2306: Um novo plano para manter vivos os exploradores mais antigos da NASA

Impressão de artista de uma das sondas Voyager da NASA, incluindo a posição do instrumento CRS (cosmic ray subsystem). Ambas as Voyager foram lançadas com instrumentos CRS operacionais.
Crédito: NASA/JPL-Caltech; versão sem legendas

Com meticuloso planeamento e traços de criatividade, os engenheiros conseguiram manter as sondas Voyager 1 e 2 da NASA a trabalhar durante quase 42 anos – mais do que qualquer outra nave espacial na história. Para garantir que estas missões continuem a transmitir os melhores dados científicos possíveis das fronteiras do espaço, os engenheiros estão a implementar um novo plano. E isso envolve fazer escolhas difíceis, particularmente sobre instrumentos e propulsores.

Uma questão fundamental é que ambas as Voyager, lançadas em 1977, têm cada vez menos energia disponível para fazer trabalhar os seus instrumentos científicos e os aquecedores que os mantêm aquecidos no frio do espaço profundo. Os engenheiros tiveram que decidir que partes obteriam energia e quais partes teriam que ser desligadas em ambas as naves espaciais. Mas essas decisões têm que ser tomadas mais cedo para a Voyager 2 do que para a Voyager 1, porque a Voyager 2 tem mais um instrumento científico a recolher dados – e a necessitar de energia – do que a sua irmã.

Depois de longas discussões com a equipa de cientistas, os gerentes da missão desligaram recentemente um aquecedor do instrumento CRS (cosmic ray subsystem) na Voyager 2 como parte do novo plano de gestão energética. O instrumento de raios cósmicos desempenhou um papel crucial no passado mês de Novembro ao determinar que a Voyager 2 havia saído da heliosfera, a bolha protectora criada por um fluxo constante (ou vento) de partículas ionizadas do Sol. Desde então, as duas Voyager têm enviado detalhes sobre como a nossa heliosfera interage com o vento que flui do espaço interestelar, o espaço entre as estrelas.

As descobertas da missão Voyager não fornecem apenas observações de um território verdadeiramente desconhecido, como também nos ajudam a entender a própria natureza da energia e da radiação no espaço – informações importantes para proteger as missões e os astronautas da NASA, mesmo quando mais perto de casa.

Os membros da equipa podem agora confirmar preliminarmente que o instrumento de raios cósmicos da Voyager 2 ainda está a transmitir dados, apesar de descer para uns frios -59º C. Esta temperatura é inferior à temperatura na qual o CRS foi testado há mais de 42 anos (até -45º C). Outro instrumento da Voyager também continuou a funcionar durante anos depois de cair abaixo das temperaturas para o qual foi testado.

“É incrível que os instrumentos das Voyager sejam tão resistentes,” disse Suzanne Dodd, gerente do projecto Voyager, no JPL da NASA em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia. “Estamos orgulhosos por terem resistido ao teste do tempo. As longas vidas das sondas significam que estamos a lidar com cenários que nunca pensámos encontrar. Vamos continuar a explorar todas as opções que temos para manter as Voyager a fazer o seu melhor trabalho científico possível.”

A Voyager 2 continua a transmitir dados de cinco instrumentos enquanto viaja pelo espaço interestelar. Além do instrumento de raios cósmicos, que detecta partículas em rápido movimento que podem ser originários do Sol ou de fontes externas ao Sistema Solar, a sonda opera dois instrumentos dedicados ao estudo do plasma (um gás no qual os átomos foram ionizados e os electrões flutuam livremente) e um magnetómetro (que mede campos magnéticos) para estudar as esparsas nuvens de material no espaço interestelar.

Recolhendo dados de uma série de direcções, o instrumento de partículas carregadas de baixa energia é particularmente útil para estudar a transição da sonda para longe da nossa heliosfera. Dado que o CRS só pode observar apenas em certas direcções fixas, a equipa científica da Voyager decidiu desligar primeiro o aquecedor do CRS.

A Voyager 1, que cruzou o espaço interestelar em Agosto de 2012, continua também a recolher dados do seu instrumento de raios cósmicos, além de um instrumento de plasma, do magnetómetro e do instrumento de partículas carregadas de baixa energia.

