Quando a antena do Observatório de Arecibo, em Porto Rico, ruiu em 2020, os astrónomos perderam um poderoso radiotelescópio e um instrumento de radar único para mapear as superfícies de asteróides e outros corpos planetários. Felizmente, um novo sistema de radar de próxima geração chamado ngRADAR está em desenvolvimento, para ser instalado no Green Bank Telescope (GBT) de 100 metros (328 pés) em West Virginia. Será capaz de rastrear e mapear asteroides, com capacidade de observar 85% da esfera celeste. Também será capaz de estudar cometas, luas e planetas do nosso Sistema Solar.
“No momento, há apenas uma instalação que pode conduzir radar planetário, a antena Goldstone de 70 metros (230 pés) que faz parte da rede Deep Space da NASA”, disse Patrick Taylor, diretor de projeto do ngRADAR e chefe da divisão de radar. para o Observatório Nacional de Radioastronomia. “Tínhamos começado este processo de desenvolvimento de um sistema de radar de próxima geração há vários anos, mas com a perda de Arecibo, isto torna-se ainda mais importante.”
O radar planetário pode revelar informações incrivelmente detalhadas sobre as superfícies e a composição de asteróides, cometas, planetas e luas. O sistema ngRADAR poderia fornecer dados sem precedentes sobre esses objetos. Na verdade, um teste recente com um protótipo de baixa potência do ngRADAR no GBT produziu algumas das imagens de radar planetário de maior resolução já capturadas da Terra. Mas a marca do novo sistema será a procura de asteróides e cometas próximos da Terra para avaliar qualquer perigo que possam representar para o nosso planeta.
“O radar é realmente poderoso na determinação das órbitas desses asteróides e cometas”, disse Taylor ao Universe Today em uma entrevista, “e o novo sistema fornecerá dados muito precisos que nos permitirão prever onde esses pequenos corpos estarão no futuro. Esse será um dos usos de maior prioridade para o sistema de radar da próxima geração, onde poderemos rastrear e caracterizar asteróides e cometas próximos da Terra para avaliar qualquer perigo que possam representar para a Terra no futuro.”
Uma lanterna de radar
Normalmente, os radiotelescópios coletam luz fraca na forma de ondas de rádio de estrelas distantes, galáxias e outros objetos astronômicos energéticos – incluindo buracos negros ou objetos frios e escuros que não emitem luz visível. Embora os radiotelescópios não tirem fotos da mesma forma que os telescópios de luz visível, os sinais de rádio detectados são amplificados e convertidos em dados que podem ser analisados e usados para criar imagens.
Mas os radiotelescópios também podem ser usados para transmitir e refletir a luz do rádio em corpos planetários do nosso Sistema Solar. Isso é chamado de radar planetário ou radar do Sistema Solar.
O que é radar planetário e como funciona?
“Essencialmente, temos uma lanterna que funciona em ondas de rádio”, explicou Taylor. “O feixe estreito da nossa lanterna não olha para todo o céu, mas aponta-o para um local muito preciso – a superfície de um asteróide ou da lua. Sabemos muito bem quais são as propriedades da nossa lanterna, por isso sabemos exatamente o que enviamos. Quando recebemos o eco de onde apontamos a lanterna, analisamos esse sinal e vemos como ele mudou em comparação com o que transmitimos.”
É isso que torna o radar planetário tão poderoso e diferente de qualquer outro tipo de astronomia.
“Quando os astrônomos estudam a luz produzida por uma estrela ou galáxia, eles estão tentando descobrir suas propriedades”, disse Taylor. “Mas com o radar, já sabemos quais são as propriedades dos sinais e aproveitamos isso para descobrir as propriedades de tudo o que refletiu os sinais. Isso nos permite caracterizar corpos planetários – como sua forma, velocidade e trajetória. Isso é especialmente importante para objetos perigosos que podem estar muito perto da Terra.”
No passado, o radar planetário foi utilizado para obter imagens de asteróides, mas também para medir com precisão a posição e o movimento dos planetas, permitindo-nos aterrar naves espaciais em Marte e explorar o Sistema Solar exterior. A técnica também fez descobertas surpreendentes, como a presença de água gelada em Mercúrio.
Como as ondas de rádio são muito mais longas que as ondas de luz visível, a radioastronomia requer antenas grandes. A antena Goldstone de 70 metros localizada no deserto de Mojave, na Califórnia, é usada principalmente para comunicação com espaçonaves como parte da rede Deep Space da NASA. Mas também é frequentemente usado para radar planetário para estudar asteróides próximos da Terra e – como mencionado anteriormente – é a única instalação atualmente disponível para realizar radar planetário. Anteriormente, o carro-chefe do radar planetário era o Observatório de Arecibo, com 305 metros de diâmetro, que era cerca de 20 vezes mais sensível e podia detectar asteroides cerca de duas vezes mais distantes que Goldstone.
