Missão da NASA para estabelecer um recorde de 'percepção de profundidade', e você pode ajudar

As estrelas Alpha Centauri (canto superior esquerdo), incluindo A e B, fazem parte do mesmo sistema estelar trinário que Proxima Centauri (circulado). Estas são as três estrelas mais próximas da Terra e estão localizadas entre 4,2 e 4,4 anos-luz de distância. De uma localização diferente no espaço que estava longe o suficiente da Terra, a mais próxima entre as estrelas no campo, incluindo Alpha e Proxima Centauri, pareceria mudar em relação ao fundo, estrelas mais distantes. (WIKIMEDIA COMMONS USUÁRIO SKATEBIKER)



O New Horizons da NASA é o observatório tecnologicamente avançado mais distante de todos os tempos. E isso faz toda a diferença.


Quando você olha para um objeto que está muito distante de você, quão bem você pode dizer a que distância ele realmente está? Nossa capacidade de fazer isso é conhecida como percepção de profundidade . Embora parte de nossa percepção de profundidade surja devido a coisas como movimentos relativos, tamanhos aparentes, gradientes de textura e outras coisas que você pode observar com um único olho, a sugestão visual mais universal vem de nossa visão binocular: dois olhos localizados em lugares diferentes um do outro.

A separação entre nossos olhos é a chave para a imagem tridimensional, ou nosso senso de percepção de profundidade. Na astronomia, isso é levado ao extremo, pois dois telescópios podem ser extremamente bem separados em distância: o diâmetro da Terra simultaneamente, ou mais se estiverem no espaço. O telescópio operacional mais distante em comunicação com a Terra está a bordo do New Horizons da NASA, além de Plutão. Nos dias 22 e 23 de abril, a New Horizons se unirá à Earth para produzir a medição de paralaxe de linha de base mais longa de todos os tempos , e você pode ajudar. Veja como e a ciência por trás disso.



Uma aplicação de paralaxe, onde um objeto em primeiro plano (dedo) parece mudar em relação ao plano de fundo (árvores) à medida que você se move do olho esquerdo para o direito. Quanto maior for o espaçamento entre os olhos (sua linha de base), maior será a mudança aparente (e o ângulo de paralaxe associado). (E. SIEGEL, 2010)

Quando você tem apenas um olho aberto, você vê o mundo exterior de forma semelhante a uma fotografia: o mundo tridimensional compactado em um instantâneo bidimensional. Objetos diferentes realmente estão a distâncias diferentes, mas você não pode dizer, com base em um único instantâneo, se os objetos são maiores/mais brilhantes e distantes, ou se são menores/mais fracos e próximos.

Mas se você tiver um segundo olho em um local diferente, é fácil visualizar que está obtendo dois conjuntos de informações para o seu cérebro reunir. A melhor maneira de ver isso por si mesmo é levantar o polegar com o braço estendido à sua frente, em frente a um fundo relativamente distante. Ao alternar entre o olho esquerdo e o direito, deixando apenas um aberto de cada vez, você verá a posição aparente do polegar se mover em relação ao fundo.



Se você tivesse uma distância efetiva maior entre o que seus dois olhos viram em um determinado momento do que os poucos centímetros que os separam em seu rosto, você seria capaz de aumentar a paralaxe do que você viu e, assim, melhorar sua percepção de profundidade além dos limites humanos. . (RANDALL MUNROE / XKCD / CCA-NC-2.5)

A razão pela qual seu polegar parece se mover é simples: a linha de visão que você vê com o olho esquerdo coloca o polegar em uma posição relativa diferente da linha de visão do olho direito. Matematicamente, seus olhos formam um triângulo estreito com qualquer objeto que você esteja olhando, e quanto mais próximo esse objeto estiver, maior será o ângulo estreito do objeto. Quanto mais longe o objeto estiver, o ângulo fica tão baixo que você não pode observá-lo.

Se o objeto estiver infinitamente distante, o ângulo cai para zero, e é por isso que você não pode dizer, apenas com um instantâneo de seus olhos, se a Lua, os planetas ou as estrelas estão mais distantes um do outro. Mas se o objeto estiver perto o suficiente para que você possa dizer que há uma diferença angular entre a visão do seu olho esquerdo e a do seu direito, você verá o que é conhecido na astronomia como paralaxe.

O conceito de paralaxe estelar, onde um observador em dois pontos de vista diferentes vê uma mudança de objeto em primeiro plano. Um parsec é definido como a distância que você precisa alcançar da distância Terra-Sol para que o 'ângulo de paralaxe' mostrado aqui seja de 1 segundo de arco: 1/3600 de grau. Antes da observação da paralaxe, muitos usavam a falta de uma como argumento contra o modelo heliocêntrico do Sistema Solar. Acontece, no entanto, que as estrelas estão realmente muito distantes. (SRAIN NA WIKIPEDIA INGLESA)



O ângulo de paralaxe que um objeto distante parece fazer, geometricamente, depende inteiramente de apenas duas distâncias:

  • a distância de separação entre seus dois olhos,
  • e a distância desse objeto.

