Em 1610, Galileu Galilei olhou através de um telescópio e observou:"Vi Júpiter acompanhado por três estrelas fixas, totalmente invisíveis por sua pequenez. Os planetas são vistos muito redondos, como pequenas luas cheias". Na verdade, o que ele viu com seus olhos, ampliados por seu telescópio inicial, foram as maiores luas do maior planeta do nosso sistema solar, Júpiter. Galileu eventualmente identificou Europa, Calisto, Io e Ganimedes, e agora são conhecidos como satélites "galileanos" de Júpiter.
Hoje, o telescópio de Galileu parece rudimentar ao lado dos instrumentos muito maiores e mais poderosos que os astrônomos usam. Recentemente, o telescópio espacial mais poderoso já construído e lançado pela humanidade divulgou suas primeiras imagens ao público.

Para qualquer pessoa interessada em astronomia e astrobiologia, o que significa uma missão como o telescópio espacial Webb? O telescópio Webb não foi projetado para procurar vida, mas pode revelar informações importantes sobre a habitabilidade dos exoplanetas e, portanto, o potencial de vida além do nosso sistema solar. Mas o que 'olhar' através de um telescópio como o Webb realmente implica para os cientistas hoje? Jacob Lustig-Yaeger, Erin May e Laura Mayorga, três cientistas em início de carreira do Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins, ajudam a explicar como é a vida de um astrônomo hoje.

Como os dados de um telescópio espacial como o Webb realmente se parecem para um astrobiólogo?

O telescópio tem muitos modos de operação que os astrônomos usarão para diferentes investigações astronômicas. Alguns dos modos são imagens que capturam detalhes impressionantes de vários objetos, semelhantes às galáxias e nebulosas que o Telescópio Espacial Hubble observou. Mas para os astrônomos que estudam exoplanetas em outros sistemas planetários (conhecidos como exoplanetas), estamos particularmente interessados ​​nas capacidades espectroscópicas da missão.

Você já viu um arco-íris dançando na sua parede por causa da luz que entra pela sua janela? Isso é um espectro! Um espectro é uma maneira de quebrar a luz em todas as cores de que é feita para que possamos estudá-la melhor. O arco-íris colorido com o qual estamos mais familiarizados é o que acontece quando você quebra a luz do sol, que é visível aos seus olhos. Mas a luz também é composta de muito mais "cores" do que apenas o que nossos olhos podem ver. Este telescópio procura por "arco-íris" de luz infravermelha, que é apenas calor - o tipo de luz que faz o Sol ou uma fornalha quente parecerem quentes.

O telescópio não é uma câmera típica, no entanto:suas câmeras são feitas de pixels que são como um monte de baldes dispostos em uma grade, como uma bandeja de gelo. Depois que os instrumentos quebram a luz nesse arco-íris infravermelho, cada balde começa a se encher com uma cor específica de luz. Cada balde conta a quantidade de luz que entra nele até encher, ou dizemos ao telescópio para parar de coletar luz.

Na realidade, os dados reais são apenas um monte de números nos dizendo quanta luz o telescópio observou nas cores específicas que queríamos coletar. A "imagem" que recebemos de volta realmente aparece como uma grande faixa preta e branca, mas esse é o nosso arco-íris infravermelho! Para exoplanetas, muitas vezes tiramos muitas dessas fotos, uma após a outra, para ver como essas cores mudam ao longo do tempo quando o exoplaneta cruza na frente ou atrás de sua estrela.

À medida que os dados são coletados, como será o trabalho diário dos astrônomos nos próximos anos?

Em suma, os astrônomos hoje em dia são cientistas de dados que analisam dados de telescópios e desenvolvem e executam simulações dos processos astrofísicos que ocorrem em todos os diferentes cantos do universo. A maioria dos astrônomos usa a linguagem de programação Python para o trabalho diário, principalmente cientistas em início de carreira. Para astrônomos de exoplanetas, a maioria de nossas ferramentas são pacotes de software personalizados projetados especificamente para análise e modelagem de dados de exoplanetas, às vezes até personalizados para o telescópio específico que estamos usando ou adaptados para o tipo de exoplaneta que estamos estudando.

À medida que o telescópio coleta dados de exoplanetas nos próximos anos, os astrônomos seguirão muitas etapas para traduzir os dados brutos do telescópio em novos conhecimentos sobre exoplanetas e a natureza de suas atmosferas. Como mencionado anteriormente, os dados começam como uma série de imagens individuais do arco-íris infravermelho, cada uma tirada uma após a outra enquanto um exoplaneta cruza na frente ou atrás de sua estrela. Mas a quantidade de luz que cada balde conta também vem com muito barulho. Pense nisso como tentar tirar uma selfie no escuro:a imagem fica um pouco granulada. Isso porque é cheio de barulho e pouca luz! Os astrônomos observacionais passam muito tempo tentando encontrar todas as fontes de ruído e criando maneiras inteligentes de removê-lo usando ferramentas personalizadas de software de computador. Depois de removermos o ruído de cada imagem infravermelha do arco-íris, podemos criar o que chamamos de curva de luz, uma maneira de mostrar como cada cor da luz muda ao longo do tempo.

Quando observamos exoplanetas, normalmente procuramos uma queda na luz quando o planeta cruza na frente da estrela, e essa queda muda de tamanho dependendo da cor da luz. Quando esse planeta cruza na frente da estrela, alguma luz estelar passa pela atmosfera do planeta e interage com os gases e moléculas de que é feito. Podemos usar informações sobre o tamanho desse mergulho para nos dizer o que há na atmosfera do planeta.

Em seguida, os astrônomos analisam o espectro do exoplaneta usando modelos de computador para entender como as características únicas da atmosfera do exoplaneta deram origem ao que o telescópio observou. De décadas de medições de laboratório aqui na Terra, sabemos precisamente como as moléculas individuais interagem com a luz e que cada molécula possui sua própria impressão digital espectral única. Ou seja, cada molécula interage com a luz de uma maneira um pouco diferente, e isso nos permite reconhecê-las em nossas observações. Usando esses princípios, os astrônomos executam simulações de computador de milhões de diferentes atmosferas possíveis que contêm diferentes misturas de gases para identificar qual coquetel de moléculas oferece a melhor concordância com o espectro medido pelo telescópio.

Claro, depois que toda a análise estiver completa, os astrônomos ainda não terminaram. Como qualquer bom empreendimento científico, os passos finais são escrever todas as descobertas em um manuscrito que possa ser revisado por pares, publicado em uma revista acadêmica e compartilhado em todo o mundo. + Explorar mais

Telescópios menores, baseados em terra, também podem estudar atmosferas de exoplanetas