A interferometria terrestre na Terra provou ser um método bem-sucedido para conduzir ciência ao combinar luz de vários telescópios para agir como um único telescópio grande. Mas como um telescópio interferômetro ultravioleta (UV)/óptico na Lua pode fornecer ciência aprimorada, e as missões Artemis podem ajudar a tornar isso uma realidade? É isso que um estudo submetido recentemente para o Telescópios Astronômicos SPIE + Instrumentação 2024 conferência espera abordar como uma equipe de pesquisadores propõe o Artemis-enabled Stellar Imager (AeSI) que, como o próprio nome indica, poderia potencialmente ser entregue à superfície lunar por meio das próximas missões Artemis da NASA. Esta proposta foi recentemente aceita como um estudo de Fase 1 por meio do programa Innovative Advanced Concepts (NIAC) da NASA e tem o potencial de desenvolver uma maneira revolucionária de resolução angular extremamente alta de conduzir ciência em outros corpos planetários, ao mesmo tempo em que contribui para outras missões também.
Aqui, Universo Hoje discute esta pesquisa incrível com Dr. Gioia Rauque é astrofísico no Goddard Space Flight Center da NASA e diretor de programa na NSF, sobre a motivação por trás deste estudo, conclusões significativas deste trabalho, próximos passos caso isso prossiga além da Fase 1, objetivos de longo prazo sobre localizações da superfície lunar e como o AeSI pode avançar nossa compreensão da habitabilidade dos exoplanetas. Portanto, qual foi a motivação por trás deste estudo?
O Dr. Rau conta Universo Hoje“A motivação por trás deste estudo é avaliar se podemos construir e operar, em colaboração com o Programa Artemis humano, um grande observatório de abertura esparsa (interferômetro) na superfície lunar e determinar se ele é competitivo com uma opção de voo livre desenvolvida anteriormente. O objetivo final é permitir o estudo do nosso Universo em Ultra Alta Definição em comprimentos de onda ultravioleta e ópticos com ~200x a resolução angular do HST! Observações ultravioleta são inatingíveis da superfície da Terra devido à atmosfera sobrejacente e mesmo no visível a atmosfera da Terra limita a resolução final obtida com interferômetros baseados no solo.”
Para o estudo, os pesquisadores se baseiam em propostas de longa data para colocar interferômetros UV/ópticos no espaço, mas devido à falta de infraestrutura na superfície lunar, os cientistas têm preferido usar satélites e orbitadores, que os pesquisadores chamam de “free-flyers”. Para o AeSI, os pesquisadores propõem construir um interferômetro lunar usando infraestrutura que está sendo levada à Lua pelo Programa Artemis da NASA com o objetivo de fornecer ciência avançada sobre sistemas exoplanetários, incluindo as superfícies das estrelas, seus interiores, campos magnéticos, clima espacial e habitabilidade de exoplanetas.
Para realizar isso, o AeSI será composto por um interferômetro de imagem UV/óptica de linha de base de 1 quilômetro próximo ao polo sul lunar, que é a região de pouso do Programa Artemis, especificamente Artemis III. Junto com a ciência aprimorada, a equipe também promove a escalabilidade do projeto, observando que ele pode ser potencialmente tão grande quanto 30 ou mais elementos para servir como um único interferômetro. Além disso, a equipe aborda várias questões que podem surgir durante esse esforço, incluindo poeira lunar, atividade sísmica e o uso de ajudantes robóticos como suporte auxiliar para construção. Portanto, quais são as conclusões mais significativas deste estudo?
O Dr. Rau conta Universo Hoje“Os pontos mais significativos deste estudo são que o projeto é viável, demonstrando que a ideia visionária do nosso PI, Dr. Kenneth Carpenter (NASA/Goddard Space Flight Center), pode ser desenvolvida realisticamente. O estudo fornece recomendações importantes para mais pesquisas e desenvolvimento de tecnologia, que serão cruciais para o avanço do projeto e para lidar com quaisquer desafios técnicos e desenvolvimento de tecnologia adicional necessários.”
Conforme observado, o AeSI foi aprovado para um estudo de Fase 1 (taxa de sucesso inferior a 4%!) por meio de Programa de Conceitos Avançados Inovadores (NIAC) da NASAcom o NIAC tendo ajudado com sucesso a avançar a tecnologia na indústria aeroespacial desde 1998, com seu nome original sendo Instituto de Conceitos Avançados da NASA até ser fechado em 2007. Apenas dois anos depois, o Congresso solicitou à Academia Nacional de Ciências que revisasse o motivo do seu fechamento, o que fez recomendações futuras, resultando no atual programa NIAC em 2011.
