Astronomia

Os telescópios baseados no espaço precisariam permanecer na sombra da Terra para evitar a interferência da luz do sol?

Os telescópios baseados no espaço precisariam permanecer na sombra da Terra para evitar a interferência da luz do sol?

Portanto, estou pensando em orbitar telescópios esta noite e pensei que provavelmente seria benéfico mantê-los na sombra da Terra ou de algum outro corpo espacial para evitar a interferência da luz.

Especificamente, estou pensando em olhar para todas as direções ao redor da Terra. Eu imagino que ficar na sombra ajudaria muito. Mas que, no mínimo, haveria uma faixa de graus em torno da direção do sol que você não poderia observar até que a Terra mudasse de posição orbital, de modo que a luz do Sol não interferisse mais ao olhar em uma direção astronômica específica.

Estou correto em alguma dessas suposições? Acredito que existam telescópios que não ficam na sombra de um corpo, mas acho que isso limitaria muito o alcance da área que ele poderia olhar durante um determinado período de tempo.


É uma boa ideia, mas não funcionaria.

Para ficar na sombra da Terra, um telescópio precisaria orbitar a Terra ao mesmo tempo em que ela orbitava o Sol, de modo que sempre ficasse do lado oposto. Para sua órbita ser tão longa, ela precisaria ser um longo caminho para fora, lembre-se que a órbita geossíncrona (uma órbita em 23h 56min 4seg) está a uma distância de 42.164 km. Por uma órbita de 1 ano, o telescópio ficaria tão longe que não estaria em órbita ao redor da Terra, mas do Sol, pois teria uma influência gravitacional muito maior. Também estaria muito longe para estar no cone de sombra da Terra.


O alucinante telescópio da nave espacial GAIA tipo de faz o que você sugere! Esse é o conceito mais próximo do que você descreve.

Conforme explicado na resposta de JamesS, se você estivesse tão longe, não estaria em órbita ao redor da Terra. Mas, a órbita semelhante a L2 de GAIA é a coisa mais próxima do que você diz.

Explicação: https://en.wikipedia.org/wiki/Gaia_(spacecraft)#Launch_and_orbit

Observe que assim como você diz, a interferência de luz é um grande problema para instrumentos extremamente sensíveis.

GAIA tem um problema onde, aparentemente, alguns pedacinhos da sombra do sol (como pequenos cabelos) estavam cutucando ao redor, e isso é o suficiente para causar luz dispersa; também algumas partículas de gelo parecem estar causando luz dispersa. http://blogs.esa.int/gaia/2014/04/24/commissioning-update/


Como Joe Blow explica, há uma órbita, no ponto L2, 1,5 milhões de km diretamente mais longe do Sol / Terra, onde um satélite poderia permanecer permanentemente na sombra da Terra, embora não fosse completamente sombreado - o Sol ainda estaria aparecem como um anel estreito ao redor da Terra bloqueadora

Isso seria uma grande vantagem em termos de resfriamento da espaçonave e em termos de evitar a entrada de luz difusa no instrumento. Isso permitiria que uma fração maior do céu fosse observada a qualquer momento, embora ainda houvesse uma zona de evitação perto da Terra / Sol.

No entanto, todos os satélites (WMAP, Planck, Herschel, Gaia) que exploraram L2 foram especificamente colocados em "órbitas de Lissajous" que orbitam em torno do ponto L2 e são Nunca na sombra da Terra. O motivo é que você precisa da luz do sol para obter energia.

No entanto, L2 ainda oferece um ambiente térmico muito estável e ainda é o caso de uma proporção muito maior do céu visível do que de uma órbita inferior da Terra.


A poluição luminosa não é um problema tanto no espaço quanto na Terra, porque você está no vácuo. Imagine fazer um pequeno disco preto e segurá-lo com o braço estendido para cobrir o Sol ... não vai simular os efeitos de um eclipse, você não vai conseguir ver a coroa e as estrelas de fundo porque o resto do céu ainda está inundado de luz - ou, mais precisamente, o atmosfera é inundado de luz ao dispersar o vapor de água, poeira e semelhantes.

Por outro lado, você posso cubra o Sol no espaço e veja a coroa etc. exatamente dessa maneira, os observatórios solares ESTÉREO o fazem. Contanto que você tenha cuidado com o bloqueio direto a luz do sol de atingir suas lentes e certifique-se de que não haja fragmentos reflexivos de espaçonave no quadro, você não receberá poluição luminosa da mesma forma que na Terra.


Como ver e fotografar satélites geossíncronos

Por: Bob King 20 de setembro de 2017 2

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Dezenas de satélites estão ocupados dia e noite, transmitindo seus programas favoritos de TV e rádio a mais de 35.000 quilômetros de distância. Veja como sintonizá-los.

Os satélites geossíncronos orbitam a uma altitude de aproximadamente 35.786 km (22.236 milhas) acima do equador da Terra. Desta altitude, seu período orbital coincide com o período de rotação da Terra e os satélites pairam sobre o mesmo local.
Wikimedia Commons / PD

Na semana passada, apontei minha câmera para um ponto aleatório em Aquário ao longo do cinturão de satélites geossíncrono, fez uma exposição de 3 minutos em f / 2.8 e ISO 400 e, em seguida, pressionou o botão de voltar da tela para verificar se havia algo interessante. Uau uau uau. Lá estavam eles - não um, não dois, mas 11 satélites de localização em uma fileira! Fiz o mesmo algumas noites depois e, embora as estrelas tenham se deslocado para o oeste, os satélites estavam exatamente no mesmo lugar. Estava preso.

Da Terra, um satélite em órbita geossicronica parece pairar sobre um ponto do equador, correspondendo à taxa de rotação da Terra. Para um observador terrestre, eles parecem quase imóveis, mas estão voando a 11.300 km / h (7.000 mph) para acompanhar o giro da Terra. Em 10 de agosto de 2017, havia 447 satélites geossíncronos ativos em um anel ao redor do planeta com espaço restante para cerca de 1.400 mais.

Em 11 de setembro às 22h50 CDT, fiz esta exposição de 3 minutos do Aquário central e capturei 11 satélites geossíncronos. Nimiq-4 é um satélite canadense para serviços de TV digital. O XM-3 fornece áudio digital para carros e residências e o TKSAT-1 é o primeiro satélite de comunicação da Bolívia.
Bob King

Cada satélite ocupa um slot orbital longe o suficiente dos outros para evitar interferência de comunicação ou uma potencial colisão. Geoestacionário os satélites permanecem exatamente em um ponto acima do equador, com suas posições mantidas por queima do propulsor. Geossíncrono as órbitas dos satélites são ligeiramente inclinadas e descrevem uma figura-8 inclinada de norte a sul ou analema durante o dia. Anomalias no campo gravitacional da Terra, combinadas com o puxão da Lua, fazem com que todos os geosats se desviem, a menos que sejam reposicionados por propulsores. Os controladores de satélite certificam-se de que nenhum desvio não ultrapasse os limites da "caixa" predeterminada dentro de um slot.

Cercado! Este diagrama geosat representa o número de satélites em órbita geossíncrona em 2011. Nesta escala, os satélites reais seriam microscópicos. Cerca de uma dúzia de satélites geossíncronos saem de serviço a cada ano. Os satélites extintos, dos quais existem centenas, são movidos para uma órbita "cemitério" 500-1.000 km acima e fora do caminho dos satélites ativos. Clique no gráfico para ver uma versão maior e legível.
Boeing

A maioria dos geosats são usados ​​para comunicações. Uma antena parabólica no chão pode capturar uma transmissão de TV simplesmente travando em um geosat em vez de ter que rastrear um satélite no céu. Graças a esses pássaros distantes, nossos programas de TV favoritos e outras comunicações podem ser transmitidos em todo o planeta. A órbita geossíncrona também é um local perfeito para satélites espiões. Os militares podem estacionar no ponto de interesse e monitorar as transmissões 24 horas por dia, bem como rastrear mísseis inimigos. As fotos do clima noturno, as mesmas que verificamos em nossos celulares ao planejar uma sessão de observação, são enviadas a cada 15 minutos pelos satélites geoestacionários, GOES-Leste e GOES-Oeste, posicionada a 75 ° oeste e 135 ° oeste de longitude, respectivamente. Juntos, eles fornecem uma visão completa de ambos os hemisférios da Terra.

Muitos satélites geossíncronos brilham entre magnitudes de 10 a 12, então você pode localizá-los em telescópios de até 4 polegadas. Eles também são fáceis de fotografar. ISOs altos e lentes rápidas e de baixa luminosidade não são necessárias, apenas uma câmera capaz de uma exposição de vários minutos - longa o suficiente para as estrelas se arrastarem, para que você possa distingui-las facilmente dos satélites. Defina a velocidade do obturador para "B" e ISO em 400. Você pode manter o botão do obturador pressionado com o dedo, mas um cabo de liberação do obturador é muito melhor e sem vibração. Use uma lente telefoto de 100–200 mm, foque nitidamente e exponha por 2–4 minutos. Ao ampliar a imagem, você verá longas trilhas e uma linha de pontos pontuais - satélites!

Este mapa mostra a localização aproximada do cinturão geossíncrono da latitude 42 ° N. Ao observar ou tirar fotos, se uma seção do cinturão tiver poucos geossats, mova-se ao longo do arco para procurar outros.
Stellarium

Claro, você precisará saber a localização do cinturão de geossat da sua latitude. Os observadores do hemisfério norte veem o cinturão em vários graus Sul do equador celestial por causa da paralaxe. Por exemplo, da minha latitude de 47 ° N, o cinturão forma um arco no céu ao sul na declinação -7 °, ou cerca de 36 ° de altura no meridiano. A tabela abaixo o ajudará a saber onde procurar sua latitude invertendo o sinal se estiver observando do hemisfério sul.

Latitude Dez.
10° –1.8°
20° –3.4°
30° –5.0°
40° –6.3°
50° –7.3°
60° –8.1°
70° –8.5°
80° –8.7°

Quando estou no clima de observação de satélites geossíncronos, abro um programa de mapeamento do céu como o Stellarium e faço com que ele desenhe o equador celestial. Em seguida, clico abaixo do equador ao longo de um arco do céu em declinação de -7 °, procurando estrelas mais brilhantes e objetos fáceis do céu profundo. Do lado de fora do telescópio, eu centralizo essa estrela ou objeto em um campo de visão de baixa ampliação (64 ×) e espero. Certifique-se de desligar a unidade do relógio ou rastreador para obter o melhor efeito. O que você verá a seguir é uma das melhores ilusões do céu noturno.

Esta foto foi tirada do meu quintal em 12 de setembro às 22h23. A série Amazonas são satélites de telecomunicações espanhóis, os Echostars são usados ​​pela DISH Network.
Bob King

Supondo que os geossatos estejam no campo de visão, eles irão aparecer inicialmente para desviar para o leste, até perceber que não, os satélites estão fixos e o estrelas estão fazendo o movimento, arrastados pelo campo pela rotação da Terra. Seu instinto é empurrar o telescópio para seguir os satélites, mas não há necessidade. Eles não vão a lugar nenhum. Outra noite centrei meus 10 polegadas em um local próximo a Theta (θ) Aquarii e em um minuto varri quatro geo-satélites entre magnitude 10-11 em um grupo compacto de cerca de 12 ′ de diâmetro.

Para identificar os satélites que você vê ou fotografa, vá para CalSky, deixe-o encontrar sua localização (automático) e, nos títulos dos tópicos, clique em Satélites e então o Geoestacionário link. Você verá uma lista de geosats, com suas magnitudes e posições (em R.A. e Dez.), que são visíveis de seu site naquela noite. Clique no Gráfico de estrelas link sob o nome do geossat para um mapa que mostra sua posição em um mapa estelar. Nomes de estrelas e dados aparecem quando você posiciona o cursor sobre os símbolos de estrelas.

Para ver as fotos e saber mais sobre o propósito e outros detalhes de cada satélite, pare por Página do espaço de Gunter, um recurso fantástico. Dica: o botão de pesquisa está no canto inferior esquerdo da página.

NASA lançada Syncom I, o primeiro satélite geossíncrono, em 14 de fevereiro de 1963. Mais do que um teste, foi seguido pelo Syncom II, que transmitiu a cobertura ao vivo dos jogos olímpicos de 1964 em Tóquio para estações na América do Norte e Europa.
NASA

Ao contrário da ISS e dos muitos objetos no objeto da Terra baixa, os satélites geoestacionários são visíveis durante toda a noite, todas as noites do ano. Eles só desaparecem por até 70 minutos por dia ao entrar na sombra da Terra cerca de duas semanas de cada lado de cada equinócio. Nesse momento, a orientação deles em relação ao Sol (que está diretamente às suas costas) favorece o clarão.

Se você fizer questão de procurar geossatinos pouco antes de eles entrarem ou logo depois de saírem da sombra, você pode pegar um clarão, alguns dos quais são brilhantes o suficiente para serem vistos com binóculos e raramente, a olho nu.

Ouça a Rádio Sirius? Obter sua TV via satélite? É muito legal ver de onde tudo vem - do espaço sideral. Para obter mais informações sobre satélites, consulte meu blog companheiro sobre satélites em órbita terrestre baixa publicado no mês passado.

(Observação: um agradecimento especial aos entusiastas do satélite Alain Figer por ajudar a identificar os satélites nas fotos e ao astrofotógrafo Thierry Legault para a tabela de declinação de cinto geossíncrono.)


Os telescópios baseados no espaço precisariam permanecer na sombra da Terra para evitar a interferência da luz do sol? - Astronomia

Por Loren Grush, The Verge, Vox Media - 29 de maio de 2019

No fim de semana, astrônomos e entusiastas do espaço em todos os lugares tiveram um vislumbre dos satélites Starlink recentemente lançados da SpaceX no céu. Eles são as primeiras 60 espaçonaves de quase 12.000 que a empresa planeja lançar para sua gigantesca iniciativa de “internet do espaço”. Para muitos na internet, foi uma visão incrível de se ver. Para a comunidade da astronomia, foi devastador assistir.

Os satélites, estendidos como uma linha de formigas de exército brilhantes, brilhavam intensamente enquanto se moviam ao longo de sua órbita ao redor da Terra, claramente visíveis a olho nu. Agora, muitos na comunidade astronômica estão preocupados que esta megaconstelação possa ser muito brilhante, e o grande número de satélites que a SpaceX deseja lançar pode atrapalhar suas observações do telescópio do Universo.

“Vai se tornar cada vez mais provável que os satélites passem pelo campo de visão e essencialmente contaminem sua visão do Universo”, Darren Baskill, um oficial de física e astronomia da Universidade de Sussex, disse ao The Verge. “E vai ser muito difícil remover essa contaminação de nossas observações.”

