Sonda lançada em 2006 passará por Plutão em alguns meses. Será a primeira vez que planeta-anão será visitado por uma máquina humana.

Já comentei em alguns textos que fazia parte de um grupo de astronomia muito tempo atrás numa galáxia muito distante anos atrás. Em parceria com uma escola privada, o grupo realizava eventos e oferecia aulas gratuitas abertas ao público e foi lá que comecei a lecionar. Lembro-me de que ainda estava no secundário quando minha escola (sempre estudei em escolas públicas) foi convidada a expor alguns trabalhos de alunos numa exposição do grupo e da escola privada em um shopping de Taubaté, SP, minha cidade.

Isso foi em 2006. No fim de meu trabalho, uma apresentação sobre o Sistema Solar (clichê, eu sei), mencionava o lançamento de uma sonda para Plutão – então ainda planeta e o único ainda não visitado por máquinas humanas. A missão New Horizons foi anunciada como grande promessa a ser aguardada com muita ansiedade. “O foguete mais rápido do mundo”, anunciou o Jornal Nacional. Uma verdadeira viagem ao desconhecido pois astro está tão distante que sabemos pouquíssimo a seu respeito. Certamente, seria um grande momento para a ciência poder olhar de perto – mesmo que rapidamente – este pequenino mundo.

Pois bem… Em julho de 2015, a sonda da NASA chegará a Plutão e tornará-se a primeira máquina a explorar o Cinturão de Kuiper.

Concepção artística da New Horizons passando por Plutão

Outro mundo  Descoberto em 1930 pelo astrônomo estadunidense Clyde Tombaugh, Plutão foi considerado o nono planeta até 2006. A descoberta de mundos parecidos mais distantes dentro do Cinturão de Kuiper – uma região além da órbita de Netuno rica em asteroides e planetas-anões e que nunca foi visitada por uma espaçonave – fez a União Astronômica Internacional (UAI) criar uma nova classe de corpos celestes: os planetas anões. Eles possuem suas próprias órbitas ao redor do Sol e são redondos mas são pequenos demais (menores que nossa Lua) para serem capazes de limpar seu caminho orbital de outros restos da formação do Sistema Solar. A maioria deles esta no Cinturão de Kuiper, por isso são chamados de Objetos do Cinturão de Kuiper (Kuiper Belt Objects, KBOs) ou Objetos Transnetunianos.

O nome de Plutão foi escolhido por Venetia Burney, uma menina de 11 anos de Oxford, Inglaterra. Ela sugeriu ao avô que o novo planeta fosse batizado com o nome do deus romano do submundo, Pluton. Ele enviou a sugestão ao Lowell Observatory.

O astrônomo estadunidense Clyde Tombaugh trabalhava no Lowell Observatory quando descobriu Plutão

As luas plutonianas foram batizadas de acordo com outras figuras mitológicas associadas à divindade: Caronte (descoberta em 1978) é o barqueiro do rio Estige (descoberta pelo Hubble Space Telescope em 2012) que leva as almas ao submundo; Nix (Hubble, 2005), deusa da noite e da escuridão, é a mãe de Plutão; Hidra (Hubble, 2005) é a serpente de nove cabeças que guarda o submundo e Cérbero (Hubble, 2011) é o cão de três cabeças da mitologia grega.

Foi teorizado que todo o sistema plutoniano formou-se através de uma colisão entre o planeta-anão e outro corpo de tamanho planetário no início do Sistema Solar. O que sobrou e se misturou virou a família que vemos (com muita dificuldade por ser muito pequena e distante) hoje.

Com apenas 2.320 km de diâmetro (18% da Terra), Plutão deve ter um núcleo rochoso circundado por um manto de gelo de água. Gelos mais exóticos, como de metano e de nitrogênio cobrem a superfície. A massa plutoniana é de 13 quintilhões de toneladas (0,2% a terrestre) e a densidade do planeta-anão (2,05 g/cm³, 37.2% a da Terra) é a sexta parte da densidade lunar. Plutão 20 vezes mais massivo que Ceres, o planeta-anão que orbita no Cinturão de Asteroides, ente Marte e Júpiter.

