Telescópio espacial distribuído será formado por nanossatélites

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/01/2020

Pequenos satélites em órbita baixa, voando em formação, implementarão um telescópio espacial distribuído.
[Imagem: CSL/Universidade de Illinois Urbana-Champaign]

Telescópio distribuído

A Fundação Nacional de Ciências dos EUA (NSF) deu o sinal verde - e o dinheiro - para o desenvolvimento de um telescópio espacial inovador, diferente de qualquer outro observatório já lançado.

Em vez de um grande telescópio único, o VISORS será formado por uma frota de nanossatélites - também conhecidos como cubesats - trabalhando em conjunto, o que permitirá demonstrar a viabilidade de se alcançar resoluções superiores a qualquer observatório já construído

O Centro de Voos Espaciais Goddard, da NASA, se juntará a 10 universidades para detalhar o projeto e construir o VISORS - a propósito, o nome é uma sigla para "óptica virtual de super-resolução com enxames reconfiguráveis", com os enxames referindo-se a grupos de naves voando em formação autônoma.

"Desvendar os mistérios do Universo geralmente requer descobrir coisas invisíveis ao olho humano por meio de novas tecnologias de detecção e imagem," disse o professor Farzad Kamalabadi, um dos idealizadores do projeto.

O telescópio demonstrará várias tecnologias inovadoras, incluindo voo de naves em formação de precisão, novas ópticas difrativas (dividindo um único feixe de luz em múltiplos feixes que podem ser focados em diferentes pontos do mesmo eixo), imagens computacionais e alta taxa de transferência de dados, inspirada na 5G da comunicação entre satélites.

A estrutura resultante deverá inaugurar uma nova classe de telescópios espaciais com resolução inédita, permitindo que os pesquisadores investiguem processos astrofísicos em detalhes sem precedentes e, de acordo com Kamalabadi, possibilitem novas descobertas científicas.

O telescópio contará com um satélite líder, contendo a óptica difrativa, e outros levando os sensores de imagem.
[Imagem: CSL/Universidade de Illinois Urbana-Champaign]

Segredos do Sol

Um dos focos deste observatório espacial distribuído será nossa própria estrela, uma vez que o telescópio terá resolução suficiente para revelar estruturas filamentosas na atmosfera do Sol, conhecida como corona, uma aura de plasma que envolve o Sol e outras estrelas.

O objetivo é coletar informações sobre as origens do aquecimento coronal - Por que a corona é mais quente do que a superfície do Sol? -, uma questão fundamental, porém sem resposta, na ciência espacial e na astrofísica estelar.

Uma das novidades do projeto é a disseminação do conhecimento e sua utilização, desde o princípio, para a formação de novos pesquisadores.

Para isso, estudantes de graduação e pós-graduação participarão de todas as etapas do desenvolvimento, e as novas tecnologias serão demonstradas nas salas de aula das instituições parceiras por meio de um kit de ferramentas de software de código aberto a ser desenvolvido pela equipe. Para o público mais jovem, há um plano para uma demonstração prática do telescópio virtual para uma exibição em museus de ciências.

"Pequenos satélites sempre tiveram um componente de participação estudantil muito forte," disse Kamalabadi. "Esse aspecto da capacidade de desenvolvimento de pequenos satélites foi planejado pela NSF para oferecer oportunidades para capturar a imaginação dos estudantes em atividades que vão além do que é comum na maioria dos campi e para preparar a próxima geração com as habilidades necessárias para inovar na arena sempre em expansão das tecnologias espaciais."

Especial Telescópios: Telescópio Sólido

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/12/2014

Todo o telescópio consiste em uma única lente com revestimentos especiais nos dois lados.
[Imagem: Alberto Riva]

Especial Telescópios

Se o ano passado foi pródigo no lançamento de ideias para novas tecnologias de microscópios, este ano foi marcado por igual ímpeto no campo dos telescópios.

Neste especial, o Site Inovação Tecnológica publicará uma série de reportagens com as ideias mais promissoras para novos telescópios.

Assim como os astrônomos querem sempre olhar mais longe, estas ideias estão focadas mais distante no tempo, no futuro, algumas delas dependendo de tecnologias ainda por serem desenvolvidas.

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Telescópio Sólido

O telescópio sólido proposto por Alberto Riva, do Observatório Astrofísico de Turim, na Itália, é bem prático e já existe em escala de protótipo.

Ele usa múltiplas reflexões entre as duas superfícies de uma única lente, devidamente polidas e revestidas.

A ideia dos telescópios sólidos foi originalmente proposta em 1936 e a primeira tentativa de implementação foi feita em 1963 por Arthur De Vany, mas os resultados foram insatisfatórios porque a tecnologia ainda não havia alcançado os níveis necessários.