Enquanto para a maioria de nós, a distância entre nossos olhos pode ser de apenas alguns centímetros (cerca de 6 ou 7 cm), não estamos restritos a usar nossos olhos sozinhos para astronomia. Podemos montar telescópios em todo o mundo, com uma distância de linha de base máxima do diâmetro da Terra: cerca de 12.700 km. Embora isso possa parecer uma distância enorme, você deve compará-la com as distâncias das estrelas, que são medidas em anos-luz, ou dezenas de trilhões de quilômetros.

As distâncias entre o Sol e muitas das estrelas mais próximas mostradas aqui são precisas, mas apenas um número muito pequeno de estrelas está atualmente localizado a 10 anos-luz de nós. Nos próximos milhões de anos, muitas estrelas se aproximarão e se afastarão do nosso Sol à medida que as estrelas continuarem sua dança gravitacional em nossa galáxia. (ANDREW Z. COLVIN / WIKIMEDIA COMMONS)

Por muitos séculos, não houve tal paralaxe observada, com a principal explicação sendo que as estrelas devem estar muito, muito distantes. Se mesmo as estrelas mais próximas estivessem tão distantes que não parecessem mudar sua posição em relação às estrelas mais distantes, mesmo em todo o diâmetro da Terra, teríamos apenas duas opções:

  1. construir telescópios com resoluções mais altas, capazes de medir posições até ângulos menores e mais precisos,
  2. e/ou tentar inventar uma maneira de medir distâncias de linha de base mais longas do que até mesmo o diâmetro da Terra.

A segunda parte teve um enorme impulso nos séculos XVI e XVII, com a ascensão do modelo heliocêntrico do Sistema Solar. Se a Terra orbitasse o Sol, em vez de uma linha de base de 12.700 quilômetros do nascer ao pôr do sol (uma rotação de 180° em torno do eixo da Terra), poderíamos obter uma linha de base muito maior, de cerca de 300 milhões de quilômetros, do solstício de inverno ao verão solstício (uma revolução de 180° da órbita da Terra ao redor do Sol).



O método de paralaxe, empregado pelo GAIA, envolve observar a aparente mudança na posição de uma estrela próxima em relação às mais distantes, de fundo. Quanto maior a linha de base em relação à distância da estrela, maior será a paralaxe observada. (ESA/ATG MEDIALAB)

A partir de meados de 1800, a astronomia havia melhorado o suficiente para que as estrelas mais próximas pudessem começar a ter suas paralaxes reveladas. Em 1838, Friedrich Bessel anunciou a paralaxe da estrela 61 Cygni: a primeira estrela conhecida (e rapidamente confirmada) a ter uma paralaxe. Quase imediatamente depois, Friedrich Struve publicou a paralaxe de (e, portanto, também a distância de) Vega, e Thomas Henderson seguiu o exemplo com uma distância para Alpha Centauri: o membro mais brilhante do sistema estelar mais próximo da Terra.

Quanto maior a distância entre seus dois olhos, mesmo que sejam telescópios astronômicos em vez de seus olhos físicos, melhor será o trabalho de medir profundidade, distância e ver o Universo como ele realmente é: em três dimensões, em vez de do que como um instantâneo bidimensional. Ainda hoje, as medições de paralaxe são o melhor método que temos para descobrir a distância até às estrelas mais próximas, sendo a missão Gaia da ESA o observatório mais preciso para este método até à data.

Esta imagem é uma projeção única da visão de todo o céu de Gaia da nossa Via Láctea e galáxias vizinhas, com base em medições de quase 1,7 bilhão de estrelas. O fato de termos paralaxes para tantas estrelas se deve aos dados fantásticos que chegam de Gaia: os melhores da história. Gaia, no entanto, tem apenas uma linha de base de 2 UA: o diâmetro da órbita da Terra ao redor do Sol. (ESA/GAIA/DPAC)

Mas mesmo Gaia está apenas na mesma órbita que a Terra está ao redor do Sol, o que significa que sua linha de base máxima para medições de paralaxe é de apenas 2 UA, onde UA significa unidade astronômica, ou a distância média Terra-Sol.

O que seria muito superior, pelo menos em termos de linha de base, é se tivéssemos um observatório muito distante da Terra e pudesse medir as estrelas de uma perspectiva totalmente diferente da nossa. Ao estender essa linha de base para distâncias maiores, através ou mesmo além do Sistema Solar, poderíamos fazer as maiores medições de paralaxe de todos os tempos. Ao fazer observações na Terra simultaneamente (ou o mais simultâneo possível em um Universo governado pela relatividade), poderíamos minimizar um efeito de confusão que as medições de paralaxe padrão sofrem: o fato de que as próprias estrelas distantes se movem ao longo do tempo, mesmo em períodos como curto como alguns meses.