Porquê desligar os aquecedores?

Lançadas separadamente em 1977, as duas Voyager estão agora a 18 mil milhões de quilómetros do Sol e longe do seu calor. Os engenheiros têm que controlar cuidadosamente a temperatura em ambas as naves espaciais, a fim de mantê-las em funcionamento. Por exemplo, se as linhas de combustível que alimentam os propulsores que mantêm as espaço-naves orientadas congelarem, as antenas das Voyager podem deixar de apontar para a Terra. Isso impediria que os engenheiros enviassem comandos ou recebessem dados científicos. De modo que as sondas foram construídas para se aquecerem.

Mas os aquecedores – e os instrumentos – requerem energia, energia esta que está constantemente a diminuir nas duas Voyager.

Cada uma das sondas é alimentada por três RTGs (“radioisotope thermoelectric generators”, em português “geradores termoelétricos de radio-isótopos”), que produzem calor através do decaimento natural de radio-isótopos de plutónio-238 e convertem esse calor em energia eléctrica. Dado que a energia térmica do plutónio nos RTGs diminui e a sua eficiência interna diminui com o tempo, cada sonda perde, a cada ano, cerca de 4 watts na sua produção energética. Isto significa que os geradores produzem cerca de 40% menos energia do que durante o lançamento há quase 42 anos, limitando o número de sistemas que podem ser executados na nave.

O novo plano de gestão energética da missão explora várias opções para lidar com a diminuição de energia em ambas as naves, incluindo o desligar de aquecedores adicionais nos próximos anos.

Dando nova vida a propulsores velhos

Outro desafio enfrentado pelos engenheiros é a gestão da degradação de alguns dos propulsores das sondas, que disparam em pulsos minúsculos, a fim de girar subtilmente as naves. Isto tornou-se um problema em 2017, quando os controladores da missão notaram que um conjunto de propulsores na Voyager 1 precisava de efectuar mais pulsos para manter a antena da sonda apontada para a Terra. Para garantir que continuava com uma orientação adequada, a equipa ligou outro conjunto de propulsores na Voyager 1 que já não eram usados há 37 anos.

Os actuais propulsores da Voyager 2 também começaram a degradar-se. Os gerentes da missão decidiram ligar este mês os propulsores homólogos. A Voyager 2 usou estes propulsores (conhecidos como propulsores de manobras de correcção de trajectória) pela última vez durante o seu encontro com Neptuno em 1989.

Muitos quilómetros a percorrer antes de descansarem

O plano dos engenheiros para lidar com a perda energética e com o envelhecimento da Voyager 1 e 2 deverá garantir que possam continuar a recolher dados do espaço interestelar por vários anos. Os dados das Voyager continuam a fornecer aos cientistas observações nunca antes vistas da nossa fronteira com o espaço interestelar, complementando a IBEX (Interstellar Boundary Explorer) da NASA, uma missão que está a detectar remotamente esse limite. A NASA também está a preparar a IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe), com lançamento previsto para 2024, a fim de capitalizar as observações das Voyager.

“Ambas as sondas Voyager estão a explorar regiões nunca antes visitadas, de modo que todos os dias são dias de descoberta,” disse Ed Stone, cientista do projecto Voyager no Caltech. “A missão Voyager vai continuar a surpreender-nos com novas informações sobre o espaço profundo.”

Astronomia On-line
12 de Julho de 2019

 

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

 

1764: Hubble rastreia o ciclo de vida das tempestades gigantes em Neptuno

Esta é uma composição que mostra imagens de tempestades em Neptuno pelo Telescópio Espacial Hubble (esquerda) e pela sonda Voyager 2 (direita). A imagem do Hubble, pela câmara WFC3 (Wide Field Camera 3), obtida em Setembro e Novembro de 2018, mostra uma nova tempestade escura (topo, centro). Na imagem da Voyager, uma tempestade conhecida como Grande Mancha Escura pode ser vista no centro. Tem mais ou menos 13000 por 6000 km em tamanho – tão grande, no seu eixo maior, quanto a Terra. As nuvens brancas vistas a pairar na vizinhança das tempestades estão a maiores altitudes do que o material escuro.
Crédito: NASA/ESA/GSFC/JPL

Em 1989, a sonda Voyager 2 da NASA passou por Neptuno – o seu alvo planetário final antes de chegar aos confins do Sistema Solar. Foi a primeira vez que uma nave visitou este mundo remoto. À medida que a sonda por lá passava, tirou fotos de duas tempestades gigantes no hemisfério sul de Neptuno. Os cientistas apelidaram as tempestades de “Grande Mancha Escura” e “Mancha Escura 2”.