Plutão leva 248 anos para orbitar o Sol e sua distância à estrela varia entre 4,4 e 7,3 bilhões de km. Sua órbita chega a cruzar a de Netuno e Plutão ficou mais próximo do Sol que o deus dos mares de 1979 a 99. Em 89, ele passou por seu periélio (o ponto mais próximo do Sol) e ficou a 29,7 unidades astronômicas dele. Uma unidade astronômica (UA) equivale à distancia Terra-Sol, quase 15 milhões de km.

Outra discrepância de Plutão sobre o planetas é o plano de sua órbita- algo que costuma chamar a atenção em ilustrações do Sistema Solar em livros didáticos ultrapassados obsoletos desatualizados mais antigos. Os planetas giram em planos nem tão inclinados uns dos outros, mas a órbita de Plutão é inclinada 17,14° em relação à terrestre.

Estrutura presumida de Plutão

Por sua órbita ser tão elíptica (15 vezes a excentricidade da órbita terrestre), os gelos em sua superfície evaporam e se elevam quando ele se aproxima do Sol, formando uma atmosfera fina. Graças à gravidade plutoniana, 6% a terrestre, a atmosfera é muito mais extensa em altitude que a nossa. Quando ele está no trecho orbital mais distante da estrela, acredita-se que esta atmosfera se congele.

Imagens feitas pelo Hubble em 1994 mostraram que Caronte é mais cinza que Plutão (que é avermelhado). Isso indica que eles possuem composições superficiais e estruturas diferentes.

A órbita de Caronte leva 6,4 dias terrestres, assim como a rotação plutoniana. Dessa forma, a lua não se movimenta no céu do planeta-anão e um sempre mostra a mesma face para o outro. Esta rotação sincronizada recebe o nome de acoplamento de maré. Comparado à maioria dos planetas, Plutão gira ao contrário, do leste para o oeste. Urano e Vênus também possuem rotações retrógradas.

Não se sabe se Plutão possui campo magnético mas seu pequeno tamanho e vagarosa rotação sugerem que não. No máximo, um campo fraco.

Novos horizontes  A missão New Horizons nos ajudará a entender os pequenos mundos nos confins do Sistema Solar. Após a passagem por Plutão e suas luas, a sonda visitaria outros KBOs. Sabemos pouquíssimo sobre a superfície, geologia, estrutura e atmosfera desses corpos.

Os corpos planetários do Sistema Solar podem ser divididos em três categorias: os planetas rochosos (Mercúrio, Vênus, Terra e Marte, menores que os gigantes e com superfícies de maioria rochosa), os gigantes gasosos (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, dominados por sua espessa atmosfera de hidrogênio), e o que poderíamos chamar de anões de gelo. Estes últimos são menores que os primeiros e possuem superfície sólida, mas uma parcela significante de sua massa é de gelo de água, dióxido de carbono, metano, nitrogênio e monóxido de carbono.

Existe uma lacuna no nosso conhecimento do Sistema Solar. O objetivo da New Horizons é preenchê-la. E trata-se de uma lacuna importante pois estes corpos celestes são embriões planetários que não vingaram, tendo apenas de 200 a 2 mil km. Eles possuem a mesma origem que os planetas rochosos e talvez a mesma que os gigantes gasosos. Há muito a aprender com no Cinturão de Kuiper. Lá podem estar respostas importantes sobre a formação do Sistema Solar.

Vale destacar que Caronte (distante 19,64 mil km de Plutão) tem metade do tamanho de Plutão, o ponto de equilíbrio gravitacional está entre os dois corpos e ambos são considerados como um planeta binário, o sistema Plutão-Caronte. Acredita-se que planetas binários, como estrelas binárias, sejam comuns na galáxia. A New Horizons será a primeira a visitar um sistema binário.

Plutão visto pelo Hubble Space Telescope em 1994 (Foto: STScI)

O Cinturão de Kuiper é a maior fonte de cometas de período curto (menor que 200 anos) que passam próximo – e até atingem – a Terra. Será interessante comparar as composições. A sonda vai ajudar a catalogar estes objetos, inclusive analisando as crateras na superfície de Plutão, suas luas, e outros corpos. Sabe-se que os cometas e os astros que formam o Cinturão possuem bastante água na forma de gelo e moléculas orgânicas – componentes essenciais para o surgimento da vida.

