As imagens mostram a posição das cinco maiores luas de Urano e suas órbitas ao redor de Urano em 12 de julho de 2011, conforme visto por Herschel. Esquerda:posições calculadas e órbitas das luas. O lado esquerdo do plano orbital está apontando para nós. O tamanho dos objetos não é mostrado em escala. À direita:mapa de cores falsas do brilho infravermelho em um comprimento de onda de 70 µm após a remoção do sinal do planeta Urano, medido com o instrumento PACS do Observatório Espacial Herschel. A forma característica dos sinais, que se assemelha a um trevo de três folhas, é um artefato gerado pelo telescópio. Crédito:T. Müller (HdA) / Ö. H. Detre et al./MPIA
Mais de 230 anos atrás, o astrônomo William Herschel descobriu o planeta Urano e duas de suas luas. Usando o Observatório Espacial Herschel, um grupo de astrônomos liderados por Örs H. Detre, do Instituto Max Planck de Astronomia, agora conseguiu determinar as propriedades físicas das cinco luas principais de Urano. A radiação infravermelha medida, que é gerado pelo sol aquecendo suas superfícies, sugere que essas luas se assemelham a planetas anões como Plutão. A equipe desenvolveu uma nova técnica de análise que extraiu os sinais fracos das luas próximas a Urano, que é mais de mil vezes mais brilhante. O estudo foi publicado hoje na revista. Astronomia e Astrofísica .
Para explorar as regiões externas do Sistema Solar, sondas espaciais, como Voyager 1 e 2, Cassini-Huygens e New Horizons foram enviados em longas expedições. Agora um grupo de pesquisa germano-húngaro, liderado por Örs H. Detre do Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA) em Heidelberg, mostra que com a tecnologia e engenhosidade adequadas, resultados interessantes também podem ser alcançados com observações de longe.
Os cientistas usaram dados do Observatório Espacial Herschel, que se desenvolveu entre 2009 e 2013 e em cujo desenvolvimento e operação a MPIA também teve uma participação significativa. Em comparação com seus antecessores, que cobriam uma faixa espectral semelhante, as observações deste telescópio foram significativamente mais nítidas. Foi nomeado após o astrônomo William Herschel, que descobriu a radiação infravermelha em 1800. Alguns anos antes, ele também descobriu o planeta Urano e duas de suas luas (Titânia e Oberon), que agora foram explorados em maiores detalhes junto com três outras luas (Miranda, Ariel e Umbriel).
"Na realidade, realizamos as observações para medir a influência de fontes infravermelhas muito brilhantes, como Urano, no detector da câmera, "explica o co-autor Ulrich Klaas, que chefiou o grupo de trabalho da câmera PACS do Observatório Espacial Herschel da MPIA com a qual as imagens foram tiradas. "Nós descobrimos as luas apenas por acaso como nós adicionais no sinal extremamente brilhante do planeta." A câmera PACS, que foi desenvolvido sob a liderança do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) em Garching, era sensível a comprimentos de onda entre 70 e 160 µm. Isso é mais de cem vezes maior do que o comprimento de onda da luz visível. Como resultado, as imagens do telescópio espacial Hubble de tamanho semelhante são cerca de cem vezes mais nítidas.
Imagens das cinco maiores luas uranianas Miranda, Ariel, Umbriel, Titânia e Oberon. A sonda espacial Voyager 2 obteve essas imagens durante um sobrevoo em 24 de janeiro de 1986. Os diâmetros das luas são mostrados em escala. Crédito:NASA / JPL / MPIA
Objetos frios irradiam muito intensamente nesta faixa espectral, como Urano e suas cinco luas principais, que - aquecido pelo Sol - atinge temperaturas entre cerca de 60 e 80 K (–213 a –193 ° C).
"O momento da observação também foi um golpe de sorte, "explica Thomas Müller da MPE. O eixo de rotação de Urano, e, portanto, também o plano orbital das luas, está excepcionalmente inclinado em direção à sua órbita ao redor do sol. Enquanto Urano orbita o Sol há várias décadas, é principalmente o hemisfério norte ou sul que é iluminado pelo sol. “Durante as observações, Contudo, a posição era tão favorável que as regiões equatoriais se beneficiaram da irradiação solar. Isso nos permitiu medir o quão bem o calor é retido em uma superfície conforme ele se move para o lado noturno devido à rotação da lua. Isso nos ensinou muito sobre a natureza do material, "explica Müller, quem calculou os modelos para este estudo. Disto ele derivou as propriedades térmicas e físicas das luas.