61 Cygni foi a primeira estrela a ter sua paralaxe medida, mas também é um caso difícil devido ao seu grande movimento próprio. Essas duas imagens, empilhadas em vermelho e azul e tiradas com quase exatamente um ano de diferença, mostram a fantástica velocidade desse sistema estelar binário. Se você quiser medir a paralaxe de um objeto com extrema precisão, você fará suas duas medições “binoculares” simultaneamente, para evitar o efeito do movimento da estrela pela galáxia. (LORENZO2 DOS FÓRUNS EM HTTP://FORUM.ASTROFILI.ORG/VIEWTOPIC.PHP?F=4&T=27548 )

Embora existam quatro espaçonaves muito distantes do Sol – Voyager 1 e 2 e Pioneer 10 e 11 – elas não têm mais a capacidade de atingir com sucesso uma estrela distante e enviar os dados de volta à Terra. O quinto mais distante, no entanto, é o New Horizons da NASA: a espaçonave que notoriamente passou por Plutão (e suas luas) e, mais tarde, o minúsculo objeto do cinturão de Kuiper, Arrokoth.

Em abril de 2020, a New Horizons estará a mais de 46 UA do Sol: perto de 8 bilhões de quilômetros (5 bilhões de milhas). De sua perspectiva, as estrelas mais próximas da Terra devem aparecer em uma posição significativamente diferente no céu do que em nossa perspectiva terrestre. Se pudermos fazer medições simultâneas dessas estrelas da New Horizons e da Terra, seremos capazes de detectar as maiores paralaxes astronômicas já vistas na história da ciência.

Uma parte do levantamento digital do céu com a estrela mais próxima do nosso Sol, Proxima Centauri, mostrada em vermelho no centro. Esta é a estrela mais próxima da Terra, localizada a pouco mais de 4,2 anos-luz de distância. Do ponto de vista da New Horizons, Proxima Centauri parecerá mudar em relação a essas estrelas de fundo mais distantes. (DAVID MALIN, UK SCHMIDT TELESCOPE, DSS, AAO)

Em um momento emocionante para a ciência, não apenas isso realmente acontecerá, mas cientistas cidadãos com telescópios e câmeras digitais grandes o suficiente poderão participar do experimento em si. Nos dias 22 e 23 de abril, New Horizons apontará e tirará imagens de duas das estrelas fracas mais próximas para a terra: Proxima Centauri (a 4,24 anos-luz) e Lobo 359 (a 7,9 anos-luz).

Se você tiver um telescópio equipado com câmera que tenha uma abertura de 15 cm ou mais, é provável que você consiga observar essas estrelas. Ao combinar os dados terrestres que os astrônomos terrestres obtêm com os dados da New Horizons, as imagens 3D de linha de base mais longas serão construídas. O resultado, segundo o astrônomo Tod Lauer, será espetacular.

Por toda a história, as estrelas fixas no céu noturno serviram como marcadores de navegação. À medida que viajamos para fora do sistema solar e para o espaço interestelar, a forma como as estrelas mais próximas mudam pode servir como uma nova maneira de navegar. Veremos isso pela primeira vez com a New Horizons.

Esta imagem colorida da estrela próxima Wolf 359 (estrela brilhante) mostra sua posição atual vista da Terra, no final de 2019. O círculo verde, significativamente bem separado da localização do Wolf 359 visto terrestre, é o que a New Horizons é previsto para ver de sua posição distante no Sistema Solar. (WILLIAM KEEL/UNIVERSIDADE DO ALABAMA/OBSERVATÓRIO SARA)

Ao imaginar duas das estrelas mais próximas da Terra a partir do nosso planeta e da nave espacial New Horizons da NASA, a humanidade construirá imagens 3D das estrelas como se tivéssemos dois olhos que estavam a quase 8 bilhões de quilômetros um do outro. Não apenas demonstrará espetacularmente até onde o New Horizons da NASA viajou, mas também nos dará um pequeno vislumbre do fato humilhante de nossa visão insignificante do cosmos.

Todos sabemos que as posições relativas das estrelas que vemos aqui na Terra são exclusivas de nossa perspectiva atual: nosso lugar no espaço e no tempo. De qualquer outro ponto de vista, as estrelas e constelações pareceriam dramaticamente diferentes, pois cada sistema solar tem um céu noturno diferente. Pela primeira vez, veremos o Universo com a percepção de profundidade de um gigante sem precedentes: um cujos olhos são maiores que a distância Sol-Plutão. As imagens, com lançamento previsto para maio, nos darão uma visão do Universo como nunca antes.


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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