Um dos observatórios mais notáveis do mundo faz seu trabalho não no topo de uma montanha, no espaço, mas a 10.000 metros de altura em um Boeing 747. Nick Howes deu uma olhada nesse avião exclusivo ao fazer seu primeiro pouso na Europa.
A SOFIA (Observatório Estratosférico de Astronomia Infravermelha) surgiu de uma idéia discutida pela primeira vez em meados da década de 1980. Imagine, disseram os cientistas, usando um Boeing 747 para transportar um grande telescópio para a estratosfera, onde a absorção da luz infravermelha pelas moléculas de água atmosférica é drasticamente reduzida, mesmo em comparação com os mais altos observatórios terrestres. Em 1996, essa ideia havia se aproximado da realidade quando o projeto SOFIA foi formalmente acordado entre a NASA (que financia 80% do custo da missão de 330 milhões de dólares, uma quantia comparável a uma única e modesta missão espacial) e o Centro Aeroespacial Alemão (DLR, que financia os outros 20%). A pesquisa e o desenvolvimento começaram a sério, usando um Boeing 747SP altamente modificado, denominado 'Clipper Lindburgh', em homenagem ao famoso piloto americano, e onde 'SP' significa 'Desempenho Especial'.
Os vôos de teste inaugurais foram realizados em 2007, com a SOFIA operando no Centro de Pesquisa de Vôos Dryden da NASA na Edwards Airforce Base no Rogers Dry Lake, na Califórnia - um local agradável e seco que ajuda na instrumentação e na aeronave operacionalmente.
Enquanto o avião fazia uma visita ao centro de treinamento de astronautas da Agência Espacial Européia em Colônia, Alemanha, tive a rara oportunidade de olhar em volta desta magnífica aeronave como parte de um 'Tweetup' do Espaço Europeu (uma reunião no Twitter). O que foi notado imediatamente foi o menor comprimento do avião em relação àqueles em que você costuma voar, o que permite que a aeronave permaneça no ar por mais tempo, um aspecto crucial para o passageiro mais importante, o telescópio SOFIA de 2,7 metros. Seu espelho primário do tamanho de um Telescópio Espacial Hubble é revestido de alumínio e reflete a luz em um secundário de 0,4 metros, tudo em uma estrutura de gaiola aberta que literalmente sai do lado da aeronave.
Como vimos, a lógica para colocar um telescópio de várias toneladas em uma aeronave é que, ao fazer isso, é possível escapar à maioria dos efeitos de absorção de nossa atmosfera. Observações no infravermelho são em grande parte impossíveis para instrumentos terrestres no nível do mar ou perto dele, e apenas parcialmente possível, mesmo em altas montanhas. O vapor de água em nossa troposfera (a camada inferior da atmosfera) absorve tanto da luz infravermelha que, tradicionalmente, a única maneira de superar isso era enviar uma espaçonave. A SOFIA pode preencher um nicho fazendo quase o mesmo trabalho, mas com muito menos risco e com uma vida útil muito mais longa. A aeronave possui sofisticadas câmeras de monitoramento infravermelho para verificar sua própria produção e monitoramento de vapor de água para medir a pouca absorção que está ocorrendo.
O espelho de 2,7 metros (embora na verdade apenas 2,5 metros seja realmente usado na prática) usa um composto de vitrocerâmica altamente tolerante ao calor, o que é vital, dadas as duras condições pelas quais a aeronave passa o telescópio isolado. Se alguém imaginar a dificuldade que os astrônomos amadores têm em algumas noites com a estabilidade do telescópio em condições de tempestades, poupe um pensamento para a SOFIA, cujo enorme telescópio refletor f / 19.9 Cassegrain precisa lidar com uma porta aberta para o telescópio.
800 quilômetros por hora (500 milhas por hora) ventos. Em geral, algumas operações ocorrerão a aproximadamente 11.880 metros, em vez do teto possível de 13.700 metros, porque, embora a altitude mais alta ofereça condições um pouco melhores em termos de falta de absorção (ainda acima de 99% do vapor de água que causa a maioria dos problemas), o combustível extra necessário significa que os tempos de observação são reduzidos significativamente, fazendo com que os 39.000
pés altitude operacionalmente melhor em alguns casos para coletar mais dados. A aeronave usa um sistema de admissão de ar habilmente projetado para canalizar e afastar o fluxo de ar e a turbulência da janela aberta do telescópio e, falando com os pilotos e cientistas, todos concordaram que não houve efeito causado por qualquer saída dos motores da aeronave. .