Apenas cinco anos depois, em 1994, o Telescópio Espacial Hubble da NASA obteve imagens nítidas de Neptuno à distância da Terra de 4,3 mil milhões de quilómetros. Os cientistas estavam ansiosos por observar as tempestades novamente. Em vez disso, as fotografias do Hubble revelaram que tanto a Grande Mancha Escura, do tamanho da Terra, quanto a Mancha Escura 2, tinham desaparecido.

“Foi certamente uma surpresa,” recorda-se Amy Simon, cientista planetária do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland. “Estávamos habituados a olhar para a Grande Mancha Vermelha de Júpiter, que presumivelmente está por lá há quase dois séculos.” Os cientistas planetários imediatamente começaram a construir simulações de computador para entender o misterioso desaparecimento da Grande Mancha Escura.

Agora parte do projecto OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy), Simon e seus colegas estão a começar a responder a estas perguntas. Graças às imagens captadas pelo Hubble, a equipa não só testemunhou pela primeira vez a formação de uma tempestade, como desenvolveu restrições que determinam a frequência e duração dos sistemas de tempestades.

O nascimento de uma tempestade

Em 2015, a equipa OPAL começou uma missão anual para analisar imagens de Neptuno capturadas pelo Hubble e detectou uma pequena mancha escura no hemisfério sul. Todos os anos, desde então, Simon e colegas observaram o planeta e monitorizaram a tempestade enquanto se dissipava. Em 2018, surgiu uma nova mancha escura, pairando a 23 graus de latitude norte.

“Estávamos tão ocupados a rastrear esta tempestade pequena de 2015, que não estávamos necessariamente à espera de ver outra grande tão cedo,” comenta Simon acerca da tempestade, parecida em tamanho à Grande Mancha Escura. “Foi uma surpresa agradável. De cada vez que obtemos novas imagens do Hubble, algo é diferente do que esperávamos.”

Além disso, o nascimento da tempestade foi capturado “em directo”. Ao analisarem imagens de Neptuno, pelo Hubble, obtidas de 2015 a 2017, a os cientistas descobriram várias pequenas nuvens brancas formadas na região onde a mancha escura mais recente apareceria mais tarde. Publicaram os seus achados na edição de 25 de Março da revista Geophysical Research Letters.

As nuvens de alta altitude são feitas de cristais de metano gelado, que lhes conferem a sua característica aparência branca e brilhante. Pensa-se que estas nuvens companheiras pairem acima das tempestades, análogas ao modo como as nuvens lenticulares cobrem montanhas altas na Terra. A sua presença, anos antes de uma nova tempestade ser avistada, sugere que as manchas escuras podem ter uma origem muito mais profunda na atmosfera do que se pensava anteriormente.

“Da mesma forma que um satélite terrestre observaria a meteorologia da Terra, observamos a meteorologia em Neptuno,” comenta Glenn Orton, cientista planetário no JPL da NASA em Pasadena, Califórnia, também do projecto OPAL. Assim como os furacões são seguidos na Terra, as imagens do Hubble revelaram o caminho sinuoso da mancha escura. Ao longo de um período de quase 20 horas, a tempestade moveu-se para oeste, deslocando-se um pouco mais devagar do que os ventos de alta velocidade de Neptuno.

