1808: A viagem ao espaço interestelar

Ilustração da sonda Voyager da NASA, realçando o seu instrumento MAG.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/JPL/Mary Pat Hrybyk-Keith

As sondas Voyager 1 e Voyager 2 encontram-se num local que muitos nunca pensaram alcançar. Agora no espaço interestelar, estão a empurrar os limites da exploração, viajando através da vizinhança cósmica, dando-nos o nosso primeiro olhar directo do espaço para lá da nossa estrela.

Mas quando foram lançadas em 1977, a Voyager 1 a Voyager 2 tinham uma missão diferente: explorar o Sistema Solar exterior e recolher observações directamente na fonte, dos planetas exteriores que só tínhamos visto antes com estudos remotos. Mas agora, quatro décadas após o lançamento, viajaram mais longe do que qualquer outra nave da Terra; para o mundo frio e silencioso do espaço interestelar.

Originalmente construídos para medir as propriedades dos planetas gigantes, os instrumentos de ambas as sondas passaram as últimas décadas pintando uma imagem da propagação dos eventos solares da nossa estrela-mãe. E a nova missão das Voyager foca-se não apenas nos efeitos do espaço a partir de dentro da nossa heliosfera – a bolha gigante em torno do Sol repleta de fluxos constantes de partículas solares a que chamamos vento solar – como a partir de fora. Embora já tenham ajudado a olhar mais de perto os planetas e a sua relação com o Sol, agora fornecem-nos pistas sobre a natureza do espaço interestelar enquanto continuam a sua jornada.

O ambiente que exploram é mais frio, subtil e mais ténue do que nunca, e ainda assim as Voyager continuam explorando e medindo o meio interestelar, uma miscelânea de gás, plasma e partículas das estrelas e regiões de gás que não são originárias do nosso Sistema. Três dos dez instrumentos das naves são os principais actores que estudam como o espaço dentro da heliosfera difere do espaço interestelar. A conjunção destes dados permite que os cientistas juntem a melhor imagem da fronteira da heliosfera e do meio interestelar. Aqui ficam as histórias que contam.

O Magnetómetro

Durante a primeira missão planetária das Voyagers, o instrumento MAG (Magnetometer) foi usado para investigar as magnetosferas dos planetas e das suas luas, determinando a mecânica física e os processos das interacções desses campos magnéticos e do vento solar. Depois do fim dessa missão, as Voyager estudaram o campo magnético da heliosfera e além, observando o alcance magnético do Sol e as mudanças que ocorrem dentro desse alcance durante a actividade solar.

A recolha de dados magnéticos à medida que viajamos para o espaço requer um truque interessante. As Voyager giram em torno de si próprias, numa manobra de calibração que permite que as sondas diferenciem entre o seu campo magnético – que acompanha a sua rotação – e os campos magnéticos do espaço que atravessam.

A observação inicial do campo magnético para lá da influência do Sol ocorreu quando a Voyager 1 atravessou a heliopausa em 2012. Os cientistas viram que, dentro da heliosfera, a força do campo magnético era bastante variável, mudando e saltando à medida que a Voyager 1 se movia pela heliosfera. Essas mudanças devem-se à actividade solar. Mas assim que a Voyager 1 cruzou para o espaço interestelar, essa variabilidade cessou. Embora a força do campo fosse semelhante à que estava dentro da heliosfera, já não possuía a variabilidade associada com os surtos do Sol.

O gráfico 1 mostra a magnitude, ou força, do campo magnético em redor da heliopausa de Janeiro de 2012 até maio de 2014. Antes de encontrar a heliopausa, marcada pela linha laranja, a força do campo magnético flutua bastante. Depois de uma difícil viagem pela heliopausa em 2012, a força magnética para de flutuar e começa a estabilizar-se em 2013, assim que a sonda percorre o suficiente para o meio interestelar.

Em Novembro de 2018, a Voyager 2 também atravessou a heliopausa e, da mesma forma, teve uma viagem atribulada pela heliopausa. Os cientistas estão ansiosos por ver como a sua jornada difere da sua irmã gémea.

O Subsistema de Raios Cósmicos

Tal como o MAG, o CRS (Cosmic Ray Subsystem) foi originalmente construído para medir sistemas planetários. O CRS concentrou-se nas composições das partículas energéticas nas magnetosferas de Júpiter, Saturno, Úrano e Neptuno. Os cientistas usaram-no para estudar as partículas carregadas dentro do Sistema Solar e a sua distribuição entre os planetas. No entanto, desde que passou pelos planetas que o CRS tem vindo a estudar as partículas carregadas da heliosfera e – agora – as partículas no meio interestelar.