Mantendo a calma
As câmeras e os eletrônicos de todos os observatórios de infravermelho devem ser mantidos em temperaturas muito baixas para evitar que o ruído térmico seja derramado na imagem, mas a SOFIA tem um ás na manga. Ao contrário de uma missão espacial (com exceção das missões de serviço ao Telescópio Espacial Hubble, que custam US $ 1,5 bilhão, incluindo o preço do lançamento de um ônibus espacial), a SOFIA tem a vantagem de poder substituir ou reparar instrumentos ou reabastecer seu refrigerante, permitindo uma vida útil estimada de pelo menos 20 anos, muito mais do que qualquer missão de infravermelho baseada no espaço que fica sem refrigerante depois de alguns anos.
Enquanto isso, o telescópio e seu berço são um feito de engenharia. O telescópio é praticamente fixo em azimute, com apenas uma jogada de três graus para compensar a aeronave, mas não precisa se mover nessa direção, pois a aeronave, pilotada por alguns dos melhores da NASA, cumpre esse dever. Pode trabalhar entre uma faixa de altitude de 20 a 60 graus durante operações científicas. Tudo foi projetado para tolerâncias que fazem o maxilar cair. A esfera do rolamento, por exemplo, é polida com uma precisão inferior a dez mícrons, e os giroscópios a laser fornecem incrementos angulares de 0,0008 segundos de arco. Isolado da aeronave principal por uma série de pára-choques de borracha pressurizada, compensados por altitude, o telescópio está quase completamente livre da maior parte do 747, que abriga os computadores e racks que não apenas operam o telescópio, mas fornecem a estação base para quaisquer cientistas observacionais voando com o avião.
PI no céu
A estação do investigador principal está localizada em torno do ponto médio da aeronave, a vários metros do telescópio, mas dentro do avião (exposta ao ar a 45.000 pés, a tripulação e os cientistas seriam mortos instantaneamente). Aqui, por dez ou mais horas de cada vez, os cientistas podem coletar dados assim que a porta se abre e o telescópio está apontando para o alvo escolhido, com os pilotos seguindo uma trajetória de vôo precisa para manter a precisão de apontar o instrumento e também para evitar melhor a possibilidade de turbulência. Embora os telescópios terrestres possam responder rapidamente a eventos como uma nova supernova, a SOFIA é mais regulamentada em suas operações científicas e, com ciclos de propostas de seis meses a um ano, é preciso planejar com precisão a melhor maneira de observar um objeto.
Prevendo o futuro
As operações científicas começaram em 2010 com o FORCAST (Câmera Infravermelha de Objeto Fraco para o Telescópio Sofia) e continuaram em 2011 com o instrumento GREAT (Receptor Alemão de Astronomia nas Teraherz Frequencies). O FORCAST é um instrumento infravermelho médio / distante que trabalha com duas câmeras entre cinco e quarenta mícrons (em conjunto elas podem trabalhar entre 10 e 25 mícrons) com um campo de visão de 3,2 minutos de arco. Viu a primeira luz de Júpiter e da galáxia Messier 82, mas trabalhará na criação de imagens do centro galáctico, na formação de estrelas em galáxias espirais e ativas e também na observação de nuvens moleculares, um de seus principais objetivos científicos, permitindo que os cientistas determinem com precisão as temperaturas de poeira e mais detalhes sobre a morfologia das regiões de formação estelar com resolução inferior a três segundos de arco (dependendo do comprimento de onda em que o instrumento trabalha). Além disso, o FORCAST também é capaz de realizar espectroscopia de grism (ou seja, um prisma de grade), para obter informações mais detalhadas sobre a composição dos objetos em exibição. Não existe um sistema de óptica adaptativa, mas ele não precisa de um para os tipos de operações que está sendo executada.
FORCAST e GREAT são apenas dois dos instrumentos de operação científica 'básicos', que também incluem espectrógrafos Echelle, espectrômetros de infravermelho distante e câmeras de banda larga de alta resolução, mas a equipe científica já está trabalhando em novos instrumentos para a próxima fase das operações. A troca de instrumentação, embora complexa, é relativamente rápida (comparável ao tempo necessário para trocar instrumentos em observatórios de terra maiores) e pode ser alcançada com prontidão para observações, o que o avião pretende fazer até 160 vezes por ano. E embora não houvesse planos firmes para construir uma nave irmã para a SOFIA, houve discussões entre cientistas para colocar um telescópio maior em um Airbus A380.
Sky Outreach
Com um programa planejado de embaixador científico envolvendo professores que voam na aeronave para fazer pesquisas, o perfil público da SOFIA vai crescer. A produção científica e as possibilidades de instrumentos que estão em constante evolução, podem ser reparadas e melhoradas toda vez que aterrissam são incomensuráveis em comparação às missões espaciais. Só recentemente os jornalistas tiveram a oportunidade de visitar esta aeronave notável, e foi um privilégio e uma honra ser uma das primeiras pessoas a vê-la de perto. Para esse fim, gostaria de agradecer à ESA e à NASA pelo convite e pela chance de ver algo tão único.
