Há cinquenta e oito dias, numa manhã quase sem vento na plataforma de gelo Ross, um balão do tamanho de um estádio levantou vôo sobre a Antártica, carregando consigo tecnologia de infravermelho distante do Observatório Steward da Universidade do Arizona em busca de pistas sobre o ciclo de vida estelar em nossa galáxia e além.



GUSTO - abreviação de Observatório Espectroscópico Terahertz Galáctico / Extragaláctico ULDB - agora quebrou o recorde como a missão de balão de carga pesada mais longa da NASA, que anteriormente durava 55 dias, 1 hora e 34 minutos. Atualmente, o enorme balão de pressão zero percorre correntes de ar estratosféricas 36.000 metros acima do continente Antártico, recolhendo emissões de rádio infravermelhas distantes da matéria entre as estrelas. GUSTO superou o recorde anterior às 10h22 de sábado, horário de Tucson.

Os fracos sinais terahertz que o GUSTO procura - com frequências até um milhão de vezes superiores às ondas emitidas por um rádio FM - são facilmente absorvidos pelo vapor de água na atmosfera da Terra antes de poderem alcançar os telescópios terrestres. Apenas locais muito secos ou de grande altitude são adequados para observatórios que captam alguns desses fótons indescritíveis, como o alto deserto do Atacama e o Pólo Sul.

Em busca de condições mais secas, “somos levados a ir a lugares cada vez mais remotos”, disse Chris Walker, professor de astronomia do Observatório Steward, investigador principal da missão GUSTO, que trabalha em projetos de telescópios na Antártica desde 1994. A ciência dos balões abre novos possibilidades para o campo em rápida evolução da espectroscopia terahertz, permitindo aos observadores coletar sinais infravermelhos distantes antes que eles se percam nas camadas inferiores da atmosfera, por uma fração do custo de um telescópio totalmente baseado no espaço.

Telescópios de balão, como o GUSTO, combinam a força da observação espacial com a proximidade das operações baseadas na Terra e apresentam desafios únicos. Um lançamento bem-sucedido requer uma janela climática perfeita, com ventos de baixa velocidade tanto no solo quanto na estratosfera.

Quando as condições permitem, o lançamento em si é um espetáculo dramático. Caminhões de apoio conduzidos para a plataforma de gelo transportam hélio para o balão, que oscila e balança "como uma vela" à medida que enche, disse Walker. "Você começa a ouvir o barulho do hélio conforme o balão infla e, quando eles o soltam, ele faz barulho ao se desenrolar." Este é um momento tênue – se houver uma imperfeição ou vento forte, o balão pode se despedaçar. Sobre o projeto recorde, Walker disse que "balonar é a coisa mais difícil que fiz profissionalmente, mas também é a mais gratificante".

Se tudo correr bem – como aconteceu com o GUSTO – o balão ergue o telescópio dentro da sua gôndola especializada e transporta-o 35 quilómetros acima da Terra até à fenda remota entre a estratosfera e o espaço. A partir daqui, os astrónomos contam com as correntes circulares de vento acima do continente Antártico durante o verão do Hemisfério Sul para transportar o balão em voltas amplas, recolhendo as assinaturas luminosas dos produtos químicos cósmicos.

A bordo do GUSTO, os detectores de linhas de emissão recolhem informações moleculares sobre o meio interestelar – o gás cósmico e a poeira entre as estrelas que dão origem a novas estrelas e galáxias.

“Todos fazíamos parte do meio interestelar – cada átomo e molécula do nosso corpo era, em algum momento, gás e poeira fluindo entre as estrelas”, disse Walker. Para complicar as coisas, a química do universo é hoje diferente do que era depois do big bang. Para compreender a história da formação estelar no Universo – e, por extensão, a história das nossas próprias origens – os astrónomos estão interessados ​​em comparar a composição do meio interestelar em galáxias de diferentes idades.

O GUSTO pretende mapear a distribuição de carbono, oxigénio e azoto na jovem Via Láctea e na vizinha Grande Nuvem de Magalhães, que tem características comparáveis ​​a galáxias muito mais antigas. Uma comparação das duas galáxias ajudará a equipa GUSTO a fornecer o primeiro estudo espectroscópico completo de todas as fases do ciclo de vida estelar, desde o desenvolvimento de nuvens de gás interestelares, à formação de berçários estelares, ao nascimento e evolução das estrelas.

