p Em abril de 2019, uma equipe internacional de mais de 300 cientistas revelou as primeiras imagens registradas de um buraco negro, sua sombra escura e disco laranja vívido espiando de volta através de 55 milhões de anos-luz de espaço. Capturar imagens de tão longe exigiu a potência combinada de oito radiotelescópios em quatro continentes, trabalhando juntos para formar essencialmente um enorme telescópio do tamanho da Terra chamado Event Horizon Telescope (EHT). p A tecnologia que alimenta as imagens EHT também é usada por cientistas da NASA e em todo o mundo para medir a Terra. Interferometria de linha de base muito longa, ou VLBI, é uma técnica que combina formas de onda registradas por dois ou mais radiotelescópios. Esta ferramenta versátil não é usada apenas em astronomia, mas também geodésia:a ciência de medir o tamanho da Terra, forma, rotação e orientação no espaço.

p A geodésia nos permite ver mapas em nossos telefones, medir as marés do oceano, planejar lançamentos de foguetes, calibrar relógios, prever terremotos, rastrear tsunamis e manter órbitas de satélites. Como ferramenta geodésica, O VLBI ajuda os cientistas a medir com precisão distâncias e topografia e rastrear mudanças na superfície da Terra e rotação ao longo do tempo. Cientistas do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, e Haystack Observatory do MIT em Westford, Massachusetts, foi pioneira no uso geodésico de VLBI na década de 1960.

p Hoje, NASA, O MIT Haystack e outros parceiros colaboram para melhorar e expandir as estações geodésicas em todo o mundo como parte do Projeto de Geodésia Espacial da NASA (SGP). O MIT Haystack serve como um centro de desenvolvimento de hardware e software que beneficia tanto a astronomia quanto a geodésia, parceria com a National Science Foundation para apoiar o EHT e com a NASA para impulsionar o SGP. Juntos, essa sinergia contribuiu diretamente para a realização da imagem do buraco negro enquanto trabalhava em direção a menores, radiotelescópios mais rápidos, mais automação e acesso a várias ferramentas geodésicas no mesmo lugar, permitindo mapas mais precisos, gráficos, trajetórias de vôo e órbitas do que nunca.

p VLBI:tudo sobre essa linha de base

p Radiotelescópios medem ondas de rádio. Essas ondas são mais fracas e fracas do que a luz visível, mas eles penetram poeira e gases interestelares e interferência da própria atmosfera da Terra de maneiras que a luz visível não consegue. Eles também fornecem aos astrônomos informações sobre o espaço que não existem no espectro visível.

p A visualização de ondas de rádio requer grande, telescópios sensíveis. Um array VLBI tem poder de ampliação, ou "resolução angular, "equivalente a um único telescópio com um prato tão largo quanto a linha de base mais longa entre dois telescópios na matriz. (Por exemplo, os telescópios mais distantes do EHT foram separados por mais de 7, 000 milhas, igualando um único telescópio com mais de duas vezes a largura dos Estados Unidos.) Cada telescópio na matriz EHT capturou as ondas de rádio emitidas pelo buraco negro de um ângulo único, dependendo de sua localização na Terra. Somando todas essas observações junto com um poderoso computador resultou as imagens finais.

p Na década de 1960, cientistas da NASA Goddard e do MIT Haystack perceberam que essa ligeira diferença de perspectiva era uma fonte valiosa de informações - não apenas sobre o espaço, mas sobre a Terra.

p "O princípio básico do VLBI geodésico é que as ondas de rádio vindas de uma fonte distante atingem uma estação antes da outra, "disse Stephen Merkowitz, gerente do Projeto de Geodésia Espacial da NASA. "Usamos quasares, que são galáxias ativas muito distantes, tão distantes que são pontos fixos no céu. Medimos o atraso de tempo entre o momento em que o sinal atinge esses dois pontos, e converter para uma distância usando a velocidade da luz. "

p A rotação da Terra faz com que o atraso de tempo entre os sinais de quasar observados pelas estações VLBI mude, permitindo aos cientistas medir com precisão a velocidade da rotação. Eles também podem usar esses dados para medir a localização e distância entre as estações VLBI, e repetindo essas medições ao longo do tempo, pode observar até mesmo minúsculo, mudanças lentas na superfície da Terra, como a deriva continental.

p Talvez a função mais importante do VLBI seja ajudar a construir os Quadros de Referência Terrestres e Celestiais Internacionais. O Quadro de Referência Terrestre atribui coordenadas a locais na Terra, incluindo seu centro, fornecer uma estrutura consistente para relacionar as medições entre si.

