Crédito da imagem: University of Arizona
Há mais de 30 anos, o Dr. Roger Angel veio à Universidade do Arizona, atraído pelas condições favoráveis à observação astronômica na área de Tucson, Arizona: vários telescópios estão convenientemente próximos e, é claro, o clima é maravilhosamente temperado. Mas agora, Angel propõe construir um telescópio em um local um pouco mais remoto e não tão agradável: uma cratera polar na lua.
Conhecido por suas inovações em espelhos telescópicos leves e óptica adaptativa, Angel agora lidera uma equipe de cientistas dos EUA e do Canadá que estão explorando a viabilidade de construir um Observatório Infravermelho de Campo Profundo perto de um dos pólos lunares usando um Telescópio de Espelho Líquido (LMT )
Esse conceito é uma das 12 propostas que começaram a receber financiamento em outubro passado do Instituto de Conceitos Avançados da NASA (NIAC). Cada um recebe US $ 75.000 por seis meses de pesquisa para fazer estudos iniciais e identificar desafios no desenvolvimento. Projetos que passam pela primeira fase são elegíveis para até US $ 400.000 a mais em dois anos.
Os LMTs são feitos girando um líquido refletivo, geralmente mercúrio, em uma plataforma em forma de tigela para formar uma superfície parabólica, perfeita para a ótica astronômica. Isaac Newton propôs originalmente a teoria, mas a tecnologia para realmente criar esse dispositivo com sucesso só foi desenvolvida recentemente. Atualmente, apenas um punhado de LMTs está sendo usado, incluindo um LMT de 6 metros em Vancouver, Canadá, e uma versão de 3 metros que a NASA usa para seu Observatório Orbital de Detritos no Novo México.
Na Terra, os LMTs são limitados em tamanho a cerca de 6 metros de diâmetro, porque o vento gerado pelo vento girando o telescópio perturba a superfície. Além disso, como outros telescópios terrestres, os LMTs estão sujeitos à absorção e distorção atmosférica, reduzindo bastante o alcance e a sensibilidade da observação infravermelha. Mas a lua sem atmosfera, diz Angel, fornece o local perfeito para esse tipo de telescópio, fornecendo a gravidade necessária para a formação do espelho parabólico.
O potencial de um LMT na lua é fazer um telescópio muito grande. Para referência, o Telescópio Espacial Hubble possui um espelho de 2,4 metros, e o Telescópio Espacial James Webb (JWST) que está sendo desenvolvido para lançamento em 2011 terá um espelho de 6 metros. O conceito para a proposta de NIAC da Angel é um espelho de 20 metros, mas com a pesquisa que a equipe fez até agora, eles agora estão pensando em criar espelhos muito grandes, com 100 metros sendo a opção final. Eles estão considerando LMTs menores também. "Obviamente, não podemos ir à lua e fazer um espelho de 100 metros a primeira coisa", disse Angel. "Estamos analisando uma sequência de tamanhos de balança de 2 metros, 20 metros e 100 metros, e analisamos qual é o potencial de cada um". Angel acredita que o telescópio de 2 metros poderia ser fabricado sem nenhuma presença humana na Lua e configurado como um telescópio robótico, assim como os instrumentos científicos dos veículos de Marte estão operando agora.
A limitação de um espelho líquido é que ele apenas aponta para cima, então não é como um telescópio padrão que pode ser apontado em qualquer direção e rastrear objetos no céu. Ele olha apenas para a área do céu que está diretamente acima da cabeça.
Portanto, o objetivo científico de um LMT é não olhar por todo o céu, mas pegar uma área do espaço e examiná-la intensamente. Esse tipo de astronomia tem sido muito "lucrativo", como Angel descreveu, em termos da riqueza de informações coletadas. Alguns dos esforços científicos mais produtivos do Telescópio Espacial Hubble foram suas fotografias de "Campo Profundo".