A missão GUSTO percorreu um longo caminho para chegar à estratosfera. A equipe de Walker apresentou uma proposta do Programa Explorer da NASA em 2014, e o projeto foi selecionado pela NASA em 2017. A gôndola para a missão foi construída pelo Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins; A equipe de Walker do Observatório Steward em UArizona forneceu o telescópio e a instrumentação – chamada de “carga útil” – trabalhando ao lado de vários parceiros, incluindo o Laboratório de Propulsão a Jato da NASA.

Em agosto de 2023, a equipe GUSTO realizou um teste de suspensão no NASA Columbia Scientific Balloon Facility, na Palestina, Texas. A partir daí, a gôndola e a carga totalmente integradas, pesando aproximadamente tanto quanto um SUV, viajaram para a Antártida a bordo de um avião de carga C-130H da NASA – a primeira vez que uma missão de balão foi enviada totalmente montada por via aérea. Na Antártica, a equipe GUSTO passou os meses de outono e inverno fazendo viagens diárias de 12 quilômetros da Estação McMurdo até o hangar para preparar o telescópio para o lançamento, viajando a bordo de vans antárticas com pneus colossais de baixa pressão através do terreno congelado.

No dia 31 de dezembro, uma década depois de a equipa GUSTO ter apresentado a sua proposta de investigação, a missão foi lançada entre ventos fracos e céu limpo, com o balão branco a ondular contra o pano de fundo do gelado Monte Erebus.

No campus UArizona, os investigadores da GUSTO continuam a exercitar a resistência em condições extremas. Enquanto muitos membros da equipe GUSTO viajaram para a Estação McMurdo para se preparar para o lançamento da missão, Craig Kulesa, professor associado de pesquisa do Observatório Steward e investigador principal adjunto do GUSTO, "implantado" no Edifício de Pesquisa Aplicada no campus UArizona, disse Walker. A partir daí, numa sala sem janelas, Kulesa opera a carga durante o voo, muitas vezes dormindo no chão e partilhando os controlos com uma equipa do Steward Observatory.

Os dados chegam em tempo real através de uma rede diversificada de tecnologias de telecomunicações, incluindo satélites geossíncronos, Iridium e StarLink. Os membros da equipe GUSTO na UArizona e na Johns Hopkins trabalham 24 horas por dia para monitorar e gerenciar remotamente a instrumentação e a gôndola, respectivamente. Uma linha Zoom 24 horas conecta parceiros em todos os continentes, de Harvard à Holanda.

Obtendo uma transmissão ao vivo da trajetória de voo do GUSTO, Walker mostrou o caminho que o balão já percorreu acima do continente de 5,4 milhões de milhas quadradas, cada loop com uma cor diferente na tela. A missão não tem data definida para pouso – pela primeira vez, a NASA deu autorização para que o balão voe o máximo que puder, mesmo que se extravie além da borda do continente Antártico ou pouse onde não possa ser recuperado.

Será a mais longa missão estratosférica de balão de carga pesada da história. Do voo recorde.

“GUSTO provou que balões podem ser usados ​​para fazer ciência realmente inovadora, não apenas por alguns dias, mas durante semanas e semanas”, disse Walker.

A duração do voo será, em última análise, ditada pelo tempo que o sistema de refrigeração pode funcionar (a bordo, espera-se que um tanque de hélio líquido dure até Março) e pela mudança de temperatura à medida que os dias na Antárctida começam a encurtar. Balões como o GUSTO só podem realizar missões de longa duração durante o verão nas regiões polares, onde o balão permanece sob luz solar constante e não afunda no ar frio da noite.

As assinaturas sobrepostas em azul, verde e vermelho dos loops de voo do GUSTO aparecem pequenas na tela de Walker, mas representam um enorme passo na astronomia terahertz:4.800 libras de tecnologia UArizona movendo-se na extremidade extrema da atmosfera por mais tempo do que nunca.

Se a próxima proposta de investigação de Walker for aprovada, a mesma instrumentação actualmente a bordo do GUSTO poderá ser testada no espaço, em busca das indescritíveis assinaturas infravermelhas distantes de sistemas de formação de planetas e zonas habitáveis.

“Se você não está indo além do limite, qual é o sentido?” Walker disse.

Fornecido pela Universidade do Arizona