Um novo tipo de telescópio espacial pode ajudar a encontrar vida em outros planetas ou descobrir outros sistemas solares como o nosso, de acordo com um relatório recentemente realizado pela National Academies of Sciences, Engenharia e Medicina.

Astrofísico de Stanford Bruce Macintosh, quem era membro do comitê de relatório, disse que o telescópio proposto teria imagens diretas de exoplanetas semelhantes à Terra orbitando estrelas semelhantes ao nosso sol, e poderia trabalhar em conjunto com observatórios baseados em terra para coletar dados químicos sobre atmosferas de exoplanetas.

O Stanford Report conversou com o Macintosh sobre como o telescópio proposto funcionaria, como é encontrar sistemas solares distantes e o que podemos aprender procurando planetas habitáveis.

Por que o Congresso pediu este relatório?

Este relatório destacou duas questões-chave que conduzirão o futuro da pesquisa de exoplanetas. O grande é, Existem outros planetas com vida lá fora? A outra grande questão é, apenas como os sistemas planetários se formam e evoluem, e nosso sistema solar é raro ou uma parte comum desse processo?

Agora sabemos que planetas ao redor de outras estrelas são muito comuns, mas não entendemos completamente como esses outros sistemas solares se formam. Na verdade, entendemos menos sobre como os planetas se formam agora do que entendemos sobre como os buracos negros ou as estrelas de nêutrons se formam.

Como os exoplanetas são descobertos e estudados agora?

Existem várias maneiras de estudar exoplanetas. Os dominantes são o que chamamos de técnicas indiretas, onde você realmente não vê o planeta. O mais comum desses métodos indiretos é a técnica de trânsito. É onde está o planeta, enquanto orbita, passa na frente da estrela, bloqueando-o um pouco quando visto da Terra e fazendo-o escurecer um pouco por algumas horas.

Mas existem limitações para a técnica de trânsito. Por enquanto, só permite estudar os detalhes atmosféricos de planetas gigantes, planetas que são várias vezes maiores que a Terra, porque eles têm grandes atmosferas que absorvem muita luz. Também, as chances de funcionar aumentam se o planeta estiver perto da estrela e se a estrela for pequena, então é uma ótima maneira de estudar planetas perto de pequenas estrelas. Isso é interessante, mas não funciona para planetas semelhantes à Terra em torno de grandes estrelas e não funciona para planetas distantes de suas estrelas.

A outra abordagem, que é o que nosso grupo aqui faz, é imagem direta. É onde você realmente vê um planeta separado de uma estrela. É realmente, realmente difícil porque os planetas são milhões e bilhões de vezes mais fracos do que suas estrelas. Agora mesmo, a imagem direta só funciona para planetas maiores que Júpiter e distantes de sua estrela.

Atualmente, apenas telescópios terrestres são capazes de gerar imagens de exoplanetas diretamente. Os telescópios que temos no espaço não foram realmente projetados para fazer isso agora. Uma mensagem clara deste relatório é se vamos ver planetas como a Terra orbitando estrelas como o nosso sol, precisamos de telescópios espaciais projetados para fazer isso.

Como esses telescópios funcionariam?

Existem duas abordagens principais sendo consideradas. O primeiro é o que é chamado de telescópio "coronógrafo", que usa espelhos e máscaras dentro do próprio telescópio para criar um eclipse artificial que bloqueia a luz das estrelas para que o pequeno, planeta fraco próximo a ele é detectável.

A outra abordagem, chamado de starshade, representa uma maneira diferente de criar um eclipse artificial. Para entender como isso funciona, imagine que você quer ver um pássaro voando perto do sol. O que você faz? Você levanta a mão e bloqueia o sol. A starshade funciona pelo mesmo princípio, exceto que é espaço, então você tem um ponteiro espacial gigante com cerca de 50 metros de largura e cerca de 30, 000 a 50, 000 milhas de distância do seu telescópio.

Esta mão gigante, ou starshade, moscas alinhadas entre o seu telescópio e a estrela de modo que a luz da estrela seja bloqueada e o planeta possa espiar em torno de sua borda. Toda vez que você quiser olhar para uma nova estrela, você move o par deles para apontar em uma direção diferente.

When they're operating, they have to hold their alignment to about a meter or so relative to each other. That's hard, but it's engineering hard. The physics is really easy. We can show that the shape of the starshade is crucial for making the shadow dark enough so that it really, really blocks the star. And some of us at Stanford are working on a microsatellite to test the concept.

What would an exoplanet that has been imaged by one of these telescopes look like?

We're not making pictures like the Apollo 8 picture, where you see the continents and so on. Agora mesmo, and for the foreseeable future, exoplanets imaged this way will still look like a dot – but it's a dot that we can use to measure a planet's chemistry and understand what it's made of.

What can you learn about an exoplanet through direct imaging that you can't with indirect methods?

Because you've blocked out the star, you're actually seeing reflected light from the planet itself, not just inferring it's there. And if you see light from objects, you can do what we call spectroscopy, where you look for the light signatures of particular atoms or molecules that are present in the planet's atmosphere.

The hope is you'd see the signature of oxygen because we think the only way you can get a lot of oxygen in a planet together with other substances like methane is if something changes the chemistry of that planet and kicks it out of equilibrium.

The reason we have oxygen on Earth is life. If you kill everything on Earth, then the oxygen will go away in a few million years. It's not impossible other planets could make oxygen on their own, but by far the best explanation we know of is the presence of life, so that's really what you're looking for is that signature of oxygen.

When could the first of these planet-imaging telescopes launch?

That's the less good news. We already have the next big space telescope, o telescópio espacial James Webb, which is currently scheduled to launch in 2021.

The next project beyond that is a telescope called WFIRST. The proposed planet imager would have to start after WFIRST. That probably translates into a launch in something like 2035 or even a little bit later.

Em 2015, your group discovered a Jupiter-like exoplanet using the Gemini South Telescope in Chile, e antes disso, you helped discover a four-planet system. What does it feel like to discover a new world?

It's pretty awesome. We've had Kepler's laws for 400 years, but when we discovered the HR8799 planets, we were witnessing Kepler's laws in action – in a system with four giant planets that's light-years away. It's just spectacularly awesome.

Why is studying exoplanets important?

That's a legitimate question to ask. This is not knowledge that leads to concrete results on Earth, and we're not going to visit these planets for hundreds of years at least, but it's important to our perspective on the universe.

Once upon a time, humans were the center of the universe, and then astronomers proved that we were not the center of the universe. That shifted, fundamentally, our view of how important we are, and how the universe doesn't really revolve around us, but we're still the only life we know of in the universe.

If we discover that life exists elsewhere in the universe, that's a similarly epochal shift in our perception of how we fit in it. Or it's possible that life is really rare, and the exact circumstances that made Earth such a beautiful planet haven't happened in all these other thousands of solar systems, and we're the only one that got it right.

That's almost as important to know. If we're the only habitable planet within 1, 000 anos-luz, we really should do a good job of looking after this one habitable planet because it's even more precious and special than we knew.

We could build the equipment that's needed to answer that fundamental question, but it's going to take us 20 years to build it, so we better get started now.