Com as técnicas estado da arte atuais de revestimento e modelagem de lentes, além da disponibilidade de materiais inovadores, a maior parte das dificuldades conhecidas agora já podem ser superadas, garante Riva.

"Nosso telescópio sólido contém todas as superfícies ópticas em um único objeto, ou seja, no vidro. Nós construímos o nosso telescópio polindo apenas duas superfícies (S1 e S2), que são superfícies do mesmo pedaço de vidro," explica ele.

A luz entra através de S1 até as regiões marcadas como A no diagrama, e é então refletida duas vezes, por S1 e S2, dentro do vidro da lente - nas regiões anelares marcadas como R1, R2, R3 e R4.

Especial Telescópios

Telescópio Sólido Telescópio Quântico Telescópio de Poeira Inteligente Telescópio Espacial Gigante

"Nós colocamos um revestimento refletor sobre a parte central de S1 e um revestimento transmissivo na parte externa da superfície. Ao contrário, S2 tem uma região central transmissora e uma externa reflexiva. O feixe de luz sai da lente na região central (E) de S2," explica ele.

E qual é a vantagem de um telescópio sólido? A simplicidade, o fato de ele ser extremamente compacto e, por se resumir a uma única lente, uma estabilidade muito elevada.

"Um dos usos potenciais mais promissores para o nosso projeto é como uma solução para os problemas comuns que ocorrem pelas vibrações durante o lançamento das missões espaciais. Nós agora planejamos realizar mais pesquisas sobre os nossos materiais de revestimento e nos concentrarmos em tecnologias inovadoras específicas, como pulverização por feixes de íons ou deposição assistida por plasma," finalizou Riva.

Bibliografia:

Artigo: A new and efficient tool for optical designs
Autores: Alberto Riva
Revista: SPIE Optics East 2006 Conference Proceedings
DOI: 10.1117/2.1201409.005551

Especial Telescópios: Telescópio Quântico

Com informações da Physicsworld - 29/12/2014

À esquerda, uma galáxia espiral distante vista por um telescópio clássico. As duas simulações mostram as melhorias obtidas com o uso do telescópio quântico - à direita são usados 36 fótons clonados.
[Imagem: Aglae Kellerer]

Telescópio miniaturizado

É pelo desejo de aumentar constantemente a resolução que os telescópios têm ficado cada vez maiores - lembre-se do Telescópio Europeu Extremamente Grande (E-ELT) e do Telescópio Gigante de Magalhães.

Quando um fóton entra pela abertura de um telescópio, a incerteza na sua posição é reduzida ao raio dessa abertura.

Além disso, de acordo com o princípio da incerteza de Heisenberg, há uma incerteza correspondente no seu momento, que define a direção inicial do fóton.

Como a incerteza na posição aumenta com a ampliação da abertura, a incerteza no seu momento cai - permitindo que a direção do fóton seja determinada com maior precisão.

Em outras palavras, telescópios com aberturas maiores têm um menor "limite de difração".

Aglaé Kellerer, da Universidade de Durham, no Reino Unido, começou então a pensar em como a mecânica quântica poderia fornecer uma alternativa que permitisse superar o limite de difração. Ela encontrou opções em métodos já usados em microscopia e em litografia.

Telescópio quântico

O limite de difração para a abertura de um telescópio é definido por fóton - mas se houver muitos fótons idênticos, fótons clonados, todos chegando ao mesmo tempo, o limite de difração será reduzida por um fator igual à raiz quadrada do número de fótons.

Para conseguir isso, Kellerer propõe que seja feita uma medição quântica não-destrutiva quando cada fóton passar através da pupila do telescópio. Essa medição fraca não revela informações específicas sobre cada fóton, mas registra sua passagem.

Após a medição, o fóton é clonado, deixando átomos decaírem de um estado de excitação para seu nível fundamental de energia, quando então eles emitem espontaneamente vários fótons idênticos. Esses fótons clonados seriam então gravados por um detector, que calcularia o seu sinal médio.

A teoria está toda pronta. Mas, infelizmente, a tecnologia necessária para construir um telescópio usando esse sistema de clonagem quântica ainda não foi desenvolvida.

Um objetivo muito mais próximo, acrescenta Kellerer, é um experimento de prova de conceito, o que poderia ser feito em um laboratório especializado em óptica quântica, como o Instituto Max Planck de Óptica Quântica, na Alemanha, ou o Instituto de Óptica e Informação Quântica, na Áustria.

"Este é o primeiro passo a ser dado agora", disse ela.

