• Começa Com Um Estrondo

O observatório mais importante da história da astronomia sobreviverá aos incêndios florestais de 2020?

Uma foto das câmeras HPWREN postadas no topo do Observatório Mount Wilson, mostrando os incêndios florestais que se aproximam a partir de 14 de setembro de 2020. O incêndio Bobcat, em mais de 41.000 acres, está ameaçando queimar todo o complexo do observatório. A partir de 15 de setembro, havia 12 equipes de bombeiros no local para combater as chamas; é atualmente desconhecido se o observatório pode ser salvo ou será perdido. (CÂMERAS HPWREN / UC SAN DIEGO)

O Bobcat Fire da Califórnia chegou à porta do Mount Wilson Observatory.

Há 100 anos, nossa compreensão do Universo era muito diferente do que é hoje. A Relatividade Geral de Einstein, nossa teoria do espaço, tempo e gravitação, tinha apenas cinco anos e estava longe de ser universalmente aceita. A maioria dos astrônomos pensava que todo o Universo estava contido na Via Láctea e era estático: nem se expandindo nem se contraindo com o tempo. E o maior e mais poderoso telescópio do mundo acabara de ser concluído: o telescópio Hooker de 2,5 metros, que reinou como o observatório de maior abertura desde sua conclusão em 1917 até 1949.

Esse telescópio estava localizado no topo do Monte Wilson e foi o principal instrumento responsável pela revelação e revolução mais importante da história astronômica. Não apenas as misteriosas nebulosas espirais foram determinadas a serem suas próprias galáxias, ou universos insulares, por si só, mas o Universo estava determinado a se expandir, não estático, tudo por causa desse observatório. Hoje, o Bobcat Fire de 41.000 acres ocorre com apenas 3% de contenção, ameaçando incendiar o observatório agora evacuado. Veja como o Monte Wilson mudou para sempre nossa visão do Universo.

Uma comparação dos tamanhos dos espelhos de vários telescópios existentes e propostos. O telescópio Hooker de 100″ no Monte Wilson, o terceiro a partir do topo e totalmente à esquerda, foi o maior telescópio operacional do mundo de 1917 a 1949, onde revelou uma série de novidades importantes para a astronomia. (WIKIMEDIA COMMONS USUÁRIO CMGLEE)

Na ciência da astronomia, não há substituto para a abertura: o tamanho do espelho primário do seu telescópio. Independentemente do tipo de luz que você está tentando observar, um telescópio de abertura maior sempre terá duas vantagens sobre um menor:

1. resolução mais alta, como a nitidez de suas observações (e quão perto duas fontes de luz separadas podem estar antes de se confundirem como uma fonte indistinta) é determinada pelo número de comprimentos de onda de luz que se encaixam no diâmetro do seu espelho primário,
2. e poder de captação de luz, pois a quantidade de luz que você pode coletar em um determinado período de tempo é proporcional à área de coleta do espelho, o que significa que um espelho com o dobro do diâmetro coletará quatro vezes a luz de um menor.

Quando você vê um alvo distante, isso se traduz em maior sensibilidade em ambas as frentes. Você não apenas pode resolver estrelas individuais e recursos menores em objetos estendidos que estão mais distantes, mas também pode detectar objetos mais fracos e até notar diferenças – incluindo mudanças ao longo do tempo – de objetos que você mal consegue detectar de outra forma.

Esta imagem de 1887 da Grande Nebulosa em Andrômeda foi a primeira a mostrar a estrutura armada em espiral da grande galáxia mais próxima da Via Láctea. O fato de parecer tão completamente branco é porque isso foi simplesmente tirado de luz não filtrada, em vez de olhar em vermelho, verde e azul, e depois adicionar essas cores. Todas as características identificáveis ​​desta imagem permanecem inalteradas nos 133 anos desde que foi composta, embora existam estrelas variáveis ​​e eventos transitórios, como novas e supernovas, que ocorrem aparentemente de forma aleatória. (ISAAC ROBERTS)

No início da década de 1920, identificamos muitas das nebulosas no céu como tendo uma estrutura em espiral, mas não sabíamos o que eram. A ideia principal é que eram proto-estrelas, ou sistemas solares como o nosso que ainda estavam em processo de formação. O raciocínio era que, quando a matéria colapsa para formar estrelas, ela colapsa primeiro em uma direção, levando a um disco. Esse disco vai girar, desenvolvendo instabilidades, enquanto a região central continua a brilhar. Com o tempo, esse disco formará planetas, enquanto a estrela eventualmente evapora a matéria restante, levando a um sistema estelar convencional.

