Como telescópios espaciais veem o que observatórios terrestres não conseguem

A luz das estrelas e galáxias viaja pelo universo em muitas formas, não apenas nas cores visíveis que o olho humano pode ver. A luz ultravioleta, infravermelha, de raios X e raios gama carregam informações sobre estrelas jovens quentes, nuvens de poeira fria, estrelas explodidas e buracos negros. No entanto, a atmosfera terrestre absorve ou embaralha a maior parte dessa luz antes de chegar ao solo, de acordo com a NASA Science e a Agência Espacial Europeia (ESA).

Por que a atmosfera terrestre é uma barreira

A ESA explica que a atmosfera cria dois problemas separados para a astronomia infravermelha. Primeiro, absorve a maioria dos comprimentos de onda infravermelhos diretamente, deixando apenas algumas faixas estreitas atingirem telescópios baseados no solo. Segundo, a própria atmosfera brilha no infravermelho, muitas vezes emitindo mais radiação do que o objeto cósmico fraco que os astrônomos estão tentando estudar, o que enterra o sinal no ruído.

A ESA também observa que a atmosfera bloqueia a maior parte da radiação de alta energia e ultravioleta, incluindo raios X, raios gama e a maioria dos raios ultravioleta. A NASA observa que Chandra, seu observatório de raios X, orbita a uma altitude de aproximadamente 139.000 quilômetros (86.500 milhas) acima da Terra – cerca de 200 vezes mais alto que Hubble – especificamente porque os raios X nunca atingem a superfície.

Mover um telescópio acima da atmosfera ou longe da Terra completamente remove ambos os problemas de uma vez: não há ar restante para absorver a luz e não há brilho atmosférico para afogá-la.

Diferentes telescópios, luz diferente

Cada grande observatório espacial é ajustado para uma parte específica do espectro. Hubble, lançado em 1990, observa principalmente luz ultravioleta e visível (0,1 a 2,5 mícrons) e orbita cerca de 300 milhas (483 km) acima da Terra, ainda ao alcance de ocasionais missões de manutenção, de acordo com a NASA Science. O Telescópio Espacial James Webb, lançado em dezembro de 2021, é construído para luz infravermelha e fica muito mais distante, perto do segundo ponto de Lagrange (L2) aproximadamente um milhão de milhas da Terra, onde seu próprio calor e o calor da Terra não podem interferir nos sinais infravermelhos fracos que está tentando detectar.

O espelho primário de Webb tem 6,5 metros (21,3 pés), comparado com 2,4 metros (7,9 pés) do Hubble, dando-lhe mais de seis vezes a área coletora de luz. A NASA Science afirma que Webb pode detectar objetos até 100 vezes mais fracos do que Hubble consegue ver. Como a expansão do universo estende a luz das galáxias mais distantes e primitivas em comprimentos de onda infravermelhos – um efeito de desvio para o vermelho – a sensibilidade infravermelha de Webb permite que ele olhe mais longe no tempo cósmico do que os instrumentos ultravioleta-e-visível de Hubble conseguem.

Webb carrega instrumentos dedicados para diferentes faixas infravermelhas. Sua Câmera de Infravermelho Próximo (NIRCam) cobre 0,6 a 5 mícrons e serve como o formador de imagens de infravermelho próximo primário de Webb, de acordo com a página do instrumento da NASA Science. O Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI) cobre 5 a 28 mícrons e combina uma câmera, um espectrômetro que divide a luz em um espectro para medir o brilho em cada comprimento de onda, e um coronógrafo que bloqueia o brilho de uma estrela para que planetas mais fracos próximos possam ser vistos. MIRI precisa de um criocooler adicional para permanecer mais frio que o resto do observatório para que seus detectores não sejam ofuscados pelo calor residual de Webb.

Nem todo observatório espacial produz imagens. A espaçonave Gaia da ESA, lançada em 19 de dezembro de 2013 e estacionada perto de L2, está construindo um mapa tridimensional extraordinariamente preciso de mais de dois bilhões de estrelas em toda a Via Láctea, rastreando seus movimentos, luminosidade, temperatura e composição, de acordo com a página da missão Gaia da ESA. A ESA diz que Gaia melhorou a precisão posicional por um fator de cem comparado com seu antecessor, o satélite Hipparcos; a missão entrou em sua fase pós-operações após enfrentar problemas de sensor e micrometeoroides em 2024.

Na extremidade de alta energia do espectro, o Observatório de Raios X Chandra da NASA, lançado em 23 de julho de 1999, detecta raios X de fenômenos extremamente quentes: estrelas explodidas, aglomerados de galáxias e material redemoinhando em volta de buracos negros, de acordo com a página da missão de astrobiologia da NASA.

Juntando as peças

O cientista do projeto Herschel da ESA, Göran Pilbratt, descreveu o valor da observação infravermelha especificamente para estudar como estrelas e planetas se formam: 'Observando no infravermelho podemos estudar como as coisas se formam, os primeiros passos, porque os processos de formação muito frequentemente ocorrem em lugares frios e empoeirados', disse ele, de acordo com a ESA. A luz infravermelha passa através de nuvens de poeira que bloqueiam a luz visível, permitindo que instrumentos como NIRCam e MIRI de Webb vejam estrelas recém-nascidas e planetas ocultos dentro de nebulosas.

Como nenhum telescópio único cobre todo o espectro, os astrônomos rotineiramente combinam dados de vários observatórios. A NASA Science descreve Hubble e Webb como parceiros complementares em vez de rivais: a visão infravermelha mais profunda de Webb corta através de poeira e gás, enquanto a visão ultravioleta e visível de Hubble complementa as vistas infravermelhas de Webb, juntos produzindo visualizações mais amplas dos mesmos objetos.