Talvez você se lembre da cena de abertura de "Harry Potter e a Pedra Filosofal" que aconteceu na Rua dos Alfeneiros. Um homem barbudo puxou um dispositivo misterioso, chamado de deluminador, de seu manto escuro e, uma a uma, as luzes das lâmpadas da rua entraram nele.

Pela última década ou mais, Trouxas ao redor do mundo - incluindo eu - estiveram ocupados projetando e aperfeiçoando um dispositivo semelhante chamado coronógrafo. Ele bloqueia a luz das estrelas para que os cientistas possam tirar fotos de planetas orbitando-as - os exoplanetas.

Mais de 500 anos atrás, o frade italiano Giordano Bruno postulou que as estrelas no céu noturno eram como o nosso Sol com planetas orbitando-as, alguns dos quais provavelmente abrigavam vida. Começando na década de 1990, usando observações terrestres e de satélite, os astrônomos reuniram evidências da existência de milhares de planetas ou exoplanetas extra-solares. A descoberta de exoplanetas rendeu o Prêmio Nobel de Física de 2019.

O próximo grande marco na pesquisa de exoplanetas é a imagem e caracterização de exoplanetas do tamanho de Júpiter em luz visível, porque a imagem de planetas do tamanho da Terra é muito mais difícil. Contudo, imagens de exo-Júpiter mostram que os astrômeros têm todas as ferramentas necessárias para criar imagens e caracterizar planetas do tamanho da Terra nas zonas habitáveis ​​de estrelas próximas, onde a vida pode existir. Missões espaciais capazes de criar imagens de exo-Terras em suas zonas habitáveis, como o Observatório Habitável de Exoplanetas ou HabEx e Pesquisador Grande UV / Ótico / IV ou LUVOIR, estão sendo projetados atualmente por cientistas e engenheiros de todo o mundo e estão a pelo menos uma década de seu vôo.

Em preparação para essas missões emblemáticas, é fundamental que as principais tecnologias e ferramentas de software sejam desenvolvidas e validadas. Um coronógrafo é essencial para todos esses esforços de imagem.

Sou professor de física e lidero um grupo de pesquisa que projetou muitos experimentos realizados em missões da NASA. Durante a última década ou mais, nossa equipe tem desenvolvido tecnologias necessárias para criar imagens e caracterizar diretamente os exoplanetas em torno de estrelas próximas e testá-los a bordo de foguetes e balões antes de serem selecionados para voar em grandes missões espaciais.

Exoplanetas de imagem em luz visível

Mesmo sabendo da existência de mais de 4, 000 exoplanetas, a maioria foi detectada usando métodos indiretos, como o escurecimento da luz da estrela-mãe quando um planeta passa na frente e bloqueia parte de sua luz - assim como o trânsito recente de Mercúrio. Esta é a técnica empregada pelas missões Kepler e Transiting Exoplanet Survey Satellite ou TESS. Os vencedores do Prêmio Nobel de 2019 usaram outro método indireto, que se baseia na medição do movimento minuto e periódico das estrelas causado pelos planetas que as orbitam. Mas uma fotografia de um exoplaneta, com características semelhantes às do nosso Sistema Solar, ainda não foi tomada.

Exoplanetas de imagem é difícil. Por exemplo, mesmo um planeta enorme como Júpiter é um bilhão de vezes mais escuro que o sol. E quando visto de longe, a Terra é 10 vezes mais escura do que Júpiter. Mas a dificuldade de obter imagens de exoplanetas não é porque eles são escuros - grandes telescópios, incluindo o Telescópio Espacial Hubble, fizeram imagens de objetos muito mais fracos.

O desafio de criar imagens de exoplanetas tem a ver com tirar uma foto de um objeto muito tênue que está perto de outro muito mais brilhante. Uma vez que as estrelas e seus planetas estão distantes, quando fotografados, eles aparecem como um ponto brilhante no céu, assim como os faróis de um carro parecem uma luz brilhante à distância. Então, o desafio de imaginar até mesmo o exoplaneta mais próximo é semelhante a uma pessoa na Califórnia tirando a foto de uma mosca a 3 metros de distância da luz brilhante de um farol em Massachusetts.

Meu grupo de pesquisa voou recentemente em um experimento com balão de alta altitude chamado Planetary Imaging Concept Testbed usando um experimento recuperável - Coronagraph (PICTURE-C) que testou a capacidade do coronógrafo de trabalhar no espaço para criar imagens de exoplanetas e seus ambientes.

Principais componentes do instrumento PICTURE-C

O coronógrafo do PICTURE-C cria eclipses artificiais para diminuir ou eliminar a luz das estrelas sem diminuir os planetas que as estrelas iluminam. Ele é projetado para capturar tênues cinturões de asteróides como objetos muito próximos da estrela central.

Embora um coronógrafo seja necessário para imagens diretas de exoplanetas, nossos 6, O dispositivo de 000 libras também inclui espelhos deformáveis ​​para corrigir a forma dos espelhos do telescópio que ficam distorcidos devido às mudanças na gravidade, flutuações de temperatura e outras imperfeições de fabricação.

Finalmente, todo o dispositivo deve ser mantido estável no espaço por períodos de tempo relativamente longos. Uma gôndola especialmente projetada pela NASA chamada Wallops Arc Second Pointer (WASP) carregava o PICTURE-C e nos levou até a metade do caminho. Um sistema interno de estabilização de imagem projetado por meus colegas forneceu a "mão firme" necessária.

O vôo inaugural de PICTURE-C

Depois de muitos testes para demonstrar que todos os sistemas estavam prontos para voar, nossa equipe lançou o PICTURE-C na manhã de 29 de setembro, 2019 de Ft. Sumner, Novo México.

Após o voo de teste de 20 horas, confirmando que todos os sistemas funcionaram bem, A IMAGEM-C voltou à Terra usando seu pára-quedas para pousar suavemente. O experimento foi recuperado e devolvido ao nosso laboratório. PICTURE-C não deveria realmente descobrir nenhum exoplaneta em seu primeiro teste. Mas ele voará novamente em outro balão quando fotografar várias estrelas para explorar se alguma delas tem cinturões de asteróides. Isso seria mais fácil de ver, e se tivermos sorte, vai tirar uma foto de um planeta do tamanho de Júpiter em setembro de 2020.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.