A atmosfera de Plutão está fugindo como a cauda de um cometa, mas numa escala muito maior. Nada parecido existe em outro lugar do Sistema. Acredita-se que atmosfera da Terra recém-formada, de hidrogênio e hélio, tenha se perdido para o espaço assim. O que podemos aprender sobre o passado de nosso próprio planeta estudando o fenômeno em Plutão?

Os principais objetivos da missão são mapear a composição da superfície, caracterizar a geologia e a morfologia (“aparência”), mapear as temperaturas superficiais de Plutão e Caronte, caracterizar a atmosfera de Plutão e sua fuga, procurar por uma atmosfera ao redor de Caronte, procurar por mais satélites de plutão e… fazer investigações similares em outros KBOs.

Com essas perspectivas, “Novos Horizontes” caiu como uma luva para o nome da missão.

Concepção artística da New Horizons em Plutão (Foto: NASA)

O apoio da New Horizons com KBOs vem do telescópio Subaru.

A equipe científica e o gerenciamento da carga de instrumentos pertence ao Southwest Research Institute (Instituto de Pesquisa do Sudoeste, SwRI), instituição do investigador principal da New Horizons, Alan Stern, conhecido por seus estudos sobre KBOs.

O desenvolvimento e o gerenciamento da missão, a integração e as operaçõs da nave ficaram a cargo do Applied Physics Laboratory (Laboratório de Física Aplicada, APL) da Johns Hopkins University.

Viajante  O peso de lançamento da New Horizons era de 478 kg, incluindo o propelente: hidrazina a ser disparada por 16 propulsores para apontamento e correções de curso. O controle de atitude é para os três eixos e estabilizado. A nave tem dispositivos de backup para os principais eletrônicos, câmeras de navegação por estrelas e gravadores de dados. O conceito de “garrafa térmica” mantém temperaturas operacionais seguras no espaço profundo.

A sonda New Horizons (Foto: NASA)

A energia elétrica da nave e de seus instrumentos é fornecida por um gerador termoelétrico de radioisótopos (radioisotope thermoelectric generator, RTG) fornecido pelo Department of Energy (Departamento de Energia, Doe, um “ministério” do governo federal dos EUA). Usa-se RTGs em missões que não podem usar painéis solares – tão distantes do Sol, eles não são eficientes – mas requerem um suprimento energético que possa produzir vários kilowatts e operar sob condições ambientais severas por muitos anos. A viagem levará a sonda a 4,6 bi km daqui. A luz solar leva mais de 4 horas para alcançar Plutão e é mil vezes mais fraca que na Terra.

Os instrumentos escolhidos para a sonda não foram selecionados apenas por poderem encontrar respostas para as perguntas da comunidade científica, mas também para darem suporte no caso de falha um do outro.

Instrumentos a bordo da New Horizons (Arte: NASA)

O Ralph, construído pela Ball Aerospace, fará mapas coloridos e de composição de alta resolução das superfícies de Plutão e Caronte. Um telescópio de 6 cm de abertura coleta e foca a lente em dois canais. O primeiro é o Multispectral Visible Imaging Camera (câmera de imageamento visível multiespectral, MVIC) registra luz visível e tem qiatro filtros para fazer mapas coloridos – um para a distribuição de gelo de metano na superfície e os outros genéricos e cobrem azul, vermelho e cores do infravermelho próximo. Após passar pelos filtros, a luz atinge um dispositivo de carga acoplada (charge-coupled device, CCD), um circuito integrado sensível à luz usado em câmeras digitais.

O segundo é o Linear Etalon Imaging Spectral Array (dispositivo de imageamento espectral de etalon linear, LEISA) opera com comprimentos de infravermelho e seu etalon age como um prisma para curvar diferentes comprimentos de onda de luz por quantidades diferentes para que cada um seja analizado separadamente. Moléculas diferentes emitem e absorvem luz em comprimentos diferentes e o LEISA pode analisá-los para encontrar essas moléculas. Ele mapeará a distribuição de gelo de metano, nitrogênio molecular, monóxido de carbono e água nas superfícies dos dois astros. O instrumento também pode revelar constituintes ainda desconhecidos. Ele foi criado pelo Goddard Space Flight Center (Centro de Voo Espacial Goddard), da NASA.