Quando a sonda espacial Voyager 2 passou por Urano em 1986, a constelação era muito menos favorável. Os instrumentos científicos só conseguiram capturar as regiões do pólo sul de Urano e das luas.
Müller descobriu que essas superfícies armazenam calor inesperadamente bem e esfriam de forma relativamente lenta. Os astrônomos conhecem esse comportamento de objetos compactos com um aspecto superfície gelada. É por isso que os cientistas presumem que essas luas são corpos celestes semelhantes aos planetas anões na borda do Sistema Solar, como Plutão ou Haumea. Estudos independentes de alguns do exterior, luas uranianas irregulares, que também são baseados em observações com PACS / Herschel, indicam que eles têm propriedades térmicas diferentes. Essas luas mostram características dos objetos transneptunianos menores e fracamente ligados, que estão localizados em uma zona além do planeta Netuno. “Isso também caberia nas especulações sobre a origem das luas irregulares, "acrescenta Müller." Por causa de suas órbitas caóticas, presume-se que eles foram capturados pelo sistema uraniano apenas em uma data posterior. "
Essas imagens explicam como as luas uranianas foram extraídas dos dados. Esquerda:a imagem original contém os sinais infravermelhos de Urano e suas cinco luas principais, medido em um comprimento de onda de 70 µm. Urano é vários milhares de vezes mais brilhante do que uma única lua. Sua imagem é dominada por artefatos devido à interferência do telescópio e da câmera. Titânia e Oberon quase não são visíveis. Centro:Usando esses dados, um procedimento sofisticado criou um modelo para a distribuição de brilho apenas de Urano. Isso é subtraído da imagem original. Certo:finalmente, os sinais das luas permanecem após a subtração. Na localização de Urano, o método de extração não muito perfeito afeta ligeiramente o resultado. Crédito:Ö. H. Detre et al./MPIA
Contudo, as cinco luas principais foram quase esquecidas. Em particular, objetos muito brilhantes, como Urano, geram artefatos fortes nos dados do PACS / Herschel, que fazem com que parte da luz infravermelha nas imagens seja distribuída em grandes áreas. Isso é quase imperceptível ao observar objetos celestes tênues. Com Urano, Contudo, é ainda mais pronunciado. "As luas, que estão entre 500 e 7400 vezes mais fracos, estão a uma distância tão pequena de Urano que se fundem com os artefatos igualmente brilhantes. Apenas as luas mais brilhantes, Titania e Oberon, se destacar um pouco do brilho circundante, O co-autor Gábor Marton do Observatório Konkoly em Budapeste descreve o desafio.
Esta descoberta acidental estimulou Örs H. Detre a tornar as luas mais visíveis para que seu brilho pudesse ser medido com segurança. "Em casos semelhantes, como a busca por exoplanetas, usamos coronógrafos para mascarar sua estrela central brilhante, Detre explica. “Herschel não tinha tal dispositivo. Em vez de, aproveitamos a excelente estabilidade fotométrica do instrumento PACS. "Com base nessa estabilidade e após calcular as posições exatas das luas no momento das observações, ele desenvolveu um método que lhe permitiu remover Urano dos dados. "Todos nós ficamos surpresos quando quatro luas apareceram claramente nas imagens, e poderíamos até detectar Miranda, a menor e a mais interna das cinco maiores luas uranianas, "Detre conclui.
"O resultado demonstra que nem sempre precisamos de elaboradas missões espaciais planetárias para obter novos insights sobre o Sistema Solar, "o co-autor Hendrik Linz da MPIA aponta." Além disso, o novo algoritmo pode ser aplicado a outras observações que foram recolhidas em grande número no arquivo eletrónico de dados da Agência Espacial Europeia ESA. Quem sabe que surpresa ainda nos espera lá? "