Os satélites já são um problema para os astrônomos que estudam objetos celestes no espaço profundo. Para obter imagens detalhadas de objetos a muitos anos-luz de distância da Terra, os astrônomos tiram fotos de longa exposição do céu com seus telescópios. Este tipo de imagem envolve deixar o telescópio exposto à luz por minutos ou horas. Como resultado, os cientistas podem coletar luz de um objeto muito distante e tênue e descobrir mais sobre ele. Por exemplo, é uma ótima maneira de aprender que tipos de gases existem em uma galáxia distante. Cada tipo de gás emite diferentes tipos de luz, que os astrônomos podem detectar e identificar.

Mas sempre que um objeto superclara passa pelo campo de visão de uma tomada de longa exposição, a observação fica turva. A luz desse objeto rasga a imagem, causando uma faixa longa e brilhante no céu. Os satélites podem ser particularmente brilhantes, pois geralmente são feitos de materiais reflexivos ou têm painéis solares que refletem a luz do Sol. “Se fosse apenas um ponto em uma imagem, não seria tão ruim”, disse Phil Bull, um cosmologista teórico da Queen Mary University de Londres, ao The Verge. “Você poderia simplesmente ignorar a parte em torno desse ponto. Mas porque é uma grande linha atravessando sua imagem, isso realmente atrapalha. ”

Atualmente, existem cerca de 5.000 satélites em órbita ao redor da Terra, cerca de 2.000 dos quais ainda estão operacionais, de acordo com o relatório mais recente da Agência Espacial Europeia. Esses objetos já causam estrias ocasionais e dores de cabeça para os astrônomos. Mas com a adição da constelação Starlink da SpaceX, bem como outras mega constelações propostas da OneWeb, Telesat, Kepler Communications e agora da Amazon, o número de satélites operacionais pode aumentar significativamente. E isso pode aumentar drasticamente o risco de satélites cruzarem a linha de visão de um telescópio.

“PORQUE É UMA GRANDE LINHA ATRAVÉS DA SUA IMAGEM, REALMENTE FICA NO CAMINHO.”

Mas a freqüência exata com que essa interferência acontecerá ainda está para ser verificada. Tudo depende de onde os satélites estão acima da Terra, da hora do dia e da época do ano. Os satélites podem ser vistos por algumas horas ao anoitecer e amanhecer, quando eles captam a luz do Sol quando o céu escurece, mas eles não refletem a luz por muitas horas da noite, sempre que estiverem na sombra da Terra. No entanto, em latitudes mais altas durante o verão, os satélites podem ser vistos ao longo da noite. Isso porque eles estão altos o suficiente no céu para ainda capturar o Sol e ficar fora da sombra da Terra. “Você pode ir para o seu quintal com alguns binóculos ou mesmo a olho nu, e você pode ver muitos satélites zunindo algumas horas após o anoitecer ou antes do amanhecer”, diz Bull. “Não é como se eles simplesmente desligassem instantaneamente quando o sol se põe na Terra.”

O problema é que há poucos dados públicos sobre como essas constelações gigantes podem poluir o céu noturno com luz. Tem havido muita discussão sobre como essas mega constelações vão potencialmente se chocar, causando destroços que podem representar um perigo para outros satélites no céu. Mas a discussão sobre a poluição luminosa explodiu no fim de semana depois que astrônomos amadores divulgaram imagens dos satélites Starlink, mostrando que são muito mais brilhantes do que as pessoas imaginam. “Muitos de nós na comunidade sabíamos dessa preocupação, mas até que as pessoas vissem com seus próprios olhos este trem de carga de satélites, ele realmente não saltou para a consciência pública,” Mary Knapp, uma cientista pesquisadora que estuda exoplanetas no Observatório do MIT Haystack, disse ao The Verge.

The Verge entrou em contato com a Federal Communications Commission, que forneceu a licença para o Starlink, mas não recebemos uma resposta a tempo para publicação.

Um astrônomo, Cees Bassa, tentou fazer as contas e calculou quantos desses satélites podem ser visíveis no céu de uma vez. Para sua análise, ele considerou a primeira etapa da constelação Starlink da SpaceX - cerca de 1.600 satélites - já que há melhores detalhes sobre as órbitas para as quais eles estão indo. Com base apenas naquele lote inicial, ele estimou que a uma latitude de 52 graus ao norte (mais ou menos onde Londres está localizada), haverá 84 satélites Starlink acima do horizonte o tempo todo. E por muitas horas ao entardecer, amanhecer e à noite durante o verão, 15 desses satélites seriam visíveis no céu o tempo todo, cerca de 30 graus acima do horizonte.

“ATÉ QUE AS PESSOAS VIUM COM OS PRÓPRIOS OLHOS ESTE COMBOIO DE CARGA DOS SATÉLITES, NÃO SALTOU REALMENTE PARA A CONSCIÊNCIA PÚBLICA.”

Claro, esse é apenas o primeiro lote de satélites Starlink, o impacto de espaçonaves adicionais poderia ser pior.Bassa argumenta que não foi além dos 1.600 iniciais em seus cálculos porque não tinha dados orbitais precisos para o resto dos satélites - e sua altura afeta seu brilho. “Se eles forem mais altos, serão mais fracos, mas visíveis por mais tempo”, Bassa, astrônomo do Instituto Holandês de Radioastronomia, disse ao The Verge. “Se os satélites estiverem em órbitas mais baixas, eles serão mais brilhantes, mas visíveis por menos tempo.” Além disso, às vezes os satélites podem ficar momentaneamente mais brilhantes quando recebem a luz do Sol, causando mais interferência.

No fim de semana, o CEO da SpaceX, Elon Musk, tentou minimizar as preocupações da comunidade de astronomia, argumentando que a Starlink teria “

0% de impacto nos avanços da astronomia. ” Ele também afirmou que os satélites não seriam visíveis quando as estrelas estivessem aparecendo e que a razão pela qual a Estação Espacial Internacional é visível à noite é porque ela é grande e tem luzes - duas afirmações que não são verdadeiras. (A ISS tem painéis solares muito grandes que refletem muita luz solar, mesmo à noite na Terra.) Musk finalmente argumentou que "precisamos colocar os telescópios em órbita de qualquer maneira", uma vez que esses instrumentos precisam lidar com a interferência da atmosfera da Terra.

Essa afirmação é ingênua, de acordo com muitos astrônomos. Os telescópios podem ser construídos muito maiores na Terra, com antenas de mais de 30 metros (98 pés) de diâmetro, permitindo aos astrônomos captar muita luz e obter observações mais detalhadas. Lançar um telescópio tão grande fora da Terra é incrivelmente difícil, exigindo foguetes gigantes ou uma engenharia muito complexa. No momento, a NASA está trabalhando para lançar seu maior telescópio espacial, o Telescópio Espacial James Webb, que tem um espelho primário com pouco mais de 6 metros de largura. O desenvolvimento desse telescópio para lançamento e para o espaço levou décadas e o custo aumentou para quase US $ 10 bilhões. “Tirar essas aberturas da Terra e colocá-las no espaço não é tecnicamente viável no momento”, diz Knapp. “E quando e se isso acontecer, é muito, muito caro, muito mais expressivo do que os telescópios que temos em solo de tamanho semelhante.”

“NÃO É APENAS UM PROBLEMA OBSERVACIONAL BASEADO NA TERRA.”

No final, mesmo os telescópios baseados no espaço em órbita ao redor da Terra ainda têm problemas com satélites. “Também vemos satélites em observações baseadas no espaço, quando os satélites estão acima do telescópio espacial”, diz Knapp. “Portanto, não é apenas um problema de observação baseado em solo.”

A boa notícia é que o lote atual de satélites Starlink já está ficando mais escuro, à medida que eles se movem lentamente para suas órbitas superiores finais e se espalhando. Muitos astrônomos estão esperando ansiosamente para ver o quão turvos eles se tornam para entender melhor qual será o efeito final da constelação Starlink. Depois de muitas reações, Musk disse que a SpaceX poderia ajustar a orientação desses satélites para minimizar qualquer perturbação nas observações astronômicas, alegando que "nos preocupamos muito com a ciência".

Mas não é apenas com a luz que os astrônomos estão preocupados. Alguns estão preocupados com o fato de que as frequências de rádio que esses satélites estarão transmitindo também irão interferir nas observações de rádio do Universo. Freqüentemente, os astrônomos estudam as ondas de rádio vindas de objetos distantes para aprender mais sobre eles, especialmente corpos quentes como estrelas que emitem raios-X superintensos que podem ser medidos da Terra. Musk disse que os satélites Starlink da SpaceX não transmitem em certas frequências para evitar observações astronômicas, mas ainda podem criar um ponto cego. “Com o progresso da tecnologia, a capacidade de olhar para o Universo em todas as frequências se expandiu muito”, disse Colin Lonsdale, diretor do Observatório do MIT Haystack, ao The Verge. “Então, o que algo como o Starlink vai fazer, vai desligar algumas dessas frequências da possibilidade de estudo.” Lonsdale também argumenta que existe a possibilidade de que haja algum nível de transmissão que ultrapasse as faixas de frequência pretendidas.

No geral, Musk argumenta que fornecer cobertura global de internet é o “bem maior” no longo prazo. Em última análise, muitos astrônomos não querem atrapalhar este tipo de inovação, mas muitos também expressaram interesse em mais dados e discussões sobre o impacto da constelação Starlink no céu noturno, bem como outras iniciativas propostas de satélite da Internet. “Tem havido uma parceria longa e muito produtiva entre os astrônomos e o lado da tecnologia para tentar encontrar soluções que funcionem para todos”, diz Bull. “Pelo que eu sei, isso simplesmente não aconteceu aqui. E para ser honesto, é incomum não ter consultado sobre esse tipo de impacto. ”

Atualização de 29 de maio, 14h20 ET: Esta história foi atualizada para remover uma linha dizendo que a SpaceX não respondeu a uma solicitação de comentário. A empresa encaminhou The Verge para os tweets de Musk.


Resultados

A configuração geral

O rápido desenvolvimento do ambiente espacial por meio de mega-constelações, predominantemente pela construção em andamento do Starlink, é mostrado pela função de distribuição de carga útil cumulativa (Fig. 1). De uma perspectiva ambiental, a mudança de inclinação na função de distribuição define NewSpace, uma era de domínio por atores comerciais. Antes de 2015, as mudanças no total de objetos em órbita vieram principalmente de fragmentações, com efeitos do teste anti-satélite chinês de 2007 e as colisões Kosmos-2251 / Iridium-33 de 2009 sendo evidentes no gráfico.

Funções cumulativas de distribuição em órbita (todas as órbitas). Objetos desorbitados não são incluídos. Os picos de 2007 e 2009 são um teste anti-satélite chinês e a colisão do Iridium 33-Kosmos 2251, respectivamente. O recente e rápido aumento da curva laranja representa NewSpace (consulte "Métodos").

Embora o volume do espaço seja grande, satélites individuais e sistemas de satélite têm funções específicas, com altitudes e inclinações associadas (Fig. 2). Isso aumenta o congestionamento e requer gerenciamento ativo para manutenção da estação e prevenção de colisão 9, com tecnologia de prevenção automática de colisão ainda em desenvolvimento. É necessária uma consciência situacional melhorada do espaço, com dados dos operadores, bem como sensores baseados no solo e no espaço, sendo amplamente e livremente compartilhados 10. Melhorias nas comunicações entre os operadores de satélites também são necessárias: em 2019, a Agência Espacial Europeia moveu um satélite de observação da Terra para evitar a colisão com um satélite Starlink, após não conseguir chegar à SpaceX por e-mail. As regras de "direito de passagem" adotadas internacionalmente são necessárias 10 para evitar jogos de "galinha", à medida que as empresas buscam preservar o combustível do propulsor e evitar interrupções no serviço. A SpaceX e a NASA anunciaram recentemente 11 um acordo cooperativo para ajudar a reduzir o risco de colisões, mas esta é apenas uma operadora e uma agência.

Distribuição orbital e informações de densidade para objetos em Órbita Terrestre Baixa (LEO). (Esquerda) Distribuição de cargas (satélites ativos e extintos), binned ao mais próximo 1 km em altitude e 1 ° em inclinação orbital. O centro de cada círculo representa a posição no diagrama e o tamanho do círculo é proporcional ao número de satélites dentro de um determinado espaço de parâmetro. (À direita) Densidade numérica de diferentes objetos residentes no espaço (SROs) com base em caixas radiais de 1 km, com média de todo o céu. Como os objetos SRO estão em órbitas elípticas, a contribuição de um determinado objeto para uma concha orbital é ponderada pelo tempo que o objeto passa na concha. Apesar do espaço de parâmetros significativo, os satélites são agrupados em suas órbitas devido aos requisitos da missão. O emergente aglomerado Starlink a 550 km e inclinação de 55 ° já é evidente em ambas as parcelas (esquerda e direita).

Quando concluído, o Starlink incluirá tantos satélites quantas são as peças de entulho rastreáveis ​​hoje, enquanto sua massa total será igual a toda a massa atualmente em LEO - mais de 3.000 toneladas. Os satélites serão colocados em conchas orbitais estreitas, criando um congestionamento sem precedentes, com 1258 já em órbita (em 30 de março de 2021). OneWeb já colocou 146 satélites iniciais, e Amazon, Telesat, GW e outras empresas, operando sob diferentes regimes regulatórios nacionais, devem seguir em breve.

Risco de colisão aprimorado

Mega-constelações são compostas de satélites produzidos em massa com poucos sistemas de backup. Este modelo eletrônico de consumo permite ciclos curtos de atualização e expansões rápidas de recursos, mas também equipamentos descartados consideráveis. A SpaceX irá desorbitar ativamente seus satélites ao final de sua vida operacional de 5 a 6 anos. No entanto, esse processo leva 6 meses, então cerca de 10% estarão fora de órbita a qualquer momento. Se outras empresas fizerem o mesmo, milhares de satélites em órbita passarão lentamente pelo mesmo espaço congestionado, apresentando riscos de colisão. As falhas aumentarão esses números, embora a taxa de falha de longo prazo seja difícil de projetar. A Figura 3 é semelhante à parte direita da Fig. 2, mas inclui as megaconstelações Starlink e OneWeb conforme arquivado (e corrigido) com a FCC (consulte “Métodos”). Os grandes picos de densidade mostram que algumas conchas terão densidades de número de satélites superiores a (n = <10> ^ <-6> < text > ^ <-3> ).

