• Começa Com Um Estrondo

3 grandes lições que todos podemos aprender no 30º aniversário do Telescópio Espacial Hubble

O Telescópio Espacial Hubble, fotografado durante sua última e última missão de manutenção. Embora não tenha sido atendido em mais de uma década, o Hubble continua sendo o principal telescópio ultravioleta, óptico e infravermelho próximo da humanidade no espaço, e nos levou além dos limites de qualquer outro observatório espacial ou terrestre. (NASA)

Nos últimos 30 anos, revolucionamos o que sabemos sobre o Universo. Mas não poderíamos ter feito isso sem essas lições.

Em 24 de abril de 1990, o Telescópio Espacial Hubble disparou para a órbita baixa da Terra, onde permaneceu por 30 anos. Foi atendido quatro vezes ao longo de sua vida útil, corrigindo falhas, reparando e substituindo equipamentos de bordo e instalando instrumentos aprimorados. Ainda hoje, 30 anos após seu lançamento e 11 anos após sua manutenção final, continua sendo o maior observatório óptico espacial de toda a história humana.

É fácil olhar para trás para a miríade de descobertas feitas com o Telescópio Espacial Hubble e maravilhar-se com a forma como elas revolucionaram a nossa visão do Universo, desde o Sistema Solar até os confins mais distantes do espaço profundo . Mas talvez ainda mais importante do que quaisquer descobertas específicas são essas três lições, 30 anos depois, que ilustram como usamos esse equipamento espetacular para avançar nossa compreensão fundamental do cosmos.

Do Universo distante, a luz viajou por cerca de 10,77 bilhões de anos da galáxia distante MACSJ2129-1, com lentes, distorcidas e ampliadas pelos aglomerados em primeiro plano fotografados aqui. As galáxias mais distantes parecem mais vermelhas porque sua luz é desviada para o vermelho pela expansão do Universo, o que ajuda a explicar o que medimos como a lei de Hubble. (NASA, ESA, E S. TOFT (UNIVERSIDADE DE COPENHAGUE) AGRADECIMENTOS: NASA, ESA, M. POSTMAN (STSCI) E EQUIPE DO CLASH)

1.) Sempre que puder, olhe como você nunca viu antes . Esta foi a motivação fundamental para construir e voar este observatório. Aqui na Terra, os astrônomos não têm escolha a não ser enfrentar nossa atmosfera. Por mais transparente que seja à luz visível, ainda é como ver o Universo do fundo de uma piscina. Nuvens, partículas e até mesmo os efeitos distorcidos do fluxo de ar turbulento tornam incrivelmente difícil determinar detalhes finos sobre o Universo.

Mesmo com os tremendos avanços que a óptica adaptativa fez nas últimas três décadas, mesmo com telescópios muito maiores disponíveis no solo em comparação com o modesto espelho primário de 2,4 metros do Hubble, ainda existem enormes classes de observações para as quais o Hubble é especialmente adequado. Em outras palavras, é capaz de visualizar o Universo com maior precisão, profundidade e em bandas de comprimento de onda únicas em comparação com qualquer outro observatório.

Todas essas imagens do mesmo alvo foram tiradas com o mesmo telescópio (Hubble), mas estão em comprimentos de onda crescentes à medida que você vai da esquerda para a direita. Essa é a razão pela qual eles têm resoluções mais altas e mais nítidas à esquerda. As imagens mais à esquerda também têm uma frequência mais alta, bem como um comprimento de onda mais curto; na porção de rádio do espectro, muitas vezes falamos sobre frequência em vez de comprimento de onda, principalmente por razões históricas. (NASA, ESA E D. MAOZ (UNIVERSIDADE DE TEL-AVIV E UNIVERSIDADE DE COLUMBIA))

Esta é, de muitas maneiras, a razão mais importante pela qual o Hubble é tão valioso. Ele nos permite olhar para o Universo de uma forma que revela coisas que nenhum outro observatório jamais revelou antes. Em particular, os recursos do Hubble permitiram:

• as observações ultravioleta de maior resolução de todos os tempos, incluindo espectroscopia ultravioleta sem precedentes (que a atmosfera proíbe do solo),
• a capacidade de resolver objetos tão pequenos quanto 0,05 segundos de arco, ou 1/72.000 de grau, sem qualquer sistema adaptativo ou processamento de software,
• comprimentos de onda infravermelhos que chegam a quase 2.000 nanômetros, ou três vezes o limite da luz de comprimento de onda mais longo que os olhos humanos podem ver (e que não pode ser bem observado do solo devido à absorção atmosférica),
• e a capacidade de realizar astronomia de longa exposição devido aos baixos níveis de ruído do espaço, permitindo vistas de campo profundo como nunca antes.

