4350: Luas de Úrano sob uma nova luz

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

As imagens mostram a posição das cinco maiores luas uranianas e as suas órbitas em torno de Úrano no dia 12 de Julho de 2011, vistas pelo Herschel. Esquerda: posições e órbitas calculadas das luas. O lado esquerdo do plano orbital aponta na nossa direcção. O tamanho dos objectos não está à escala. Direita: imagens a cores falsas do brilho infravermelho a comprimentos de onda de 70 µm após a remoção do sinal do planeta Úrano, medido com o instrumento PACS do Observatório Espacial Herschel. A forma característica dos sinais, que se assemelham com um trevo de três folhas, é um artefacto gerado pelo telescópio.
Crédito: T. Müller (HdA)/Ö. H. Detre et al./MPIA

Há mais de 230 anos, o astrónomo William Herschel descobriu o planeta Úrano e duas das suas luas. Usando o Observatório Espacial Herschel, um grupo de astrónomos liderado por Örs H. Detre do Instituto Max Planck para Astronomia conseguiu agora determinar as propriedades físicas das cinco principais luas de Úrano. A radiação infravermelha medida, gerada pelo aquecimento das suas superfícies pelo Sol, sugere que estas luas se assemelham a planetas anões como Plutão. A equipa desenvolveu uma nova técnica de análise que extraiu os sinais fracos das luas próximas a Úrano, que é mais de mil vezes mais brilhante. O estudo foi publicado na revista Astronomy & Astrophysics.

Para explorar as regiões exteriores do Sistema Solar, sondas espaciais como a Voyager 1 e Voyager 2, Cassini-Huygens e New Horizons foram enviadas em longas expedições. Agora, um grupo de investigação germano-húngaro, liderado por Örs H. Detre do Instituto Max Planck para Astronomia em Heidelberg, mostra que com a tecnologia e engenho apropriados, também podem ser alcançados resultados interessantes com observações de longe.

Os cientistas usaram dados do Observatório Espacial Herschel, que esteve activo entre 2009 e 2013 e cujo desenvolvimento e operação também envolveu o Instituto Max Planck. Em comparação com os seus predecessores que cobriam uma faixa espectral semelhante, as observações deste telescópio foram significativamente mais nítidas. Recebeu o seu nome em honra ao astrónomo William Herschel, que descobriu a radiação infravermelha em 1800. Alguns anos antes, também tinha descoberto o planeta Úrano e duas das suas luas (Titânia e Oberon), que agora foram exploradas em maior detalhe juntamente com outras três luas (Miranda, Ariel e Umbriel).

“Na verdade, realizámos as observações para medir a influência de fontes infravermelhas muito brilhantes, como Úrano, no detector da câmara,” explica o co-autor Ulrich Klaas, que chefiou o grupo de trabalho da câmara PACS do Observatório Espacial Herschel no Instituto Max Planck para Astronomia com a qual as imagens foram obtidas. “Nós descobrimos as luas apenas por acaso como nós adicionais no sinal extremamente brilhante do planeta.” A câmara PACS, desenvolvida sob a liderança do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre em Garching, era sensível a comprimentos de onda entre 70 e 160 µm. Isto é mais de 100 vezes maior do que o comprimento de onda da luz visível. Como resultado, as imagens do Telescópio Espacial Hubble, de tamanho idêntico ao observatório Herschel, são cerca de cem vezes mais nítidas.

Os objectos frios irradiam muito intensamente nesta gama espectral, como Úrano e as suas cinco luas, que – aquecidas pelo Sol – atingem temperaturas entre 60 e 80 K (-213 a –193 °C).

“O momento da observação também foi um golpe de sorte,” explica Thomas Müller do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre. O eixo de rotação de Úrano e, portanto, também o plano orbital das suas luas, é excepcionalmente inclinado em relação à sua órbita em torno do Sol. Enquanto Úrano demora várias décadas para completar uma volta ao Sol, é principalmente o hemisfério norte ou sul que é iluminado pelo Sol. “Durante as observações, porém, a posição era tão favorável que as regiões equatoriais beneficiaram com a irradiação solar. Isto permitiu-nos medir quão bem o calor é retido numa superfície conforme se move para o lado nocturno devido ao movimento da lua. Isto ensinou-nos muito sobre a natureza do material,” explica Müller, que calculou os modelos para este estudo. Daqui, derivou as propriedades térmicas e físicas das luas.

Quando a sonda Voyager 2 passou por Úrano em 1986, a disposição dos objectos era muito menos favorável. Os instrumentos científicos só conseguiram capturar as regiões do pólo sul de Úrano e das suas luas.

Müller descobriu que estas superfícies armazenam calor inesperadamente bem e arrefecem de forma relativamente lenta. Os astrónomos conhecem este comportamento por meio de objectos compactos com uma superfície áspera e gelada. É por isso que os cientistas presumem que estas luas são corpos celestes parecidos com os planetas anões na orla do Sistema Solar, como Plutão e Haumea. Estudos independentes de algumas das luas uranianas irregulares e exteriores, que também são baseados em observações com a PACS do Herschel, indicam que têm propriedades térmicas diferentes. Estas luas mostram características dos objectos transneptunianos mais pequenos e fracamente ligados, localizados numa zona para lá do planeta Neptuno. “Isto também caberia nas especulações sobre a origem das luas irregulares,” acrescenta Müller. “Por causa das suas órbitas caóticas, presume-se que foram capturadas pelo sistema uraniano numa data posterior.”

No entanto, as cinco principais luas foram quase esquecidas. Em particular, objectos muito brilhantes como Úrano geram fortes artefactos nos dados da PACS do Herschel, que fazem com que parte da radiação infravermelha nas imagens seja distribuída em grandes áreas. Isto é quase imperceptível ao observar objectos celestes ténues. Porém, com Úrano, é ainda mais pronunciado. “As luas, que são 500 a 7400 vezes mais fracas, estão a uma distância tão pequena de Úrano que se fundem com os artefactos igualmente brilhantes. Apenas as luas mais brilhantes, Titânia e Oberon, se destacam um pouco do brilho circundante,” disse o co-autor Gábor Marton do Observatório Konkoly em Budapeste, descrevendo o desafio.

Esta descoberta acidental estimulou Örls H. Detre a tornar as luas mais visíveis para que o seu brilho pudesse ser medido com segurança. “Em casos semelhantes, como na busca por exoplanetas, usamos coronógrafos para mascarar o brilho da estrela central,” explica Detre. “Herschel não tinha um destes dispositivos. Em vez disso, aproveitámos a excelente estabilidade fotométrica do instrumento PACS”. Com base nesta estabilidade e depois de calcular as posições exactas das luas no momento das observações, ele desenvolveu um método que lhe permitiu remover Úrano dos dados. “Ficámos todos surpresos quanto apareceram claramente quatro luas nas imagens e pudemos até detectar Miranda, a mais pequena e mais interior das cinco grandes luas uranianas,” conclui Detre.

“O resultado demonstra que nem sempre precisamos de missões espaciais elaboradas para obter novas informações sobre o Sistema Solar,” realçou o co-autor Hendrik Linz do Instituto Max Planck para Astronomia. “Além disso, o novo algoritmo pode ser aplicado a outras observações que foram recolhidas em grande número no arquivo electrónico de dados da ESA. Quem sabe que surpresa ainda nos espera?”

Astronomia On-line
18 de Setembro de 2020