Bibliografia:

Artigo: Quantum telescopes
Autores: Aglae Kellerer
Revista: Astronomy & Geophysics
Vol.: 55 (3): 3.28-3.32
DOI: 10.1093/astrogeo/atu126
Link: http://arxiv.org/abs/1403.6681

Especial Telescópios: Telescópio de Poeira Inteligente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/12/2014

O telescópio poderia ser formado por uma ou por várias nuvens de poeira inteligente trabalhando de forma coordenada.
[Imagem: Marco Quadrelli/NASA JPL]

Lentes flutuantes no espaço

Cientistas do Instituto de Tecnologia de Rochester e do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA estão estudando a ideia de um novo tipo de telescópio espacial com uma abertura feita de enxames de partículas liberadas no espaço por uma lata de spray e controladas por um laser.

Essas lentes flutuantes seriam maiores, mais baratas e mais leves do que os sistemas convencionais usados nos telescópios espaciais, como o Hubble e o James Webb.

A NASA está financiando a segunda fase deste projeto, chamado "Arco-íris em Órbita", através do seu Programa de Conceito Inovadores Avançados.

A ideia é combinar a óptica espacial e a "poeira inteigente", também conhecida como "sistema robótico autônomo". A poeira inteligente é feita de um fotopolímero ou de um plástico sensível à luz, com um revestimento metálico.

"Nossa motivação é fazer um telescópio no espaço com uma abertura muito grande e que é muito caro e difícil de fazer com as técnicas normais," disse Grover Swartzlander, coordenador do projeto.

"Você não precisa ter um telescópio de massa contínua para fazer astronomia - ele pode ser distribuído em uma ampla distância. Nosso conceito pode oferecer uma forma muito barata e fácil de obter uma ampla cobertura, algo que você não poderia fazer com uma abordagem do tipo daquela do telescópio James Webb," acrescentou ele.

Poeira inteligente

Enxames de grãos de poeira inteligente se coordenando, ou coordenadas à distância por lasers, para formar lentes únicas ou múltiplas, poderiam crescer e atingir de dezenas de metros a milhares de quilômetros de diâmetro.

De acordo com Swartzlander, a resolução e os detalhes sem precedentes desse telescópio quase gasoso poderiam ser suficientes para detectar nuvens em exoplanetas.

"Esta é realmente a próxima geração. Está a 20, 30 anos no futuro. Estamos no primeiro passo," ressalvou ele.

Mas parece ser um passo com os pés no chão: é bom lembrar que, aqui embaixo, cientistas já construíram uma "matéria óptica" e materiais invisíveis, ambos com partículas unidas apenas por luz.

Especial Telescópios: Telescópio Espacial Gigante

Com informações da RAS - 02/01/2015

Concepção artística da construção do telescópio Atlast no espaço - o espelho segmentado teria 20 metros de diâmetro.
[Imagem: NASA/STScI]

Telescópio Espacial de Tecnologias Avançadas

Enquanto outros pesquisadores pensam em telescópios formados por poeira inteligente, em óptica quântica ou em telescópios sólidos, o professor Martin Barstow, da Universidade de Leicester, no Reino Unido, acredita que é tudo uma questão de usar a velha e boa tecnologia óptica para construir telescópios maiores.

O Telescópio Espacial Hubble tem encantado os astrônomos e o público há quase 25 anos. Mas o sucessor do Hubble, o telescópio espacial James Webb, que deverá ser lançado em 2018, terá um tempo de vida bem mais curto.

Por isso, o professor Barstow está conclamando os governos e as agências espaciais de todo o mundo para apoiar a construção de um telescópio espacial ainda maior, conhecido como ATLAST - Telescópio Espacial de Grande Abertura com Tecnologias Avançadas, na sigla em inglês.

O Atlast, que seria o sucessor do James Webb, seria um instrumento que daria aos astrônomos uma boa chance de detectar indícios de vida em planetas em torno de outras estrelas.

Montagem espacial

O conceito está atualmente em estudos e desenvolvimento por parceiros nos EUA e na Europa.

O rascunho fala de um telescópio com um espelho de 20 metros de diâmetro, capaz de detectar luz visível e também operar do ultravioleta distante até os confins infravermelhos do espectro.

Isso o tornaria capaz de analisar a luz de planetas do tamanho da Terra em órbita em torno de estrelas próximas, em busca de leituras nos seus espectros de emissão que possam indicar coisas como oxigênio molecular, ozônio, água e metano - todos potencialmente indicadores da presença de vida.

O Atlast também seria capaz de ver como as superfícies dos exoplanetas mudam com as estações do ano.

Se o projeto for levado adiante, o ATLAST poderá ser lançado por volta de 2030.

Antes que isso aconteça, porém, existem desafios técnicos a superar, tais como a necessidade de melhorar a sensibilidade dos sensores de luz e aumentar a eficiência dos revestimentos dos espelhos.

Uma das ideias para facilitar a construção de um equipamento tão grande em órbita seria montá-lo no espaço, enviando as peças em vários foguetes. As naves e a estrutura para que isso pudesse ser feito também estão sendo desenvolvidas, entre outros objetivos, para estudar e explorar asteroides.