O Telescópio Espacial Hubble é implantado no compartimento de carga do ônibus espacial Você já olhou para o céu noturno e se perguntou como seria o universo de perto? Mesmo que você tenha a sorte de ter acesso a um telescópio terrestre, cuja clareza depende de fatores atmosféricos como as nuvens, você não obterá a lucidez que esses impressionantes objetos celestes merecem. Em 1946, um astrofísico chamado Dr. Lyman Spitzer Jr. propôs colocar um telescópio no espaço para revelar imagens mais nítidas.
Parece lógico, certo? No entanto, isso foi antes mesmo de alguém lançar um foguete para o espaço sideral. Avançando para 1990, o telescópio Hubble é lançado. E onde está o telescópio Hubble? Espaço.
Como os EUA programa espacial amadureceu nas décadas de 1960 e 1970, Spitzer pressionou a NASA e o Congresso para desenvolver um telescópio espacial. Em 1975, a Agência Espacial Europeia (ESA) e a NASA começaram a elaborar os planos iniciais e, em 1977, o Congresso aprovou os fundos necessários. A NASA nomeou a Lockheed Missiles (agora Lockheed Martin) como a empreiteira que construiria o telescópio e seus sistemas de suporte, bem como os montaria e testaria.
O famoso telescópio recebeu o nome do astrônomo norte-americano Edwin Hubble, cujas observações de estrelas variáveis em galáxias distantes confirmaram que o universo estava se expandindo e deram suporte à teoria do Big Bang.
Conteúdo
Descoberta do Ônibus Espacial e Telescópio Espacial Hubble
COSTAR salva o dia
Anatomia do HST
Instrumentos científicos do Hubble:WFC3 e mais
Sistemas de espaçonaves do Hubble:gerando energia e conversando com o controle terrestre
Sistemas de espaçonaves do Hubble:direcionando e focando o olho no céu
Limitações do Hubble
Planos para o Hubble
Sucessor do Hubble:Telescópio Espacial James Webb (JWST)
Descoberta do ônibus espacial e do telescópio espacial Hubble
Após um longo atraso devido ao desastre do Challenger em 1986, o Telescópio Espacial Hubble entrou em órbita em 24 de abril de 1990, viajando a bordo do ônibus espacial Discovery. Desde o seu lançamento, o Hubble remodelou a nossa visão do espaço, com cientistas escrevendo milhares de artigos baseados nas descobertas claras do telescópio sobre questões importantes como a idade do universo, buracos negros gigantescos e a aparência das estrelas à beira da morte.
Neste artigo, falaremos sobre como o Hubble documentou o espaço sideral e os instrumentos que permitiram isso. Também falaremos sobre alguns dos problemas que o venerável telescópio/nave espacial encontrou ao longo do caminho.
COSTAR salva o dia
Inspeção pré-voo do espelho primário do Telescópio Espacial Hubble Foto cortesia NASA/STScI Quase imediatamente após a sua implantação em 1990, os astrónomos descobriram um problema com o seu adorado telescópio de 13,3 m (43,5 pés) de valor avaliado em 1,5 mil milhões de dólares. Seu novo olho do tamanho de um trailer no céu não conseguia focar corretamente. Eles perceberam que o espelho primário do telescópio havia sido aterrado na dimensão errada. Embora o defeito no espelho – aproximadamente igual a um quinquagésimo da espessura de um fio de cabelo humano – parecesse ridiculamente minúsculo para a maioria de nós, ele fez com que o Telescópio Espacial Hubble sofresse uma aberração esférica e produzisse imagens difusas. Certamente os astrónomos não passaram anos a trabalhar no telescópio apenas para ficarem satisfeitos com imagens banais do espaço exterior.
Os cientistas criaram uma lente de “contato” substituta chamada COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement) para reparar o defeito no HST. COSTAR consistia em vários pequenos espelhos que interceptariam o feixe do espelho defeituoso, consertariam o defeito e retransmitiriam o feixe corrigido para os instrumentos científicos no foco do espelho.