New Horizons em 2005 (Foto: NASA)

O Alice é um espectrômetro de imageamento ultravioleta pra estudar a atmosfera plutoniana. Um espectrômetro é um instrumento que separa a luz em seus comprimentos de onda constituintes, como um prisma. Um espectrômetro de imageamento, além disso, produz uma imagem do alvo em cada comprimento de onda.

Possui dois modos de operação – para medir emissões dos constituintes atmosféricos e para quando o Sol ou outra estrela brilhante estiver visível através da atmosfera produzindo absorção pelos constituintes atmosféricos. Este último será usado logo após a sonda passar por trás de Plutão e olhar para trás.

REX, acrônimo de radio experiment (experimento de rádio): apenas uma pequena placa de circuito impresso com componentes eletrônicos sofisticados integrados ao sistema de telecomunicações via rádio da New Horizons. Todas as comunicações com a nave são feitas através deste pacote de rádio, tornando-o crítico para a missão. Fornecido pela Stanford University.

Com uma técnica parecida com a do Alice, o REX pode estudar a atmosfera plutoniana. Após passar pelo astro, a antena de rádio de 2,1 m será apontada para a Terra, onde os poderosos raditransmissores da Deep Space Network, da NASA, apontarão para a nave e enviar sinais de rádio. Quando a nave estiver passando por trás de Plutão, a atmosfera curvará as ondas de rádio conforme o peso molecular de seu gás e sua temperatura.

Também a um modo de “radiometria” que medirá a fraca emissão de rádio de Plutão em si. Quando isso for feito olhando de volta para Plutão, os dados podem ser usados para gerar um valor preciso da temperatura noturna do planeta-anão.

Montagem final da New Horizons (Foto: NASA)

A maior resolução espacial da New Horizonz vem do Long Range Reconnaissance Imager (imageador de reconhecimento de longo alcance, LORRI): um telescópio de abertura de 20,8 cm que foca luz visível em um CCD. O design é simples, sem filtros ou partes móveis. Próximo ao momento de maior aproximação, o LORRI fará imagens de plutão capazes de revelar detalhes de até 100 metros.

O Solar Wind Around Pluto (vento solar ao redor de Plutão, SWAP) medirá partículas carregadas do vento solar próximo a Plutão para determinar se o planeta-anão possui uma magnetosfera e a velocidade de fuga da atmosfera.

Outro instrumento de detecção de plasma, o Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation (investigação científica com espectrômetro de partícula energética de Plutão, PEPSSI), buscará átomos neutros que escapam da atmosfera e tronam-se carregados pela interação com o vento solar.

Está a bordo um projeto desenvolvido por estudantes da University of Colorado em Boulder com supervisão de cientistas espaciais. Foi escolhido como um projeto Education and Public Outreach, para interação com o público e fomento à educação. O Venetia Burney (Lembra-se deste nome?) Student Dust Counter (contador de poeira de estudantes, SDC) está contando e medindo os tamanhos de partículas de poeira ao longo de toda a trajetória da New Horizons, cobrindo regiões de espaço interplanetário de onde amostras nunca foram tiradas. Estas partículas de poeira são provenientes de cometas vertendo material e KBOs colidindo uns com os outros.

Técnico fixa CD contendo 434.738 nomes na nave New Horizons (Foto: NASA)

Outro projeto com fins de relações públicas foi um CD com mais de 430 mil nomes a bordo da nave. As pessoas que submeteram seus nomes podem retirar um certificado pelo site da missão.

Escala  A sonda foi lançada em 19 de janeiro de 2006, no topo de um foguete Atlas V da Lockheed Martin (o motor do estágio superior do foguete era da Boeing) , a partir da da Cape Canaveral Air Force Station, na Flórida, numa operação coordenada pelo Launch Services Program (Programa de Serviços de Lançamento) do Kennedy Space Center (Centro Espacial Kennedy), da NASA. Nos primeiros 13 meses de viagem, foram feitas checagens de instrumentos e da nave, calibrações de instrumentos, pequenas manobras de correção de trajetória e ensaios para o encontro com Júpiter. Atividades semelhantes são feitas anualmente. Em 7 de abril de 2006, a nave passou pela órbita de Marte.