Distribuição da densidade do satélite no LEO com as megaconstelações Starlink e OneWeb conforme arquivado (e emendado) com a FCC. Contanto que as órbitas sejam quase circulares, as densidades numéricas nessas conchas excederão 10 -6 km-3. Como a seção transversal de colisão nessas cápsulas também é alta, elas representam regiões com alto risco de colisão sempre que os detritos forem muito pequenos para serem rastreados ou as manobras para evitar colisões forem impossíveis por outros motivos.

Os satélites desorbitantes serão rastreados e os satélites operacionais podem manobrar para evitar conjunções próximas. No entanto, isso depende de comunicação e cooperação contínuas entre os operadores, que atualmente é ad hoc e voluntária. Uma carta recente 12 para a FCC da SpaceX sugere que algumas empresas podem ser menos do que totalmente transparentes sobre os eventos 13 no LEO.

Apesar dos desafios de congestionamento e gerenciamento de tráfego, os registros da FCC pela SpaceX sugerem que as manobras para evitar colisões podem, de fato, manter as operações livres de colisão em projéteis orbitais e que a probabilidade de uma colisão entre um satélite não responsivo e detritos rastreados é insignificante. No entanto, os registros não contabilizam não rastreado detritos 6, incluindo detritos não rastreados que se decompõem através das conchas usadas pela Starlink. Usando estimativas simples (consulte “Métodos”), a probabilidade de que um único pedaço de destroços não rastreados atinja qualquer satélite no shell do Starlink 550 km é de cerca de 0,003 após um ano. Assim, se a qualquer momento houver 230 pedaços de detritos não rastreados decaindo através da concha orbital de 550 km, há uma chance de 50% de que haverá uma ou mais colisões entre os satélites na concha e os detritos. Conforme discutido posteriormente em “Métodos”, tal situação é plausível. Dependendo do equilíbrio entre as taxas de desorbita e de colisão, se eventos de fragmentação subsequentes levarem a quantidades semelhantes de detritos dentro da concha orbital, uma cascata de colisões descontrolada pode ocorrer.

Os eventos de fragmentação também não estão confinados às suas órbitas locais. O teste ASAT da Índia 2019 foi realizado a uma altitude abaixo de 300 km em um esforço para minimizar os detritos de longa vida. No entanto, detritos foram colocados em órbitas com apogeu superior a 1000 km. Em 30 de março de 2021, três pedaços de detritos rastreados permaneceram na órbita 14. Esses detritos de vida longa têm altas excentricidades e, portanto, podem cruzar várias conchas orbitais duas vezes por órbita. Um grande evento de fragmentação de um único satélite pode afetar todos os operadores da LEO.

Mesmo que as colisões de destroços fossem evitáveis, os meteoróides são sempre uma ameaça. O fluxo de meteoróide cumulativo 15 para massas m & gt 10 -2 g é de cerca de 1,2 × 10 -4 meteoróides m -2 ano -1 (ver “Métodos”). Essas massas podem causar danos não desprezíveis aos satélites 16. Assumindo uma constelação Starlink de 12.000 satélites (ou seja, a fase inicial), há cerca de 50% de chance de 15 ou mais impactos de meteoróides por ano a m & gt 10-2 g. Os satélites terão blindagem, mas eventos que podem ser raros para um único satélite podem se tornar comuns em toda a constelação.

Uma resposta parcial a esses problemas de congestionamento e colisão é os operadores construírem megaconstelações a partir de um número menor de satélites. Mas isso não elimina, individual ou coletivamente, a necessidade de uma abordagem totalmente LEO para avaliar os efeitos da construção e manutenção de qualquer constelação.

Impactos de superfície e efeitos atmosféricos

Embora falhas ocorram, os primeiros estágios dos foguetes SpaceX geralmente são pousados ​​e reutilizados, enquanto os segundos estágios são geralmente controlados por meio da reentrada e depositados em áreas remotas do oceano. Essa prática recomendada pode não ser seguida por outras pessoas. Por exemplo, os primeiros estágios dos foguetes Soyuz empregados pelo OneWeb não são reutilizáveis, nem as reentradas do segundo estágio controláveis. Os foguetes da Longa Marcha que provavelmente serão empregados pela GW são semelhantes. As reentradas descontroladas nem sempre atendem aos padrões de segurança 17, situação que pode ser agravada por megacontelações. Além disso, o impacto cumulativo de milhares de estágios de foguetes no ambiente oceânico pode ser significativo se esses estágios contiverem materiais perigosos, como combustíveis de hidrazina não consumidos 17,18,19. Na década de 1990, os países insulares do Pacífico se opuseram ao projeto de lançamento do mar por causa de preocupações ambientais, incluindo de estágios de foguetes descartados 20. Em 2016, os Inuit no Ártico canadense protestaram contra a prática russa de descartar estágios de foguetes em North Water Polynya, uma área biologicamente rica de águas abertas durante todo o ano 21.

Os primeiros satélites Starlink continham alguns componentes que sobrevivem à reentrada, com o maior risco de morte humana para um único satélite calculado em 1: 17.400 22, abaixo do limite recomendado de 1: 10.000 da NASA. No entanto, o processo de aprovação inicial não levou em consideração o risco cumulativo de acidentes, e se todos os 12.000 satélites então planejados contivessem os mesmos componentes, um ciclo de substituição contínuo de 5 anos teria visto uma probabilidade de 45% de uma ou mais vítimas por ciclo. Quando o processo de petição subsequente da FCC identificou o problema, a SpaceX supostamente substituiu alguns materiais com o objetivo de fazer com que todos os componentes do satélite morressem na atmosfera 23. Outras empresas, sediadas em outros países, podem não seguir essa prática recomendada ou ser obrigadas a fazê-lo.

O desaparecimento dos componentes do satélite durante a reentrada apresenta um problema diferente, uma vez que nenhum desses materiais realmente desaparece. Os satélites Starlink têm uma massa seca de cerca de 260 kg. 12.000 satélites totalizam 3100 toneladas. Um ciclo de 5 anos veria em média quase 2 toneladas retornando à atmosfera da Terra diariamente. Embora pequenos em comparação com as 54 toneladas diárias de massa de meteoróide 24, os satélites são principalmente de alumínio, a maioria dos meteoróides, em contraste, contém menos de 1% de Al em massa 25. Assim, dependendo do tempo de residência atmosférica do material dos satélites reentrados, cada megaconstelação produzirá partículas finas que podem exceder em muito as formas naturais de deposição de alumínio atmosférico de alta altitude, particularmente se o número total de satélites previstos for lançado. A deposição antropogênica de alumínio na atmosfera tem sido proposta há muito tempo no contexto da geoengenharia como uma forma de alterar o albedo da Terra 26. Essas propostas têm sido cientificamente controversas e experimentos controlados encontraram oposição substancial 27. Mega-constelações iniciarão esse processo como um experimento não controlado 28.

Os lançamentos de foguetes afetam a atmosfera. Embora CO cumulativo2 as emissões são pequenas em comparação com outras fontes, CO2 não é a métrica relevante. O carbono negro produzido por foguetes movidos a querosene, como o Falcon 9 da SpaceX, e partículas de alumina produzidas por foguetes movidos a combustível sólido levam a um forçamento radiativo instantâneo. A modelagem do efeito cumulativo das emissões de 1000 lançamentos anuais de foguetes movidos a hidrocarboneto descobriu que, após uma década, o carbono negro resultaria em forçamento radiativo comparável ao resultante da aviação subsônica 29. Embora 1.000 lançamentos anuais sejam 10 vezes a taxa atual, a construção e renovação de múltiplas megaconstelações exigirão aumentos dramáticos nos lançamentos. Os lançamentos atuais provavelmente já causam um forçamento radiativo não desprezível de 30.

Foguetes movidos a hidrogênio líquido não produzem carbono negro, mas requerem tanques maiores e, portanto, foguetes maiores, com propulsores de combustível sólido sendo freqüentemente usados ​​para aumentar a capacidade de carga útil. A nova nave espacial da SpaceX, que a empresa planeja usar para lançar 400 satélites Starlink por vez, será alimentada por metano, cuja combustão produz fuligem que pode, como o carbono negro, contribuir para o forçamento radiativo. Todos os combustíveis líquidos afetarão a formação de nuvens mesosféricas 31, com potenciais consequências climáticas. Foguetes até ameaçam a camada de ozônio ao depositar radicais diretamente na estratosfera 29, com foguetes movidos a combustível sólido causando os maiores danos por causa do cloreto de hidrogênio e alumina que eles contêm 29.


Conteúdo

A ideia de que os espelhos curvos se comportam como lentes remonta pelo menos ao tratado de óptica de Alhazen, do século 11, obras que foram amplamente disseminadas em traduções latinas no início da Europa moderna. [1] Logo após a invenção do telescópio refrator, Galileo, Giovanni Francesco Sagredo e outros, estimulados por seu conhecimento dos princípios dos espelhos curvos, discutiram a idéia de construir um telescópio usando um espelho como objetivo de formação da imagem. [2] Houve relatos de que o bolonhês Cesare Caravaggi construiu um por volta de 1626 e o ​​professor italiano Niccolò Zucchi, em um trabalho posterior, escreveu que experimentou um espelho côncavo de bronze em 1616, mas disse que não produziu uma imagem satisfatória . [2] As vantagens potenciais do uso de espelhos parabólicos, principalmente a redução da aberração esférica sem aberração cromática, levou a muitos projetos propostos para telescópios refletores. [3] O mais notável sendo James Gregory, que publicou um design inovador para um telescópio "refletivo" em 1663. Levaria dez anos (1673), antes que o cientista experimental Robert Hooke pudesse construir este tipo de telescópio, que se tornou conhecido como telescópio Gregoriano. [4] [5] [6]

Isaac Newton foi geralmente creditado com a construção do primeiro telescópio refletor em 1668. [7] Ele usava um espelho primário de metal esférico polido e um pequeno espelho diagonal em uma configuração óptica que veio a ser conhecida como o telescópio newtoniano.

Apesar das vantagens teóricas do projeto do refletor, a dificuldade de construção e o baixo desempenho dos espelhos de metal espéculo usados ​​na época levaram mais de 100 anos para que se tornassem populares. Muitos dos avanços nos telescópios refletivos incluíram a perfeição da fabricação de espelhos parabólicos no século 18, [8] espelhos de vidro revestidos de prata no século 19, revestimentos de alumínio de longa duração no século 20, [9] espelhos segmentados para permitir diâmetros maiores e óptica ativa para compensar a deformação gravitacional. Uma inovação de meados do século 20 foram os telescópios catadióptricos, como a câmera Schmidt, que usam um espelho esférico e uma lente (chamada de placa corretora) como elementos ópticos primários, usados ​​principalmente para imagens de campo amplo sem aberração esférica.

O final do século 20 viu o desenvolvimento de óptica adaptativa e imagens afortunadas para superar os problemas de visão, e telescópios refletivos são onipresentes em telescópios espaciais e muitos tipos de dispositivos de imagem de espaçonaves.

Um espelho primário curvo é o elemento óptico básico do telescópio refletor que cria uma imagem no plano focal. A distância do espelho ao plano focal é chamada de comprimento focal. Filme ou um sensor digital pode ser localizado aqui para registrar a imagem, ou um espelho secundário pode ser adicionado para modificar as características ópticas e / ou redirecionar a luz para filme, sensores digitais ou uma ocular para observação visual.

O espelho principal na maioria dos telescópios modernos é composto de um cilindro de vidro sólido cuja superfície frontal foi esférica ou parabólica. Uma fina camada de alumínio é depositada a vácuo no espelho, formando um primeiro espelho de superfície altamente refletivo.

Alguns telescópios usam espelhos primários feitos de maneira diferente. O vidro fundido é girado para tornar sua superfície parabolóide e é mantido girando enquanto esfria e se solidifica. (Consulte Forno rotativo.) A forma de espelho resultante se aproxima de uma forma parabolóide desejada que requer moagem e polimento mínimos para atingir a figura exata necessária. [10]

Erros ópticos Editar

Os telescópios refletivos, assim como qualquer outro sistema óptico, não produzem imagens "perfeitas". A necessidade de criar imagens de objetos a distâncias até o infinito, vê-los em diferentes comprimentos de onda de luz, junto com a necessidade de ter uma maneira de ver a imagem que o espelho primário produz, significa que sempre há algum compromisso no design óptico de um telescópio refletor.

Como o espelho primário foca a luz em um ponto comum na frente de sua própria superfície refletora, quase todos os designs de telescópio refletivo têm um espelho secundário, suporte de filme ou detector próximo a esse ponto focal obstruindo parcialmente a luz de alcançar o espelho primário. Isso não apenas causa alguma redução na quantidade de luz que o sistema coleta, mas também causa uma perda de contraste na imagem devido aos efeitos de difração da obstrução, bem como picos de difração causados ​​pela maioria das estruturas de suporte secundárias. [11] [12]

O uso de espelhos evita a aberração cromática, mas eles produzem outros tipos de aberrações. Um espelho esférico simples não pode trazer luz de um objeto distante para um foco comum, uma vez que o reflexo dos raios de luz que incidem no espelho perto de sua borda não convergem com aqueles que refletem mais perto do centro do espelho, um defeito denominado aberração esférica. Para evitar esse problema, a maioria dos telescópios refletores usa espelhos parabólicos, uma forma que pode concentrar toda a luz em um foco comum. Os espelhos parabólicos funcionam bem com objetos próximos ao centro da imagem que eles produzem (luz viajando paralelamente ao eixo óptico do espelho), mas em direção à borda desse mesmo campo de visão eles sofrem de aberrações fora do eixo: [13] [14]

    - uma aberração em que fontes pontuais (estrelas) no centro da imagem são focadas em um ponto, mas normalmente aparecem como manchas radiais "semelhantes a cometas" que pioram em direção às bordas da imagem. - O melhor plano de imagem é geralmente curvo, o que pode não corresponder ao formato do detector e leva a um erro de foco no campo. Às vezes é corrigido por lentes de achatamento de campo. - uma variação azimutal de foco em torno da abertura fazendo com que imagens de fonte pontual fora do eixo pareçam elípticas. O astigmatismo geralmente não é um problema em um campo de visão estreito, mas em uma imagem de campo amplo piora rapidamente e varia de forma quadrática com o ângulo de campo. - A distorção não afeta a qualidade da imagem (nitidez), mas afeta as formas dos objetos. Às vezes, é corrigido pelo processamento de imagem.

Existem projetos de telescópios refletores que usam superfícies de espelho modificadas (como o telescópio Ritchey – Chrétien) ou alguma forma de lente de correção (como telescópios catadióptricos) que corrigem algumas dessas aberrações.

