Na próxima década, a NASA enviará algumas instalações verdadeiramente impressionantes ao espaço. Isso inclui os telescópios espaciais da próxima geração, como o Telescópio Espacial James Webb (JWST) e o Telescópio Espacial Infravermelho de Campo Largo (WFIRST). Com base no fundamento estabelecido pela Hubble, O WFIRST usará seu conjunto avançado de instrumentos para investigar alguns dos mistérios mais profundos do Universo.
Um desses instrumentos é o coronagraph, que permitirá ao telescópio ter uma visão clara dos planetas extra-solares. Este instrumento concluiu recentemente uma revisão preliminar do projeto realizada pela NASA, um marco importante em seu desenvolvimento. Isso significa que o instrumento atendeu a todos os requisitos de projeto, cronograma e orçamento e agora pode prosseguir para a próxima fase do desenvolvimento.
O cronógrafo é uma parte importante dos instrumentos de caça ao planeta da WFIRST. Normalmente, é difícil imaginar diretamente exoplanetas por causa do brilho intenso que vem das estrelas-mãe. Essa luz é muitas vezes mais poderosa que a luz refletida na superfície ou atmosfera de um planeta. Por esse motivo, os pequenos traços de luz que indicam a presença de exoplanetas são obscurecidos para instrumentos convencionais.
Mas, cancelando o brilho intenso de uma estrela, os astrônomos terão uma chance muito maior de detectar planetas que a orbitam. Isso oferece o benefício adicional de poder estudar exoplanetas diretamente, em vez de depender de métodos indiretos, nos quais as estrelas são monitoradas quanto a quedas de brilho (o Método de Trânsito) ou sinais de movimento para frente e para trás, o que indica a presença de um sistema planetário (o Método da velocidade radial).
Em comparação, o método Direct Imaging oferece muitos benefícios, como a capacidade de obter espectros diretamente da superfície e da atmosfera de um planeta. Isso permitirá avaliações mais precisas da composição de um planeta e da composição de sua atmosfera - ou seja, possui água de superfície, um oxigênio-nitrogênio
Como explicou Jason Rhodes, cientista do projeto do Telescópio de Pesquisa por Infravermelho de Campo Largo (WFIRST) no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA:
“O que estamos tentando fazer é cancelar um bilhão de fótons da estrela para cada um que capturarmos no planeta. Com o WFIRST, podemos obter imagens e espectros desses grandes planetas, com o objetivo de provar tecnologias que será usado em uma missão futura - eventualmente olhar para pequenos planetas rochosos que possam ter água líquida em suas superfícies, ou até mesmo sinais de vida, como os nossos. ”
O instrumento coronagraph do WFIRST (também conhecido como "óculos de estrelas") é uma peça de tecnologia de várias camadas e altamente complexa, consistindo em um sistema de máscaras, prismas, detectores e dois espelhos flexíveis. Esses espelhos são os principais componentes, que mudam de forma em tempo real para acomodar a luz recebida e compensar pequenas alterações na óptica do telescópio.
Em conjunto com as "máscaras" de alta tecnologia e outros componentes - conhecidos coletivamente como "controle ativo da frente de onda" - esses espelhos removem a interferência causada por ondas de luz que se dobram nas bordas dos elementos de bloqueio de luz do coronagraph. O resultado final disso é que a luz das estrelas fica esmaecida enquanto objetos levemente brilhantes (que antes eram invisíveis) aparecerão.
Além de ser 100 a 1.000 vezes mais capaz que os parágrafos anteriores, o coronagraph do WFIRST serve como um demonstrador de tecnologia que testará sua eficácia em ajudar a encontrar exoplanetas. Esses testes abrirão o caminho para que versões ampliadas sejam adicionadas a telescópios ainda maiores, que incluem os quatro observatórios propostos que serão enviados ao espaço na década de 2030.
Estes incluem o Surveyor ultravioleta / óptico / infravermelho grande (LUVOIR), o Telescópio Espacial Origens (OST) e os Surveyor de raios-x do lince. Usando parágrafos coronais maiores e mais avançados, esses telescópios serão capazes de gerar "imagens" de pixel único de planetas menores que orbitam mais perto de seus sóis (que é onde os planetas rochosos são mais prováveis de serem encontrados).