Lançamento da New Horizons (Foto: United Launch Alliance)

A New Horizons usou a gravidade de Júpiter (320 vezes a massa da Terra) para pegar impulso para a viagem – uma oportunidade de testar os instrumentos e fazer ciência ao mesmo tempo. A maior aproximação foi em 28 de fevereiro de 2007, quando a 23 km/s a New Horizons passou de 3 a 4 vezes mais próximo e Júpiter que a Cassini, em dezembro de 2000, a caminho de Saturno. A equipe de navegação é da KinetX, Inc.

Análises técnicas, a Deep Space Network e outros suportes são fornecidos pelo Jet Propulsion Laboratory (Laboratório de Propulsão à Jato, JPL).

A viagem da New Horizons (Arte via NASA / Tradução: Eduardo Oliveira)
A viagem da New Horizons (Arte via NASA / Tradução: Eduardo Oliveira)

As observações do planeta começaram cerca de 2 meses antes e continuaram por 3 meses após. Uma vez o que estudar Plutão é o objetivo maior, as atividades de calibração e testes prevaleceram sobre as atividades científicas. Na verdade, como chegar a Plutão era a prioridade, assegurar que a manobra de assistência gravitacional ocorreria como planejado prevaleceu sobre quaisquer atividades. Estas atividades eram observações de calibração e testes, navegação óptica e científicas, nesta prioridade.

A equipe científica separou suas observações em quatro grupos. O primeiro era a atmosfera jupiteriana o comportamento das tempestades. O segundo, as maiores luas, incluindo atmosferas, eclipses, composição e mapeamento. Terceiro, anéis: composição e busca por mais satélites dentro das estruturas de anéis. Por fim, a magnetosfera foi estudada por meio de sensoriamento remoto das emissões das auroras – fluxos de partículas carregadas.

Júpiter e Io registradas pela New Horizons; a sonda usou a gravidade do planeta gigante para chegar a Plutão mais rápido (Foto: NASA)

Após usar a gravidade de Júpiter para um efeito “estilingue”, a nave cruzou a órbita de Saturno em junho de 2008, a de Urano em março de 2011 e a de Netuno em agosto de 2014.  Um modo de hibernação economizou energia da nave durante a viagem. Oito tons distintos foram usados na comunicação para informar o estado da nave.

Os cientistas tinham pressa em chegar a Plutão por dois motivos. O primeiro tem a ver com a atmosfera: desde 1989, Plutão está se afastando do Sol e os cientistas acreditam que sua atmosfera pode “congelar”, minimizando as chances de estudos da mesma. O segundo é mapear o máximo possível de Plutão e Caronte. Na Terra, algumas regiões próximas aos pólos experimentam seis meses de dia e seis meses de noite. Da mesma forma, alguns lugares de Plutão e Caronte não veem o Sol.

Encontro  As câmeras da New Horizons começarão a observação do sistema plutoniano alguns meses antes da chegada da espaçonave. No início, Plutão e Caronte aparecerão como dois pontos brilhantes indiscrimináveis. Faltando três meses para a maior aproximação, a 105 milhões de quilômetros, ja será possível fazer os primeiros mapas.

(Arte via NASA / Tradução: Eduardo Oliveira)
(Arte via NASA / Tradução: Eduardo Oliveira)

Nesses três meses a equipe da missão farão imagens e medições espectrais. A rotação de Plutão e Caronte dura 6,4 dias terrestres. Nos últimos dois dias plutonianos antes do encontro, a equipe compilará mapas e medições espectrais duas vezes por dia. Assim comparações entre os dias plutonianos serão possíveis numa escala de cerca de 48 km. Talvez mudanças por fenômenos meteorológicos.