O CRS conta quantas partículas detecta por segundo. Fá-lo usando dois telescópios: o HET (High Energy Telescope), que mede partículas de alta energia (70 MeV) identificáveis como partículas interestelares, e o LET (Low Energy Telescope), que mede partículas de baixa energia (5 MeV) originárias do nosso Sol. Podemos pensar nestas partículas como uma bola de bowling que derruba pinos vs. uma bala que atinge os mesmos pinos – ambos provocam um impacto mensurável no detector, mas movem-se a velocidades muito diferentes. Ao medir as quantidades dos dois tipos de partículas, as Voyager podem fornecer uma noção do ambiente espacial pelo qual estão a passar.

O gráfico 2 mostra a contagem – quantas partículas por segundo estão a interagir com o CRS, em média, todos os dias – de partículas de raios galácticos medidas pelo HET (topo) e de partículas heliosféricas medidas pelo LET (baixo). A linha vermelha mostra os dados da Voyager 1, “adiantadas” 6,32 anos a partir de 2012 para coincidir com os dados da Voyager de meados de Novembro de 2018, mostrados a azul.

Os dados do CRS da Voyager 2 de dia 5 de Novembro de 2018 mostram uma contagem de partículas interestelares do HET que aumenta para valores parecidos aos que a Voyager 1 viu, depois nivelando. Similarmente, o LET mostra uma séria diminuição nas partículas originárias da heliosfera. Esta foi uma evidência chave de que a Voyager 2 havia atravessado para o espaço interestelar. Os cientistas podem continuar a observar estas contagens para ver se a composição das partículas do espaço interestelar muda ao longo da viagem.

O Instrumento de Plasma

O PLS (Plasma Science Instrument) foi desenhado para medir plasma e partículas ionizadas em redor dos planetas exteriores e para medir a influência do vento solar nesses planetas. O PLS é composto por quatro copos de Faraday, um instrumento que mede o plasma à medida que passa pelos copos e calcula a velocidade, direcção e densidade do plasma.

O instrumento de plasma da Voyager 1 foi danificado durante a passagem rasante por Saturno e teve que ser desligado muito antes que a Voyager 1 saísse da heliosfera, tornando-a incapaz de medir as propriedades do plasma do meio interestelar. Com o cruzamento da Voyager 2, os cientistas receberão as primeiras medições de plasma do meio interestelar.

Os cientistas previram que o plasma interestelar medido pela Voyager 2 seria maior em densidade, mas menor em temperatura e velocidades do que o plasma dentro da heliosfera. E em Novembro de 2018, o instrumento viu exactamente isso pela primeira vez. Isto sugere que o plasma nesta região está a ficar cada vez mais frio e, tal como carros que desaceleram numa autoestrada, começa a acumular-se em torno da heliopausa e no meio interestelar.

E agora, graças ao PLS da Voyager 2, temos uma perspectiva nunca antes vista da nossa heliosfera: a velocidade do plasma desde a Terra até à heliopausa.

O terceiro gráfico conta uma história incrível resumindo uma viagem de 42 anos. A secção de topo mostra a velocidade do plasma, isto é, quão depressa se move pela heliosfera, contra a distância à Terra. A distância encontra-se em unidades astronómicas; uma unidade astronómica é a distância média entre o Sol e a Terra, cerca de 150 milhões de quilómetros. Para contexto, Saturno está a 10 UA da Terra, enquanto Plutão está a 40 UA.

O cruzamento da heliopausa ocorreu a 120 UA, quando a velocidade do plasma oriundo do Sol cai para zero (visto no gráfico de cima) e o fluxo do plasma para fora é desviado – visto no aumento nos dois gráficos de baixo, que mostram as velocidades para cima e para baixo (a velocidade normal, gráfico do meio) e a velocidade lateral do vento solar (velocidade tangencial, gráfico inferior) do plasma do vento solar, respectivamente. Isto significa que quando o vento solar começa a interagir com o meio interestelar, é empurrado para fora e para longe, como uma onda que bate num penhasco.