Plutão, mostrado como fotografado com o Hubble em um mosaico composto, junto com suas cinco luas. Caronte, seu maior, deve ser fotografado com Plutão em um filtro totalmente diferente devido aos seus brilhos. As quatro luas menores orbitam esse sistema binário com um fator de tempo de exposição 1.000 maior para trazê-las à tona. Nix e Hydra foram descobertos em 2005, com Kerberos descoberto em 2011 e Styx em 2012. (NASA/M. SHOWALTER)

Certo, temos atingiu os limites do que o Hubble pode fazer nessas fronteiras, mas esses novos limites são muitas vezes melhores do que os limites pré-Hubble. Sempre que você chegar a limites mais fracos, maiores coberturas de comprimento de onda, campos de visão observacionais mais amplos e resoluções mais altas, poderá ver novos objetos e novos detalhes nesses objetos, eclipsando nossos conjuntos de conhecimento anteriores.

Às vezes, o ato de olhar sozinho é suficiente para revelar novas verdades sobre o Universo. Hubble descobriu:

• quatro novas luas plutonianas ,
• o primeiro exoplaneta de imagem direta ,
• dezenas de discos protoplanetários em torno de estrelas recém-formadas ,
• centenas de novas supernovas que revelaram a história de expansão do Universo,
• e a galáxia mais distante já encontrada,

entre muitos outros. Sempre que você constrói uma nova ferramenta, você desbloqueia a capacidade de ver o Universo como nunca antes. Com o Telescópio Espacial James Webb, WFIRST, e uma série de novas propostas no horizonte, a humanidade está pronta para dar o próximo grande salto para o Universo distante.

30 discos protoplanetários, ou proplyds, fotografados pelo Hubble na Nebulosa de Órion. O Hubble é um recurso brilhante para identificar essas assinaturas de disco na óptica, mas tem pouco poder para sondar os recursos internos desses discos, mesmo de sua localização no espaço. Muitas dessas jovens estrelas deixaram recentemente a fase de proto-estrela. Regiões de formação de estrelas como essa frequentemente darão origem a milhares e milhares de novas estrelas de uma só vez. (NASA/ESA E L. RICCI (ESO))

2.) Sempre siga as evidências, não importa onde elas levem . Esta é uma das lições mais subestimadas de toda a ciência, e se aplica particularmente ao Telescópio Espacial Hubble. Podemos ver isso olhando para a motivação científica para construir e pilotar este telescópio em primeiro lugar. Está literalmente ali em seu nome: é chamado de Telescópio Espacial Hubble não porque fosse para homenagear Edwin Hubble, mas porque seu principal objetivo científico era medir a rapidez com que o Universo estava se expandindo: medir a constante de Hubble.

O telescópio foi projetado com a capacidade de realizar essas medições, observando muitas propriedades diferentes das galáxias para determinar simultaneamente seu brilho, tamanho, desvio para o vermelho e uma infinidade de outras propriedades. Após 10 anos de operações, eles divulgaram os resultados do Projeto Chave do Telescópio Espacial Hubble e conseguiram: determinaram com sucesso a taxa de expansão do Universo.

Resultados gráficos do Projeto Chave do Telescópio Espacial Hubble (Freedman et al. 2001). Este foi o gráfico que resolveu a questão da taxa de expansão do Universo: não era 50 ou 100, mas ~72, com um erro de cerca de 10%. (FIGURA 10 DE FREEDMAN E MADORE, ANNU. REV. ASTRON. ASTROPHYS. 2010. 48: 673–710)

Mas ao longo do caminho, Hubble nos ensinou uma série de lições que não estávamos esperando. Isso ajudou a determinar que o Universo não estava apenas se expandindo, mas que a expansão estava acelerando : nosso Universo era dominado pela energia escura. Ainda hoje, a maioria dos dados que informam nossas melhores medições dessa expansão acelerada vêm do Telescópio Espacial Hubble.

Nós descobrimos como as galáxias cresceram e evoluíram ao longo do tempo cósmico , determinado quando os picos de formação de estrelas, medidos precisamente quando no passado distante o Universo se tornou totalmente ionizado, nos mostrou detalhes sem precedentes sobre como as estrelas morrem , e até nos ajudou a aprender qual é a idade do Universo. Isso nos deu um número espetacularmente grande de galáxias que foram - apenas por acaso - alinhadas por acaso com grandes massas intermediárias, produção de imagens de lentes gravitacionais que são tão espetaculares quanto cientificamente valiosos.

Uma visão ampliada da supernova com lente gravitacional iPTF16geu. As inserções mostram uma visão da galáxia de lente em primeiro plano e, na extrema direita, várias imagens da supernova com lente observadas com o Telescópio Espacial Hubble e o instrumento Keck Telescope/NIRC2. (SDSS; ESA/HUBBLE & NASA; OBSERVATÓRIO KECK; JOEL JOHANSSON)

Em todos os casos, tínhamos teorias e modelos que se encaixavam em todas as evidências que tínhamos na época anterior ao Hubble em relação a cada uma dessas questões científicas. Depois que os dados do Hubble chegaram, o cenário principal referente a cada um desses fenômenos precisava ser revisado de alguma forma, desde pequenos ajustes até revisões completas.