A alternativa era que estas eram galáxias inteiras em si mesmas, localizadas muito além da Via Láctea. A maior evidência apoiando a ideia alternativa foi indireta, mas convincente: se você quebrar a luz desses objetos em seus comprimentos de onda individuais, poderá ver as mesmas assinaturas de absorção encontradas nos átomos aqui na Terra. Só que, para essas nebulosas espirais, elas foram deslocadas para o vermelho ou para o azul em grandes quantidades, indicando sua velocidade. E essas velocidades eram muito rápidas; se estivessem dentro de nossa galáxia, escapariam da gravidade da Via Láctea.

O Telescópio Hooker de 100 polegadas (2,5 metros), concluído em 1917, foi o maior telescópio de abertura do mundo de 1917 a 1949. Ele levou a muitos avanços astronômicos, incluindo sem dúvida o mais importante de todos: a descoberta da expansão Universo. (H. Armstrong Roberts/ClassicStock/Getty Images)

É aí que as novas capacidades do telescópio Hooker de 100 polegadas no Monte Wilson entrou. Ao contrário de todos os outros telescópios do mundo, este foi o maior e mais preciso observatório já construído. Quando visualizava uma nebulosa espiral distante, não só conseguia ver muitos detalhes intrincados nessas estruturas, mas também conseguia resolver estrelas individuais. No início da década de 1920, o astrônomo Edwin Hubble usou este telescópio para ver a grande nebulosa espiral na constelação de Andrômeda: a maior espiral, em tamanho angular, em todo o céu.

Seu plano inicial era simples e direto: procurar novas naquela constelação. Anãs brancas - os remanescentes de estrelas semelhantes ao Sol - haviam sido recentemente descobertos e caracterizados , e a ideia é que algumas anãs brancas possam acumular matéria de uma estrela companheira. Quando eles ganham matéria suficiente, a fusão nuclear se inflama na superfície, e uma explosão brilhante, conhecida como nova, ocorre. O objetivo do Hubble era ver esta nebulosa e medir as novas dentro dela, mas ele teve uma surpresa grosseira ao fazer suas observações.

Ele viu o primeiro clarão e o marcou com um N . Mais tarde, ele encontrou um segundo e, posteriormente, um terceiro. Muitas noites depois, ele encontrou um quarto, mas exatamente na mesma posição do primeiro. Ele cruzou o N e então, em grandes letras vermelhas, escreveu VAR!

A estrela na grande Nebulosa de Andrômeda que mudou nossa visão do Universo para sempre, conforme fotografado primeiro por Edwin Hubble em 1923 e depois pelo Telescópio Espacial Hubble quase 90 anos depois. Observe também que a galáxia não girou nesse tempo, mais uma evidência de sua grande distância cósmica de nós. Você pode ver, no canto superior direito da placa do Hubble, o N riscado e o VAR! ele substituiu por. (NASA, ESA E Z. LEVAY (STSCI) (PELA ILUSTRAÇÃO); NASA, ESA E HUBBLE HERITAGE TEAM (STSCI/AURA) (PELA IMAGEM))

Este foi o momento eureka do Hubble. Novae, mesmo nos sistemas mais extremos já descobertos, não pode simplesmente recarregar durante a noite. Leva longos períodos de tempo para uma nova que se inflama novamente. Hubble rapidamente percebeu que provavelmente não eram novas, mas estrelas variáveis: estrelas que vão de brilhantes a fracas e brilhantes novamente, periodicamente, severamente e relativamente rapidamente.

Ao combinar suas medições com trabalhos anteriores sobre estrelas variáveis, Hubble foi capaz de usar a relação de Henrietta Leavitt entre o período e a luminosidade (ou saída de brilho) de uma estrela variável para estimar a distância dessa estrela.

