Adeus Kepler, Olá, TESS - passando o bastão na busca por planetas distantes

Visão imaginada de Kepler-10b, um planeta que orbita um dos 150, 000 estrelas que a nave espacial Kepler está monitorando. Crédito:NASA / Kepler Mission / Dana Berry, CC BY

Durante séculos, os seres humanos se perguntam sobre a possibilidade de outras terras orbitando estrelas distantes. Talvez alguns desses mundos alienígenas abrigassem estranhas formas de vida ou tivessem histórias ou futuros únicos e reveladores. Mas foi apenas em 1995 que os astrônomos avistaram os primeiros planetas orbitando estrelas semelhantes ao Sol fora de nosso sistema solar.

Na última década, em particular, o número de planetas que orbitam estrelas distantes cresceu de menos de 100 para bem mais de 2, 000, com outros 2, 000 prováveis planetas aguardando confirmação. A maioria dessas novas descobertas deve-se a um único empreendimento - a missão Kepler da NASA.

Kepler é uma espaçonave que abriga um telescópio de 1 metro que ilumina uma câmera digital de 95 megapixels do tamanho de uma assadeira. O instrumento detectou pequenas variações no brilho de 150, 000 estrelas distantes, procurando o sinal revelador de um planeta bloqueando uma parte da luz das estrelas enquanto ela transita pela linha de visão do telescópio. É tão sensível que poderia detectar uma mosca zumbindo ao redor de um único poste de luz em Chicago de uma órbita acima da Terra. Ele pode ver as estrelas tremerem e vibrarem; pode ver manchas estelares e chamas; e, em situações favoráveis, ele pode ver planetas tão pequenos quanto a lua.

As milhares de descobertas de Kepler revolucionaram nossa compreensão dos planetas e sistemas planetários. Agora, Contudo, a espaçonave está quase sem combustível de hidrazina e encerrará sua vida fantástica nos próximos meses. Felizmente para os caçadores de planetas, A próxima missão TESS da NASA está esperando nos bastidores e assumirá a busca por exoplanetas.

O número de exoplanetas confirmados continua crescendo. Crédito:NASA / Ames Research Center / Wendy Stenzel e The University of Texas at Austin / Andrew Vanderburg, CC BY

História de Kepler

A missão Kepler foi concebida no início dos anos 1980 pelo cientista da NASA Bill Borucki, com a ajuda posterior de David Koch. No momento, não havia planetas conhecidos fora do sistema solar. O Kepler foi finalmente montado na década de 2000 e lançado em março de 2009. Eu me juntei à equipe de ciências do Kepler em 2008 (como um novato de olhos arregalados), eventualmente co-presidindo o grupo que estuda os movimentos dos planetas com Jack Lissauer.

Originalmente, a missão foi planejada para durar três anos e meio, com possíveis extensões enquanto o combustível, ou a câmera, ou a espaçonave durou. Com o passar do tempo, partes da câmera começaram a falhar, mas a missão persistiu. Contudo, em 2013, quando dois de seus quatro giroscópios de estabilização (tecnicamente "rodas de reação") pararam, a missão Kepler original terminou efetivamente.

Os cientistas podem determinar o tamanho ou o raio de um planeta medindo a profundidade da queda no brilho e sabendo o tamanho da estrela. Crédito:NASA Ames, CC BY

Mesmo assim, com alguma engenhosidade, A NASA foi capaz de usar a luz refletida do Sol para ajudar a dirigir a espaçonave. A missão foi rebatizada como K2 e continuou encontrando planetas por mais meia década. Agora, com o medidor de combustível quase vazio, o negócio de caça ao planeta está diminuindo e a espaçonave ficará à deriva no sistema solar. O catálogo final de candidatos a planetas da missão original foi concluído no final do ano passado e as últimas observações do K2 estão terminando.

Ciência de Kepler

Extrair todo o conhecimento que pudermos com esses dados continuará nos próximos anos, mas o que vimos até agora surpreendeu cientistas de todo o mundo.

Preparando o pré-lançamento da espaçonave Kepler em 2009. Crédito:NASA / Tim Jacobs, CC BY

Vimos alguns planetas que orbitam suas estrelas hospedeiras em apenas algumas horas e são tão quentes que a superfície da rocha vaporiza e se arrasta atrás do planeta como uma cauda de cometa. Outros sistemas têm planetas tão próximos que, se você estivesse na superfície de um, o segundo planeta pareceria maior do que 10 luas cheias. Um sistema está tão repleto de planetas que oito deles estão mais perto de sua estrela do que a Terra está do sol. Muitos têm planetas, e às vezes vários planetas, orbitando dentro da zona habitável de sua estrela hospedeira, onde água líquida pode existir em suas superfícies.

Como em qualquer missão, o pacote Kepler veio com vantagens e desvantagens. Precisava olhar para uma única parte do céu, piscando a cada 30 minutos, por quatro anos consecutivos. A fim de estudar estrelas suficientes para fazer suas medições, as estrelas deviam estar bem distantes - assim como quando você está no meio de uma floresta, há mais árvores longe de você do que bem ao seu lado. Estrelas distantes são escuras, e seus planetas são difíceis de estudar. De fato, um desafio para os astrônomos que desejam estudar as propriedades dos planetas Kepler é que o próprio Kepler costuma ser o melhor instrumento a ser usado. Dados de alta qualidade de telescópios terrestres requerem longas observações nos maiores telescópios - recursos preciosos que limitam o número de planetas que podem ser observados.

Agora sabemos que existem pelo menos tantos planetas na galáxia quanto estrelas, e muitos desses planetas são bem diferentes do que temos aqui no sistema solar. Aprender as características e personalidades da ampla variedade de planetas requer que os astrônomos investiguem aqueles que orbitam estrelas mais brilhantes e próximas, onde mais instrumentos e mais telescópios podem ser usados.

Os cientistas da NASA descobriram como usar a pressão solar para estabilizar o Kepler. Crédito:NASA Ames / W Stenzel, CC BY

Entrar no TESS

Missão Transiting Exoplanet Survey Satellite da NASA, liderado por George Ricker do MIT, está programado para ser lançado nas próximas semanas e irá procurar planetas usando a mesma técnica de detecção que o Kepler usou. Órbita de TESS, ao invés de estar em torno do Sol, terá uma relação próxima com a Lua:TESS irá orbitar a Terra duas vezes para cada órbita lunar. Padrão de observação de TESS, em vez de olhar para uma única parte do céu, fará a varredura de quase todo o céu com campos de visão sobrepostos (como as pétalas de uma flor).

Dado o que aprendemos com o Kepler, os astrônomos esperam que o TESS encontre milhares de sistemas planetários. Observando todo o céu, encontraremos sistemas que orbitam estrelas 10 vezes mais próximas e 100 vezes mais brilhantes do que aqueles encontrados pelo Kepler - abrindo novas possibilidades para medir massas e densidades de planetas, estudando suas atmosferas, caracterizando suas estrelas hospedeiras, e estabelecer a natureza completa dos sistemas nos quais os planetas residem. Essa informação, por sua vez, vai nos contar mais sobre a história do nosso próprio planeta, como a vida pode ter começado, quais destinos evitamos e quais outros caminhos poderíamos ter seguido.