p Os astrônomos se esforçam para observar o universo por meio de técnicas cada vez mais avançadas. Sempre que os pesquisadores inventam um novo método, informações sem precedentes são coletadas e a compreensão das pessoas sobre o cosmos se aprofunda. p Um ambicioso programa para explodir câmeras muito além do sistema solar foi anunciado em abril de 2016 pelo investidor da Internet e filantropo científico Yuri Milner, o já falecido físico Stephen Hawking e o CEO do Facebook, Mark Zuckerberg. Chamado de "Breakthrough Starshot, "a ideia é enviar um monte de pequenas nano-espaçonaves para o vizinho estelar mais próximo do sol, o sistema Alpha Centauri de três estrelas. Viajando a cerca de 20 por cento da velocidade da luz - tão rápido quanto 160 milhões de milhas por hora - a nave e suas pequenas câmeras visariam a menor, porém mais próxima estrela do sistema, Proxima Centari, e seu planeta Proxima b, 4,26 anos-luz da Terra.

p O objetivo da equipe Breakthrough Starshot dependerá de uma série de tecnologias ainda não comprovadas. O plano é usar velas leves para levar essas espaçonaves mais longe e mais rápido do que qualquer coisa que já existiu - os lasers na Terra empurrarão as naves minúsculas por meio de suas velas superfinas e reflexivas. Tenho outra ideia que pode pegar carona nessa tecnologia à medida que o projeto está se preparando:os pesquisadores podem obter dados valiosos desses observatórios móveis, até mesmo testar diretamente a teoria da relatividade especial de Einstein, muito antes de chegarem perto de Alpha Centauri.

p Desafios técnicos abundam

p Alcançar o objetivo do Breakthrough Starshot não é uma tarefa fácil. O projeto conta com o contínuo desenvolvimento tecnológico em três frentes independentes.

p Primeiro, os pesquisadores precisarão diminuir drasticamente o tamanho e o peso dos componentes microeletrônicos para fazer uma câmera. Cada nanocraft é planejado para não ter mais do que alguns gramas no total - e isso terá que incluir não apenas a câmera, mas também outras cargas úteis, incluindo fonte de alimentação e equipamento de comunicação.

p Outro desafio será construir finos, materiais ultraleves e altamente refletivos para servir de "vela" para a câmera. Uma possibilidade é ter uma vela de grafeno de camada única - apenas uma molécula de espessura, apenas 0,345 nanômetro.

p A equipe Breakthrough Starshot se beneficiará do aumento da potência e da queda nos custos dos feixes de laser. Lasers com potência de 100 Gigawatts são necessários para acelerar as câmeras desde o solo. Assim como o vento enche as velas de um veleiro e o empurra para a frente, os fótons de um feixe de laser de alta energia podem impulsionar uma vela reflexiva ultraleve para a frente conforme eles voltam.

p Com a taxa de desenvolvimento de tecnologia projetada, provavelmente levará pelo menos mais duas décadas antes que os cientistas possam lançar uma câmera viajando com uma velocidade de uma fração significativa da velocidade da luz.

p Mesmo que tal câmera pudesse ser construída e acelerada, vários outros desafios devem ser superados para realizar o sonho de alcançar o sistema Alpha Centauri. Os pesquisadores podem apontar as câmeras corretamente para que alcancem o sistema estelar? A câmera pode sobreviver à jornada de quase 20 anos sem ser danificada? E se vencer as probabilidades e a viagem correr bem, será possível transmitir os dados - digamos, imagens - de volta à Terra a uma distância tão grande?

p Apresentando a 'astronomia relativística'

p Meu colaborador Kunyang Li, um estudante de pós-graduação no Instituto de Tecnologia da Geórgia, e vejo potencial em todas essas tecnologias, mesmo antes de serem aperfeiçoadas e prontas para partir para Alfa Centauro.

