Nós, humanos, temos uma fome insaciável de entender o Universo. Como Carl Sagan disse: "Compreender é êxtase". Mas, para entender o universo, precisamos de maneiras cada vez melhores de observá-lo. E isso significa uma coisa: telescópios grandes, enormes e enormes.
Nesta série, veremos os próximos super telescópios do mundo:
- O Telescópio Gigante de Magalhães
- O Telescópio Extremamente Grande
- Telescópio de 30 metros
- O telescópio extremamente grande europeu
- O grande telescópio de pesquisa sinóptica
- O Telescópio Espacial James Webb
- O telescópio de pesquisa por infravermelho de campo amplo
É fácil esquecer o impacto que o Telescópio Espacial Hubble teve no nosso estado de conhecimento sobre o Universo. Na verdade, essa pode ser a melhor medida de seu sucesso: tomamos o Hubble, e tudo o que aprendemos, como garantido agora. Mas outros telescópios espaciais estão sendo desenvolvidos, incluindo o WFIRST, que será muito mais poderoso que o Hubble. Até que ponto esses telescópios ampliarão nossa compreensão do universo?
"O WFIRST tem o potencial de abrir nossos olhos para as maravilhas do universo, da mesma forma que o Hubble." - John Grunsfeld, Diretoria de Missões Científicas da NASA
O WFIRST pode ser o verdadeiro sucessor do Hubble, embora o Telescópio Espacial James Webb (JWST) seja frequentemente apresentado como tal. Mas pode ser incorreto chamar o WFIRST de telescópio; é mais preciso chamá-lo de observatório astrofísico. Isso porque um dos seus principais objetivos científicos é estudar a Energia Negra, essa força misteriosa que impulsiona a expansão do Universo, e a Matéria Negra, a matéria difícil de detectar que retarda essa expansão.
O WFIRST terá um espelho de 2,4 metros, do mesmo tamanho do Hubble. Mas, ele terá uma câmera que expandirá o poder desse espelho. O Wide Field Instrument é uma câmera infravermelha próxima de banda múltipla de 288 megapixels. Quando estiver em operação, ele capturará imagens tão nítidas quanto as do Hubble. Mas há uma enorme diferença: o Wide Field Instrument captura imagens que cobrem mais de 100 vezes o céu que o Hubble.
Juntamente com o instrumento de campo amplo, o WFIRST terá o instrumento coronagraphic. O Instrumento Coronagraphic avançará o estudo de exoplanetas. Ele usará um sistema de filtros e máscaras para bloquear a luz de outras estrelas e aprimorar os planetas que orbitam essas estrelas. Isso permitirá um estudo muito detalhado das atmosferas dos exoplanetas, uma das principais formas de determinar a habitabilidade.
O WFIRST está previsto para ser lançado em 2025, embora seja muito cedo para ter uma data exata. Mas quando é lançado, o plano é que o WFIRST viaje para o Ponto 2 de LaGrange Sol-Terra (L2.) L2 é um ponto gravitacionalmente equilibrado no espaço onde o WFIRST pode fazer seu trabalho sem interrupção. A missão está prevista para durar cerca de 6 anos.
"O WFIRST tem o potencial de abrir nossos olhos para as maravilhas do universo, da mesma forma que o Hubble", disse John Grunsfeld, astronauta e administrador associado do Diretório de Missões Científicas da NASA na sede em Washington. "Esta missão combina de maneira única a capacidade de descobrir e caracterizar planetas além do nosso próprio sistema solar com a sensibilidade e a óptica de olhar amplo e profundamente no universo, em uma missão de desvendar os mistérios da energia escura e da matéria escura".
Em poucas palavras, existem duas propostas para o que pode ser a energia escura. A primeira é a constante cosmológica, onde a energia escura é uniforme em todo o cosmos. O segundo é o chamado campo escalar, onde a densidade da energia escura pode variar no tempo e no espaço.
Desde os anos 90, observações nos mostraram que a expansão do Universo está se acelerando. Essa aceleração começou cerca de 5 bilhões de anos atrás. Achamos que a Dark Energy é responsável por essa expansão acelerada. Ao fornecer imagens tão grandes e detalhadas do cosmos, o WFIRST permitirá que os astrônomos mapeiem a expansão ao longo do tempo e em grandes áreas. O WFIRST também medirá com precisão as formas, posições e distâncias de milhões de galáxias para rastrear a distribuição e crescimento de estruturas cósmicas, incluindo aglomerados de galáxias e a Matéria Negra que os acompanha. A esperança é que isso nos dê um próximo nível de entendimento no que diz respeito à energia escura.
Se tudo isso parece muito complicado, olhe para o seguinte: sabemos que o universo está se expandindo e sabemos que a expansão está se acelerando. Queremos saber por que está se expandindo e como. Atribuímos o nome de 'Energia Escura' à força que impulsiona essa expansão e agora queremos saber mais sobre isso.