Quase todos os grandes telescópios astronômicos de nível de pesquisa são refletores. Há várias razões para isso:

  • Os refletores funcionam em um espectro mais amplo de luz, uma vez que certos comprimentos de onda são absorvidos ao passar por elementos de vidro, como aqueles encontrados em um refrator ou em um telescópio catadióptrico.
  • Em uma lente, todo o volume de material deve estar livre de imperfeições e não homogeneidades, enquanto em um espelho, apenas uma superfície deve ser perfeitamente polida.
  • A luz de diferentes comprimentos de onda viaja por um meio diferente do vácuo em diferentes velocidades. Isso causa a aberração cromática. Reduzir isso a níveis aceitáveis ​​geralmente envolve uma combinação de duas ou três lentes de tamanho de abertura (veja acromático e apocromático para mais detalhes). O custo de tais sistemas, portanto, aumenta significativamente com o tamanho da abertura. Uma imagem obtida de um espelho não sofre de aberração cromática para começar, e o custo do espelho é muito mais modesto com seu tamanho.
  • Existem problemas estruturais envolvidos na fabricação e manipulação de lentes de grande abertura. Uma vez que uma lente só pode ser mantida no lugar pela borda, o centro de uma lente grande cederá devido à gravidade, distorcendo a imagem que ela produz. O maior tamanho prático de lente em um telescópio refrator é de cerca de 1 metro. [15] Em contraste, um espelho pode ser sustentado por todo o lado oposto à sua face refletora, permitindo designs de telescópios refletivos que podem superar a queda gravitacional. Os maiores designs de refletores atualmente excedem 10 metros de diâmetro.

Edição Gregoriana

O Telescópio gregoriano, descrito pelo astrônomo e matemático escocês James Gregory em seu livro de 1663 Optica Promota, emprega um espelho secundário côncavo que reflete a imagem de volta através de um orifício no espelho primário. Isso produz uma imagem vertical, útil para observações terrestres. Algumas pequenas lunetas ainda são construídas dessa forma. Existem vários grandes telescópios modernos que usam uma configuração gregoriana, como o Telescópio de Tecnologia Avançada do Vaticano, os telescópios de Magalhães, o Grande Telescópio Binocular e o Telescópio Gigante de Magalhães.

Edição Newtoniana

O Telescópio newtoniano foi o primeiro telescópio refletor bem-sucedido, concluído por Isaac Newton em 1668. Ele geralmente tem um espelho primário parabolóide, mas em proporções focais de f / 8 ou mais, um espelho primário esférico pode ser suficiente para alta resolução visual. Um espelho secundário plano reflete a luz para um plano focal na lateral do topo do tubo do telescópio. É um dos designs mais simples e menos caros para um determinado tamanho de primário e é popular entre os fabricantes de telescópios amadores como um projeto de construção doméstica.

O design Cassegrain e suas variações Editar

O telescópio cassegrain (às vezes chamado de "Cassegrain Clássico") foi publicado pela primeira vez em um design de 1672 atribuído a Laurent Cassegrain. Ele tem um espelho primário parabólico e um espelho secundário hiperbólico que reflete a luz de volta através de um orifício no primário. O efeito de dobramento e divergência do espelho secundário cria um telescópio com um comprimento focal longo, embora tenha um comprimento de tubo curto.

Ritchey – Chrétien Edit

O Ritchey – Chrétien telescópio, inventado por George Willis Ritchey e Henri Chrétien no início dos anos 1910, é um refletor Cassegrain especializado que possui dois espelhos hiperbólicos (em vez de um primário parabólico). Ele está livre de coma e aberração esférica em um plano focal quase plano se a curvatura primária e secundária forem corretamente configuradas, tornando-o adequado para campo amplo e observações fotográficas. [16] Quase todos os telescópios refletores profissionais no mundo são do projeto Ritchey-Chrétien.

Edição anastigmat de três espelhos

Incluir um terceiro espelho curvo permite a correção da distorção restante, astigmatismo, do design Ritchey – Chrétien. Isso permite campos de visão muito maiores.

Dall – Kirkham Editar

O Dall – Kirkham O design do telescópio Cassegrain foi criado por Horace Dall em 1928 e ganhou o nome em um artigo publicado em Americano científico em 1930, após discussão entre o astrônomo amador Allan Kirkham e Albert G. Ingalls, o editor da revista na época. Ele usa um espelho primário elíptico côncavo e um secundário esférico convexo. Embora esse sistema seja mais fácil de triturar do que um sistema clássico de Cassegrain ou Ritchey-Chrétien, ele não corrige o coma fora do eixo. A curvatura do campo é realmente menor do que um Cassegrain clássico. Como isso é menos perceptível em razões focais mais longas, Dall – Kirkhams raramente são mais rápidos do que f / 15.

Desenhos fora do eixo Editar

Existem vários projetos que tentam evitar a obstrução da luz que entra, eliminando o secundário ou movendo qualquer elemento secundário para fora do eixo óptico do espelho primário, comumente chamados de sistemas ópticos fora do eixo.

Edição Herscheliana

O Herscheliano O refletor tem o nome de William Herschel, que usou este projeto para construir telescópios muito grandes, incluindo o telescópio de 12 metros em 1789. No refletor Herscheliano, o espelho primário é inclinado para que a cabeça do observador não bloqueie a luz que entra. Embora isso introduza aberrações geométricas, Herschel empregou esse projeto para evitar o uso de um espelho secundário newtoniano, uma vez que os espelhos de metal espéculo daquela época embaçavam rapidamente e só podiam atingir 60% de refletividade. [17]

Schiefspiegler Edit

Uma variante do Cassegrain, o telescópio Schiefspiegler ("enviesado" ou "refletor oblíquo") usa espelhos inclinados para evitar que o espelho secundário projete uma sombra no primário. No entanto, ao eliminar os padrões de difração, isso leva a um aumento do coma e do astigmatismo. Esses defeitos se tornam controláveis ​​em grandes proporções focais - a maioria dos Schiefspieglers usa f / 15 ou mais, o que tende a restringir a observação útil à Lua e aos planetas. Uma série de variações são comuns, com vários números de espelhos de diferentes tipos. O estilo Kutter (que leva o nome de seu inventor Anton Kutter) usa um único primário côncavo, um secundário convexo e uma lente plano-convexa entre o espelho secundário e o plano focal, quando necessário (este é o caso do Schiefspiegler catadióptrico) Uma variação de um multi-schiefspiegler usa um primário côncavo, um secundário convexo e um terciário parabólico. Um dos aspectos interessantes de alguns Schiefspieglers é que um dos espelhos pode estar envolvido no caminho da luz duas vezes - cada caminho da luz reflete ao longo de um caminho meridional diferente.

Stevick-Paul Editar

Os telescópios Stevick-Paul [18] são versões fora do eixo dos sistemas Paul de 3 espelhos [19] com um espelho diagonal plano adicionado. Um espelho secundário convexo é colocado ao lado da luz que entra no telescópio e posicionado afocalmente de modo a enviar luz paralela para o terciário. O espelho terciário côncavo está posicionado exatamente duas vezes mais longe do lado do feixe de entrada do que o secundário convexo, e seu próprio raio de curvatura está distante do secundário. Como o espelho terciário recebe luz paralela do secundário, ele forma uma imagem em seu foco. O plano focal está dentro do sistema de espelhos, mas é acessível ao olho com a inclusão de uma diagonal plana. A configuração Stevick-Paul resulta em todas as aberrações ópticas totalizando zero à terceira ordem, exceto para a superfície Petzval que é suavemente curvada.

Yolo Edit

O Yolo foi desenvolvido por Arthur S. Leonard em meados da década de 1960. [20] Como o Schiefspiegler, é um telescópio refletor inclinado e desobstruído. O Yolo original consiste em um espelho côncavo primário e um secundário, com a mesma curvatura e a mesma inclinação do eixo principal. A maioria dos Yolos usa refletores toroidais. O design Yolo elimina o coma, mas deixa um astigmatismo significativo, que é reduzido pela deformação do espelho secundário por alguma forma de arnês de empenamento ou, alternativamente, polindo uma figura toroidal no secundário. Como Schiefspieglers, muitas variações Yolo foram perseguidas. A quantidade necessária de formato toroidal pode ser transferida total ou parcialmente para o espelho primário. Em montagens ópticas de grandes proporções focais, tanto o espelho primário quanto o secundário podem ser deixados esféricos e uma lente de correção de óculos é adicionada entre o espelho secundário e o plano focal (catadióptrico Yolo) A adição de um espelho terciário convexo de foco longo leva ao espelho de Leonard Solano configuração. O telescópio Solano não contém nenhuma superfície tórica.

Telescópios de espelho líquido Editar

Um projeto de telescópio usa um espelho giratório que consiste em um metal líquido em uma bandeja que é girada em velocidade constante. Conforme a bandeja gira, o líquido forma uma superfície parabolóide de tamanho essencialmente ilimitado. Isso permite fazer espelhos telescópicos muito grandes (mais de 6 metros), mas infelizmente eles não podem ser direcionados, pois sempre apontam na vertical.

Foco principal Editar

Em um foco principal design nenhuma óptica secundária é usada, a imagem é acessada no ponto focal do espelho primário. No ponto focal está algum tipo de estrutura para segurar uma placa de filme ou detector eletrônico. No passado, em telescópios muito grandes, um observador se sentava dentro do telescópio em uma "gaiola de observação" para ver a imagem diretamente ou operar uma câmera. [21] Hoje em dia, as câmeras CCD permitem a operação remota do telescópio de quase qualquer lugar do mundo. O espaço disponível no foco principal é severamente limitado pela necessidade de evitar obstruir a luz que entra. [22]

Radiotelescópios geralmente têm um design de foco principal. O espelho é substituído por uma superfície de metal para refletir as ondas de rádio, e o observador é uma antena.

Cassegrain focus Edit

Para telescópios construídos com o design Cassegrain ou outros designs relacionados, a imagem é formada atrás do espelho primário, no ponto focal do espelho secundário. Um observador vê pela parte traseira do telescópio, ou uma câmera ou outro instrumento é montado na parte traseira. O foco Cassegrain é comumente usado para telescópios amadores ou telescópios de pesquisa menores. No entanto, para grandes telescópios com instrumentos correspondentemente grandes, um instrumento no foco Cassegrain deve se mover com o telescópio enquanto gira, isso coloca requisitos adicionais na resistência da estrutura de suporte do instrumento e potencialmente limita o movimento do telescópio para evitar colisão com obstáculos como paredes ou equipamentos dentro do observatório.

Nasmyth e coudé focus Editar

Nasmyth Edit

O Nasmyth o design é semelhante ao do Cassegrain, exceto que a luz não é direcionada através de um orifício no espelho principal, em vez disso, um terceiro espelho reflete a luz para o lado do telescópio para permitir a montagem de instrumentos pesados. Este é um projeto muito comum em grandes telescópios de pesquisa. [23]

Coudé Edit

Adicionar mais ótica a um telescópio estilo Nasmyth para entregar a luz (geralmente através do eixo de declinação) a um ponto de foco fixo que não se move quando o telescópio é reorientado dá um coudé foco (da palavra francesa para cotovelo). [24] O foco coudé fornece um campo de visão mais estreito do que um foco Nasmyth [24] e é usado com instrumentos muito pesados ​​que não precisam de um amplo campo de visão. Uma dessas aplicações são os espectrógrafos de alta resolução que têm grandes espelhos colimadores (de preferência com o mesmo diâmetro do espelho primário do telescópio) e comprimentos focais muito longos. Esses instrumentos não podiam suportar ser movidos e adicionar espelhos ao caminho da luz para formar um trem coudé, desviar a luz para uma posição fixa para tal instrumento alojado no ou abaixo do piso de observação (e geralmente construído como uma parte integrante imóvel do edifício do observatório) era a única opção. O telescópio Hale de 60 polegadas (1,5 m), o telescópio Hooker, o telescópio Hale de 200 polegadas, o telescópio Shane e o telescópio Harlan J. Smith foram todos construídos com instrumentação de focos coudé. O desenvolvimento de espectrômetros echelle permitiu espectroscopia de alta resolução com um instrumento muito mais compacto, que às vezes pode ser montado com sucesso no foco Cassegrain. Desde que as montagens de telescópio alt-az baratas e adequadamente estáveis, controladas por computador, foram desenvolvidas na década de 1980, o design do Nasmyth geralmente suplantou o foco coudé para grandes telescópios.

Espectrógrafos alimentados por fibra Editar

Para instrumentos que requerem estabilidade muito alta, ou que são muito grandes e pesados, é desejável montar o instrumento em uma estrutura rígida, ao invés de movê-lo com o telescópio. Enquanto a transmissão de todo o campo de visão exigiria um foco coudé padrão, a espectroscopia normalmente envolve a medição de apenas alguns objetos discretos, como estrelas ou galáxias. Portanto, é possível coletar luz desses objetos com fibras ópticas no telescópio, colocando o instrumento a uma distância arbitrária do telescópio. Exemplos de espectrógrafos alimentados por fibra incluem os espectrógrafos de caça a planetas HARPS [25] ou ESPRESSO. [26]

Além disso, a flexibilidade das fibras ópticas permite que a luz seja coletada de qualquer plano focal, por exemplo, o espectrógrafo HARPS utiliza o foco Cassegrain do telescópio ESO 3,6 m, [25] enquanto o espectrógrafo de foco principal está conectado ao foco principal do Subaru telescópio. [27]


Os satélites Starlink da SpaceX podem afetar seriamente a capacidade dos cientistas de explorar o espaço

O sonho de Elon Musk de uma Terra cercada por nuvens agrupadas de satélites em órbita baixa da Terra, um projeto conhecido como Starlink, acabou sendo um pesadelo para astrônomos e astrônomos amadores. Um novo relatório sobre os muitos desafios que Starlink apresenta sugere que o melhor cenário para os astrônomos é que a SpaceX abandone o projeto.

O workshop Satellite Constellations 1, ou Satcon1, reuniu 250 astrônomos, engenheiros, operadores de satélites comerciais e outras partes interessadas e foi organizado pelo NOIRLab da National Science Foundation e pela American Astronomical Society. A missão de Satcon1 & # x27s era investigar problemas com, você adivinhou, Constelações de Satélites, ou seja, o projeto Starlink.