Os astronautas e a equipe da NASA passaram 11 meses se preparando para o que seria uma das missões espaciais mais desafiadoras já tentadas. Finalmente, em dezembro de 1993, sete homens a bordo do ônibus espacial Endeavour foram lançados ao espaço para a primeira missão de manutenção do HST.
A tripulação levou uma semana para fazer todos os reparos necessários e, quando o telescópio foi testado após a missão de manutenção, as imagens melhoraram bastante. Hoje, todos os instrumentos colocados no HST possuem óptica corretiva integrada para o defeito do espelho, e o COSTAR não é mais necessário.
Porém, o Hubble é mais do que COSTAR, e falaremos sobre algumas dessas partes críticas a seguir.
Anatomia do HST
O Telescópio Espacial Hubble em órbita NASA/National Geographic/Getty Images Como qualquer telescópio, o HST possui um longo tubo aberto em uma extremidade para permitir a entrada de luz. Possui espelhos para captar e levar a luz ao foco onde estão localizados seus “olhos”. O HST possui vários tipos de “olhos” em forma de diversos instrumentos. Assim como os insetos podem ver a luz ultravioleta ou nós, humanos, podemos ver a luz visível, o Hubble também deve ser capaz de ver os vários tipos de luz que caem dos céus.
Especificamente, o Hubble é um telescópio refletor Cassegrain. Isso significa apenas que a luz entra no dispositivo através da abertura e é refletida no espelho primário para um espelho secundário. O espelho secundário, por sua vez, reflete a luz através de um orifício no centro do espelho primário até um ponto focal atrás do espelho primário. Se você desenhasse o caminho da luz que chega, ele se pareceria com a letra “W”, exceto com três protuberâncias descendentes em vez de duas.
No ponto focal, espelhos menores, meio reflexivos e meio transparentes, distribuem a luz que entra para os vários instrumentos científicos. (Falaremos mais sobre esses instrumentos na próxima seção.) Como você deve ter adivinhado, esses não são apenas espelhos comuns nos quais você pode olhar para admirar seu reflexo.
Os espelhos do HST são feitos de vidro e revestidos com camadas de alumínio puro (três milionésimos de polegada de espessura) e fluoreto de magnésio (um milionésimo de polegada de espessura) para fazê-los refletir a luz visível, infravermelha e ultravioleta. O espelho primário tem 2,4 metros (7,9 pés) de diâmetro e o espelho secundário tem 0,3 metros (1,0 pés) de diâmetro.
A seguir, falaremos sobre o que o Hubble faz com toda aquela luz depois que ela atinge os espelhos do telescópio.
Instrumentos científicos do Hubble:WFC3 e mais
Uma imagem da Nebulosa da Águia, capturada pela antiga câmera do Hubble, a WFPC2 Foto cortesia STScI e NASA Observando os diferentes comprimentos de onda, ou espectro de luz, de um objeto celeste, você pode discernir muitas de suas propriedades. Para isso, o HST está equipado com diversos instrumentos científicos. Cada instrumento usa dispositivos de carga acoplada (CCDs) em vez de filme fotográfico para capturar a luz. A luz detectada pelos CCDs é transformada em sinais digitais, que são armazenados em computadores de bordo e retransmitidos para a Terra. Os dados digitais são então transformados em fotos incríveis. Vejamos como cada instrumento contribui para essas imagens.
Câmera de campo amplo 3 (WFC3)
A Wide Field Camera 3 (WFC3) é um dos principais instrumentos de imagem do Hubble. Apresentando dois canais, o WFC3 captura luz ultravioleta e infravermelha, ampliando o alcance observacional do Hubble. Ele usa dois chips retangulares distintos para seus canais ultravioleta/visível e infravermelho. Juntamente com uma extensa gama de filtros, o WFC3 permite aos astrónomos recolher detalhes intrincados sobre objetos celestes, tornando-o uma atualização fundamental do Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) na missão de longa data do Hubble.
Câmera infravermelha próxima e espectrômetro multiobjeto (NICMOS)
Freqüentemente, o gás e a poeira interestelar podem bloquear nossa visão da luz visível de vários objetos celestes. Não tem problema:o Hubble pode ver a luz infravermelha, ou calor, dos objetos escondidos na poeira e no gás. Para ver essa luz infravermelha, o HST possui três câmeras sensíveis que compõem a câmera infravermelha próxima e o espectrômetro multiobjeto (NICMOS).
Espectrógrafo de imagens do telescópio espacial (STIS)
Além de iluminar um objeto celeste, a luz que emana desse objeto também pode revelar de que ele é feito. As cores específicas nos dizem quais elementos estão presentes, e a intensidade de cada cor nos diz quanto desse elemento está presente. O Espectrógrafo de Imagens do Telescópio Espacial (STIS) separa as cores da luz que chegam, da mesma forma que um prisma forma um arco-íris.
Além de descrever a composição química, o espectro pode transmitir a temperatura, a densidade e o movimento de um objeto celeste. Se o objeto estiver em movimento, a impressão digital química pode se deslocar em direção à extremidade azul (movendo-se em nossa direção) ou à extremidade vermelha (afastando-se de nós) do espectro. Infelizmente, o STIS perdeu energia em 2004. Foi reparado em 2009.
Câmera avançada para pesquisas (ACS)
Durante uma missão de manutenção em fevereiro de 2002, os astronautas adicionaram a Advanced Camera for Surveys (ACS), duplicando o campo de visão do Hubble e substituindo a Faint Object Camera, que servia como lente telefoto do HST.
O ACS, que vê a luz visível, foi instalado para ajudar a mapear a distribuição da matéria escura, detectar os objetos mais distantes do universo, procurar planetas massivos e examinar a evolução de aglomerados de galáxias. Os cientistas estimaram que duraria cinco anos e, na hora certa, uma falta de energia elétrica desativou duas de suas três câmeras em janeiro de 2007.
Sensores de orientação fina (FGSs)
O instrumento final a bordo do HST são os seus Sensores de Orientação Fina (FGSs), que apontam o telescópio e medem com precisão as posições e diâmetros das estrelas, bem como a separação de estrelas binárias. O Hubble possui três desses sensores no total; dois para apontar o telescópio e mantê-lo fixo em seu alvo, procurando estrelas "guia" no campo do HST próximo ao alvo. Quando cada FGS encontra uma estrela guia, ele a fixa e envia informações ao sistema de direção do HST para manter essa estrela guia em seu campo. Enquanto dois sensores dirigem o telescópio, um deles fica livre para fazer medições astrométricas (posições das estrelas). As medições astrométricas são importantes para a detecção de planetas porque os planetas em órbita fazem com que as estrelas-mãe oscilem à medida que se movem no céu.
Agora você sabe como o Hubble tira todas essas fotos. A seguir aprenderemos sobre a outra vida do Hubble como uma espaçonave.
Sistemas de espaçonaves do Hubble:gerando energia e conversando com o controle terrestre
Sistema de comunicação do Hubble Foto cortesia STScI e NASA O Hubble não é apenas um telescópio com instrumentos científicos altamente especializados. Também é uma nave espacial. Como tal, deve ter poder, comunicar com o solo e ser capaz de mudar a sua atitude (orientação).
Todos os instrumentos e computadores a bordo do HST necessitam de energia elétrica. Dois grandes painéis solares cumprem esta responsabilidade. Cada painel em forma de asa pode converter a energia do sol em 2.800 watts de eletricidade. Quando o HST está na sombra da Terra, a energia armazenada nas baterias a bordo pode sustentar o telescópio durante 7,5 horas.
Além de gerar energia, o HST deve ser capaz de conversar com os controladores em terra para retransmitir dados e receber comandos para seus próximos alvos. Para se comunicar, o HST usa uma série de satélites retransmissores chamados de sistema Tracking and Data Relay Satellite (TDRS). Atualmente, existem cinco satélites TDRS em vários locais do céu.