Ser capaz de observar apenas uma área do espaço o tempo todo leva Angel e sua equipe a procurar em um dos pólos lunares a melhor localização para este telescópio. Como nos pólos da Terra, olhar diretamente dos pólos da Lua sempre fornece o mesmo campo de visão extragalático. "Se formos para o Pólo Norte ou Sul da Lua, vamos imaginar uma parte do céu o tempo todo, e assim permitiremos uma integração extremamente profunda, muito mais profunda do que o Campo Profundo do Hubble." Combine isso com uma grande abertura, e este telescópio forneceria uma profundidade de observação que seria incomparável com qualquer telescópio na Terra ou no espaço. "Esse é o nicho ou a força particular deste telescópio", disse Angel.
Outra vantagem dos espelhos líquidos é que eles são muito baratos em comparação com o processo de criar um espelho padrão, criando, polindo e testando um pedaço grande e rígido de vidro ou criando pedaços menores que precisam ser polidos, testados e depois unidos muito bem. com precisão. Além disso, os LMTs não precisam de montagens, suportes, sistemas de rastreamento ou domos caros.
"O custo total do telescópio James Webb deve exceder um bilhão de dólares, com o preço no espelho em torno de um quarto de milhão de dólares", disse Angel. “Esse espelho tem 6 metros; portanto, se escalarmos essa tecnologia para espelhos ainda maiores no espaço, acabaremos quebrando o banco e não poderemos pagar pela tecnologia atual de fazer o espelho polido e colocando-o no espaço. "
Mesmo que o telescópio de 2 metros fosse um protótipo, ainda seria astronomicamente valioso. "Poderíamos fazer coisas complementares ao Telescópio Espacial Spitzer e ao Telescópio Webb, pois o telescópio de 2 metros na Lua preencheria o território entre esses dois telescópios." Um espelho de 20 metros forneceria uma resolução três vezes maior que a do JWST e, ao integrar ou deixar o "obturador" aberto por longos períodos, como um ano, objetos 100 vezes mais fracos poderiam ser vistos. Um espelho de 100 metros forneceria dados que estão fora dos gráficos.
Um dos desafios no desenvolvimento de um LMT na lua é criar os rolamentos para girar a plataforma sem problemas e a uma velocidade constante. Rolamentos de ar são usados para LMTs na Terra, mas sem ar na lua, isso é impossível. Angel e sua equipe estão analisando rolamentos de levitação criogênicos, semelhantes aos usados nos trens de levitação magnética para obter um movimento sem atrito usando um campo magnético. Angel acrescentou: “Como bônus, com as baixas temperaturas na lua, você pode fazer isso sem gastar energia, porque pode criar um ímã supercondutor que permite fazer um rolamento de levitação que não requer uma entrada contínua de energia elétrica. "
Angel chamou os rolamentos de um componente crítico do telescópio. "Sem ar na lua para criar vento, não há limite para o tamanho ou a precisão necessária, desde que o rolamento esteja bom", disse Angel.
Uma evolução do projeto desde o recebimento do financiamento do NIAC é a localização do telescópio. Na proposta inicial, a equipe de Angel era a favor do pólo sul da lua na cratera de Shackleton. Mas o pólo norte oferece um campo de visão melhor para a observação extragalática, eles perceberam, e Angel aguarda dados do orbitador lunar SMART-1 da Agência Espacial Européia, que recentemente começou a pesquisar as regiões polares da lua.
"Nas regiões polares existem algumas crateras onde o sol nunca ilumina e nunca aquece o solo", disse Angel. “Está extremamente frio lá, não muito acima do zero absoluto. Em vez de construir o telescópio sob tais condições hostis, tentaríamos construir o telescópio no pico de qualquer um dos pólos, onde haveria sol quase continuamente. Isso forneceria energia solar e as condições seriam melhores para as pessoas que moram lá. Tudo o que você precisa fazer é colocar uma tela cilíndrica de Mylar ao redor do telescópio para impedir que o sol o atinja e ele esfriará exatamente como no fundo das crateras. ”
Com a observação por infravermelho, um telescópio frio é vital para poder ver objetos mais frios e fracos no espaço. Ter o telescópio próximo do zero absoluto (0 graus Kelvin, -273 C, -460 F) seria o ideal. Como o mercúrio congelará nessas temperaturas, outro desafio para o projeto é encontrar o líquido certo para girar em direção ao espelho. Alguns dos candidatos são etano, metano e outros pequenos hidrocarbonetos, como os líquidos encontrados em Titã pela sonda Huygens, que pousou na maior lua de Saturno em 14 de janeiro.
