de 10 por 10 quilômetros do exoplaneta e produziria apenas um único pixel na imagem final. A parte conteria luz do resto do exoplaneta. À medida que a espaçonave acelera pela região focal, ela precisaria se mover usando propulsores de íons em miniatura – a luz do Sol seria muito fraca para navegação solar a essa distância – para alterar a porção do exoplaneta em foco.

Com a ótica correta, tirar 1 milhão de fotos dos anéis de diferentes locais poderia produzir uma imagem semelhante à da Terra tirada da Lua pelos astronautas da Apollo 8 em 1968 e capturar características da superfície de até 10 quilômetros de diâmetro.

Quando os astronautas da Apollo 8 Bill Anders, Frank Borman e Jim Lovell contornaram o outro lado da Lua, eles se tornaram os primeiros humanos a testemunhar o nascer da Terra acima de uma superfície alienígena. A imagem icônica foi publicada pela primeira vez em 30 de dezembro de 1968. (Créditos: NASA/Seán Doran)

É viável?

Os desafios tecnológicos para a SGL são assustadores, para dizer o mínimo. Para começar, há a questão da navegação precisa, comunicações a longas distâncias e a necessidade de um guarda-sol para impedir que a luz do nosso próprio Sol entre no telescópio. Um coronógrafo também seria necessário para bloquear a luz da estrela do exoplaneta.

A NASA acredita no conceito o suficiente para ter recentemente concedido uma doação de US$ 2 milhões de seu programa NIAC (NASA Innovative Advanced Concepts). O NIAC, que existe desde 1998, fornece capital inicial para ajudar ideias inovadoras a saírem da prancheta. O SGL é o terceiro estudo na história do programa a chegar à terceira fase do projeto.

O sucesso do projeto pode estar em sua equipe diversificada, uma abordagem única para projetos do NIAC. O esforço cooperativo inclui vários pesquisadores do JPL e várias universidades, incluindo a UCLA, a Universidade do Arizona e a Universidade Wesleyan (EUA). Empresas espaciais A Aerospace Corporation e a NXTRAC Inc. estão envolvidas, ambas especializadas em design de missão e análises técnicas. Esse esforço multiorganizacional reúne as mais recentes inovações tecnológicas, como tecnologias revolucionárias em velas solares, inteligência artificial, nanossatélites e voo em formação.

“Uma missão como a SGL pode levar a uma transformação na forma como exploramos o espaço”, disse Thomas Heinsheimer, co-líder técnico da missão SGLF da parceira Aerospace Corporation, “desde a grande e cara espaçonave que nos serviu bem no passado, para enxames de pequenas naves, trabalhando juntas, dispostas a realizar novas descobertas longe da Terra. A SGL cria uma arquitetura de exploração para muitas organizações espaciais trabalharem juntas para responder a uma pergunta inspiradora: “Estamos sozinhos no universo?”

Turyshev sente que a geração atual pode responder a essa pergunta, com a SGL servindo como um ‘ponto focal’ para ajudar a transformar a indústria espacial em um negócio mais cooperativo.

“O SGL pode fornecer esse ponto para vários esforços tecnológicos para realmente nos levar adiante para dar o primeiro passo fora do Sistema Solar”, disse ele. “As tecnologias necessárias já existem, mas o desafio é como fazer uso dessa tecnologia, como acelerar seu desenvolvimento e como melhor colocá-las em uso. Acho que estamos no início de um período empolgante na indústria espacial, onde chegar ao SGL seria prático e cientificamente emocionante.”