A parte mais atarefada do encontro começará meio dia antes da maior aproximação e terminará meio dia depois dela. Na chegada, a sonda procurará por emissões de ultravioleta da atmosfera de Plutão e fazer os melhores mapas de Plutão e Caronte em Verde, azul, vermelho e um comprimento de onda sensível ao gelo de metano na superfície. Também serão feitas mapas espectrais em infravermelho próximo, levantando informação sobre a composição das superfícies dos dois astros, locais e temperatura dos materiais.

No planejado, a nave passa a 9,6 mil km de Plutão e a 27 mil km de Caronte. Durante a meia hora em que estiver mais próxima dos dois, fará imagens em luz visível e infravermelho próximo. As melhores imagens de Plutão mostrarão detalhes de até 60 metros.

(Arte via NASA / Tradução: Eduardo Oliveira)
(Arte via NASA / Tradução: Eduardo Oliveira)
Ilustração da New Horizons próxima a Plutão e Caronte (Foto: NASA)

Mesmo após passar pelo sistema, o trabalho estará longe de terminar. Olhar para o lado sombreado de Plutão ou Caronte é a melhor maneira de detectar neblina na atmosfera, procurar anéis e tentar descobrir a aspereza da superfície. A nave também atravessará as sombras dos dois corpos. Ela pode olha de volta para o Sol e a Terra e ver a luz do Sol ou as ondas de rádo emitidas da Terra. A melhor hora para avaliar a atmosfera é quando a sonda observar o Sol e a Terra passando por trás dos dois astros.

A NASA ainda precisa aprovar, mas a ideia é estender a missão, e a nave pode se reposicionar para encontrar outro KBO – que não seria selecionado até posteriormente. Espera-se encontrar um ou mais com 50 – 100 km para fazer um encontro similar ao de Plutão: a nave mapearia o KBO, determinaria sua composição por espectroscopia infravermelha e mapas de quatro cores e procuraria por atmosfera e luas.

Cientistas fazem uma vaga ideia do que esperar, mas a única certeza é o inesperado. E como uma criança encantada com o Universo, eles – e outros – aguardam ansiosamente.

Ilustração da New Horizons se aproximando de Plutão e suas luas (Foto: NASA/JHUAPL/SwRI)

19 de Maio  A última reunião do Grupo de Estudos Ufológicos “19 de Maio” contou co membros de Taubaté, Jacareí e São José dos Campos. O grupo sempre está aberto a novos membros. Venha a uma de nossas reuniões mensais! O GEU visa fazer um evento de ufologia na região paulista do Vale do Paraíba no mês de outubro. Posto novidades assim que possível.

Comentários  Sim, eles voltaram! Nos meus primeiros textos aqui eu costumava comentar sobre assuntos correntes. Com o tempo, parei com isso porque não é para generalidades que criei o BdA. Mas, como brasileiro, é simplesmente impossível ficar calado diante da bagunça que está acontecendo. (Não vou mencionar nenhum nome ou grupo específico, mas para bom entendedor…) Uma crise hídrica séria se instaurou por conta de uma monumental falta de planejamento – assim como problemas com o sistema elétrico nacional (que já não era grande coisa mesmo). Não é preciso ir longe para descobrir que cerca de 40% da energia elétrica gerada no país é perdida pelo péssimo estado da rede e mais de 30% (média nacional) da água é perdida também.

Como se não bastasse, o estado precário dos sistemas aliado a um péssimo trabalho de planejamento de nossos governantes (mas um não é parte do outro?), ainda teremos que pagar (literalmente) mais! A conta de luz pode subir ser reajustada até 45% em alguns lugares.

Nem vou comentar sobre a ladroagem descoberta na Petrobras (até então a menina dos olhos do Brasil). Como se não bastasse a corrupção – palavra imunda que tornou-se banal em nossa terra há alguns anos -, a gestão da estatal também mostrou-se incompetente, reduzindo o valor da empresa a menos da metade e duplicando suas dívidas nos últimos três anos.

Parabéns! E obrigado.

O pior é ver o povo simplesmente assistir a isso tudo.

Watch the skies!

“A diferença entre engenheiros e cientistas é que engenheiros odeiam surpresas.”

– Nina Sulman, personagem do docu-drama Space Odyssey – Voyage to the Planets (BBC,2004) interpretada por Michelle Joseph

Eduardo Oliveira,

editor

Anúncios