Olhando para cada instrumento isoladamente, no entanto, não conta a história completa do aspecto do espaço interestelar e da heliopausa. Juntos, estes instrumentos contam uma história da transição do espaço activo e turbulento dentro da influência do nosso Sol para as águas relativamente calmas à beira do espaço interestelar.

O MAG mostra que a força do campo magnético diminui acentuadamente no meio interestelar. Os dados do CRS mostram um aumento nos raios cósmicos interestelares e uma diminuição nas partículas heliosféricas. E, finalmente, o PLS mostra que já não existe vento solar detectável.

Agora que as sondas Voyager estão para lá da heliosfera, a sua nova perspectiva fornecerá novas informações sobre a formação e estado do nosso Sol e como interage com o espaço interestelar, juntamente com a percepção de como outras estrelas interagem com o meio interestelar.

A Voyager 1 e a Voyager 2 estão a fornecer o nosso primeiro olhar do espaço que teremos que atravessar se a humanidade viajar para lá da nossa estrela-mãe – um vislumbre da nossa vizinhança no espaço.

Astronomia On-line
5 de Abril de 2019

 

1118: A mensagem que o Homem enviou às estrelas pode estar prestes a deixar o Sistema Solar

RED ICE / JPL-Caltech / NASA
A sonda Voyager e o famoso disco dourado que levou para o espaço informação sobre a Humanidade. Ao fundo, o astrofísico Carl Sagan, mentor da ideia.

Seis anos após a Voyager 1 abandonar oficialmente o Sistema Solar, parece que a sua companheira está também a aproximar-se da fronteira interestelar. Segundo a NASA, a Voyager 2 começou a detectar o mesmo aumento na radiação cósmica que atingiu a Voyager 1, pouco antes de entrar no espaço interestelar.

De acordo com um comunicado da NASA, a sonda Voyager 2 está próxima de entrar no espaço interestelar, afastando-se assim definitivamente da influência do Sol. A agência espacial americana adianta que foi detectado um aumento no fluxo de raios cósmicos vindos de fora do Sistema Solar.

Este aumento foi verificado em 2012, com a Voyager 1, cerca de três meses antes de a sonda deixar a heliopausa – a última fronteira da heliosfera – e entrar no espaço interestelar.

Apesar de a Voyager 2 ter sido lançada duas semanas antes da Voyager 1, em 1977, a sonda estava numa trajectória mais curta, tendo chegado primeiro a Júpiter e Saturno. Agora, a Voyager 2, fiel ao seu nome, está pronta para finalmente se tornar a segunda.

A pressão no Espaço é extraordinariamente baixa, mas ainda existe. Por todo o Sistema Solar, o vento do Sol exerce uma pressão externa. A certo ponto, esse vento não é forte o suficiente para empurrar a sonda para trás, contra o espaço interestelar.

Desta forma, a Voyager 2 está, desde 2007, na camada mais externa da heliosfera, numa espécie de “bolha” magnética criada pelas emissões do Sol, que protege os planetas das radiações do espaço interestelar – a heliopausa. Está a cerca de 17,7 mil milhões de quilómetros da terra, ou seja, mais de 118 vezes a distância da Terra ao Sol.

E se de um lado está a heliosfera, a bolha do Sistema Solar esculpida pelo vento, do outro está o resto do Universo. Se sair da heliopausa, a Voyager 2 torna-se o segundo objecto feito pelo homem, depois da Voyager 1, a deixar o Sistema Solar.

Desde o final de Agosto, o instrumento Subsistema de Raios Cósmicos da sonda detectou um aumento de 5% nos raios cósmicos de alta energia, partículas de movimentos rápido que se original fora do Sistema Solar. Alguns desses raios são bloqueados pela heliosfera, o que faz com que a taxa continue a aumentar à medida que a Voyager 2 atravessa a fronteira rumo ao espaço interestelar.

No entanto, os cientistas ressalvam que, apesar de os sinais serem muito semelhantes aos que foram registados pela Voyager 1, não é certo que a Voyager 2 tenha uma experiência idêntica. Isto porque a sonda se encontra numa zona diferente da heliosfera, o que pode implicar um tempo de saída diferente.

Ed Stone, o cientista responsável pela missão, refere “estamos a assistir a uma mudança no ambiente em redor da Voyager 2”. “Vamos aprender muito nos próximos meses, mas ainda não sabemos quando chegaremos à heliopausa. Ainda não estamos lá – isso é uma coisa que posso dizer com confiança”, lê-se no site da NASA.