Desde então, o NIAC contribuiu com avanços tecnológicos em nanossatélites, exploração planetária, espectroscopia de exoplanetas, astrofísica, cosmologia, ciência solar, exploração espacial humana e muitos outros. Essas propostas passam por três fases, com cada fase permitindo maior financiamento e tempo para o projeto. Portanto, dado que o AeSI é um estudo de Fase 1, quais são os próximos passos se ele for aprovado para avanço?
O Dr. Rau conta Universo Hoje“Os próximos passos envolveriam buscar o suporte da Fase 2 do NIAC, bem como explorar financiamento e recursos adicionais. A Fase 2 se concentraria em desenvolver e refinar ainda mais o estudo inicial de 9 meses que estamos fazendo na Fase 1. Acreditamos que nosso conceito visionário tem o potencial de revolucionar a pesquisa científica e fornecer uma oportunidade significativa para demonstração de tecnologia na superfície lunar, portanto, realmente esperamos obter mais suporte do NIAC e/ou outras fontes de suporte!”
Em relação às metas de longo prazo para AeSI, o Dr. Rau diz Universo Hoje“Existem várias restrições na localização de interferômetros na superfície lunar, em particular os ópticos e UV! Descrevemos isso mais detalhadamente no relatório final do estudo da Fase 1 do NIAC, que será público e publicado no início do ano que vem. Nosso projeto está atualmente planejado para começar com um estágio 1 feito de 15 rovers em uma configuração de matriz elíptica com um eixo principal de 1 km. O observatório evoluirá em estágios posteriores para uma matriz de ~30 rovers com um hub aprimorado para combinar os feixes do maior número de rovers (estações espelho) e fornecerá resolução angular extremamente alta de objetos celestes, como estrelas distantes semelhantes ao sol, Núcleos Galácticos Ativos (AGN), exoplanetas, estrelas evoluídas frias e muito mais!”
Conforme observado, juntamente com a ciência aprimorada que está sendo conduzida em estrelas, um dos objetivos científicos do AeSI também será verificar a habitabilidade dos exoplanetas, o que ocorre quando a NASA confirmou a existência de mais de 5.700 exoplanetas dentro da nossa Via Láctea. Destes, quase 70 são atualmente designados para estar na ‘zona habitável’ de sua estrela-mãe, com 29 deles sendo potencialmente mundos terrestres (rochosos) e os 41 restantes sendo potencialmente “mundos aquáticos” ou mini-Netunos. Esses mundos potencialmente habitáveis foram encontrados orbitando dentro e fora da zona habitável, com alguns cujas órbitas os levam para dentro e para fora da zona habitável durante uma órbita. Portanto, como o AeSI poderia avançar nossa compreensão da habitabilidade dos exoplanetas?
O Dr. Rau conta Universo Hoje“O AeSI fornecerá uma visão mais profunda das características das estrelas-mãe em sistemas exoplanetários distantes. Ao analisar essas estrelas mais profundamente, podemos obter uma melhor compreensão das condições que influenciam a habitabilidade de seus planetas em órbita. Isso inclui examinar as interações entre planetas e suas estrelas, o que pode impactar significativamente o potencial de vida nesses exoplanetas.”
Enquanto a NASA se prepara para enviar humanos de volta à Lua pela primeira vez desde 1972 com a Programa Artemisé importante notar a ciência incrível que pode ser realizada com a infraestrutura estabelecida pela Artemis. Portanto, com a interferometria terrestre da Terra sendo um campo científico bem-sucedido e estabelecido há muito tempo, tendo contribuído para uma melhor compreensão da radioastronomia, física solar, nebulosas, galáxias e exoplanetas, a AeSI fornece uma oportunidade única para conduzir ciência revolucionária, imagens de estrelas distantes com a mais alta resolução angular já vista, em outros corpos planetários, enquanto testa novas tecnologias também.
O Dr. Rau conclui dizendo Universo Hoje“AeSI fornecerá as primeiras visões de ultra-alta resolução angular do Universo no ultravioleta (UV). Este é um grande salto para muitos aspectos da astrofísica, desde a compreensão da atividade magnética em estrelas e seu impacto em planetas ao redor, até estudos detalhados de exoplanetas, clima espacial, AGN, astrofísica estelar e muito mais! As observações ultravioleta e ópticas de alta resolução angular da AeSI abrirão novas fronteiras na astrofísica, oferecendo uma imagem mais rica e detalhada dos componentes mais energéticos e enigmáticos do universo.”
Como o AeSI ajudará a aprimorar a interferometria UV/óptica nos próximos anos e décadas? Só o tempo dirá, e é por isso que nós, ciência!
Como sempre, continue fazendo ciência e olhando para cima!
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