p Quando uma câmera viaja no espaço perto da velocidade da luz - o que poderia ser chamado de "velocidade relativística" - a teoria da relatividade especial de Einstein desempenha um papel na forma como as imagens capturadas pela câmera serão modificadas. A teoria de Einstein afirma que, em diferentes "estruturas de repouso", os observadores medem diferentes extensões de espaço e tempo. Isso é, espaço e tempo são relativos. O quão diferente os dois observadores medem as coisas depende de quão rápido eles estão se movendo um em relação ao outro. Se a velocidade relativa estiver próxima da velocidade da luz, suas observações podem diferir significativamente.

p A relatividade especial também afeta muitas outras coisas que os físicos medem - por exemplo, a frequência e intensidade da luz e também o tamanho da aparência de um objeto. No resto do quadro da câmera, todo o universo está se movendo a uma boa fração da velocidade da luz na direção oposta ao movimento da própria câmera. Para uma pessoa imaginária a bordo, graças aos diferentes espaços-tempos vividos por ele e por todos na Terra, a luz de uma estrela ou galáxia pareceria mais azul, mais brilhante e mais compacto, e a separação angular entre dois objetos pareceria menor.

p Nossa ideia é aproveitar essas características da relatividade especial para observar objetos familiares nos diferentes quadros de repouso do espaço-tempo da câmera relativística. Isso pode fornecer um novo modo de estudar astronomia - o que estamos chamando de "astronomia relativística".

p O que a câmera poderia capturar?

p Então, uma câmera relativística serviria naturalmente como espectrógrafo, permitindo que os pesquisadores vejam uma faixa de luz intrinsecamente mais vermelha. Funcionaria como uma lente, ampliando a quantidade de luz que coleta. E seria uma câmera de campo amplo, permitindo que os astrônomos observem mais objetos dentro do mesmo campo de visão da câmera.

p Aqui está um exemplo do tipo de dados que poderíamos reunir usando a câmera relativística. Devido à expansão do universo, a luz do universo primitivo é mais vermelha no momento em que chega à Terra do que quando começou. Os físicos chamam esse efeito de deslocamento para o vermelho:à medida que a luz viaja, seu comprimento de onda se estende à medida que se expande junto com o universo. A luz vermelha tem comprimentos de onda mais longos do que a luz azul. Tudo isso significa que, para ver a luz desviada para o vermelho do universo jovem, deve-se usar os comprimentos de onda infravermelhos difíceis de observar para coletá-lo.

p Entre na câmera relativística. Para uma câmera se movendo perto da velocidade da luz, essa luz desviada para o vermelho torna-se mais azul - isto é, agora está mudado para o azul. O efeito do movimento da câmera neutraliza o efeito da expansão do universo. Agora, um astrônomo poderia captar essa luz usando a conhecida câmera de luz visível. O mesmo efeito de reforço Doppler também permite que a luz fraca do universo inicial seja amplificada, auxiliando na detecção. Observar as características espectrais de objetos distantes pode nos permitir revelar a história do universo primitivo, especialmente como o universo evoluiu depois que se tornou transparente 380, 000 anos após o Big Bang.

p Outro aspecto interessante da astronomia relativística é que a humanidade pode testar diretamente os princípios da relatividade especial usando medidas macroscópicas pela primeira vez. Comparando as observações coletadas na câmera relativística e aquelas coletadas do solo, astrônomos poderiam testar com precisão as previsões fundamentais da relatividade de Einstein em relação à mudança de frequência, fluxo e direção de viagem de luz em diferentes quadros de repouso.

p Comparado com os objetivos finais do projeto Starshot, observar o universo usando câmeras relativísticas deveria ser mais fácil. Os astrônomos não precisariam se preocupar em apontar a câmera, uma vez que poderia obter resultados interessantes quando enviado em qualquer direção. O problema de transmissão de dados é um pouco aliviado, pois as distâncias não seriam tão grandes. Mesmo com a dificuldade técnica de proteger a câmera.

p Propomos que experimentar câmeras relativísticas para observações astronômicas poderia ser um precursor do projeto Starshot completo. E a humanidade terá um novo "observatório" astronômico para estudar o universo de uma forma sem precedentes. A história sugere que abrir uma nova janela como esta revelará muitos tesouros não detectados anteriormente. p Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.