"Mas esses líquidos não são brilhantes, então você precisa descobrir como depositar um metal brilhante como o alumínio diretamente na superfície do líquido", disse Angel. “Normalmente, quando fazemos um telescópio astronômico, fazemos os espelhos de vidro, o que não reflete muito e você evapora o alumínio ou a prata no vidro. Na lua, teríamos que evaporar o metal sobre o líquido, em vez do vidro. ”
Essa é uma das principais áreas de pesquisa sob o prêmio NIAC. Nos estudos iniciais, a equipe de Angel conseguiu evaporar um metal em um líquido, embora ainda não estivesse nas temperaturas frias necessárias. No entanto, eles são incentivados pelos resultados até agora.
A equipe de Angel é atípica para um projeto NIAC, pois é uma colaboração internacional, e o NIAC não financia parceiros internacionais. "Acontece que os especialistas mundiais em fabricar telescópios giratórios com espelho líquido estão todos no Canadá, por isso era meio essencial que, se pensássemos em fazer isso na lua, os trouxéssemos", disse Angel. "Felizmente, eles chegaram com seu próprio ingresso, por assim dizer, e estão animados com o projeto."
Os membros canadenses da equipe são Emanno Borra, da Laval University, em Quebec, que pesquisa e constrói LMTs desde o início dos anos 80, e Paul Hickson, da University of British Columbia, que, com a ajuda de Borra, construiu o LMT de 6 metros em Vancouver. Outros colaboradores incluem Ki Ma, da Universidade do Texas em Houston, especialista em rolamentos criogênicos, Warren Davison, da Universidade do Arizona, especialista em engenharia mecânica em telescópios e o estudante de graduação Suresh Sivanandam.
O NIAC foi criado em 1998 para solicitar conceitos revolucionários de pessoas e organizações externas à agência espacial que poderiam avançar nas missões da NASA. Os conceitos vencedores são escolhidos porque "ultrapassam os limites da ciência e tecnologia conhecidas" e "mostram relevância para a missão da NASA", segundo a NASA. Espera-se que esses conceitos levem pelo menos uma década para serem desenvolvidos.
Angel diz que receber o prêmio NIAC é uma grande oportunidade. "Sem dúvida, redigiremos uma proposta para a Fase II (do financiamento do NIAC)", disse ele. "Identificamos durante a Fase I quais são alguns dos problemas mais críticos deste projeto e quais etapas práticas devemos tomar agora. Abrimos algumas perguntas e há alguns testes simples que podemos fazer para verificar se existem ou não impedimentos para o show ".
O maior obstáculo para tornar o Observatório Infravermelho Lunar uma realidade provavelmente está completamente fora do alcance de Angel. "A lua é um lugar muito interessante para se fazer ciência", disse Angel. "No entanto, se baseia em um compromisso substancial de recursos da NASA para retornar à lua." Certamente, para construir os grandes telescópios de 20 ou 100 metros, haveria uma presença tripulada na lua. “Então”, continuou Angel, “ao colocar sua ciência nessa direção, você se torna o rabo de um cachorro muito grande sobre o qual não tem absolutamente nenhum controle”?
Angel espera que a NASA e os Estados Unidos possam manter o momento da Visão para Exploração Espacial e retornar à Lua. "Acho que, em última análise, mudar para o espaço é algo que os humanos têm vontade de fazer e farão algum dia", disse Angel. “Quando isso acontece, é importante ter coisas interessantes para fazer quando chegarmos lá. Temos que saber por que deixamos a superfície deste planeta para ir para a lua. Estamos explorando, sim, mas podemos explorar não apenas a lua, mas usá-la como um local para fazer pesquisas científicas além da lua. Eu acho que é algo que no cenário geral deve acontecer. "
Nancy Atkinson é escritora freelancer e Embaixadora do Sistema Solar da NASA. Ela mora em Illinois.