Mas estas tempestades neptunianas são diferentes dos ciclones que vemos na Terra ou em Júpiter. Assim como os padrões de vento que as impulsionam. Parecidas aos trilhos que impedem que as bolas de bowling entrem nas calhas, bandas finas de correntes ventosas em Júpiter mantêm a Grande Mancha Vermelha num caminho definido. Em Neptuno, as correntes de vento operam em bandas muito mais amplas em redor do planeta, permitindo que tempestades como a Grande Mancha Escura vagueiem lentamente pelas latitudes. As tempestades normalmente pairam entre os jactos de ventos equatoriais oeste e as correntes que sopram para leste nas latitudes mais altas antes que os fortes ventos as separem.

São necessárias ainda mais observações. “Queremos ser capazes de estudar como os ventos estão a mudar com o tempo,” diz Simon.

Tempo médio de vida?

Simon também faz parte de uma equipa de cientistas liderados pelo estudante Andrew Hsu, da Universidade da Califórnia em Berkeley, que identificou quanto tempo estas tempestades duram e com que frequência ocorrem.

Eles suspeitam que as novas tempestades surgem em Neptuno a cada quatro a seis anos. Cada tempestade pode durar até seis anos, embora a expectativa de vida de dois anos seja mais provável, de acordo com resultados publicados dia 25 de Março na revista The Astronomical Journal.

Foram descobertos um total de seis sistemas de tempestades desde que os cientistas se voltaram para Neptuno. A Voyager 2 identificou duas tempestades em 1989. Desde que o Hubble foi lançado em 1990, viu mais quatro destas tempestades.

Além de analisar os dados recolhidos pelo Hubble e pela Voyager 2, a equipa realizou simulações de computador que mapearam um total de 8000 manchas escuras girando pelo planeta gelado. Quando combinadas com 256 imagens de arquivo, estas simulações revelaram que o Hubble provavelmente teria detectado aproximadamente 70% das tempestades simuladas que ocorreram ao longo de um ano e cerca de 85% a 95% das tempestades com uma vida útil de dois anos.

Ainda pairam perguntas

As condições em Neptuno ainda são em grande parte um mistério. Os cientistas planetários esperam estudar em breve as mudanças na forma do vórtice e a velocidade do vento das tempestades. “Nós nunca medimos directamente os ventos dentro dos vórtices escuros de Neptuno, mas estimamos que as velocidades do vento estão próximas dos 100 metros por segundo, bastante parecidas às velocidades do vento dentro da Grande Mancha Vermelha de Júpiter,” diz Michael Wong, cientista planetário da Universidade da Califórnia em Berkeley. Ele realça que observações mais frequentes, usando o Telescópio Espacial Hubble, ajudarão a pintar uma imagem mais clara de como os sistemas de tempestades em Neptuno evoluem.

Simon diz que as descobertas em Neptuno terão implicações para aqueles que estudam exoplanetas, na nossa Galáxia, de tamanho idêntico aos gigantes de gelo. “Se estudarmos os exoplanetas e quisermos entender como funcionam, precisamos realmente de entender primeiro os nossos planetas,” acrescenta Simon. “Temos muito pouca informação sobre Úrano e Neptuno.”

Todos concordam que estes achados recentes estimulam o desejo de seguir com mais detalhe o nosso mais distante gigante planetário. “Quanto mais sabemos, mais nos apercebemos do que não sabemos,” conclui Orton.

Astronomia On-line
26 de Março de 2019

 

1406: Voyager 2 entra no espaço interestelar

Esta ilustração mostra a posição das sondas Voyager 1 e Voyager 2 da NASA, para lá da heliosfera, uma bolha protectora criada pelo Sol que se estende bem para lá da órbita de Plutão.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Pela segunda vez na história, um objecto feito pelo homem alcançou o espaço entre as estrelas. A sonda Voyager 2 da NASA saiu da heliosfera – a bolha protectora de partículas e campos magnéticos criada pelo Sol.

Através da comparação de dados de diferentes instrumentos a bordo da pioneira sonda espacial, os cientistas da missão determinaram que atravessou a orla externa de heliosfera no dia 5 de Novembro. Esta fronteira, chamada heliopausa, é onde o ténue e quente vento solar encontra o frio e denso meio interestelar. A sua gémea, a Voyager 1, cruzou este limite em 2012, mas a Voyager 2 transporta um instrumento ainda em funcionamento que fornecerá as primeiras observações do seu tipo sobre a natureza dessa porta de entrada no espaço interestelar.

