LISA Pathfinder, uma missão liderada pela ESA (Agência Espacial Europeia) com contribuições da NASA, demonstrou com sucesso as tecnologias críticas necessárias para construir um observatório baseado no espaço para detectar ondulações no espaço-tempo chamadas ondas gravitacionais. Agora, uma equipe de cientistas da NASA espera tirar proveito da sensibilidade recorde da espaçonave para mapear a distribuição de minúsculas partículas de poeira lançadas por asteróides e cometas distantes da Terra.

A maioria dessas partículas tem massas medidas em microgramas, semelhante a um pequeno grão de areia. Mas com velocidades maiores que 22, 000 mph (36, 000 kph), até mesmo os micrometeoróides têm um efeito positivo. As novas medições podem ajudar a refinar os modelos de poeira usados ​​por pesquisadores em uma variedade de estudos, desde a compreensão da física da formação do planeta até a estimativa de riscos de impacto para espaçonaves atuais e futuras.

"Mostramos que temos uma técnica nova e que funciona, "disse Ira Thorpe, que lidera a equipe do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "O próximo passo é aplicar cuidadosamente essa técnica a todo o nosso conjunto de dados e interpretar os resultados."

O objetivo principal da missão era testar o quão bem a espaçonave poderia voar em formação com um par idêntico de cubos de ouro-platina de 1,8 polegadas (46 milímetros) flutuando dentro dela. Os cubos são massas de teste destinadas a estar em queda livre e respondendo apenas à gravidade.

A espaçonave serve como escudo para proteger as massas de teste de forças externas. Quando o LISA Pathfinder responde à pressão da luz solar e impactos microscópicos de poeira, a espaçonave compensa automaticamente disparando rajadas minúsculas de seus propulsores de micronewton para evitar que as massas de teste sejam perturbadas.

Os cientistas chamam isso de vôo sem arrasto. Em seus primeiros dois meses de operação no início de 2016, O LISA Pathfinder demonstrou o processo com uma precisão cinco vezes melhor do que seus requisitos de missão, tornando-o o instrumento mais sensível para medir a aceleração já voado. Ele agora atingiu o nível de sensibilidade necessário para construir um observatório de ondas gravitacionais multi-espaçonaves.

"Cada vez que poeira microscópica atinge o LISA Pathfinder, seus propulsores anulam a pequena quantidade de impulso transferida para a espaçonave, "disse o co-investigador de Goddard, Diego Janches." Podemos reverter isso e usar os disparos do propulsor para aprender mais sobre as partículas impactantes. O ruído de uma equipe torna-se os dados de outra equipe. "

Muito do que sabemos sobre a poeira interplanetária é limitado à vizinhança da Terra, graças em grande parte ao Long Duration Exposure Facility (LDEF) da NASA. Lançado na órbita da Terra pelo ônibus espacial Challenger em abril de 1984 e recuperado pelo ônibus espacial Columbia em janeiro de 1990, LDEF hospedou dezenas de experimentos, muitos dos quais foram projetados para entender melhor o ambiente de meteoróides e detritos orbitais.

As diferentes composições, órbitas e histórias de diferentes asteróides e cometas naturalmente produzem poeira com uma gama de massas e velocidades. Os cientistas suspeitam que as partículas menores e mais lentas são aumentadas na vizinhança da Terra, portanto, os resultados do LDEF não são representativos do sistema solar mais amplo.

"Pequena, partículas lentas perto de um planeta são mais suscetíveis à atração gravitacional do planeta, que chamamos de foco gravitacional, "Janches disse. Isso significa que o fluxo de micrometeoróides perto da Terra deve ser muito maior do que o experimentado pelo LISA Pathfinder, localizado cerca de 930, 000 milhas (1,5 milhões de quilômetros) mais perto do sol.

Para encontrar os impactos, Tyson Littenberg no Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama, adaptou um algoritmo que ele desenvolveu originalmente para pesquisar ondas gravitacionais em dados dos detectores terrestres do Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser (LIGO), localizado em Livingston, Louisiana, e Hanford, Washington. Na verdade, foi um dos muitos algoritmos que desempenharam um papel na descoberta de ondas gravitacionais pelo LIGO, anunciado em fevereiro de 2016.

"A forma como funciona é que chegamos a um palpite de como o sinal pode ser, em seguida, estude como o LIGO ou o LISA Pathfinder reagiriam se essa suposição fosse verdadeira, "Littenberg explicou." Para o LIGO, estamos adivinhando sobre a forma de onda, os picos e vales da onda gravitacional. Para LISA Pathfinder, estamos supondo um impacto. "

Para mapear a probabilidade de fontes prováveis, a equipe gera milhões de cenários diferentes que descrevem qual pode ser a fonte e os compara com o que a espaçonave realmente detecta.

Em resposta a um impacto, A LISA Pathfinder dispara seus propulsores para neutralizar o minuto "empurrão" do ataque e qualquer mudança no giro da espaçonave. Juntos, essas quantidades permitem aos pesquisadores determinar a localização do impacto na espaçonave e reconstruir a trajetória original do micrometeoróide. Isso pode permitir que a equipe identifique fluxos de detritos individuais e talvez os relacione a asteróides e cometas conhecidos.

"Esta é uma colaboração muito boa, "disse Paul McNamara, o cientista do projeto LISA Pathfinder na Diretoria de Ciência da ESA em Noordwijk, Os Países Baixos. "Esses são os dados que usamos para fazer nossas medições científicas, e como um desdobramento disso, Ira e sua equipe podem nos contar sobre micropartículas atingindo a espaçonave. "

Sua localização distante, sensibilidade a partículas de baixa massa, e a capacidade de medir o tamanho e a direção das partículas de impacto tornam o LISA Pathfinder um instrumento único para estudar a população de micrometeoróides no sistema solar interno. Mas é apenas o começo.

"Esta é uma prova de conceito, mas esperamos repetir esta técnica com um observatório de ondas gravitacionais completo que a ESA e a NASA estão atualmente estudando para o futuro, "disse Thorpe." Com várias espaçonaves em diferentes órbitas e um tempo de observação muito mais longo, a qualidade dos dados deve realmente melhorar. "

O LISA Pathfinder é gerido pela ESA e inclui contribuições da NASA Goddard e do Jet Propulsion Laboratory da NASA em Pasadena, Califórnia. A missão foi lançada em 3 de dezembro, 2015, e começou a orbitar um ponto chamado Terra-sol L1, cerca de 930, 000 milhas (1,5 milhões de km) da Terra na direção do sol, no final de janeiro de 2016.

LISA significa Laser Interferometer Space Antenna, um conceito de observatório de ondas gravitacionais baseado no espaço que foi estudado em grande detalhe pela NASA e pela ESA. É um conceito a ser explorado para a terceira grande missão do Plano de Visão Cósmica da ESA, que visa lançar um observatório de ondas gravitacionais em 2034.