A energia escura e a expansão do universo são um enorme mistério e uma questão que impulsiona os cosmólogos. (Eles realmente querem saber como o Universo terminará!) Mas, para muitos de nós, outra pergunta é ainda mais convincente: estamos sozinhos no Universo?
Não haverá uma resposta rápida para essa, mas qualquer resposta que encontrarmos começa com o estudo de exoplanetas, e isso é algo em que o WFIRST também se destacará.
"O WFIRST foi projetado para abordar áreas científicas identificadas como prioridades da comunidade astronômica", disse Paul Hertz, diretor da Divisão de Astrofísica da NASA em Washington. “O Wide-Field Instrument dará ao telescópio a capacidade de capturar uma única imagem com a profundidade e a qualidade do Hubble, mas cobrindo 100 vezes a área. O coronagraph fornecerá ciência revolucionária, capturando imagens fracas, mas diretas, de mundos gasosos distantes e super-Terras. ”
"O coronagraph fornecerá ciência revolucionária, capturando imagens fracas, mas diretas, de mundos gasosos distantes e super-Terras". - Paul Hertz, Divisão de Astrofísica da NASA
A dificuldade em estudar exoplanetas é que todas são estrelas em órbita. As estrelas são tão brilhantes que tornam impossível ver seus planetas com mais detalhes. É como olhar para um farol a quilômetros de distância e tentar estudar um inseto perto do farol.
O Instrumento Coronagraphic a bordo do WFIRST será excelente ao bloquear a luz de estrelas distantes. Faz isso com um sistema de espelhos e máscaras. É isso que torna possível o estudo de exoplanetas. Somente quando a luz da estrela é tratada, as propriedades dos exoplanetas podem ser examinadas.
Isso permitirá medições detalhadas da composição química da atmosfera de um exoplaneta. Ao fazer isso em milhares de planetas, podemos começar a entender a formação de planetas em torno de diferentes tipos de estrelas. Existem algumas limitações no instrumento coronagraphic.
O instrumento coronagraphic foi uma adição tardia ao WFIRST. Algumas das outras instrumentações no WFIRST não são otimizadas para trabalhar com elas, portanto, existem algumas restrições à sua operação. Só será capaz de estudar gigantes gasosos e as chamadas Super-Terras. Esses planetas maiores não exigem tanta elegância para estudar, simplesmente por causa de seu tamanho. Mundos semelhantes à Terra provavelmente estarão além do poder do Instrumento Coronagraphic.
Essas limitações não são grandes coisas a longo prazo. O Coronagraph é na verdade mais uma demonstração de tecnologia e não representa o jogo final para o estudo de exoplanetas. O que for aprendido com este instrumento nos ajudará no futuro. Haverá um eventual sucessor do WFIRST algum dia, talvez daqui a algumas décadas, e a essa altura a tecnologia Coronagraph já terá avançado bastante. Naquele tempo futuro, instantâneos diretos de exoplanetas semelhantes à Terra podem muito bem ser possíveis.
Mas talvez não tenhamos que esperar tanto tempo.
Existe um plano para aumentar a eficácia do Coronagraph no WFIRST, o que permitiria imaginar planetas semelhantes à Terra. É chamado de EXO-S Starshade.
O EXO-S Starshade é um sistema de sombreamento implantável de 34m de diâmetro que impedirá a luz das estrelas de prejudicar a função do WFIRST. Na verdade, seria uma nave separada, lançada separadamente e enviada para o encontro com o WFIRST na L2. Não seria amarrado, mas se orientaria com o WFIRST através de um sistema de câmeras e luzes guia. De fato, parte do poder do Starshade é que ele fica a cerca de 40.000 a 50.000 km do WFIRST.
Energia escura e exoplanetas são prioridades para o WFIRST, mas sempre há outras descobertas aguardando melhores telescópios. Não é possível prever tudo o que aprenderemos com o WFIRST. Com imagens tão detalhadas quanto as do Hubble, mas 100 vezes maiores, temos algumas surpresas.
"Esta missão irá pesquisar o universo para encontrar os objetos mais interessantes por aí." - Neil Gehrels, cientista do projeto WFIRST
"Além de suas emocionantes capacidades para energia escura e exoplanetas, o WFIRST fornecerá um tesouro de dados requintados para todos os astrônomos", disse Neil Gehrels, cientista do projeto WFIRST no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "Esta missão irá pesquisar o universo para encontrar os objetos mais interessantes por aí."
Com todos os Super Telescópios entrando em operação nos próximos anos, podemos esperar algumas descobertas surpreendentes. Dentro de 10 a 20 anos, nosso conhecimento terá avançado consideravelmente. O que aprenderemos sobre a matéria escura e a energia escura? O que saberemos sobre as populações de exoplanetas?
No momento, parece que estamos apenas buscando uma melhor compreensão dessas coisas, mas com o WFIRST e os outros super telescópios, estamos preparados para um estudo mais objetivo.