Os resultados foram imediatamente de tirar o fôlego. Em vez de centenas ou milhares de anos-luz de distância, que era a distância máxima anterior para todos os outros objetos dentro da Via Láctea, o Hubble calculou que as estrelas em Andrômeda devem estar mais próximas de um milhão de anos-luz de distância. (O número moderno está mais próximo de 2,5 milhões de anos-luz.) Armado com essa observação-chave, o Hubble estabeleceu um grande debate e provou que essas nebulosas espirais eram inteiramente suas próprias galáxias, muito além da Via Láctea.

Observados pela primeira vez por Vesto Slipher em 1917, alguns dos objetos que observamos mostram as assinaturas espectrais de absorção ou emissão de átomos, íons ou moléculas particulares, mas com um deslocamento sistemático para o extremo vermelho ou azul do espectro de luz. Quando combinados com as medições de distância do Hubble, esses dados deram origem à ideia inicial do Universo em expansão: quanto mais distante está uma galáxia, maior é o desvio para o vermelho da sua luz. (VESTO SLIPHER, (1917): PROC. AMER. PHIL. SOC., 56, 403)

Mas o Hubble não parou por aí. Nos anos seguintes, Hubble e seu assistente, Milton Humason, começaram a pesquisar as espirais conhecidas no Universo, procurando por essas estrelas variáveis ​​e buscando medir tanto seu brilho quanto seu período de variabilidade. Usando o mesmo relacionamento que eles usaram anteriormente - agora conhecido como Lei de Leavitt — eles foram capazes de medir as distâncias de uma grande variedade dessas galáxias.

Ao combinar as medidas de distância com as medidas espectroscópicas de quão severamente a luz foi desviada para o vermelho ou azul para cada uma dessas galáxias, os cientistas agora tinham os dados para ver se havia uma relação entre a distância de uma galáxia e a rapidez com que ela parecia estar se movendo. . Independentemente, Georges Lemaître, Howard Robertson e o próprio Hubble chegaram à mesma conclusão: a velocidade com que uma galáxia parece se afastar de nós é diretamente proporcional à sua distância de nós. De uma só vez, o Hubble havia demolido a ideia de um Universo estático e substituído pela noção de que o Universo estava se expandindo.

As observações originais de 1929 da expansão do Universo pelo Hubble, seguidas por observações subsequentemente mais detalhadas, mas também incertas. O gráfico de Hubble mostra claramente a relação redshift-distância com dados superiores aos seus predecessores e concorrentes; os equivalentes modernos vão muito mais longe. Observe que velocidades peculiares sempre permanecem presentes, mesmo em grandes distâncias, mas que a tendência geral é o que importa. (ROBERT P. KIRSHNER (R), EDWIN HUBBLE (L))

De muitas maneiras, este foi o início da astrofísica e cosmologia modernas. Isso fez com que Einstein abandonasse sua constante cosmológica e a ideia de um universo estático, mais tarde chamando isso de seu maior erro. Isso levou, ao longo do tempo, à formulação da teoria do Big Bang da origem do Universo e à eventual previsão de um estado inicial quente, denso, uniforme para o nosso Universo.

Mais importante, ele liderou a transformação final em nossa compreensão humana do cosmos. Essas enormes questões existenciais que estávamos ponderando desde tempos imemoriais:

• o que é o universo,
• De onde veio,
• como surgiu,
• e qual será o seu destino final ser,

não eram mais perguntas para poetas, filósofos ou teólogos. Em vez disso, essas eram perguntas para as quais a ciência poderia realmente fornecer respostas. Durante o resto do século 20 e as duas primeiras décadas do 21 (até agora), a ciência revelou essas respostas, apenas para levantar questões adicionais e convincentes.

O aglomerado de galáxias Coma, cujas galáxias se movem muito rapidamente para serem explicadas pela gravitação, dada a massa observada sozinha. As observações feitas por Zwicky de Mt. Wilson na década de 1930 representam a primeira evidência robusta de matéria escura, embora tenham sido (infelizmente) amplamente descontadas na época. (KURIOUSG DE WIKIMEDIA COMMONS)

Enquanto isso, descobertas fascinantes em Mt. Wilson continuaram durante a primeira metade do século 20. No início da década de 1930, Fritz Zwicky mediu os movimentos de galáxias individuais dentro de um grande aglomerado de galáxias: o aglomerado Coma, e determinou que elas eram rápidas demais para permanecer gravitacionalmente ligadas dentro do aglomerado. A única resolução, ele afirmou, era que havia alguma forma adicional de massa presente – matéria escura (matéria escura) – mantendo-o unido. Embora a ideia tenha sido amplamente inexplorada até a década de 1970, as observações de Zwicky foram robustas e corretas; se os tivéssemos levado mais a sério, poderíamos ter tido uma vantagem de 40 anos na investigação da matéria escura.

Na década de 1940, Walter Baade usou o mesmo telescópio para descobrir dois tipos fundamentalmente diferentes de estrela variável Cefeida, resolvendo uma série de paradoxos com o trabalho original de Hubble. Pela primeira vez, podemos começar a calcular com precisão quantidades como a idade e o tamanho do Universo. De muitas maneiras, este observatório trouxe a astronomia para a era moderna.

Um mapa atualizado do Bobcat Fire em 15 de setembro de 2020, com a posição do Mt. Wilson Observatory anotada em magenta. Mais de 41.000 acres estão atualmente queimando neste único incêndio, e a sobrevivência do próprio observatório está em extremo risco. (FOREST SERVICE / GOOGLE / E. SIEGEL)

E agora, em setembro de 2020, o incêndio Bobcat da Califórnia ameaça queimar todo o observatório e o complexo ao redor. O fogo, que estava contido em apenas 6% na quinta-feira, 10 de setembro, agora se espalhou para mais de 41.000 acres, com a contenção caindo para 3%. Como o Serviço Florestal Nacional informou em 15 de setembro,

A área cultivada esta manhã é de 41.231 com 3% de contenção. Equipes trabalharam a noite toda para evitar que o fogo atingisse Mt. Wilson e as comunidades. A contenção reduzida é devido ao crescimento do fogo sem que possamos aumentar as linhas de contenção.

Todo o pessoal do observatório foi evacuado, enquanto os incêndios acendem os tiros pela culatra para livrar a área de matéria vegetal seca. A conjunto de câmeras ao redor do cume do Monte Wilson mostrar o fogo e a fumaça, e os próximos dias serão críticos para determinar se o observatório sobrevive ou é totalmente destruído. Uma parte vital da história da astronomia, que remonta a 1904, pode estar prestes a pegar fogo.

Os bombeiros correm para limpar a vegetação seca das estradas e áreas ao redor do Mt. Wilson Observatory em meados de setembro de 2020. As próximas horas e dias serão críticos para determinar se o Mt. Wilson Observatory, sem dúvida o observatório mais importante da história da astronomia, sobreviverá. (SERVIÇO FLORESTAL / ANDREW MITCHELL)

O site do Observatório Mount Wilson não foi apenas uma parte vital da história da astronomia, mas recentemente encontrou uma nova vida como ferramenta de divulgação e ensino . Como as observações modernas do espaço profundo exigem céus mais escuros do que os encontrados na maior parte dos Estados Unidos continentais, o telescópio Hooker de 100 polegadas foi convertido no maior telescópio do mundo dedicado ao uso do público em geral. Em 2014, a conversão foi concluída e a observação regular está em andamento nos últimos cinco anos.

Quando um olho humano olha através dessa ocular, podemos resolver fontes de luz individuais com uma precisão de 0,05 segundos de arco: apenas 1/72.000 de grau, mais de mil vezes mais nítida do que o olho nu pode ver por conta própria. De acordo com Twitter oficial do observatório , a o fogo está a apenas 500 pés de distância e 12 empresas de profissionais de bombeiros estão no local para combatê-lo. Por mais de 100 anos, Mt. Wilson nos revelou o Universo. Quer o observatório sobreviva ou não, nenhum fogo é quente o suficiente para extinguir o conhecimento que adquirimos com ele.

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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