As constelações de satélites são satélites que trabalham juntos para fornecer cobertura contínua a uma determinada parte da Terra. O Sistema de Posicionamento Global funciona dessa maneira. Starlink começou como uma rede de 60 satélites há pouco mais de um ano e agora tem 538 unidades, de acordo com o TechCrunch. Seu objetivo, algum dia, será fornecer internet de alta velocidade para todos no planeta. A empresa diz que precisa de pelo menos 800 satélites para entrar em operação, mas planeja pelo menos 12,000.

Os satélites Starlink da SpaceX e # 39s estão formando uma impressionante linha conga no céu

SpaceX está dando uma festa para o céu, e todos estão convidados. Bem, todo mundo com um telescópio e ...

A American Astronomical Society explica o que está em jogo em seu comunicado à imprensa sobre o workshop:

Quando a SpaceX lançou seu primeiro lote de 60 satélites de comunicação Starlink em maio de 2019 e pessoas em todo o mundo os viram no céu, os astrônomos reagiram com alarme. Não apenas os satélites Starlink eram mais brilhantes do que qualquer um esperava, mas poderia haver dezenas de milhares mais como eles. Conforme eles passam pelo campo da câmera de Rubin, eles afetarão a visão do telescópio de 8,4 metros (27,6 pés) dos fracos objetos celestes que os astrônomos esperam estudar com ele.

“O Observatório Rubin e os gigantescos telescópios de 30 metros que estarão online na próxima década aumentarão substancialmente a compreensão da humanidade do cosmos”, disse o co-presidente do SATCON1, Jeff Hall do Observatório Lowell e presidente do Comitê AAS sobre Poluição de Luz, Interferência de Rádio e Detritos espaciais . “Por razões de despesas, manutenção e instrumentação, essas instalações não podem ser operadas a partir do espaço. A astronomia baseada em solo é, e permanecerá, vital e relevante. ”

O astrônomo Julien Giard, do Space Telescope Science Institute, destacou uma imagem tirada pelo astrofotógrafo Daniel López que mostra o quão intrusivos os satélites podem ser:

As descobertas do workshop foram difíceis. Embora os cientistas sejam as primeiras pessoas a concordar que o acesso generalizado à Internet de alta velocidade é um objetivo válido, eles descobriram que atividades científicas valiosas como “. pesquisas por asteróides e cometas ameaçadores da Terra, objetos externos do sistema solar e contrapartes de luz visível de fontes de ondas gravitacionais passageiras ”seriam afetadas. Aqui estão suas seis soluções para o problema:

  1. Lance menos ou nenhum LEOsats. Por mais impraticável ou improvável, esta é a única opção identificada que pode atingir impacto astronômico zero.
  2. Implantar satélites em altitudes orbitais não superiores a

Atualmente, a SpaceX está experimentando com visores de sol que escureceriam os objetos excepcionalmente brilhantes, embora os visores devam ser implantados apenas em 58 dos mais de 500 atualmente em órbita. Há um Satcon2 planejado para meados de 2021 para elaborar possíveis recomendações de políticas e regulamentos. O diretor do NOIRLab, Patrick McCarthy, disse no comunicado à imprensa que, felizmente, a ciência e a indústria podem trabalhar juntas:

“Espero que a colegialidade e o espírito de parceria entre astrônomos e operadores comerciais de satélites se expandam para incluir mais membros de ambas as comunidades e que continue a ser útil e produtivo. Eu também espero que as descobertas e recomendações no relatório SATCON1 sirvam como diretrizes para observatórios e operadores de satélite enquanto trabalhamos para uma compreensão mais detalhada dos impactos e mitigações e aprendemos a compartilhar o céu, um dos tesouros inestimáveis ​​da natureza. ”

Editor-chefe do Jalopnik.

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DISCUSSÃO

É uma pena * enorme * bagunçar a astronomia, MAS.

1. As luzes da cidade já mataram o céu noturno * real * para a grande maioria dos humanos.

2. Banda larga acessível em todo o mundo que * pode * resultar de um par de redes de satélites LEO concorrentes teria um impacto maior na humanidade do que a astronomia.

3. Estes são satélites LEO com uma vida útil bastante curta antes de retornarem à Terra, portanto, designs atualizados que devem incluir superfícies de baixa refletividade estão a apenas alguns anos de distância. É realmente incrível pensar que o Starlink precisaria essencialmente de lançamentos de satélites * diários * se fosse para manter uma rede de 11.000 satélites. Imagine a ciência que você poderia fazer com microsats baratos pegando carona nesses lançamentos * diários *.

4. Como outros mencionaram, você poderia tributar as empresas de satélites e usar os lucros para financiar novos telescópios espaciais. Eu imagino que isso seria uma troca muito pobre, com um novo programa de telescópio espacial atuando como porco em alguns distritos congressionais, resultando em um lançamento a cada 25 anos ou mais.


Referências

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A missão ‘LightCube’ da NASA para ‘piscar’ a terra apesar da ética, preocupações com a poluição luminosa

Uma representação artística da missão LightCube CubeSat aprovada e selecionada. Quando ativado, um. [+] flash óptico será emitido, criando a fonte pontual artificial mais brilhante já feita pela humanidade no espaço.

Arizona State University / NASA

Em 2021, o planeta Terra estava experimentando o céu noturno menos intocado da história registrada. Antes do desenvolvimento da iluminação artificial, o olho humano nu podia ver até 6.000 estrelas em uma noite clara e sem lua. Hoje, existem apenas alguns locais restantes nas massas de terra da Terra - a maioria isolados em algumas reservas Dark Sky ou onde observatórios profissionais estão localizados - onde a poluição luminosa do solo não reduz severamente o que o olho humano pode ver. O advento da iluminação LED e a falta de acessórios adequados em nossa infraestrutura global continuam a piorar esse problema, sem nenhum alívio à vista.

No entanto, os últimos dois anos trouxeram com eles outra crise para os observadores do céu e astrônomos: o agravamento da poluição luminosa dos satélites. Conforme um grande número de satélites próximos e brilhantes é lançado para fornecer uma rede de dados global de grande largura de banda e baixa latência, os visualizadores do céu noturno - incluindo muitos programas de pesquisa astronômica - têm um novo obstáculo não removível para enfrentar. No entanto, o desenvolvimento mais recente é realmente um choque: a NASA aprovou uma missão CubeSat que deliberadamente "disparará" o planeta Terra do espaço, tornando-o a fonte de poluição de luz artificial mais brilhante da história.

O flash dos tubos de xenônio a serem usados ​​no Cubo LightCube, como visto durante um teste do flash. [+] operações. Este sinal, quando ativado no espaço, será a fonte de luz artificial mais brilhante já colocada em órbita pela humanidade. O que parece ser uma Lua ou planeta em ascensão é, na verdade, apenas o lampejo dessa tecnologia, testada a uma distância significativa.

Na astronomia, existem duas categorias básicas de fenômenos que podemos investigar com as ferramentas de observação em nosso arsenal.

  1. Fenômenos estáticos. Estas são as propriedades dos objetos no céu noturno que você vê que não mudam. Objetos que estão distantes o suficiente para não parecerem se mover em relação aos outros objetos no céu, objetos que não variam em brilho e objetos que não sofrem nenhuma mudança catastrófica ou cataclísmica se enquadram nesta categoria. É nisso que as pessoas pensam com mais frequência quando pensam em astronomia: objetos imutáveis ​​que você pode ver a qualquer momento e vê-los exatamente como sempre são.
  2. Fenômenos transitórios. Basicamente, um fenômeno transitório é qualquer coisa que se move, muda ou vai e vem com o tempo. Objetos próximos, como os do nosso Sistema Solar, são transitórios em posição. Estrelas variáveis ​​não são constantes no tempo. E inúmeros eventos - especialmente em escalas de tempo rápidas, como fusões, explosões, interrupções e colapso - que causam clareamento ou escurecimento rápido também caem na categoria transitória.

O problema com a poluição por satélite é que a presença desses objetos artificiais confunde severamente e limita os tipos de fenômenos transitórios que podemos detectar.

O Variable Star RS Puppis, com seus ecos de luz brilhando através das nuvens interestelares. O . [+] Variável Star RS Puppis, com seus ecos de luz brilhando por entre as nuvens interestelares. Fenômenos variáveis ​​no Universo, incluindo estrelas que variam no tempo, explosões, erupções, eventos de interrupção de marés, explosões de raios gama, supernovas e fontes ainda não descobertas, todos dependem de imagens contínuas que procuram variações de brilho. As megaconstelações de satélites ameaçam seriamente esse tipo de ciência.

NASA, ESA e a equipe do Hubble Heritage

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O problema básico é que certos sinais só podem ser extraídos dos dados se eles se destacarem contra o ruído. Para sinais estáticos, não é grande coisa se você está olhando para um objeto e um satélite aparece em seu detector, você pode simplesmente subtrair os dados de quando o satélite estava presente, mais qualquer tempo adicional em que seu detector está saturado da trilha que o satélite deixou nele. Você perderá alguns dados, mas isso pode ser mitigado com tempos de observação mais longos.

No entanto, os fenômenos transitórios sofrerão drasticamente. A maneira que detectamos fenômenos transitórios - hoje com observatórios como Pan-STARRS e Zwicky Transient Facility, e no futuro com o próximo Vera Rubin Observatory - é com levantamentos automatizados. Tiramos uma imagem do céu em um determinado local e, pouco tempo depois, tiramos outra imagem idêntica e subtraímos as duas. Qualquer coisa que foi alterada, iluminada, apareceu, desapareceu ou foi movida será destacada e armazenada em um banco de dados.

O enorme problema é que os satélites criarão novos transientes ópticos - fontes de ruído - que superam e ofuscam as fontes naturais que os astrônomos estão tentando observar e compreender. Esses problemas inerentes de hardware, o pior de tudo, não podem ser corrigidos simplesmente com software.

Em 18 de novembro de 2019, uma constelação de satélites Starlink passou pelo quadro de observação de. [+] a Dark Energy Camera a bordo do telescópio de 4m no CTIO. Qualquer técnica que usássemos para subtrair essas trilhas impediria nossa capacidade de detectar asteróides potencialmente perigosos ou medir objetos variáveis ​​no Universo.

CLIFF JOHNSON / CTIO / DECam

Desde o lançamento dos primeiros satélites SpaceX Starlink em 2019 - até agora a pior fonte de poluição luminosa por satélite - os astrônomos começaram a se organizar em esforços para ajudar a mitigar este novo tipo de poluição luminosa. Muitas das principais instituições astronômicas do mundo, incluindo a American Astronomical Society, a National Science Foundation e a International Astronomical Union, têm trabalhado muito para convencer os fornecedores de satélites a reduzir o brilho e o número de seus satélites, bem como o impacto na astronomia.

Simultaneamente, eles estão trabalhando para a regulamentação global desses satélites, inclusive em nível internacional com organizações como as Nações Unidas. O impacto até agora na astronomia já foi substancial, mas com o próximo Observatório Vera Rubin e o enorme telescópio automatizado em seu coração, o Grande Telescópio de Pesquisa Sinóptico (LSST), mesmo o cenário mais otimista resultará em uma perda de aproximadamente

20% dos objetos mais importantes, afetando desproporcionalmente os esforços como o rastreamento de asteróides potencialmente perigosos.

O número de satélites visíveis durante a noite astronômica de um satélite simulado de 10.000. [+] constelação em altitude de 500 km (laranja) e altitude de 1.000 km (azul). Observe como a sombra da Terra reduz o impacto dos satélites de baixa altitude a zero por algumas horas durante a noite, mesmo durante o verão, enquanto a constelação de altitude nunca atinge essa marca.

Pat Seitzer, apresentado em AAS237

Nos primeiros dias, alguém poderia alegar que essas dificuldades eram imprevisíveis e imprevisíveis, como a SpaceX inicialmente fez. Nos últimos dois anos, no entanto, a comunidade astronômica dedicou uma enorme quantidade de tempo e esforço para educar o público e as indústrias relevantes sobre a poluição por satélite e esforços potenciais de mitigação neste ponto, não há desculpa para não pensar e levar em conta estes questões. Na verdade, o segundo workshop sobre constelações de satélites nos Estados Unidos, o SatCon2, acaba de ser anunciado para meados de julho de 2021.

E, no entanto, a NASA acaba de anunciar sua 12ª rodada de candidatos selecionados para missões espaciais CubeSat, e uma das seleções, da Arizona State University, é o LightCube: um satélite explicitamente projetado para enviar um sinal óptico brilhante a qualquer membro do público na Terra a qualquer momento que eles solicitarem. Você pode pensar que não há razão para a NASA se preocupar com a poluição do satélite (já que está no espaço e não no solo), mas mesmo um telescópio tão famoso como o Hubble foi "bombardeado" por um satélite Starlink enquanto estava coletando dados.

Enquanto observava alvos no cinturão de Kuiper em 2 de novembro de 2020, um satélite Starlink passou. [+] Campo de visão do Hubble. O Starlink 1619 passou a 80 quilômetros do Hubble nesta data, criando uma faixa de 189 pixels de largura nesta imagem. Dado que a frota principal do Starlink viaja apenas 12 km acima da altitude de operação do Hubble, muitas mais dessas fotobombas são esperadas.

O próprio LightCube parece ser um projeto administrado por alunos com um objetivo simples e aparentemente inócuo: permitir que os operadores de rádio amador se comuniquem com o satélite. Qualquer pessoa com o licenciamento de radioamador adequado - e com equipamentos que custam menos de US $ 50 para obter - poderá telecomandar o satélite LightCube. Através de um simples rastreamento com um aplicativo, o usuário poderá então transmitir um sinal para o LightCube, e sua recompensa será um flash de luz, criado a partir da espaçonave usando tubos de xenônio, que é tão brilhante que será claramente visível do solo .

De acordo com o Dr. Danny Jacobs, o diretor associado de laboratórios da Iniciativa Interplanetária da ASU,

"Esta é uma missão baseada na educação. Nosso objetivo ao construir e lançar uma espaçonave que possa ser comandada pelo público é inspirar todos a aprender sobre telecomunicações, design de espaçonaves, ciência atmosférica e climática e mecânica orbital."

Tudo isso soa bem, é claro, e é um objetivo digno no ensino de ciências. Mas, como todos os projetos, o conjunto completo de efeitos, incluindo efeitos indesejados, deve ser levado em consideração ao avaliar tal proposta.

Esta imagem dupla mostra a emissão de GRB 080319B, captada pelo Telescópio de Raios-X de Swift (L) e, posteriormente,. [+] seguido pelo Optical / Ultraviolet Telescope (R). Esta foi a explosão de raios gama mais brilhante já registrada na época, e foi tão brilhante que, por cerca de 30 segundos em 19 de março de 2008, foi visível a olho nu. Explosões óticas como essa são extremamente raras, e uma explosão ótica rápida nunca foi vista naturalmente, mas as artificiais podem chegar primeiro se não tomarmos cuidado.