A Voyager 2 está agora a pouco mais de 18 mil milhões de quilómetros da Terra. Os operadores da missão ainda podem comunicar com a Voyager 2 enquanto entra nesta nova fase da sua viagem, mas a informação – que se move à velocidade da luz – leva cerca de 16,5 horas para viajar da nave até à Terra. Em comparação, a luz do Sol demora aproximadamente 8 minutos para chegar à Terra.

A evidência mais convincente da saída da heliosfera pela Voyager 2 vem do instrumento PLS (Plasma Science Experiment), que parou de funcionar na Voyager 1 em 1980, muito antes da sonda atravessar a heliopausa. Até recentemente, o espaço em redor da Voyager 2 era preenchido predominantemente com plasma que fluía do nosso Sol. Este fluxo, chamado vento solar, cria uma bolha – a heliosfera – que envolve os planetas no nosso Sistema Solar. O PLS usa a corrente eléctrica do plasma para detectar a velocidade, densidade, temperatura, pressão e fluxo do vento solar. O PLS a bordo da Voyager 2 observou um declínio acentuado na velocidade das partículas do vento solar no dia 5 de Novembro. Desde essa data, o instrumento de plasma não observou nenhum fluxo de vento solar no ambiente em redor da Voyager 2, o que dá confiança aos cientistas da missão de que a sonda deixou a heliosfera.

“Trabalhar na missão Voyager faz-me sentir como um explorador, porque tudo o que vemos é novo,” comenta John Richardson, investigador principal do instrumento PLS e cientista principal do MIT em Cambridge, no estado norte-americano de Massachusetts. “Embora a Voyager 1 tenha atravessado a heliopausa em 2012, fê-lo num local diferente e numa altura diferente, e sem dados do seu PLS. De modo que estamos a ver coisas que nunca ninguém viu antes.”

Além dos dados de plasma, os membros da equipa científica da Voyager viram evidências de outros três instrumentos a bordo – o subsistema de raios cósmicos, o instrumento de partículas carregadas de baixa energia e o magnetómetro – consistentes com a conclusão de que a Voyager 2 passou para lá da heliopausa. Os membros da equipa da Voyager estão ansiosos por continuar a estudar os dados destes instrumentos a bordo a fim de obter uma imagem mais clara do ambiente pelo qual a Voyager 2 está a viajar.

“Ainda há muito para aprender sobre a região do espaço interestelar imediatamente para lá da heliopausa,” comenta Ed Stone, cientista do projecto Voyager do Caltech em Pasadena, Califórnia.

Juntas, as duas Voyager fornecem um vislumbre detalhado de como a nossa heliosfera interage com o constante vento interestelar que flui de fora do Sistema Solar. As suas observações complementam dados do IBEX (Interstellar Boundary Explorer) da NASA, uma missão que está a detectar remotamente essa fronteira. A NASA também está a preparar uma missão adicional – IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe), com lançamento previsto para 2024 – com o objectivo de capitalizar as observações das Voyager.

“A Voyager tem um lugar muito especial na nossa frota heliofísica,” comenta Nicola Fox, director da Divisão de Heliofísica na sede da NASA. “Os nossos estudos começam no Sol e estendem-se a tudo o que o vento solar toca. O envio de informações, pelas Voyager, sobre o limite da influência do Sol dá-nos um vislumbre sem precedentes de um território verdadeiramente inexplorado.”

Embora as sondas já tenham deixado a heliosfera, a Voyager 1 e a Voyager 2 ainda não deixaram o Sistema Solar, e não vão sair tão cedo. Pensa-se que o limite do Sistema Solar alcance para lá da orla externa da Nuvem de Oort, uma colecção de objectos pequenos ainda sob a influência da gravidade do Sol. A largura da Nuvem de Oort não é conhecida com precisão, mas estima-se que comece a mais ou menos 1000 UA (Unidades Astronómicas) do Sol e se estenda a cerca de 100.000 UA. Uma Unidade Astronómica é a distância do Sol à Terra. A Voyager 2 levará cerca de 300 anos para alcançar o limite interno da Nuvem de Oort e possivelmente 30.000 anos para a cruzar.