Fomos capazes de ultrapassar as fronteiras de maneiras que nunca haviam sido empurradas antes, e isso levou a novas observações, novos dados, novos resultados e – em muitos casos – conclusões novas e surpreendentes. Construímos o Telescópio Espacial Hubble com um objetivo científico específico em mente, mas suas capacidades nos permitiram explorar cantos do Universo que nem sabíamos que existiam na época do projeto do telescópio. Seguimos as evidências onde quer que nos levassem, e o Universo revelou segredos que nem imaginávamos que pudesse possuir.

Esta imagem composta de uma região do Universo distante (superior esquerdo) usa dados ópticos (superior direito) e infravermelho próximo (inferior esquerdo) do Hubble, juntamente com dados de infravermelho distante (inferior direito) do Spitzer. O Telescópio Espacial Spitzer é quase tão grande quanto o Hubble: mais de um terço de seu diâmetro, mas os comprimentos de onda que ele sonda são muito maiores que sua resolução é muito pior. O número de comprimentos de onda que se ajustam ao diâmetro do espelho primário é o que determina a resolução. (NASA/JPL-CALTECH/ESA)

3.) Existe uma 'maneira certa' de estar errado . Estar errado é um dos componentes mais importantes de qualquer avanço científico. Você tem uma teoria predominante, essa teoria faz previsões, essas previsões se traduzem em testes observacionais ou experimentais, e você usa as melhores ferramentas de investigação à sua disposição para realizar esses testes. Quando você obtém seus resultados, você nunca sabe o que vai encontrar. As possibilidades incluem:

• eles são consistentes com o que a teoria principal previu, pelo menos, dentro dos erros,
• eles são inconsistentes com as previsões da teoria predominante em algum grau significativo,
• eles são consistentes com várias alternativas plausíveis, ao mesmo tempo que excluem ou desfavorecem outras alternativas,
• ou talvez apontem totalmente para fora da linha de pensamento consensual, apontando para a necessidade de uma nova direção ou um novo conjunto de considerações.

Quando nosso Sol ficar sem combustível, ele se tornará uma gigante vermelha, seguida por uma nebulosa planetária com uma anã branca no centro. A nebulosa do Olho de Gato é um exemplo visualmente espetacular desse destino potencial, com a forma intrincada, em camadas e assimétrica desta em particular sugerindo uma companheira binária. No centro, uma jovem anã branca aquece à medida que se contrai, atingindo temperaturas dezenas de milhares de Kelvin mais quentes do que a gigante vermelha que a gerou. (NASA, ESA, HEIC E HUBBLE HERITAGE TEAM (STSCI/AURA); AGRADECIMENTOS: R. CORRADI (ISAAC NEWTON GROUP OF TELESCOPES, ESPANHA) E Z. TSVETANOV (NASA))

Há dois caminhos a seguir que são muito tentadores, mas são cientificamente duvidosos e até perigosos. Uma é assumir que a teoria principal está correta e descartar dados discrepantes até que seus resultados estejam de acordo com o que você esperava. Outra é confiar inteiramente em seus dados, independentemente de quaisquer outras preocupações, e tirar uma conclusão especulativa e até fantástica com base nos novos resultados que você obteve.

Mas o curso de ação responsável é analisar seus novos dados com a maior responsabilidade possível, como se você não soubesse o que o resultado implicava, e então tirar suas conclusões com base no conjunto completo de dados disponíveis: todos os seus novos dados além de todos os outros dados, inclusive de métodos complementares, que outros pesquisadores coletaram. Somente sintetizando todas as informações relevantes podemos esperar formar uma imagem totalmente consistente de nossa realidade física.

À medida que exploramos cada vez mais o Universo, somos capazes de olhar mais longe no espaço, o que equivale a mais longe no tempo. O Telescópio Espacial James Webb nos levará a profundidades, diretamente, que nossas instalações de observação atuais não podem igualar, com os olhos infravermelhos de Webb revelando a luz estelar ultradistante que o Hubble não pode esperar ver. (NASA / JWST E EQUIPES HST)

Antes do Hubble, não sabíamos o quão rápido o Universo estava se expandindo. Não sabíamos sua idade; não sabíamos quanta matéria havia nele; não sabíamos se seu destino final era recair ou se expandir para sempre. Não sabíamos quando as estrelas e galáxias se formaram, como eram as primeiras, ou os detalhes de como as estrelas nasciam e morriam. Nós nem sabíamos se havia planetas em sistemas solares além do nosso.

30 anos depois, temos as respostas para todas essas perguntas, em grande parte graças às contribuições científicas feitas usando este observatório astronômico. Novas questões surgiram em seu lugar, pois empurrar a fronteira cósmica de volta a novas profundezas sempre leva à descoberta de novos fenômenos que exigem uma explicação. A fronteira cósmica é verdadeiramente infinita a este respeito. Que possamos sempre permanecer curiosos o suficiente para investigar e resolver quaisquer mistérios que o Universo nos apresente.

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium com um atraso de 7 dias. Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

Compartilhar: