Um salto gigante para derrotar o maior inimigo da astronomia: a atmosfera da Terra

O Telescópio Gigante de Magalhães, como aparecerá à noite após a conclusão. À medida que a humanidade trabalha em conjunto para construir a mais nova geração de telescópios ópticos terrestres, com diâmetros entre 25 e 39 metros, novas instalações, tecnologias e instrumentos precisam ser construídos para equipar adequadamente esses observatórios de última geração. (GIANT MAGELLAN TELESCOPE / GMTO CORPORATION)



Os telescópios do solo são maiores, mas precisam lutar contra a atmosfera. Veja como ganhar.


Em astronomia, ver mais longe e mais fraco do que nunca requer três abordagens simultâneas.

Primeira luz, em 26 de abril de 2016, do 4LGSF (4 Laser Guide Star Facility). Este é atualmente o sistema de óptica adaptativa mais avançado em uso a bordo de um observatório moderno e ajuda os astrônomos a produzir, de várias maneiras, imagens de qualidade superior ao que até mesmo um observatório espacial como o Hubble pode obter. Para a próxima geração de observatórios terrestres, serão necessárias melhorias e inovações. (ESO/F. KAMPHUES)



1.) Construindo telescópios maiores, coletando mais luz e produzindo resoluções mais altas.

Uma comparação dos tamanhos dos espelhos de vários telescópios existentes e propostos. Quando o Giant Magellan Telescope e o Extremely Large Telescope entrarem em operação no final da década de 2020, eles serão os maiores do mundo, com 25 e 39 metros de abertura, respectivamente. Os maiores telescópios espaciais, como Hubble, Herschel e até James Webb, são todos significativamente menores. (WIKIMEDIA COMMONS USUÁRIO CMGLEE)

2.) Atualizando seus instrumentos, otimizando os dados de cada fóton que chega.



O Very Large Telescope (VLT) do ESO contém um novo instrumento de imagem, SPHERE, que nos permite visualizar exoplanetas e discos protoplanetários em torno de estrelas menores e de menor massa em alta resolução do que nunca, e fazê-lo rapidamente. Melhorias na instrumentação podem dar aos telescópios mais antigos uma nova vida. (ESO / SERGE BRUNIER)

3.) Superando os efeitos de distorção da atmosfera da Terra.

Este painel de 2 mostra observações do Centro Galáctico com e sem Óptica Adaptativa, ilustrando o ganho de resolução. A óptica adaptativa corrige os efeitos de desfoque da atmosfera da Terra. Usando uma estrela brilhante, medimos como uma frente de onda de luz é distorcida pela atmosfera e ajustamos rapidamente a forma de um espelho deformável para remover essas distorções. Isso permite que estrelas individuais sejam resolvidas e rastreadas ao longo do tempo, no infravermelho, a partir do solo. (GRUPO DO CENTRO GALÁCTICO DA UCLA — EQUIPE DE LASER DO OBSERVATÓRIO W.M. KECK)

A maneira mais fácil de superar a atmosfera é do espaço, evitando-a inteiramente.



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 a ser 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. Ir para o espaço é uma maneira de conquistar a atmosfera da Terra. (NASA)

No entanto, os telescópios espaciais são caros, de difícil manutenção e limitados em tamanho/carga útil.

O Extremely Large Telescope (ELT), com um espelho principal de 39 metros de diâmetro, será o maior olho do mundo no céu quando estiver operacional no final da década de 2020. Este é um projeto preliminar detalhado, mostrando a anatomia de todo o observatório. É mais de 10 vezes o diâmetro de qualquer telescópio lançado ao espaço e terá 36 vezes o poder de captação de luz até mesmo do Telescópio Espacial James Webb. (ESO/L. CALÇADA)

Telescópios significativamente maiores podem ser construídos no solo, onde a atmosfera da Terra é inevitável.

O cume do Mauna Kea contém muitos dos telescópios mais avançados e poderosos do mundo. Isso se deve a uma combinação da localização equatorial de Mauna Kea, alta altitude, visão de qualidade e o fato de estar geralmente, mas nem sempre, acima da linha das nuvens. Mesmo de um local intocado como este, no entanto, a atmosfera da Terra não pode ser evitada e deve ser considerada. (COLABORAÇÃO DO TELESCÓPIO SUBARU)



Mesmo em altitudes elevadas, com ar suave e seco e céu sem nuvens, a distorção atmosférica é severamente limitante.

No agora em construção Giant Magellan Telescope, cada um dos sete espelhos primários principais terá seu próprio espelho secundário, e haverá sete sistemas de óptica adaptativa independentes ligados aos próprios espelhos secundários. Cada segmento terá 675 atuadores e um posicionador de segmento com seis graus de liberdade para focar de forma otimizada e não distorcer a luz. (GIANT MAGELLAN TELESCOPE — GMTO CORPORATION)

Isso e onde a ciência da óptica adaptativa entra.

Vista explodida de um segmento de espelho secundário adaptativo que fará parte do GMT. Ele mostra os principais componentes, que incluem: a folha de face adaptável, corpo de referência rígido, atuadores eletromagnéticos, placa fria e o posicionador de segmento de 6 graus de liberdade. (GIANT MAGELLAN TELESCOPE — GMTO CORPORATION)

Uma parte de qualquer luz recebida é imediatamente analisada quanto a distorções identificáveis ​​de fontes conhecidas e pontuais.

Quando a luz chega de uma fonte distante e atravessa a atmosfera até nossos telescópios terrestres, normalmente observamos uma imagem como a que você vê à esquerda. No entanto, através de técnicas de processamento como interferometria de speckle ou óptica adaptativa, podemos reconstruir a fonte pontual conhecida à esquerda, reduzindo bastante a distorção e fornecendo aos astrônomos um modelo para não distorcer o restante da imagem. A óptica adaptativa é uma tecnologia notável, com potencial para competir com a qualidade de “ver” do espaço. (USUÁRIO WIKIMEDIA COMMONS RNT20)

Os algoritmos calculam a forma de um espelho necessária para não distorcer essa luz.

À medida que a luz entra em sua configuração de óptica adaptativa, você deve primeiro criar uma cópia de sua luz usando um dispositivo como um divisor de feixe, enviar metade dela para um analisador enquanto você atrasa a outra metade aumentando seu comprimento de caminho e, em seguida, crie um espelho deformado projetado para não distorcer a luz atrasada e recuperar sua estrela-guia imaculada e, em seguida, refletir sua luz atrasada do espelho adaptativo, produzindo as melhores imagens possíveis do solo. (OBSERVATÓRIO GEMINI — ÓPTICA ADAPTÁVEL — ESTRELA LASER GUIDE; ANOTAÇÃO DE E. SIEGEL)

Um espelho secundário adapta sua forma para neutralizar a distorção atmosférica.

Este aglomerado de estrelas, conhecido como R136, está localizado a cerca de 168.000 anos-luz de distância e contém as estrelas mais massivas conhecidas do Universo, com R136a1 pesando 260 vezes a massa do nosso Sol. Esta imagem foi tirada no infravermelho próximo com o instrumento de óptica adaptativa MAD no Very Large Telescope do ESO, e não poderia ter tido tanto sucesso sem a tecnologia de óptica adaptativa. (ESO/P. CROWTHER/C.J. EVANS)

Esse esquema inteligente cria uma imagem nítida que pode superar até os recursos do Hubble.

Um campo estelar distante e lotado ilustra como a resolução melhora com o tamanho do espelho primário e a qualidade da óptica adaptativa. Sem óptica adaptativa, a visão natural é altamente distorcida pela atmosfera. Telescópios menores no espaço, como o Hubble, podem superar qualquer coisa que a atmosfera distorça. Com a óptica adaptativa, no entanto, um telescópio terrestre maior pode superar significativamente até mesmo o Hubble. (GIANT MAGELLAN TELESCOPE — GMTO CORPORATION)

Nesta década, o GMTO e ELT se tornarão os primeiros telescópios da classe de 30 metros da Terra.

Uma vista lateral do Telescópio Gigante de Magalhães (GMT) concluído, como será visto no gabinete do telescópio. Será capaz de visualizar mundos semelhantes à Terra a 30 anos-luz de distância e mundos semelhantes a Júpiter a muitas centenas de anos-luz de distância. GMT está programado para levar sua imagem de 'primeira luz' no final da década de 2020. (GIANT MAGELLAN TELESCOPE — GMTO CORPORATION)

O NSF acaba de conceder US $ 17,5 milhões à GMTO , incluindo o desenvolvimento de sete espelhos secundários adaptativos trabalhando juntos, simultaneamente.

A tecnologia atual progrediu até o ponto em que os exoplanetas podem ser fotografados diretamente, mas apenas para mundos gigantes gasosos que estão localizados longe de sua estrela-mãe, como os quatro planetas que orbitam a estrela HR 8799 mostrados aqui. O HR 8799 está localizado a 129 anos-luz da Terra, mas um telescópio da classe de 30 metros pode fazer imagens diretas de exoplanetas rochosos em torno de uma estrela próxima como Alpha Centauri A ou B. (J. WANG (UC BERKELEY) & C. MAROIS (HERZBERG ASTROPHYSICS ), NEXSS (NASA), KECK OBS.)

Equipado com esta nova tecnologia, imagens diretas de exoplanetas rochosos podem finalmente se tornar possíveis.


Principalmente Mute Monday conta uma história astronômica em imagens, recursos visuais e não mais de 200 palavras. Fale menos; sorria mais.

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 .

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