O processo de comunicação do Hubble também é auxiliado pelos dois computadores principais que se ajustam ao tubo do telescópio acima dos compartimentos de instrumentos científicos. Um computador se comunica com o solo para transmitir dados e receber comandos. O outro computador é responsável por dirigir o HST e diversas funções de limpeza. O Hubble também possui computadores de backup em caso de emergência.
Mas o que é usado para recuperar dados? E o que acontece com essas informações depois de coletadas? Quatro antenas posicionadas no telescópio transmitem e recebem informações entre o Hubble e a Equipe de Operações de Voo no Goddard Space Flight Center em Greenbelt, MD. Depois de receber as informações, Goddard as envia para o Space Telescope Science Institute (STScI) em Maryland, onde são traduzidas em unidades científicas como comprimento de onda ou brilho.
Aprenda como o Hubble navega a seguir.
Sistemas de espaçonaves do Hubble:direcionando e focando o olho no céu
Se o Hubble não conseguisse focar, não teria sido capaz de tirar esta imagem de uma estrela moribunda NASA/Getty Images O Hubble dá uma volta ao redor da Terra a cada 97 minutos, então focar em um alvo pode ser difícil. Três sistemas integrados permitem que o telescópio permaneça fixo em um objeto:giroscópios, os sensores de orientação fina de que falamos na seção anterior e rodas de reação.
Os giroscópios acompanham os movimentos grosseiros do Hubble. Como bússolas, eles sentem o seu movimento, informando ao computador de voo que o Hubble se afastou do alvo. O computador de voo calcula então quanto e em que direção o Hubble deve se mover para permanecer no alvo. O computador de vôo então direciona as rodas de reação para mover o telescópio.
Os sensores de orientação fina do Hubble ajudam a manter o telescópio fixo em seu alvo, observando estrelas-guia. Dois dos três sensores encontram estrelas-guia ao redor do alvo dentro de seus respectivos campos de visão. Uma vez encontrados, eles fixam-se nas estrelas-guia e enviam informações ao computador de voo para manter as estrelas-guia dentro do seu campo de visão. Os sensores são mais sensíveis que os giroscópios, mas a combinação dos giroscópios e dos sensores pode manter o HST fixo num alvo durante horas, apesar do movimento orbital do telescópio.
O HST não pode usar motores de foguete ou propulsores a gás para se orientar como a maioria dos satélites faz, porque os gases de exaustão pairariam perto do telescópio e turvariam o campo de visão circundante. Em vez disso, o HST possui rodas de reação orientadas nas três direções de movimento (x/y/z ou pitch/roll/yaw). As rodas de reação são volantes, como os encontrados em uma embreagem. Quando o HST precisa se mover, o computador de vôo informa a um ou mais volantes em qual direção girar e com que velocidade, o que fornece a força de ação. De acordo com a terceira lei do movimento de Newton (para cada ação há uma reação igual e oposta), o HST gira na direção oposta dos volantes até atingir seu alvo.
Existe algo que o Hubble não pode fazer?
Limitações do Hubble
Embora o Hubble não possa apontar para o sol, ele ainda pode tirar algumas imagens incríveis, como este, que mostra um halo de gás quente ao redor da galáxia espiral NGC 4631 que é semelhante à Via Láctea NASA/Getty Images Embora o HST seja responsável por inúmeras imagens e descobertas incríveis, ele tem algumas limitações.
Uma dessas limitações é que o HST não consegue observar o sol porque a luz e o calor intensos fritariam seus instrumentos sensíveis. Por esta razão, o HST está sempre apontado para longe do sol. Isso também significa que o Hubble também não pode observar Mercúrio, Vênus e certas estrelas que estão próximas do Sol.
Além do brilho dos objetos, a órbita do Hubble também restringe o que pode ser visto. Às vezes, os alvos que os astrônomos gostariam que o Hubble observasse são obstruídos pela própria Terra enquanto o Hubble orbita. Isto pode limitar o tempo gasto na observação de um determinado objeto.
