A escuridão em torno do telescópio Hale se quebra com uma fatia de céu azul quando a cúpula começa a se abrir, guinchando com metal, sons de ficção científica no topo da montanha Palomar do condado de San Diego. O histórico observatório cheira a óleo bombeado para sustentar os rolamentos que fazem este telescópio gigante flutuar levemente enquanto se move para rastrear as estrelas.

Desde fevereiro de 2018, cientistas têm testado um instrumento no telescópio Hale chamado New Mexico Exoplanet Spectroscopic Survey Instrument, ou NESSI. Uma colaboração entre o Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia, e o Instituto de Mineração e Tecnologia do Novo México, O NESSI foi construído para examinar a atmosfera dos planetas que orbitam estrelas além do nosso Sol, ou exoplanetas, fornecendo novos insights sobre como são esses mundos.

Até aqui, NESSI verificou dois "Júpiteres quentes, "enormes gigantes gasosos orbitando perto de suas estrelas e muito escaldantes para sustentar a vida. Um, chamado HD 189773b, tem temperaturas e ventos tão extremos que pode chover vidro para os lados. O outro, WASP-33b, tem uma camada de "proteção solar" na atmosfera, com moléculas que absorvem luz ultravioleta e luz visível.

Recentemente, NESSI observou esses planetas cruzando suas estrelas hospedeiras, provar que o instrumento seria capaz de ajudar a confirmar possíveis planetas previamente observados por outros telescópios. Agora está pronto para estudos mais detalhados de primos distantes de nosso sistema solar. E embora o instrumento seja projetado para olhar para planetas muito maiores que a Terra, Os métodos do NESSI podem ser usados ​​para procurar planetas do tamanho da Terra algum dia, assim que tecnologias futuras se tornem disponíveis.

"NESSI é uma ferramenta poderosa para nos ajudar a encontrar a família, "disse Mark Swain, um astrofísico e o líder do JPL para o NESSI. "Vinte e cinco anos atrás, ao nosso melhor conhecimento, pensamos que estávamos sozinhos. Agora sabemos que - pelo menos em termos de planetas - não somos, e que esta família é extensa e muito diversificada. "

Por que NESSI

NESSI vê a galáxia em luz infravermelha, que é invisível ao olho humano. Ele encara estrelas individuais para observar o escurecimento da luz conforme um planeta passa na frente de sua estrela hospedeira - um evento chamado trânsito. Do trânsito, os astrônomos podem aprender o quão grande é o planeta em relação à sua estrela hospedeira. Quando o planeta passa diretamente atrás da estrela e reemerge, é chamado de eclipse. O NESSI pode procurar assinaturas de moléculas da atmosfera do planeta detectáveis ​​na luz das estrelas antes e depois do eclipse.

Dentro da NESSI, dispositivos que focam luz infravermelha a espalham em um arco-íris, ou espectro, filtrando-o para comprimentos de onda específicos que se relacionam com a química atmosférica de planetas distantes.

"Podemos escolher as partes do espectro onde as moléculas estão, porque isso é realmente o que estamos procurando no infravermelho desses exoplanetas - assinaturas moleculares de coisas como dióxido de carbono e água e metano para nos dizer que há algo interessante acontecendo naquele planeta em particular, "disse Michelle Creech-Eakman, investigador principal do NESSI na New Mexico Tech.

O NESSI está equipado para acompanhar as descobertas de outros observatórios, como o Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA. O TESS examina todo o céu em luz visível em busca de planetas brilhantes, estrelas próximas, mas os candidatos a planetas que ela descobre devem ser confirmados por outros métodos. Isso é para garantir que esses sinais detectados pelo TESS realmente venham de trânsitos de planetas, não outras fontes.

O NESSI também pode ajudar a estabelecer a ponte científica entre a TESS e o Telescópio Espacial James Webb da NASA, programado para lançamento em 2021. O maior, mais complexo observatório espacial para voar, Webb estudará planetas individuais para aprender sobre suas atmosferas e se eles contêm moléculas associadas à habitabilidade. Mas como o tempo de Webb será precioso, os cientistas querem apontá-lo apenas para os alvos mais interessantes e acessíveis. Por exemplo, se o NESSI não vir assinaturas moleculares ao redor de um planeta, isso implica que as nuvens estão bloqueando sua atmosfera, tornando improvável que seja um bom alvo para Webb.

"Isso nos ajuda a ver se um planeta está limpo, nublado ou nebuloso, "disse Rob Zellem, um astrofísico e o líder de comissionamento do JPL no NESSI. "E se estiver claro, veremos as moléculas. E se então virmos as moléculas, eles dirão, "Ei, é um ótimo alvo para se olhar com James Webb ou Hubble ou qualquer outra coisa. '"

Uma janela para a galáxia

O NESSI começou como um conceito em 2008, quando Swain visitou a aula de astrobiologia de Creech-Eakman na New Mexico Tech. Durante o café, Swain contou a seu colega sobre as observações de exoplanetas que fez com um telescópio terrestre que não deu certo. Creech-Eakman percebeu que um instrumento diferente combinado com o telescópio certo poderia cumprir os objetivos de Swain. Em um guardanapo, os dois esboçaram uma ideia para o que se tornaria o NESSI.

Eles projetaram o instrumento para o Observatório Magdalena Ridge em Magdalena, Novo México. Mas assim que os pesquisadores começaram a usá-lo em abril de 2014, o instrumento não funcionou como esperado.

Swain sugeriu mover o NESSI para o telescópio Hale de 200 polegadas de Palomar, which is much larger and more powerful—and also more accessible for the team. Owned and operated by Caltech, which manages JPL for NASA, Palomar has designated observing nights for researchers from JPL.

Relocating NESSI—a 5-foot-tall (1.5-meter-tall) blue, cylindrical device with wires coming out of it—wasn't just a matter of placing it on a truck and driving southwest. The electrical and optical systems needed to be reworked for its new host and then tested again. NESSI also needed a way to communicate with a different telescope, so University of Arizona doctoral student Kyle Pearson developed software to operate the instrument at Palomar. By early 2018, NESSI was ready to climb the mountain.

A crane lifted NESSI more than 100 feet (30 meters) to the top of the Hale Telescope on Feb. 1, 2018. Technicians installed the instrument in a "cage" at the Hale's prime focus, which enables all of the light from the 530-ton telescope to be funneled into NESSI's detectors.

The team celebrated NESSI's glimpse of its first star on Feb. 2, 2018, but between limited telescope time and fickle weather, more than a year of testing and troubleshooting would pass (never mind the time the decades-old lift got stuck as Zellem and Swain ascended to the telescope cage).

"We track down the problems and we fix them. That's the name of the game, " Creech-Eakman said.

As the team continued making adjustments in 2019, Swain tapped a local high school student to design a baffle—a cylindrical device to help direct more light to NESSI's sensors. This piece was then 3-D-printed in JPL's machine shop.

When NESSI finally detected transiting planets on Sept. 11, 2019, the team didn't pause to pop open champagne. Researchers are now working out the measurements of HD 189773b's atmosphere. The team has also compiled a list of exoplanets they want to go after next.

"It's really rewarding, finally, to see all of our hard work is paying off and that we're getting NESSI to work, " Zellem said. "It's been a long journey, and it's really gratifying to see this happen, especially in real time."