NASA e o Instituto Coreano de Astronomia e Ciência Espacial, ou KASI, estão se preparando para testar uma nova maneira de ver o Sol, alto sobre o deserto do Novo México.

Um balão - grande o suficiente para abraçar um campo de futebol - está programado para voar até 26 de agosto, 2019, carregando embaixo dele um telescópio solar chamado BITSE. BITSE é um coronógrafo, uma espécie de telescópio que bloqueia a face brilhante do Sol para revelar sua atmosfera mais escura, chamada de corona. Abreviação de investigação de temperatura e velocidade dos elétrons transmitidos por balão na corona, O BITSE procura explicar como o Sol cospe o vento solar.

O vento solar é o fluxo de partículas carregadas que sopra constantemente da atmosfera externa do Sol, lavar todo o sistema solar. Embora os cientistas geralmente saibam onde se forma, exatamente como ele faz isso permanece um mistério. Mas desvendar a natureza do vento solar é a chave para prever como as erupções solares se propagam. O vento solar é um pouco como um toboágua:seu fluxo determina como uma tempestade solar se espalha pelo espaço. As vezes, as tempestades colidem com o campo magnético da Terra, gerando distúrbios que podem interferir nos satélites e nos sistemas de comunicação do dia-a-dia, como rádio ou GPS.

Uma colaboração entre NASA e KASI, BITSE demonstra uma nova maneira de estudar o vento solar. Enquanto os coronógrafos padrão capturam a densidade da corona, O BITSE também mede a temperatura e a velocidade dos elétrons no vento solar para ajudar a entender as poderosas forças que os aceleram a velocidades de 1 milhão de milhas por hora. O voo do balão da BITSE é uma etapa fundamental no teste e desenvolvimento deste instrumento, e ajudará a equipe de cientistas e engenheiros a refinar sua tecnologia para futuros voos espaciais.

"Este é um coronógrafo capaz de medir essas três propriedades, tudo o que você precisa para entender como o vento solar é formado e acelerado, "disse Nat Gopalswamy, Investigador principal da BITSE no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. Ao melhorar os coronógrafos, BITSE aumenta nossa compreensão da própria coroa, a força motriz por trás do material solar que preenche o espaço ao redor da Terra - melhorando, em última análise, nossa capacidade de prever o tempo no espaço.

Voando para o limite da atmosfera

Antes do lançamento, nas primeiras horas da manhã, técnicos do local de campo da Columbia Scientific Balloon Facility da NASA em Fort Sumner, Novo México, preparará o balão para o vôo, preenchendo parcialmente o grande envelope plástico com hélio. O balão é feito de polietileno - o mesmo material de que as sacolas de supermercado são feitas - e é quase tão grosso quanto um saco plástico de sanduíche, mas muito mais forte. Conforme o balão sobe mais alto acima da superfície e a pressão da atmosfera cai, o gás no balão se expande e ele incha.

O BITSE irá serpentear para cima até que esteja a cerca de 22 milhas acima do solo. Lá, vai custar tirando fotos da atmosfera quente e fervente do Sol. No final do dia, ele terá coletado até 64 gigabytes - no valor de 40 filmes de longa-metragem - de dados.

A jornada da BITSE ao céu começou com um eclipse. Os coronógrafos funcionam imitando eclipses; como a Lua, um disco de metal - chamado de occulter - bloqueia o Sol, trazendo a corona para o centro das atenções. Durante o dia 21 de agosto, 2017, Eclipse solar total, Gopalswamy e sua equipe testaram peças-chave do instrumento em Madras, Oregon. Em apenas dois minutos de totalidade, eles tiraram 50 imagens - e demonstraram os desafios e vantagens de utilizar a técnica particular de seu instrumento.

Agora, a equipe não se limita mais a pesquisas apressadas na sombra da lua. Um balão levará seu instrumento até a borda da atmosfera, onde ele vai voar por pelo menos seis horas. Os balões oferecem uma maneira econômica de acessar esta região, permitindo que os cientistas façam medições e realizem testes que eles não podem fazer do solo. Lá, O BITSE pode coletar suas imagens com muito menos luz de fundo do que do solo, que interfere com as observações da corona escura.

