Missão de balão estratosférico da NASA recebe telescópio com espelho gigante

O espelho primário da missão ASTHROS é um dos maiores que já voou em um balão de alta altitude. O espelho leve é revestido em ouro e níquel para torná-lo mais reflexivo em comprimentos de onda do infravermelho distante. Crédito:Media Lario

Os telescópios projetados para operar no espaço devem ser construídos de forma diferente daqueles destinados a operar no solo. Mas e os telescópios que operam no meio?
Uma próxima missão da NASA usará um balão maior que um campo de futebol para enviar um telescópio a 130.000 pés (cerca de 40.000 metros) acima da Antártida. A partir dessa altura, o telescópio estudará um fenômeno que sufoca a formação de estrelas em algumas galáxias, matando-as efetivamente.

A missão, chamada Astrophysics Stratospheric Telescope for High Spectral Resolution Observations at Submillimeter-wavelengths, ou ASTHROS, usará um espelho primário (a principal ferramenta de coleta de luz deste telescópio) que está empatado como o maior já voado em um balão de alta altitude. A construção do espelho de 2,5 metros terminou este mês. Projetá-lo e construí-lo provou ser um desafio devido a duas exigências principais:o espelho e sua estrutura de suporte devem ser excepcionalmente leves para viajar de balão, mas fortes o suficiente para impedir que a força da gravidade da Terra deforme sua forma parabólica quase perfeita em mais de 0,0001. polegadas (2,5 micrômetros) - uma fração da largura de um cabelo humano.

Gerenciado pelo Jet Propulsion Laboratory da NASA no sul da Califórnia, o ASTHROS deve ser lançado não antes de dezembro de 2023, circulando o Pólo Sul por até quatro semanas. O Programa Científico de Balões da NASA, operado pela Wallops Flight Facility da agência, na Virgínia, lança de 10 a 15 missões de balão a cada ano. Essas missões geralmente custam menos do que as missões espaciais e levam menos tempo para passar do planejamento inicial à implantação, e empregam novas tecnologias que podem ser usadas em futuras missões espaciais.

Os painéis espelhados dourados do ASTHROS aparecem embaçados a olho nu, como visto à esquerda. Mas quando fotografado com uma câmera infravermelha, como à direita, o painel reflete a imagem de um técnico tão claramente como se a pessoa estivesse olhando em um espelho. Crédito:Media Lario

No alto da estratosfera, o ASTHROS observará comprimentos de onda de luz que são bloqueados pela atmosfera da Terra, em uma faixa chamada de infravermelho distante. Seu grande espelho aumentará a capacidade do telescópio de observar fontes de luz mais fracas e resolver detalhes mais sutis dessas fontes.

Essas capacidades são essenciais para a abordagem da missão de estudar o feedback estelar, o processo pelo qual nuvens de gás e poeira – os ingredientes para fazer estrelas – são dispersas em galáxias, às vezes a ponto de a formação de estrelas parar completamente. Muitos processos contribuem para o feedback, incluindo erupções de estrelas vivas e as mortes explosivas de estrelas massivas como supernovas. O ASTHROS examinará várias regiões de formação de estrelas em nossa galáxia onde esses processos ocorrem, criando mapas 3D de alta resolução da distribuição e movimento do gás. A missão também observará galáxias distantes contendo milhões de estrelas para ver como o feedback ocorre em grandes escalas e em diferentes ambientes.

“É difícil explorar o feedback desde a origem, na escala de estrelas individuais, até onde tem efeito, na escala das galáxias”, disse Jorge Pineda, investigador principal do ASTHROS no JPL. "Com um grande espelho, podemos conectar esses dois."

Elevada por um balão estratosférico, como mostrado nesta ilustração, a missão ASTHROS da NASA pode atingir uma altitude de 130.000 pés (40 quilômetros). A partir dessa altura, o telescópio pode detectar comprimentos de onda de luz que são bloqueados pela atmosfera da Terra e não podem ser observados do solo. Crédito:NASA/JPL-Caltech

Enfrentando o desafio

A NASA contratou a Media Lario, uma empresa de óptica na Itália, para projetar e produzir a unidade completa do telescópio ASTHROS, incluindo um espelho primário, espelho secundário e estrutura de suporte (chamada de berço). Media Lario had previously developed a unique method for manufacturing lightweight infrared and optical telescope mirrors, which the company used to produce many of the panels for the primary mirrors of the Atacama Large Millimeter Array, a group of 66 ground-based telescopes in Chile.

The ASTHROS primary mirror features nine panels, which are significantly easier to fabricate than a one-piece mirror. The bulk of the mirror panels consist of lightweight aluminum, formed into a honeycomb structure that reduces its total mass. The panel surfaces are made of nickel and coated with gold, which improves the mirror's reflectivity at far-infrared wavelengths.

Because the ASTHROS team won't be able to fine-tune the alignment of the panels once the telescope lifts off, the cradle supporting the mirror needs to be lightweight yet exceptionally strong and rigid to prevent any deformation. Carbon fiber would do the trick. So, to build the cradle and other structural components, Media Lario turned to local companies in Italy that typically produce specialized structures for competitive racing boats and cars.

"I think this is probably the most complex telescope ever built for a high-altitude balloon mission," said Jose Siles, the ASTHROS project manager at JPL. "We had specifications similar to a space telescope but on a tighter budget, schedule, and mass. We had to combine techniques from ground-based telescopes that observe in similar wavelengths with advanced manufacturing techniques used for professional racing sailboats. It's pretty unique."

Media Lario will deliver the full telescope unit to NASA in late July. After that, the ASTHROS team will integrate it with the gondola (the structure that holds the entire payload and attaches to the balloon) and other key components. Then they'll begin a series of tests to ensure everything is ready for flight. + Explorar mais