No entanto, como a antena de Arecibo estava estacionária e construída dentro de um buraco redondo, ela estava fixada na Terra e só podia ver qualquer parte do céu que estivesse diretamente acima. Isso significava que a antena de Arecibo só conseguia ver cerca de um terço do céu. Goldstone é totalmente dirigível, pode ver cerca de 80 por cento do céu, pode rastrear objetos várias vezes mais por dia e pode criar imagens de asteróides com resolução espacial mais precisa.
RADAR
O Telescópio Robert C. Byrd Green Bank é o maior radiotelescópio totalmente orientável do mundo. A manobrabilidade da sua grande antena parabólica de 100 metros permite rastrear rapidamente objetos em seu campo de visão e ver 85% do céu.
O novo sistema de radar do GBT introduzirá uma ferramenta de alta resolução que será uma grande atualização, coletando dados em resoluções mais altas e em comprimentos de onda não disponíveis anteriormente. Cientistas do GBT e do Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO) também estão desenvolvendo ferramentas avançadas de redução e análise de dados que não estavam disponíveis antes, proporcionando aos astrônomos capacidades de radar planetário sem precedentes.
Para testar a prova de conceito, Taylor e sua equipe trabalharam com a empresa Raytheon – uma desenvolvedora de longa data de sistemas de radar para aplicações militares e científicas e, especificamente, a divisão Raytheon Intelligence & Space (RIS) – para construir um pequeno versão do transmissor, com muito menos potência.
“Nossos amigos da Raytheon construíram um transmissor que poderia produzir 700 watts, ou seja, cerca de metade da potência de um forno de micro-ondas”, disse Taylor. “Em última análise, queremos construir um sistema com 500 quilowatts, ou seja, um fator de mil. Mas mesmo com 700 watts, conseguimos fazer algumas observações realmente impressionantes.”
O radar planetário do GBT estava direcionado para a Lua, especificamente para o local de pouso da Apollo 15 em Hadley Rille, e para a gigante cratera Tycho. A superfície do satélite e os ecos de radar foram recebidos com as dez antenas VLBA de 25 metros do NRAO. Em Tycho, a cratera foi capturada com uma resolução de 5 metros, mostrando detalhes sem precedentes da superfície da Lua vista da Terra. Taylor disse que a resolução do protótipo ngRADAR se aproximou da resolução óptica do Lunar Reconnaissance Orbiter, tirando imagens com suas câmeras de alta resolução da órbita ao redor da Lua.
“As imagens do fundo da cratera eram realmente de tirar o fôlego”, disse Taylor. “É incrível o que conseguimos capturar até agora, usando menos energia do que um eletrodoméstico comum.”
Além disso, o protótipo de radar também detectou um asteróide potencialmente perigoso chamado (231937) 2001 FO32, que passava pela Terra cerca de seis vezes mais distante que a Lua durante os sinais de radar. O asteroide é considerado potencialmente perigoso devido ao seu tamanho, com aproximadamente 1 quilômetro de diâmetro, e à distância que pode chegar da Terra, a pouco mais de 2 milhões de quilômetros. A detecção do asteróide apareceu como um aumento nos dados.
“Apenas a partir do aumento dos nossos dados, podemos agora descobrir a que velocidade este objeto se move, determinar a sua órbita e descobrir a sua trajetória no futuro”, explicou Taylor. “Podemos determinar o seu risco de impacto e avaliar até que ponto é perigoso, e até mesmo restringir o seu estado de rotação, o seu tamanho, a sua composição, as suas propriedades de dispersão, e assim por diante. Portanto, mesmo que o pico de dados não pareça muito, uma pequena deteção pode fornecer muitas informações sobre o asteroide.”
Os sinais de radar transmitidos pelo GBT serão refletidos em objetos astronômicos, e esses sinais refletidos serão recebidos pelo Very Long Baseline Array (VLBA), uma rede de dez estações de observação localizadas nos Estados Unidos.
“A ideia é que o GBT transmita quase constantemente e o VLBA – todos os dez ou qualquer subconjunto desses telescópios – faça a recepção”, disse Taylor. “Este novo sistema nos permitirá caracterizar as superfícies de muitos objetos diferentes em uma frequência ou comprimento de onda diferente que nunca foi usado antes.”
Próximo: A Parte 2 desta série examinará os detalhes do ngRADAR, a história do radar planetário, e levará você até perto do GBT.