Um novo tipo de coronógrafo

BITSE combina várias tecnologias importantes. Primeiro, o instrumento é construído com um único estágio de ocultação. Então, há uma câmera especial que captura luz polarizada - ondas de luz que oscilam em certas direções. Os cientistas usam essas fotos para mapear a densidade de elétrons, ou quantos elétrons estão na corona e onde.

Coronógrafos típicos usam uma roda que circula pelos filtros polarizadores - cada um orientado para ângulos diferentes - e combinam as imagens para obter a luz polarizada. A câmera de polarização da BITSE analisa as observações pixel por pixel, tornando o processo mais confiável, reduzindo o número de peças móveis.

"Colamos toda a folha de micropolarizadores em cima do detector da câmera, então não precisamos da roda de polarização, "disse Qian Gong, Engenheiro ótico chefe da BITSE em Goddard.

BITSE também tem uma roda de filtro, que bloqueia toda a luz da corona, exceto por quatro comprimentos de onda específicos. As proporções desses diferentes comprimentos de onda fornecem aos cientistas a temperatura e a velocidade dos elétrons na coroa - medições que eles não podem obter do solo, mesmo durante um eclipse. Ao focar em uma fatia não estudada da corona que é a chave para a formação do vento solar, os cientistas esperam reunir novas pistas sobre suas origens. Um dia, uma versão do BITSE poderia fazer essas medições do espaço, estendendo seu tempo de observação de horas para meses.

Mais de 22 milhas acima da superfície, BITSE irá flutuar bem acima do reino dos pássaros, aviões, clima, e o próprio céu azul. A altitude apresenta desafios únicos, Gong disse. Certos elementos de design são específicos para voos de balão, como a ótica sensível à temperatura da BITSE. Um sistema térmico a bordo garantirá que o BITSE não fique muito frio durante sua subida. Até mesmo a cola que eles usaram nos filtros de polarização foi cuidadosamente selecionada para fornecer um bom adesivo e suportar as temperaturas esperadas. Uma mudança de apenas alguns mícrons - um cabelo humano médio tem 75 mícrons de diâmetro - em resposta à atmosfera fria superior pode impactar seus dados, ela explicou, já que cada pixel tem 7,5 mícrons de largura.

Em altitudes tão elevadas, o céu está mais escuro; onde a atmosfera é fina, existem poucas partículas de ar para espalhar a luz. Comparado com o solo, estas são condições muito melhores para um coronógrafo. Ainda, a borda da atmosfera é mais brilhante que o espaço.

"O brilho do céu limita fundamentalmente o que podemos ver, e direciona nossa necessidade de ir para a próxima etapa:observações do espaço, "O cientista solar de Goddard Jeff Newmark disse. Juntos, Gopalswamy e Newmark estão liderando a equipe enviando BITSE para o céu, um passo mais perto do espaço, onde não há interferência da luz de fundo.

Uma verdadeira missão colaborativa, BITSE apresenta extensas contribuições da NASA e KASI. A NASA forneceu a óptica principal, mecânico, apontando, comunicações, e conjuntos de gôndola, bem como a gestão geral e o lançamento da missão, enquanto KASI forneceu a roda de filtro, computador de instrumento e sistema de câmera, entre outras contribuições.

Metas grandiosas

No final do voo da BITSE, técnicos no local de campo de Fort Sumner enviarão comandos de rescisão, dando início a uma sequência que separa o instrumento e o balão, lança o pára-quedas do instrumento, e perfura o balão. Um avião circulando acima de nós vigiará os momentos finais do balão, e retransmitir a localização do BITSE. Horas mais tarde, longe de onde começou, o coronógrafo irá cair de pára-quedas no chão. Uma tripulação entrará no deserto para recuperar o balão e o BITSE no final do dia.

Os dados do voo do BITSE serão úteis para os modelos que os cientistas usam para prever o clima espacial. Mas a equipe estará olhando para o vôo para validar o design e o desempenho do BITSE em um ambiente próximo ao espaço. De sua campanha de campo observando o eclipse solar de agosto de 2017 até o voo de balão deste ano e, eventualmente, voo espacial, a equipe continuou a ter seus objetivos cada vez mais altos.