Depois que a luz dessas imagens for analisada com um espectrômetro, os astrônomos poderão procurar sinais de vida (também conhecidos como bioassinaturas) como nunca antes. Como Rhodes disse:
“Com o WFIRST, poderemos obter imagens e espectros desses grandes planetas, com o objetivo de provar tecnologias que serão usadas em uma missão futura - para, eventualmente, olhar para pequenos planetas rochosos que poderiam ter água líquida em suas superfícies, ou até sinais de vida, como os nossos. ”
A inclusão de um parágrafo coronariano no WFIRST é importante porque será a primeira missão desde que o Hubble (em órbita desde 1990) é a única missão de astrofísica da NASA a incluir essa tecnologia. Obviamente, os parágrafos coronais do Hubble eram versões muito mais simples e menos sofisticadas da tecnologia do que o que o WFIRST usará.
Embora o Telescópio Espacial James Webb seja lançado anteriormente (atualmente programado para ser lançado em 2021) e também esteja equipado com a tecnologia, ele não terá a mesma capacidade de supressão de luz das estrelas que o WFIRST. Portanto, embora a WFIRST seja a terceira missão principal a empregar a tecnologia coronagraph, ela também será a mais sofisticada.
"O WFIRST deve ter duas ou três ordens de magnitude mais poderosas do que qualquer outro parágrafo coronário já voado [em sua capacidade de distinguir um planeta de sua estrela]", disse Rhodes. "Deveria haver uma chance para uma ciência realmente convincente, mesmo que seja apenas uma demonstração de tecnologia".
Esse tipo de tecnologia coronagraph também pode permitir as imagens mais nítidas já tiradas de um sistema estelar que está nos estágios iniciais da formação. Isso é caracterizado por uma estrela cercada por um enorme disco de poeira e gás, enquanto planetas se formam lentamente a partir de material acumulado. Atualmente, a melhor maneira de estudar esses discos é através de pesquisas por infravermelho que podem visualizar o calor absorvido pela estrela-mãe.
Como Vanessa Bailey, astrônoma do JPL e tecnóloga de instrumentos do WFIRST
“Os discos de detritos que vemos hoje em torno de outras estrelas são mais brilhantes e mais massivos do que o que temos em nosso próprio sistema solar. O instrumento coronagraph da WFIRST poderia estudar material de disco mais fraco e mais difuso, mais parecido com o Cinturão de Asteróides Principais, o Cinturão de Kuiper e outras poeiras que orbitam o Sol. "
Esses estudos podem fornecer informações sobre como nosso Sistema Solar se formou. Depois que a tecnologia for demonstrada com sucesso nos primeiros 18 meses da missão, a NASA poderá começar o que é conhecido como "Programa Cientista Participante". Sob esse programa, o coronagraph seria aberto à comunidade científica, permitindo uma variedade mais ampla de observadores e experimentos.
A revisão preliminar do projeto é uma das várias projetadas para examinar todos os aspectos da missão. Cada revisão é abrangente e visa garantir que cada parte individual funcione com as outras. Com essa análise de projeto concluída, o cronograma de desenvolvimento do coronagraph está avançando rapidamente.
Este é o segundo componente principal da missão WFIRST a receber autorização. O Wide-Field Instrument foi liberado em junho, uma câmera infravermelha próxima de 288 megapixels e multibanda que fornecerá nitidez de imagens comparável à alcançada pelo Hubble em um campo 100 vezes maior. Esta câmera é considerada o principal instrumento do telescópio espacial.
Como Rhodes indicou, a missão WFIRST será histórica, semelhante à Mars Pathfinder missão que aterrissou em Marte em 1997. Essa foi a primeira missão da NASA a implantar um veículo espacial (Sojourner) em Marte, que validou as principais tecnologias e métodos que acabariam entrando no Espírito, Oportunidade, Curiosidade, e Marte 2020 veículos robóticos.
"Foi uma demonstração de tecnologia", disse Rhodes. “O objetivo era mostrar que um veículo espacial funciona em Marte. Mas passou a fazer uma ciência muito interessante durante sua vida. Portanto, esperamos que o mesmo se aplique à demonstração técnica de coronagraph da WFIRST. "