Por último, o HST passa por uma secção dos cinturões de radiação de Van Allen, onde as partículas carregadas dos ventos solares são aprisionadas pelo campo magnético da Terra. Esses encontros causam alta radiação de fundo, que interfere nos detectores dos instrumentos. É impossível para o telescópio fazer observações durante esses períodos.
A seguir, saiba o que o futuro reserva para o grande observatório no céu.
Planos para o Hubble
Um modelo do Telescópio Espacial James Webb no gramado do Centro Espacial Goddard Foto cortesia da NASA Como acontece com qualquer tecnologia, persistem dúvidas sobre a viabilidade futura e o papel do Hubble na pesquisa espacial. Originalmente planejado para uma missão de 15 anos, superou as expectativas, em parte graças a várias missões de manutenção realizadas por astronautas da NASA. Estas missões não só repararam e substituíram equipamentos antigos, mas também atualizaram os seus instrumentos, permitindo ao Hubble permanecer na vanguarda da investigação astronómica.
A NASA não definiu uma data definitiva para a aposentadoria do Hubble. Em vez disso, espera-se que continue a funcionar enquanto os seus instrumentos permanecerem funcionais e fornecerem dados valiosos. As suas contribuições contínuas, mesmo em meio a incertezas, são um testemunho do impacto duradouro de missões espaciais bem concebidas e da resiliência do espírito humano para explorar e compreender o nosso universo.
Sucessor do Hubble:Telescópio Espacial James Webb (JWST)
O Telescópio Espacial James Webb (JWST), em homenagem ao ex-administrador da NASA James Webb, estuda todas as fases da história do universo. A partir da sua órbita a aproximadamente 1,6 milhões de quilómetros da Terra, o telescópio descobre informações sobre o nascimento de estrelas, outros sistemas solares e galáxias, e a evolução do nosso próprio sistema solar.
Para fazer essas descobertas fascinantes, o JWST depende principalmente de quatro instrumentos científicos:uma câmera de infravermelho próximo (IR), um espectrógrafo multiobjeto de infravermelho próximo, um instrumento de infravermelho médio e um gerador de imagens de filtro sintonizável.
Mas antes de passarmos para o JWST e esquecermos o Hubble, talvez o telescópio trabalhador mereça um momento. Graças às descobertas incomparáveis do Hubble, imagens cativantes do que existe além da atmosfera da Terra tornaram-se acessíveis para que todos possam desfrutar. Desde um raro alinhamento entre duas galáxias espirais até uma poderosa colisão entre aglomerados de galáxias, o Hubble trouxe um pequeno pedaço do céu para mais perto de casa.
Este artigo foi atualizado em conjunto com a tecnologia de IA, depois verificado e editado por um editor do HowStuffWorks.
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Descobertas do Hubble
Página Hubble da NASA
Telescópio Espacial James Webb
Página Hubble da Agência Espacial Europeia
Fontes
"Em toda a nação." Imprensa Livre de Detroit. 25 de setembro de 2008. (29 de setembro de 2008) http://www.freep.com/apps/pbcs.dll/article?AID=/20080925/ NEWS07/809250403/1009/NEWS07
Dunn, Márcia. "A NASA atrasa a missão do Hubble em 5 dias, culpou Ike." Imprensa associada. 25 de setembro de 2008. (29 de setembro de 2008) http://ap.google.com/article/ALeqM5jICfbuGENr5-2mQGNAnAEVCla8yQD93DKUN80
A página europeia do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. (29 de setembro de 2008) http://www.spacetelescope.org/
Evans, Ben. Céu da BBC à noite. Céu da BBC à noite. 22 de abril de 2020. (20 de outubro de 2023). https://www.skyatnightmagazine.com/space-missions/why-did-astronauts-service-hubble-space-telescope
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NASA. "O Telescópio Espacial Hubble." 24 de setembro de 2008. (29 de setembro de 2008) http://hubble.nasa.gov/
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