Por ZAP
9 Outubro, 2018

 

633: Juno resolve mistério com 39 anos dos raios de Júpiter

 

Desde que a sonda Voyager 1 da NASA passou por Júpiter, em Março de 1979, os cientistas têm procurado descobrir a origem das descargas eléctricas em Júpiter. Esse encontro confirmou a existência dos relâmpagos jovianos, de que a teoria falava há séculos. Mas quando a sonda avançou, os dados mostraram que os sinais de rádio associados às descargas eléctricas não correspondiam aos sinais produzidos pelos raios aqui na Terra.

Num novo artigo, publicado na revista Nature, os cientistas da missão Juno da NASA descrevem agora como as descargas eléctricas em Júpiter são análogas às da Terra, embora tenham uma distribuição praticamente oposta.

Ilustração da distribuição de raios no hemisfério norte de Júpiter, composta por uma imagem da JunoCam e por desenhos ilustrativos. Os dados da missão Juno indicam que a maior parte das descargas eléctricas em Júpiter acontecem perto dos pólos.
Créditos: NASA/JPL-Caltech/SwRI/JunoCam.

“Independentemente do planeta, os raios agem como transmissores de rádio – enviando ondas de rádio quando cruzam o céu,” disse Shannon Brown, do Laboratório de Propulsão a Jacto da NASA, em Pasadena, Califórnia, cientista da Juno e principal autora do estudo. “Mas até à Juno, os sinais de raios registados pelas sondas espaciais (Voyager 1 e 2, Galileo, Cassini) limitaram-se a detecções visuais ou então foram registados na faixa dos quilohertz do espectro de rádio, apesar de terem sido procurados sinais na faixa dos megahertz. Houve muitas teorias a tentar dar uma explicação, mas nenhuma chegou à resposta.”

Chega a Juno, que está na órbita de Júpiter desde 4 de Julho de 2016. No seu conjunto de instrumentos altamente sensíveis está o MWR (Microwave Radiometer Instrument), que regista as emissões do gigante gasoso num amplo espectro de frequências.

“Nos dados das oito primeiras passagens, o MWR detectou 377 descargas eléctricas,” disse Brown. “Foram gravadas na faixa dos megahertz e dos gigahertz, que é onde se detectam as emissões de raios terrestres. Julgamos que a razão pela qual somos os únicos a observar isto se deve ao facto de a Juno estar a voar mais perto dos raios que nunca, e estarmos à procura numa frequência de rádio que passa facilmente através da ionosfera de Júpiter.”

Ao mesmo tempo que mostra como os raios de Júpiter são semelhantes aos da Terra, o novo estudo também observa que estes relâmpagos surgem em cada planeta em locais muito diferentes.

“A distribuição de raios em Júpiter é oposta à distribuição na Terra,” disse Brown. “Há muita actividade perto dos pólos de Júpiter, mas nenhuma perto do equador. Ora, isto não se aplica ao nosso planeta – basta perguntar a alguém que more nos trópicos.”

Porque motivo se concentram os raios na Terra perto do equador e em Júpiter perto dos pólos? A resposta relaciona-se com o calor.

Sabe-se que a Terra recebe a maior parte do calor externamente, da radiação solar. Como o equador terrestre é mais directamente afectado pela luz do Sol, o ar quente e húmido sobe (por convecção) mais livremente, alimentando as trovoadas e produzindo mais raios nessa região.

A órbita de Júpiter está cinco vezes mais distante do Sol que a da Terra, o que significa que o planeta gigante recebe 25 vezes menos luz solar que a Terra. A atmosfera de Júpiter recebe a maior parte do calor de dentro do planeta, porém, os raios solares não são irrelevantes. Eles fornecem algum calor que aquece mais o equador de Júpiter que os pólos – tal como acontece na Terra. Os cientistas acreditam que este aquecimento equatorial é suficiente para criar estabilidade na atmosfera superior de Júpiter, inibindo a subida do ar quente a partir de dentro. Os pólos, que não recebem esse calor na atmosfera superior, ficam sem estabilidade atmosférica, o que permite que os gases quentes do interior de Júpiter subam, estimulando a convecção e criando, deste modo, condições para os raios.