As sondas Voyager são alimentadas usando o calor do decaimento de material radioactivo, contido num dispositivo chamado gerador térmico de radioisótopos. A energia destes dispositivos diminui cerca de 4 watts por ano, o que significa que várias partes das Voyager, incluindo as câmaras em ambas as sondas, foram desligadas ao longo do tempo a fim de conservar energia.

“Acho que estamos todos felizes e aliviados que as Voyager operem o tempo suficiente para superar este marco,” comenta Suzanne Dodd, gerente do projecto Voyager no JPL da NASA em Pasadena, Califórnia. “É por isto que todos esperávamos. Estamos agora ansiosos por aprender mais com as duas sondas fora da heliopausa.”

A Voyager 2 foi lançada em 1977, 16 dias antes da Voyager 1, e ambas viajaram muito além dos seus destinos originais. As naves foram construídas para durar cinco anos e para realizar estudar detalhados de Júpiter e Saturno. No entanto, à medida que a missão progredia, tornaram-se possíveis “flybys” adicionais pelos dois gigantes gasosos mais distantes, Úrano e Neptuno. À medida que a sonda viajava através do Sistema Solar, foi usada reprogramação por controlo remoto para dotar as Voyager de maiores capacidades do que possuíam quando deixaram a Terra. A sua missão bi-planetária tornou-se uma missão tetra-planetária. Os cinco anos de esperança de vida estenderam-se a 41 anos, fazendo da Voyager 2 a missão mais longa da NASA.

A história das Voyager não só teve impacto nas gerações de cientistas e engenheiros, actuais e futuros, mas também na cultura da Terra, incluindo no cinema, na arte e na música. Cada sonda transporta um Disco Dourado de sons, imagens e mensagens da Terra. Tendo em conta que as naves podem sobreviver durante milhares de milhões de anos, estas cápsulas do tempo podem, um dia, ser os únicos vestígios da civilização humana.

Astronomia On-line
11 de Dezembro de 2018

 

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

 

1106: Sonda Voyager 2 estará prestes a deixar o sistema solar

Ao sair da heliosfera, a sonda torna-se o segundo objecto feito pelo homem a deixar o sistema solar. O primeiro foi a Voyager 1

Imagem partilhada no site da NASA mostra a heliosfera e a heliopausa
© DR

A sonda Voyager 2 da NASA está próxima de entrar no espaço interestelar, afastando-se definitivamente da influência do Sol. De acordo com um comunicado divulgado pela agência espacial americana, foi detectado um aumento no fluxo de raios cósmicos vindos de fora do sistema solar, tal como aconteceu com a Voyager 1, em 2012, cerca de três meses antes de deixar a heliopausa (a última fronteira da heliosfera) e entrar no espaço interestelar.

Lançada em Agosto de 1977 para explorar os planetas e as suas luas, a Voyager 2 encontra-se desde 2007 na camada mais externa da heliosfera (uma “bolha” magnética criada pelas emissões do Sol, que protege os planetas das radiações do espaço interestelar), conhecida como 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.

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 (partículas de movimento rápido que se originam fora do sistema solar) de alta energia. Como alguns desses raios são bloqueados pela heliosfera, é expectável que a taxa continue a aumentar à medida que a Voyager 2 atravessa a fronteira rumo ao espaço interestelar.

Embora os sinais sejam semelhantes aos que foram registados pela Voyager 1, não é certo que a Voyager 2 tenha uma experiência idêntica à da sua “irmã”, uma vez que se encontra numa zona diferente da heliosfera, o que pode implicar um tempo de saída diferente.

“Estamos a assistir a uma mudança no ambiente em redor da Voyager 2, não há dúvidas sobre isso”, disse Ed Stone, o cientista responsável pela missão, que em 2012 anunciou a entrada da Voyager um no espaço interestelar. “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.

A sonda foi construída pelo Laboratório de Propulsão a Jacto da NASA, em Pasadena, na Califórnia, que continua a operar as duas Voyager.

Diário de Notícias
Joana Capucho
06 Outubro 2018 — 00:02

 

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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