NASA / Swift / Stefan Immler, et al.

Da perspectiva de um observatório astronômico, o que eles verão será o equivalente a um tipo específico de sinal transiente que foi procurado, mas nunca antes visto, na natureza: uma explosão óptica rápida. Assim como os astrônomos descobriram por acaso rajadas de rádio rápidas, foi teorizado que um equivalente de luz visível ou contraparte também pode ser criado. Astrônomos têm procurado por eles, embora sem sucesso, e agora haverá uma fonte de ruído que os imitará com precisão.

As desvantagens são extremas. Em termos de poluição luminosa:

  • todas as pesquisas de grande área serão afetadas, em que qualquer sinal gerado pelo LightCube enquanto ele está acima do horizonte para qualquer observatório baseado em solo pode interferir nas observações científicas,
  • o brilho do LightCube será extremo, a par com os sinais de luz dos planetas mais brilhantes, saturando os detectores e tornando-os inutilizáveis ​​por algum tempo após cada "flash" ser emitido,
  • o satélite pode ser ativado por qualquer pessoa a qualquer momento, o que significa que não é possível prever quando ou onde essas explosões ópticas ocorrerão,
  • e que isso constitui um péssimo exemplo para todos os provedores de satélites atuais e futuros, pois demonstra uma falta de preocupação dentro da comunidade com questões que são de vital importância para um empreendimento sustentado de astronomia terrestre.

O LSST no observatório Vera C. Rubin, mostrado aqui em uma foto de 2018, está sendo realizado. [+] construída e se aproximando da prontidão para suas primeiras observações. Mesmo que o escurecimento do satélite ocorra de acordo com os planos declarados da SpaceX, este observatório de primeira classe, de classe mundial, será forçado a alterar suas operações para dar conta do Starlink. A adição do LightCube da NASA é apenas um insulto à empresa.

O frustrante nesse projeto é que seus objetivos são completamente razoáveis, mas a implementação é horrível. De todas as coisas que se pode escolher para alertar ou comunicar o sucesso ao usuário - que outros CubeSats, como Foras Promineo de um distrito escolar local em Sandusky, Ohio, fazem com sucesso - por que a equipe do LightCube escolheu uma ótica incrivelmente brilhante e disruptiva sinal? Por que não há medidas embutidas para evitar a ativação do satélite quando ele é visível em observatórios baseados em terra? E por que o sinal tinha que estar no óptico?

Além disso, por que uma instituição proeminente como a Universidade do Estado do Arizona proporia essa missão? Onde estava a supervisão do corpo docente deste projeto patrocinado por alunos? Como a NASA acabou selecionando este projeto específico sem exigir mudanças para mitigar os efeitos na astronomia terrestre?

Nenhuma dessas perguntas tem boas respostas e levanta bandeiras vermelhas sobre o brilho do satélite e os efeitos sobre a poluição luminosa, e também sobre a ética - ou a falta dela - de roubar todos os habitantes da Terra do escuro céu noturno que é o nosso Uma herança de bilhões de anos.

O design do LightCube é muito simples: um pequeno cubo com células solares, uma antena, um peso. [+] final, e um flashtube de xenônio com eletrônicos dentro. No entanto, seus efeitos de poluição luminosa serão poderosos, além de desnecessários.

Você pode argumentar que a situação seria diferente se houvesse um enorme benefício - científica ou tecnologicamente - para essa missão em particular, mas não há nenhum. Não há ciência a ser adquirida com esta missão, pois seu único valor reside na educação de um pequeno subconjunto específico de entusiastas: operadores de rádio amador HAM. Normalmente, quando essas missões são propostas, deve haver uma coordenação significativa para evitar interferências. No entanto, na banda óptica, não existem regulamentos em vigor como existem para o rádio.

Anunciada como uma missão educacional, é realmente apenas uma "demonstração divertida" de que você pode ver o que comanda no espaço a partir do solo. No entanto, as desvantagens são enormes, já que este satélite será o único contribuinte mais brilhante para a poluição da luz artificial quando estiver ativo. Pior de tudo, contribui para um problema crescente das próprias organizações - NASA e membros da comunidade astronômica - que deveriam dar o exemplo de como se comportar com responsabilidade.

O investigador principal do LightCube Jaime Sanchez de la Vega com um protótipo inicial do LightCube e um. [+] rádio portátil e antena que podem ser usados ​​para se comunicar com a espaçonave.

Jaime Sanchez de la Vega / Arizona State University

Existem todos os tipos de poluição que criamos, nos quais não consideramos os efeitos nocivos até que seja tarde demais para reverter o curso. A ideia de ver um sinal do espaço que é ativado explicitamente por um usuário humano, mas que afetará todos os observadores terrestres que têm uma linha de visão clara para aquele satélite, é inescrupulosa para um astrônomo. Temos regulamentações extremamente rígidas sobre cidades, infraestrutura e fontes de luz terrestres perto de um observatório, e agora é aparente que mesmo um projeto dirigido por estudantes, mesmo um aprovado pela NASA, pode contornar todo aquele trabalho duro com um mal considerado decisão.

A verdade deve ser mais aparente do que nunca: precisamos de diretrizes, regulamentação e consistência quando se trata de preservar o céu noturno para toda a humanidade. Amadores e profissionais se beneficiam de céus claros e escuros, assim como todos os humanos e animais. O verdadeiro valor de céus escuros e cristalinos nunca foi quantificado, mas os efeitos nocivos de perder nossa escuridão foram medidos na saúde, no sono e na longevidade dos humanos e de outras criaturas vivas. Somos todos livres para viver e criar exatamente como escolhermos, mas não às custas da saúde, do bem-estar e da liberdade de outras pessoas.


Conteúdo

O JWST tem uma massa esperada de cerca de metade da massa do Telescópio Espacial Hubble, mas seu espelho primário, um refletor de berílio revestido de ouro de 6,5 metros de diâmetro, terá uma área de coleta seis vezes maior, 25,4 m 2 (273 pés quadrados), usando 18 hexágonos espelhos com obscurecimento de 0,9 m 2 (9,7 pés quadrados) para as escoras de suporte secundárias. [26]

O JWST é orientado para a astronomia do infravermelho próximo, mas também pode ver a luz visível laranja e vermelha, bem como a região do infravermelho médio, dependendo do instrumento. O design enfatiza o infravermelho próximo a médio por três razões principais:

  • objetos high-redshift têm suas emissões visíveis deslocadas para o infravermelho
  • objetos frios, como discos de detritos e planetas emitem mais fortemente no infravermelho
  • esta banda é difícil de estudar do solo ou por telescópios espaciais existentes, como o Hubble

Os telescópios terrestres devem olhar através da atmosfera da Terra, que é opaca em muitas bandas infravermelhas (veja a figura da absorção atmosférica). Mesmo onde a atmosfera é transparente, muitos dos compostos químicos alvo, como água, dióxido de carbono e metano, também existem na atmosfera da Terra, complicando enormemente a análise. Os telescópios espaciais existentes, como o Hubble, não podem estudar essas bandas porque seus espelhos são insuficientemente frios (o espelho do Hubble é mantido a cerca de 15 ° C (288 K)), portanto, o próprio telescópio irradia fortemente nas bandas infravermelhas. [27]

O JWST irá operar perto da Terra-Sol L2 (ponto Lagrange), aproximadamente 1.500.000 km (930.000 milhas) além da órbita da Terra. A título de comparação, o Hubble orbita 550 km (340 milhas) acima da superfície da Terra, e a Lua está a cerca de 400.000 km (250.000 milhas) da Terra. Essa distância tornou o reparo ou atualização pós-lançamento do hardware JWST virtualmente impossível com as espaçonaves disponíveis durante o projeto do telescópio e o estágio de fabricação. Objetos próximos a este ponto de Lagrange podem orbitar o Sol em sincronia com a Terra, permitindo que o telescópio permaneça a uma distância aproximadamente constante [28] e use uma única proteção solar para bloquear o calor e a luz do Sol e da Terra. Este arranjo manterá a temperatura da espaçonave abaixo de 50 K (-223,2 ° C -369,7 ° F), necessário para observações infravermelhas. [10] [29]

Vista de três quartos do topo

Proteção solar Editar

Para fazer observações no espectro infravermelho, o JWST deve ser mantido abaixo de 50 K (−223,2 ° C −369,7 ° F), caso contrário, a radiação infravermelha do próprio telescópio sobrecarregaria seus instrumentos. Portanto, ele usa uma grande proteção solar para bloquear a luz e o calor do Sol, da Terra e da Lua, e sua posição perto do ponto Terra-Sol L2 mantém todos os três corpos no mesmo lado da espaçonave o tempo todo. [30] Seu halo orbita em torno do ponto L2 evita a sombra da Terra e da Lua, mantendo um ambiente constante para o protetor solar e as matrizes solares. [28] A blindagem mantém uma temperatura estável para as estruturas no lado escuro, o que é crítico para manter o alinhamento preciso dos segmentos do espelho primário. [ citação necessária ]

O protetor solar de cinco camadas, cada camada tão fina quanto um cabelo humano, [31] é construído a partir de Kapton E, um filme de poliimida disponível comercialmente da DuPont, com membranas especialmente revestidas com alumínio em ambos os lados e silicone dopado no lado voltado para o sol das duas camadas mais quentes para refletir o calor do Sol de volta ao espaço. [32] Rasgos acidentais da delicada estrutura do filme durante os testes em 2018 estavam entre os fatores que atrasaram o projeto. [33]

O protetor solar foi projetado para ser dobrado doze vezes para caber na carenagem de carga útil do foguete Ariane 5 (4,57 × 16,19 m). Uma vez implantado no ponto L2, ele se desdobrará em 14,162 × 21,197 m. O protetor solar foi montado manualmente na ManTech (NeXolve) em Huntsville, Alabama, antes de ser entregue a Northrop Grumman em Redondo Beach, Califórnia, para teste. [34]

Edição Óptica

O espelho primário da JWST é um refletor de berílio revestido de ouro com 6,5 metros de diâmetro e uma área de coleta de 25,4 m 2. Se fosse construído como um único espelho grande, seria muito grande para os veículos de lançamento existentes. O espelho é, portanto, composto de 18 segmentos hexagonais que se desdobram após o lançamento do telescópio. A detecção de frente de onda do plano de imagem através da recuperação de fase será usada para posicionar os segmentos do espelho no local correto usando micromotores muito precisos. Após essa configuração inicial, eles precisarão apenas de atualizações ocasionais a cada poucos dias para manter o foco ideal. [35] Isso é diferente dos telescópios terrestres, por exemplo os telescópios Keck, que ajustam continuamente seus segmentos de espelho usando ótica ativa para superar os efeitos da carga gravitacional e do vento. O telescópio Webb usará 126 pequenos motores para ajustar ocasionalmente a ótica, pois há uma falta de distúrbios ambientais de um telescópio no espaço. [36]

O design óptico do JWST é um anastigmat de três espelhos, [37] que faz uso de espelhos curvos secundários e terciários para fornecer imagens livres de aberrações ópticas em um campo amplo. Além disso, há um espelho de direção rápida que pode ajustar sua posição muitas vezes por segundo para fornecer estabilização de imagem.

A Ball Aerospace & amp Technologies é a principal subcontratada ótica para o projeto JWST, liderado pelo contratante principal Northrop Grumman Aerospace Systems, sob um contrato do Goddard Space Flight Center da NASA, em Greenbelt, Maryland. [2] [38] Dezoito segmentos de espelhos primários, secundários, terciários e espelhos de direção fina, além de sobressalentes de vôo foram fabricados e polidos pela Ball Aerospace & amp Technologies com base em blocos de segmento de berílio fabricados por várias empresas, incluindo Axsys, Brush Wellman e Tinsley Laboratories . [ citação necessária ]

O segmento final do espelho primário foi instalado em 3 de fevereiro de 2016, [39] e o espelho secundário foi instalado em 3 de março de 2016. [40]

Instrumentos científicos Editar

O Integrated Science Instrument Module (ISIM) é uma estrutura que fornece energia elétrica, recursos de computação, capacidade de resfriamento e estabilidade estrutural para o telescópio Webb. É feito com compósito de grafite-epóxi ligado à parte inferior da estrutura do telescópio de Webb. O ISIM contém os quatro instrumentos científicos e uma câmera guia. [41]

    (Near InfraRed Camera) é um gerador de imagens infravermelho que terá uma cobertura espectral que varia da borda do visível (0,6 micrômetros) até o infravermelho próximo (5 micrômetros). [42] [43] O NIRCam também servirá como o sensor de frente de onda do observatório, necessário para atividades de detecção e controle de frente de onda. O NIRCam foi construído por uma equipe liderada pela Universidade do Arizona, com a investigadora principal Marcia J. Rieke. O parceiro industrial é o Centro de Tecnologia Avançada da Lockheed-Martin localizado em Palo Alto, Califórnia. [44] (Near InfraRed Spectrograph) também realizará espectroscopia na mesma faixa de comprimento de onda. Foi construído pela Agência Espacial Europeia no ESTEC em Noordwijk, Holanda. A equipe de desenvolvimento líder inclui membros da Airbus Defense and Space, Ottobrunn e Friedrichshafen, Alemanha, e do Goddard Space Flight Center com Pierre Ferruit (École normale supérieure de Lyon) como cientista do projeto NIRSpec. O projeto NIRSpec fornece três modos de observação: um modo de baixa resolução usando um prisma, um R

Modo multi-objeto 1000 e um R

NIRCam e MIRI apresentam coronógrafos que bloqueiam a luz das estrelas para a observação de alvos fracos, como planetas extrasolares e discos circunstelares muito próximos de estrelas brilhantes. [47]

Os detectores infravermelhos para os módulos NIRCam, NIRSpec, FGS e NIRISS são fornecidos pela Teledyne Imaging Sensors (anteriormente Rockwell Scientific Company). A equipe de engenharia do Módulo de Instrumento Científico Integrado (ISIM) do Telescópio Espacial James Webb (JWST) e de Manuseio de Dados e Comando (ICDH) usa o SpaceWire para enviar dados entre os instrumentos científicos e o equipamento de tratamento de dados. [49]

Edição de ônibus espacial

O ônibus espacial é o principal componente de suporte do Telescópio Espacial James Webb, que hospeda uma infinidade de peças de computação, comunicação, propulsão e estruturais, reunindo as diferentes partes do telescópio. [50] Junto com o protetor solar, ele forma o elemento da nave espacial do telescópio espacial. [51] Os outros dois elementos principais do JWST são o Integrated Science Instrument Module (ISIM) e o Optical Telescope Element (OTE). [52] Região 3 do ISIM também está dentro do Ônibus espacial a região 3 inclui o subsistema de controle de dados e comando ISIM e o resfriador criogênico MIRI. [52]

