Os especialistas em ótica da NASA estão a caminho de derrubar uma barreira que impediu os cientistas de alcançar uma ambição de longa data:construir um telescópio ultra-estável que localiza e imagina dezenas de planetas semelhantes à Terra além do sistema solar e, em seguida, examina suas atmosferas para sinais de vida.

Babak Saif e Lee Feinberg no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, mostraram pela primeira vez que podem detectar dinamicamente distorções do tamanho de um picômetro ou subatômico - mudanças muito menores do que um átomo - em um espelho telescópico segmentado de 1,5 metro e sua estrutura de suporte. Colaborando com Perry Greenfield no Space Telescope Science Institute em Baltimore, a equipe agora planeja usar uma ferramenta de última geração e uma câmara de teste térmico para refinar ainda mais suas medições.

O feito da medição é uma boa notícia para os cientistas que estudam futuras missões para encontrar e caracterizar planetas extra-solares semelhantes à Terra, que potencialmente poderiam sustentar vida.

Para encontrar vida, esses observatórios teriam que reunir e focar luz suficiente para distinguir a luz do planeta daquela de sua estrela-mãe muito mais brilhante e, então, ser capazes de dissecar essa luz para discernir diferentes assinaturas químicas atmosféricas, como oxigênio e metano. Isso exigiria um observatório superestável, cujos componentes ópticos se movem ou distorcem não mais do que 12 picômetros, uma medida que tem cerca de um décimo do tamanho de um átomo de hidrogênio.

A data, A NASA não construiu um observatório com tais requisitos de estabilidade exigentes.

Como ocorrem os deslocamentos

Deslocamentos e movimentos ocorrem quando os materiais usados ​​para construir telescópios encolhem ou expandem devido a temperaturas altamente flutuantes, como aqueles experimentados ao viajar da Terra para a frigidez do espaço, ou quando exposto a violentas forças de lançamento mais de seis vezes e meia a força da gravidade.

Os cientistas dizem que mesmo quase imperceptível, movimentos de tamanho atômico afetariam a capacidade de um futuro observatório de reunir e focar luz suficiente para criar imagens e analisar a luz do planeta. Consequentemente, os planejadores da missão devem projetar telescópios com precisão de picômetros e, em seguida, testá-los no mesmo nível em toda a estrutura, não apenas entre os espelhos reflexivos do telescópio. O movimento que ocorre em qualquer posição específica pode não refletir com precisão o que está realmente acontecendo em outros locais.

"Essas missões futuras exigirão um observatório incrivelmente estável, "disse Azita Valinia, vice-gerente do programa da Divisão de Projetos de Astrofísica. "Este é um dos postes altos de mais alta tecnologia que futuros observatórios desse calibre devem superar. O sucesso da equipe mostrou que estamos constantemente reduzindo esse obstáculo específico."

O Teste Inicial

Para realizar o teste, Saif e Feinberg usaram o interferômetro de alta velocidade, ou HSI - um instrumento que a Tecnologia 4D com base no Arizona desenvolveu para medir mudanças dinâmicas de tamanho nanométrico nos componentes ópticos do Telescópio Espacial James Webb - incluindo seus 18 segmentos de espelho, montagens, e outras estruturas de suporte - durante a térmica, vibração e outros tipos de testes ambientais.

Como todos os interferômetros, o instrumento divide a luz e, em seguida, a recombina para medir pequenas mudanças, incluindo movimento. O HSI pode medir rapidamente as mudanças dinâmicas no espelho e outros componentes estruturais, dando aos cientistas insights sobre o que está acontecendo em todo o telescópio, não apenas em um determinado local.

Mesmo que o HSI tenha sido projetado para medir distorções do tamanho de nanômetros ou moléculas - que era o padrão de design para Webb - a equipe queria ver se ele poderia usar o mesmo instrumento, juntamente com algoritmos especialmente desenvolvidos, para detectar mudanças ainda menores na superfície de um segmento sobressalente de espelho Webb de cinco pés e seu hardware de suporte.

O teste provou que poderia, medir o movimento dinâmico tão pequeno quanto 25 picômetros - cerca de duas vezes o alvo desejado, Saif disse.

Próximos passos

Contudo, Goddard e 4D Technology desenvolveram um novo instrumento de alta velocidade, chamado de interferômetro speckle, que permite medições de superfícies reflexivas e difusas com precisões de picômetro. A 4D Technology construiu o instrumento e a equipe de Goddard começou a caracterização inicial de seu desempenho em uma nova câmara de teste de vácuo térmico que controla as temperaturas internas a um gelado 1-millikelvin.

Saif e Feinberg planejam colocar itens de teste dentro da câmara para ver se eles podem atingir a precisão do alvo de 12 picômetros.

"Acho que fizemos muito progresso. Estamos chegando lá, "Saif disse.