p "Suponha que você tenha uma missão que mede o nível do mar no Golfo do México e tenha um medidor de maré na costa da Louisiana que também está medindo o nível do mar, e você deseja vinculá-los para que tenha alguma verdade fundamental para as observações do espaço, "Merkowitz disse." Se eles não estão no mesmo referencial, você não pode fazer isso. Se seu quadro não for preciso e estável, isso irá introduzir todos os tipos de erros nessa gravata. Então, um bom quadro de referência permite conectar diferentes conjuntos de dados por meio de geolocalização. "

p O Quadro de Referência Celestial serve a um propósito semelhante, mas em vez de criar uma estrutura estável para locais da Terra, ele cria uma estrutura para localizar objetos astronômicos. Os cientistas usam os parâmetros de orientação da Terra - medições de tempo, orientação e rotação - para vincular os dois quadros. Isso cria um sistema total para localizar objetos no espaço e na Terra.

p Um exemplo de tecnologia cotidiana que depende desses quadros de referência é o Sistema de Posicionamento Global, ou GPS. O GPS depende de uma constelação de satélites transmitindo constantemente suas localizações e horários para dispositivos com GPS no solo, de telefones celulares a equipamentos agrícolas. Os satélites na constelação contam com o Quadro de Referência Terrestre e os Parâmetros de Orientação da Terra para retransmitir sua localização, portanto, manter essas estruturas precisas e precisas é essencial para as atividades diárias em todo o mundo.

p Quantidades que às vezes tomamos como certas, como a duração do dia da Terra e quão rápido ele gira, não são realmente constantes, Merkowitz disse. "Eles dependem de muitas coisas diferentes, como o clima, grandes movimentos de massa, como El Niño ou La Niña, e movimentos de grandes quantidades de água, " ele explicou.

p Traçando um curso para o futuro da geodésia

p Com a Terra mudando constantemente, a geodésia mantém os mapas precisos, aviões e navios em curso e medições de satélite precisas. Na verdade, VLBI e outras ferramentas são vitais para satélites de observação da Terra como o ICESat-2 e instrumentos como o GEDI, ambos usam pulsos de laser para medir as estruturas de mantos de gelo e florestas. Sem saber exatamente onde as espaçonaves estão localizadas acima da superfície da Terra, os cientistas não seriam capazes de fazer esse tipo de medição de precisão.

p "Quando você faz a determinação da órbita de precisão para algo como ICESat-2, requer o referencial como entrada, "Merkowitz disse." ICESat-2 é muito sensível a erros, então, se o cálculo do centro da Terra estiver errado, isso se traduz em um erro nas medições científicas. Missões de órbita de precisão e missões que medem alturas são particularmente dependentes da estrutura. "

p Em 2007, a Academia Nacional de Ciências relatou que a infraestrutura de geodésia do país estava envelhecendo rápido demais para acompanhar a crescente demanda por dados. Assim, a NASA lançou o Projeto de Geodésia Espacial para desenvolver e implantar a próxima geração de estações geodésicas, que inclui VLBI, bem como outras técnicas que usam lasers para rastrear satélites com precisão (chamado de alcance de laser de satélite, ou SLR).

p As novas estações VLBI serão capazes de amostrar em uma ampla gama de frequências, em vez de apenas duas, dando a eles mais flexibilidade para continuar coletando dados se houver interferência de Wi-Fi ou outros sinais. Seu tamanho menor e movimento mais rápido os tornará mais adaptáveis ​​às condições atmosféricas, mas para compensar os pratos menores (lembre-se, com radiotelescópios, maior é melhor), eles irão amostrar dados muito mais rápido. Eventualmente, Merkowitz disse, os sistemas serão capazes de coletar dados 24 horas por dia sem supervisão humana para fornecer medições muito mais rápidas.

p A Academia Nacional de Ciências e outras associações geodésicas internacionais recomendam que, para os melhores resultados científicos, a Rede de Geodésia Espacial atualizada deve ter precisão de um milímetro, ou sobre a espessura de um cartão de identificação. Também deve ser estável até um décimo de milímetro - a largura de um fio de cabelo humano. Essa precisão é crucial para medir o nível do mar, que estão aumentando em cerca de 3,4 milímetros, ou 0,13 polegadas, por ano, Merkowitz disse.

p O projeto está em sua primeira fase:substituição das estações geodésicas domésticas da NASA pelos sistemas de próxima geração. A NASA instalou recentemente sua terceira estação doméstica VLBI no Texas; suas estações VLBI de última geração no Havaí e em Maryland já estão em operação e realizando medições rotineiramente.

p A NASA também está trabalhando com parceiros internacionais para ajudar na transição da rede VLBI internacional para a tecnologia de próxima geração, Merkowitz disse. "A cooperação internacional é vital para o sucesso da geodésia espacial. A medição dos efeitos globais requer uma rede global, e a NASA não pode fazer isso sozinha. "

p A rede de próxima geração suportará GPS mais preciso, quadros de referência cada vez mais precisos e melhor suporte para as muitas maneiras que usamos os mapas no mundo de hoje. Com a ajuda do VLBI, a equipe nos ajudará a saber onde estamos - e para onde estamos indo - com ainda mais precisão no futuro.