O ônibus espacial é conectado ao elemento do telescópio óptico por meio do conjunto de torre implantável, que também se conecta à proteção solar. [50]

A estrutura do ônibus espacial pesa 350 kg (770 lb) e deve suportar o telescópio espacial de 6,5 toneladas. [53] É feito principalmente de material composto de grafite. [53] Ele foi montado na Califórnia, a montagem foi concluída em 2015 e, em seguida, teve que ser integrado com o resto do telescópio espacial antes de seu lançamento planejado para 2021. O barramento pode fornecer precisão de apontamento de um segundo de arco e isolar a vibração em até dois milissegundos. [54] [ esclarecimento necessário ]

O ônibus espacial está no lado "quente" voltado para o Sol e opera a uma temperatura de cerca de 300 K. [51] Tudo no lado voltado para o Sol deve ser capaz de lidar com as condições térmicas da órbita do halo de JWST, que tem um lado em luz solar contínua e outra à sombra do protetor solar da espaçonave. [51]

Outro aspecto importante do ônibus espacial é a computação central, armazenamento de memória e equipamento de comunicação. [50] O processador e o software direcionam os dados de e para os instrumentos, para o núcleo da memória de estado sólido e para o sistema de rádio, que pode enviar dados de volta à Terra e receber comandos.[50] O computador também controla o apontamento e o momento da espaçonave, obtendo dados do sensor dos giroscópios e rastreadores de estrelas, e enviando os comandos necessários para as rodas de reação ou propulsores. [50]

O desejo por um grande telescópio espacial infravermelho remonta a décadas. Nos Estados Unidos, o Shuttle Infrared Telescope Facility (SIRTF) foi planejado enquanto o Space Shuttle estava em desenvolvimento, e o potencial para astronomia infravermelha foi reconhecido naquela época. [56] Em comparação com os telescópios terrestres, os observatórios espaciais estavam livres da absorção atmosférica de luz infravermelha. Os observatórios espaciais abriram um "novo céu" para os astrônomos. [56]

A tênue atmosfera acima da altitude nominal de vôo de 400 km não tem absorção mensurável, de modo que os detectores operando em todos os comprimentos de onda de 5 μm a 1000 μm podem atingir alta sensibilidade radiométrica.

No entanto, os telescópios infravermelhos têm uma desvantagem: eles precisam permanecer extremamente frios e, quanto maior o comprimento de onda do infravermelho, mais frios precisam ser. [27] Caso contrário, o calor de fundo do próprio dispositivo sobrecarrega os detectores, tornando-o efetivamente cego. [27] Isso pode ser superado por um projeto cuidadoso da espaçonave, em particular colocando o telescópio em um dewar com uma substância extremamente fria, como o hélio líquido. [27] Isso significa que a maioria dos telescópios infravermelhos tem uma vida útil limitada por seu refrigerante, tão curta quanto alguns meses, talvez alguns anos no máximo. [27]

Em alguns casos, foi possível manter uma temperatura baixa o suficiente por meio do projeto da espaçonave para permitir observações no infravermelho próximo sem um suprimento de refrigerante, como as missões estendidas do Telescópio Espacial Spitzer e do Wide-field Infrared Survey Explorer. Outro exemplo é o instrumento Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) do Hubble, que começou usando um bloco de gelo de nitrogênio que se esgotou depois de alguns anos, mas foi então convertido em um resfriador criogênico que funcionava continuamente. O Telescópio Espacial James Webb foi projetado para se resfriar sem um dewar, usando uma combinação de protetores solares e radiadores, com o instrumento infravermelho médio usando um resfriador adicional. [57]

Telescópios e instrumentos espaciais selecionados [58]
Nome Ano Comprimento de onda
(μm)
Abertura
(m)
Resfriamento
IRT 1985 1.7–118 0.15 Hélio
Observatório Espacial Infravermelho (ISO) [59] 1995 2.5–240 0.60 Hélio
Espectrógrafo de imagem do telescópio espacial Hubble (STIS) 1997 0.115–1.03 2.4 Passiva
Hubble Near Infrared Camera e Multi-Object Spectrometer (NICMOS) 1997 0.8–2.4 2.4 Nitrogênio, depois criooler
Telescópio Espacial Spitzer 2003 3–180 0.85 Hélio
Hubble Wide Field Camera 3 (WFC3) 2009 0.2–1.7 2.4 Passivo e termoelétrico [60]
Observatório Espacial Herschel 2009 55–672 3.5 Hélio
JWST 2021 0.6–28.5 6.5 Passivo e criooler (MIRI)

Os atrasos e os aumentos de custo do telescópio James Webb podem ser comparados aos do Telescópio Espacial Hubble. [61] Quando o Hubble começou formalmente em 1972, tinha um custo de desenvolvimento estimado de US $ 300 milhões (ou cerca de US $ 1 bilhão em dólares constantes de 2006), [61] mas na época em que foi colocado em órbita em 1990, o custo era cerca de quatro vezes isso. [61] Além disso, novos instrumentos e missões de serviço aumentaram o custo para pelo menos US $ 9 bilhões em 2006. [61]

Em contraste com outros observatórios propostos, a maioria dos quais já foram cancelados ou colocados em espera, incluindo Terrestrial Planet Finder (2011), Space Interferometry Mission (2010), International X-ray Observatory (2011), MAXIM (Microarcsecond X-ray Imaging Mission), SAFIR (Single Aperture Far-Infrared Observatory), SUVO (Space Ultraviolet-Visible Observatory) e SPECS (Submillimeter Probe of the Evolution of Cosmic Structure), o JWST é a última grande missão astrofísica da NASA de sua geração. construído. [ citação necessária ]

Edição de fundo

Eventos selecionados
Ano Eventos
1996 NGST iniciado.
2002 denominado JWST, 8 a 6 m
2004 NEXUS cancelado [62]
2007 ESA / NASA MOU
2010 MCDR aprovado
2011 Cancelamento proposto
2021 Lançamento planejado

Os primeiros trabalhos de desenvolvimento para um sucessor do Hubble entre 1989 e 1994 levaram ao conceito de telescópio Hi-Z [63], um telescópio infravermelho com abertura de 4 metros totalmente confuso [Nota 1] que recuaria para uma órbita a 3 UA. [64] Esta órbita distante teria se beneficiado da redução do ruído de luz da poeira zodiacal. [64] Outros planos iniciais previam uma missão de telescópio precursor NEXUS. [65] [66]

O JWST se originou em 1996 como o Telescópio Espacial de Próxima Geração (NGST). Em 2002, foi renomeado em homenagem ao segundo administrador da NASA (1961–1968) James E. Webb (1906–1992), conhecido por desempenhar um papel fundamental no programa Apollo e estabelecer a pesquisa científica como uma atividade central da NASA. [67] O JWST é um projeto da NASA, com colaboração internacional da Agência Espacial Europeia (ESA) e da Agência Espacial Canadense (CSA).

Na era "mais rápido, melhor e mais barato" em meados da década de 1990, os líderes da NASA pressionaram por um telescópio espacial de baixo custo. [15] O resultado foi o conceito NGST, com uma abertura de 8 metros e localizado em L2, estimado em cerca de US $ 500 milhões. [15] Em 1997, a NASA trabalhou com o Goddard Space Flight Center, [68] Ball Aerospace & amp Technologies, [69] e TRW [70] para conduzir os requisitos técnicos e estudos de custo, e em 1999 selecionou Lockheed Martin [71] e TRW para estudos de conceito preliminares. [72] Na época, o lançamento estava planejado para 2007, mas a data de lançamento foi adiada várias vezes (veja a tabela abaixo).

Em 2003, a NASA concedeu o contrato principal de US $ 824,8 milhões para o NGST, agora renomeado Telescópio Espacial James Webb, para TRW. O projeto previa um espelho primário descendente de 6,1 m (20 pés) e uma data de lançamento de 2010. [73] Mais tarde naquele ano, a TRW foi adquirida pela Northrop Grumman em uma oferta hostil e se tornou a Northrop Grumman Space Technology. [72]

Edição de Desenvolvimento

O Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, está liderando o gerenciamento do projeto do observatório. O cientista do projeto para o Telescópio Espacial James Webb é John C. Mather. Northrop Grumman Aerospace Systems atua como o principal contratante para o desenvolvimento e integração do observatório. Eles são responsáveis ​​pelo desenvolvimento e construção do elemento da espaçonave, que inclui o ônibus da espaçonave e a proteção solar. A Ball Aerospace & amp Technologies foi subcontratada para desenvolver e construir o Optical Telescope Element (OTE). A unidade de negócios Astro Aerospace da Northrop Grumman foi contratada para construir o Deployable Tower Assembly (DTA) que conecta o OTE ao ônibus espacial e o Mid Boom Assembly (MBA) que ajuda a implantar os grandes protetores solares em órbita. [74] Goddard Space Flight Center também é responsável por fornecer o Integrated Science Instrument Module (ISIM). [41]

O crescimento dos custos revelado na primavera de 2005 levou a um replanejamento em agosto de 2005. [75] Os principais resultados técnicos do replanejamento foram mudanças significativas nos planos de integração e teste, um atraso de lançamento de 22 meses (de 2011 a 2013) e eliminação de testes em nível de sistema para modos de observatório em comprimento de onda menor que 1,7 micrômetros. Outras características principais do observatório permaneceram inalteradas. Após o replanejamento, o projeto foi revisado de forma independente em abril de 2006. A revisão concluiu que o projeto era tecnicamente sólido, mas a fase de financiamento da NASA precisava ser alterada. A NASA reformulou seus orçamentos JWST em conformidade. [ citação necessária ]

No re-planejamento de 2005, o custo do ciclo de vida do projeto foi estimado em cerca de US $ 4,5 bilhões. Isso compreendeu aproximadamente US $ 3,5 bilhões para design, desenvolvimento, lançamento e comissionamento, e aproximadamente US $ 1,0 bilhão para dez anos de operações. [75] A ESA está contribuindo com cerca de € 300 milhões, incluindo o lançamento, [76] e a Agência Espacial Canadense com cerca de $ 39 milhões canadenses. [77]

Edição de construção

Em janeiro de 2007, nove dos dez itens de desenvolvimento de tecnologia no projeto foram aprovados em uma revisão sem advogado. [78] Essas tecnologias foram consideradas suficientemente maduras para eliminar riscos significativos no projeto. O item de desenvolvimento de tecnologia restante (o resfriador criogênico MIRI) completou seu marco de maturação de tecnologia em abril de 2007. Essa revisão de tecnologia representou a etapa inicial do processo que acabou levando o projeto para a fase de design detalhado (Fase C). Em maio de 2007, os custos ainda estavam dentro da meta. [79] Em março de 2008, o projeto concluiu com sucesso sua Revisão de Design Preliminar (PDR). Em abril de 2008, o projeto foi aprovado na Revisão de Não Advocatários. Outras revisões aprovadas incluem a revisão do Integrated Science Instrument Module em março de 2009, a revisão do Elemento do telescópio óptico concluída em outubro de 2009 e a revisão do protetor solar concluída em janeiro de 2010. [ citação necessária ]

Em abril de 2010, o telescópio foi aprovado na parte técnica de sua Revisão de Projeto de Missão Crítica (MCDR). A aprovação no MCDR significa que o observatório integrado pode atender a todos os requisitos de ciência e engenharia para sua missão. [80] O MCDR englobou todas as revisões de design anteriores. O cronograma do projeto foi revisado durante os meses seguintes ao MCDR, em um processo denominado Painel de Revisão Abrangente Independente, que levou a um replanejamento da missão com o objetivo de um lançamento em 2015, mas apenas em 2018. Em 2010, o custo ultrapassou execuções estavam impactando outros projetos, embora o próprio JWST permanecesse dentro do cronograma. [81]

Em 2011, o projeto JWST estava na fase final de design e fabricação (Fase C). Como é típico de um projeto complexo que não pode ser alterado depois de lançado, há análises detalhadas de cada parte do projeto, construção e operação proposta. Novas fronteiras tecnológicas foram pioneiras no projeto, e ele passou nas revisões de design. Na década de 1990, não se sabia se um telescópio tão grande e de baixa massa era possível. [82]

A montagem dos segmentos hexagonais do espelho primário, que foi feita por meio de braço robótico, começou em novembro de 2015 e foi concluída em fevereiro de 2016. [83] A construção final do telescópio Webb foi concluída em novembro de 2016, após o qual extensos procedimentos de teste começaram. [84] Em março de 2018, a NASA atrasou o lançamento do JWST em um ano adicional, até maio de 2020, depois que a proteção solar do telescópio rasgou durante uma implantação prática e os cabos da proteção solar não foram suficientemente apertados. Em junho de 2018, a NASA atrasou o lançamento do JWST por mais 10 meses até março de 2021, com base na avaliação do conselho de revisão independente convocado após a falha na implantação do teste em março de 2018. [20] A revisão também concluiu que o JWST tinha 344 falhas de ponto único em potencial, qualquer uma das quais poderia condenar o projeto. [85] Em agosto de 2019, a integração mecânica do telescópio foi concluída, algo que estava programado para ser feito 12 anos antes em 2007. Depois disso, os engenheiros agora estão trabalhando para adicionar uma proteção solar de cinco camadas no local para evitar danos às peças do telescópio dos raios infravermelhos do sol. [86]

Problemas de custo e cronograma Editar

Lançamento planejado e orçamento total
Ano Planejado
lançar
Plano de orçamento
(bilhões de dólares)
1997 2007 [82] 0.5 [82]
1998 2007 [87] 1 [61]
1999 2007 a 2008 [88] 1 [61]
2000 2009 [46] 1.8 [61]
2002 2010 [89] 2.5 [61]
2003 2011 [90] 2.5 [61]
2005 2013 3 [91]
2006 2014 4.5 [92]
2008, Revisão Preliminar de Design
2008 2014 5.1 [93]
2010, Revisão Crítica de Design
2010 2015 a 2016 6.5 [94]
2011 2018 8.7 [95]
2013 2018 8.8 [96]
2017 2019 [97] 8.8
2018 2020 [98] ≥8.8
2019 Março de 2021 [99] 9.66
2020 Outubro de 2021 [23] ≥10 [36]
2021 Novembro de 2021 [3] 9.7 [100]