“Estas descobertas podem ajudar-nos a compreender melhor a composição, circulação e os fluxos de energia em Júpiter,” disse Brown. Mas surge ainda uma outra questão: “embora observemos raios próximos a ambos os pólos, por que é que são principalmente registados no pólo norte de Júpiter?”

Num segundo artigo, publicado na revista Nature Astronomy, Ivana Kolmašová, da Academia Checa de Ciências, em Praga, e a sua equipa apresentam o maior banco de dados de emissões de rádio de baixa frequência geradas por raios em torno de Júpiter (whistlers) até à data. O conjunto, com mais de 1600 sinais recolhidos pelo instrumento Waves da Juno, é quase 10 vezes superior ao registado pela Voyager 1. A Juno detectou picos de quatro relâmpagos por segundo (semelhantes a taxas observadas em tempestades na Terra) que são seis vezes superiores aos picos detectados pela Voyager 1.

“Estas descobertas só podiam acontecer com a Juno,” disse Scott Bolton, do Southwest Research Institute, San Antonio, investigador principal da Juno. “A sua órbita única permite que a sonda voe mais perto de Júpiter que qualquer outra sonda na história, e por isso a força do sinal do que o planeta está a irradiar é mil vezes mais forte. Além disso, contamos com instrumentos de micro-ondas e de ondas de plasma de última geração, que nos permitem detectar até mesmo os sinais de luz fracos da cacofonia das emissões de rádio de Júpiter.”

A sonda Juno fará o seu 13º voo sobre os misteriosos topos de nuvens de Júpiter no dia 16 de Julho.

Fonte da notícia: NASA
Portal do Astrónomo
Teresa Direitinho
7 Junho, 2018

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159: 37 anos depois, a nossa viajante espacial mais antiga deu sinal de vida

kara brugman / Flickr
Sonda Voyager 1 (conceito artístico)

A nave espacial mais distante da humanidade surpreendeu os seus operadores ao atender mais uma ligação. A Voyager 1 recebeu instruções para disparar foguetes que não eram usados ​​há quase 40 anos – e respondeu.

Como primeiro visitante da humanidade no espaço interestelar, a Voyager 1 da NASA revelou-se um soldado resiliente, respondendo a comandos que demoram quase 20 horas a chegar-lhe, realizando tarefas de rotina e transmitindo dados para a Terra.

Lançadas em 1977 pelo JPL, o Jet Propulsion Laboratoty da NASA, as famosas sondas espaciais Voyager 1 e Voyager 2 estabeleceram inúmeros recordes nas suas viagens sem paralelo.

Em 2012, a Voyager 1, tornou-se a primeira nave espacial a entrar no espaço interestelar.  A Voyager 2, lançada no dia 20 de Agosto de 1977, é a única nave espacial a ter passado por todos os quatros planetas exteriores – Júpiter, Saturno, Úrano e Neptuno. As duas naves gémeas transportam um disco dourado com sons, imagens e mensagens da Terra.

Estando agora mais distantes do que qualquer outro dispositivo alguma vez criado pelo Homem, as Voyager já mostraram que continuam a ser uma plataforma científica viável.

Recentemente, a a equipa de astrónomos responsável pela Voyager 1 decidiu testar um conjunto de quatro pequenos foguetes, que não eram usados há 37 anos, para ver se o dispositivo poderia ser orientado remotamente de forma mais eficiente.

Incrivelmente, a Voyager 1 executou a tarefa na perfeição, enviando os resultados dos testes de volta à NASA.

“Cada vez que uma das nossas sondas ultrapassa mais um teste de propulsão, a equipa da Voyager fica muito entusiasmada”, diz o engenheiro da JPL, Todd Barber. “O ambiente foi de alívio, alegria e incredulidade, depois de vermos como estes propulsores funcionaram como se não tivesse passado tempo algum”.

Ao longo dos últimos 30 anos, os propulsores primários da Voyager 1, usados para orientar o sistema de comunicação da nave espacial nas suas transmissões em direcção à Terra — foram exigindo níveis crescentes de energia para funcionar.

E essa energia está a esgotar-se. Dentro de 5 anos, a pequena nave, que se encontra agora a mais de 141 vezes a distância entre a Terra e o Sol, deixará de poder dar-nos notícias, e continuará a sua viagem em silêncio, embalada pela inercia, à espera que um qualquer viajante espacial a encontre um dia e a desperte de novo.

ZAP // Sputnik News / Engadget

Por SN
3 Dezembro, 2017