O JWST tem um histórico de grandes estouros de custos e atrasos que resultaram em parte de fatores externos, como atrasos na decisão sobre um veículo de lançamento e adição de financiamento extra para contingências. Em 2006, US $ 1 bilhão foi gasto no desenvolvimento do JWST, com o orçamento de cerca de US $ 4,5 bilhões na época. Um artigo de 2006 na revista Natureza observou um estudo feito em 1984 pelo Conselho de Ciência Espacial, que estimou que um observatório infravermelho de próxima geração custaria US $ 4 bilhões (cerca de US $ 7 bilhões em dólares de 2006). [61] Em outubro de 2019, o custo estimado do projeto atingiu US $ 10 bilhões para lançamento em 2021. [36]

O telescópio foi originalmente estimado em US $ 1,6 bilhão, [101] mas a estimativa de custo cresceu durante o desenvolvimento inicial e atingiu cerca de US $ 5 bilhões no momento em que a missão foi formalmente confirmada para o início da construção em 2008. No verão de 2010, a missão foi aprovado na Revisão Crítica do Projeto (CDR) com notas excelentes em todos os assuntos técnicos, mas os deslizamentos de cronograma e custos na época levaram a senadora Barbara Mikulski de Maryland a solicitar uma revisão independente do projeto. O Independent Comprehensive Review Panel (ICRP), presidido por J. Casani (JPL), concluiu que a data de lançamento mais próxima possível foi no final de 2015 a um custo extra de US $ 1,5 bilhão (para um total de US $ 6,5 bilhões). Eles também apontaram que isso teria exigido um financiamento extra no EF2011 e no EF2012 e que qualquer data de lançamento posterior levaria a um custo total mais alto. [94]

Em 6 de julho de 2011, o comitê de apropriações da Câmara dos Representantes dos Estados Unidos sobre Comércio, Justiça e Ciência decidiu cancelar o projeto James Webb, propondo um orçamento para o exercício de 2012 que removeu US $ 1,9 bilhão do orçamento geral da NASA, dos quais cerca de um quarto foi para JWST. [102] [103] [104] [105] US $ 3 bilhões foram gastos e 75% de seu hardware estava em produção. [106] Esta proposta de orçamento foi aprovada por votação da subcomissão no dia seguinte. O comitê acusou o projeto de "bilhões de dólares acima do orçamento e prejudicado por uma gestão deficiente". [102] Em resposta, a American Astronomical Society emitiu uma declaração em apoio ao JWST, [107] assim como a senadora de Maryland, Barbara Mikulski. [108] Vários editoriais de apoio ao JWST apareceram na imprensa internacional durante 2011 também. [102] [109] [110] Em novembro de 2011, o Congresso reverteu os planos de cancelar o JWST e, em vez disso, limitou o financiamento adicional para concluir o projeto em US $ 8 bilhões. [111]

Alguns cientistas expressaram preocupação com o aumento dos custos e atrasos no cronograma do telescópio Webb, que compete por orçamentos escassos para astronomia e, portanto, ameaça financiar outros programas de ciências espaciais. [112] [96] Porque o orçamento excessivo desviou fundos de outras pesquisas, Natureza O artigo descreveu o JWST como "o telescópio que comia a astronomia". [113]

Uma revisão dos registros de orçamento e relatórios de status da NASA observou que o JWST é atormentado por muitos dos mesmos problemas que afetaram outros grandes projetos da NASA. Reparos e testes adicionais incluíram subestimações do custo do telescópio que falhou no orçamento para falhas técnicas esperadas e projeções de orçamento perdidas, estendendo assim o cronograma e aumentando ainda mais os custos. [96] [101] [114]

Uma razão para o crescimento inicial dos custos é que é difícil prever o custo de desenvolvimento e, em geral, a previsibilidade do orçamento melhorou quando os marcos iniciais de desenvolvimento foram alcançados. [96] Em meados da década de 2010, a contribuição dos EUA ainda era esperada em US $ 8,8 bilhões. [96] Em 2007, a contribuição prevista da ESA era de cerca de 350 milhões de euros. [115] Com o financiamento dos EUA e internacional combinados, o custo geral não incluindo as operações estendidas é projetado em mais de US $ 10 bilhões quando concluído. [116] Em 27 de março de 2018, oficiais da NASA anunciaram que o lançamento do JWST seria adiado para maio de 2020 ou mais tarde, e admitiram que os custos do projeto podem exceder o preço de US $ 8,8 bilhões. [98] No comunicado de imprensa de 27 de março de 2018, anunciando o último atraso, a NASA disse que divulgará uma estimativa de custo revisada após uma nova janela de lançamento ser determinada em cooperação com a Agência Espacial Europeia (ESA). [117] Se esta estimativa de custo exceder o limite de US $ 8 bilhões que o Congresso estabeleceu em 2011, como é considerado inevitável, a NASA terá que ter a missão reautorizada pelo legislativo. [118] [119]

Em fevereiro de 2019, apesar de expressar críticas sobre o crescimento dos custos, o Congresso aumentou o limite de custos da missão em US $ 800 milhões. [120] Em outubro de 2019, a estimativa de custo total para o projeto atingiu US $ 10 bilhões. [36]

Edição de parceria

NASA, ESA e CSA têm colaborado no telescópio desde 1996. A participação da ESA na construção e no lançamento foi aprovada pelos seus membros em 2003 e um acordo foi assinado entre a ESA e a NASA em 2007. Em troca de parceria total, representação e acesso ao observatório para seus astrônomos, a ESA está fornecendo o instrumento NIRSpec, o conjunto de bancada óptica do instrumento MIRI, um lançador Ariane 5 ECA e mão de obra para apoiar as operações. [76] [121] O CSA fornecerá o sensor de orientação fina e o espectrógrafo sem fenda do gerador de imagens infravermelho próximo, além de mão de obra para apoiar as operações. [122]

  • Áustria
  • Bélgica
  • Canadá
  • República Checa
  • Dinamarca
  • Finlândia
  • França
  • Alemanha
  • Grécia
  • Irlanda
  • Itália
  • Luxemburgo
  • Países Baixos
  • Noruega
  • Portugal
  • Espanha
  • Suécia
  • Suíça
  • Reino Unido
  • Estados Unidos

Exibições públicas e edição de divulgação

Um grande modelo de telescópio está em exibição em vários lugares desde 2005: nos Estados Unidos em Seattle, Washington, Colorado Springs, Colorado Greenbelt, Maryland Rochester, Nova York New York City e Orlando, Flórida e em outros lugares em Paris, França Dublin, Irlanda Montreal , Canadá Hatfield, Reino Unido e Munique, Alemanha. O modelo foi construído pelo contratante principal, Northrop Grumman Aerospace Systems. [123]

Em maio de 2007, um modelo em escala real do telescópio foi montado para exibição no National Air and Space Museum do Smithsonian Institution no National Mall, Washington, DC. O modelo tinha o objetivo de dar ao público uma melhor compreensão do tamanho e da escala e a complexidade do satélite, além de despertar o interesse dos telespectadores pela ciência e astronomia em geral. O modelo é significativamente diferente do telescópio, pois o modelo deve resistir à gravidade e às intempéries, então é construído principalmente de alumínio e aço medindo aproximadamente 24 m × 12 m × 12 m (79 pés × 39 pés × 39 pés) e pesa 5.500 kg (12.100 lb). [ citação necessária ]

O modelo esteve em exibição no Battery Park da cidade de Nova York durante o Festival de Ciência Mundial de 2010, onde serviu de pano de fundo para um painel de discussão com o ganhador do Prêmio Nobel John C. Mather, o astronauta John M. Grunsfeld e a astrônoma Heidi Hammel. Em março de 2013, o modelo estava em exibição em Austin para o SXSW 2013. [124] [125] Amber Straughn, cientista do projeto substituto para comunicações científicas, foi porta-voz do projeto em muitos eventos do SXSW de 2013, além da Comic Con, TEDx e outros locais públicos. [126]

O JWST tem quatro objetivos principais:

  • para procurar luz das primeiras estrelas e galáxias que se formaram no Universo após o Big Bang
  • para estudar a formação e evolução das galáxias
  • entender a formação de estrelas e sistemas planetários
  • estudar os sistemas planetários e as origens da vida [127]

Esses objetivos podem ser alcançados de forma mais eficaz pela observação em luz infravermelha próxima, em vez de luz na parte visível do espectro. Por este motivo, os instrumentos do JWST não medirão luz visível ou ultravioleta como o telescópio Hubble, mas terão uma capacidade muito maior para realizar astronomia infravermelha.O JWST será sensível a uma faixa de comprimentos de onda de 0,6 (luz laranja) a 28 micrômetros (radiação infravermelha profunda em cerca de 100 K (−173 ° C −280 ° F)).

O JWST pode ser usado para coletar informações sobre o escurecimento da luz da estrela KIC 8462852, que foi descoberta em 2015 e tem algumas propriedades de curva de luz anormais. [128]

Edição de lançamento e duração da missão

Em junho de 2021 [atualização], o lançamento está planejado para novembro de 2021, em um veículo lançador Ariane 5 da Guiana Francesa. [3] O observatório se conecta ao veículo de lançamento Ariane 5 por meio de um anel adaptador de veículo de lançamento que poderia ser usado por uma futura espaçonave para agarrar o observatório para tentar consertar problemas de implantação grosseiros. No entanto, o telescópio em si não pode ser reparado e os astronautas não seriam capazes de realizar tarefas como trocar instrumentos, como no telescópio Hubble. [2] Seu tempo nominal de missão é de cinco anos, com uma meta de dez anos. [129] O JWST precisa usar propelente para manter sua órbita de halo em torno de L2, o que fornece um limite superior para sua vida útil projetada, e está sendo projetado para carregar o suficiente para dez anos. [130] A missão científica planejada de cinco anos começa após uma fase de comissionamento de 6 meses. [130] Uma órbita L2 é apenas metaestável, então requer manutenção da estação orbital, ou o telescópio se afastará desta configuração orbital. [131]

Orbit Edit

O JWST ficará localizado próximo ao segundo ponto de Lagrange (L2) do sistema Terra-Sol, que está a 1.500.000 km (930.000 milhas) da Terra, diretamente oposto ao sol. Normalmente, um objeto circulando o Sol mais longe do que a Terra levaria mais de um ano para completar sua órbita, mas perto do ponto L2 a atração gravitacional combinada da Terra e do Sol permite que uma espaçonave orbite o Sol no mesmo tempo que leva o Terra. O telescópio circulará em torno do ponto L2 em uma órbita de halo, que será inclinado em relação à eclíptica, terá um raio de aproximadamente 800.000 km (500.000 mi) e levará cerca de meio ano para ser concluído. [28] Uma vez que L2 é apenas um ponto de equilíbrio sem atração gravitacional, uma órbita de halo não é uma órbita no sentido usual: a espaçonave está realmente em órbita ao redor do Sol, e a órbita de halo pode ser considerada como uma deriva controlada para permanecer nas proximidades do ponto L2. [132] Isso requer alguma manutenção da estação: cerca de 2–4 m / s por ano [133] do orçamento total de 150 m / s. [134] Dois conjuntos de propulsores constituem o sistema de propulsão do observatório. [135]

Astronomia infravermelha Editar

O JWST é o sucessor formal do Telescópio Espacial Hubble (HST) e, como sua ênfase principal é na astronomia infravermelha, também é um sucessor do Telescópio Espacial Spitzer. O JWST ultrapassará em muito esses dois telescópios, sendo capaz de ver muito mais estrelas e galáxias muito mais antigas. [136] A observação no espectro infravermelho é uma técnica chave para conseguir isso, por causa do redshift cosmológico, e porque penetra melhor obscurecendo poeira e gás. Isso permite a observação de objetos mais frios e escuros. Como o vapor de água e o dióxido de carbono na atmosfera terrestre absorvem fortemente a maior parte do infravermelho, a astronomia infravermelha terrestre é limitada a faixas estreitas de comprimento de onda, onde a atmosfera absorve com menos intensidade. Além disso, a própria atmosfera irradia no espectro infravermelho, muitas vezes superando a luz do objeto que está sendo observado. Isso torna um telescópio espacial preferível para observação infravermelha. [137]

Quanto mais distante um objeto está, mais jovem ele parece: sua luz demorou mais para chegar aos observadores humanos. Como o universo está se expandindo, conforme a luz viaja, ela se torna vermelha, e objetos em distâncias extremas são, portanto, mais fáceis de ver se vistos no infravermelho. [138] Espera-se que as capacidades infravermelhas do JWST o permitam ver no tempo as primeiras galáxias que se formaram apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang. [139]

A radiação infravermelha pode passar mais livremente por regiões de poeira cósmica que espalham a luz visível. As observações em infravermelho permitem o estudo de objetos e regiões do espaço que seriam obscurecidos por gás e poeira no espectro visível, [138] como as nuvens moleculares onde as estrelas nascem, os discos circunstelares que dão origem aos planetas e os núcleos de galáxias ativas. [138]

Objetos relativamente frios (temperaturas inferiores a vários milhares de graus) emitem sua radiação principalmente no infravermelho, conforme descrito pela lei de Planck. Como resultado, a maioria dos objetos mais frios do que estrelas são melhor estudados no infravermelho. [138] Isso inclui as nuvens do meio interestelar, anãs marrons, planetas em nosso próprio sistema e em outros sistemas solares, cometas e objetos do cinturão de Kuiper que serão observados com o instrumento infravermelho médio (MIRI). [46] [139]

Algumas das missões na astronomia infravermelha que impactaram o desenvolvimento do JWST foram o Spitzer e a sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). [140] O Spitzer mostrou a importância do infravermelho médio, que é útil para tarefas como observar discos de poeira ao redor das estrelas. [140] Além disso, a sonda WMAP mostrou que o universo estava "iluminado" no redshift 17, destacando ainda mais a importância do infravermelho médio. [140] Ambas as missões foram lançadas no início de 2000, a tempo de influenciar o desenvolvimento do JWST. [140]

Suporte de solo e operações Editar

O Space Telescope Science Institute (STScI), localizado em Baltimore, Maryland, no campus Homewood da Universidade Johns Hopkins, foi selecionado como Centro de Ciência e Operações (S & ampOC) para a JWST com um orçamento inicial de US $ 162,2 milhões destinados a apoiar as operações por meio no primeiro ano após o lançamento. [141] Nesta capacidade, o STScI será responsável pela operação científica do telescópio e entrega de produtos de dados para a comunidade astronômica. Os dados serão transmitidos do JWST para o solo por meio da NASA Deep Space Network, processados ​​e calibrados no STScI e, em seguida, distribuídos online para astrônomos em todo o mundo. Semelhante à forma como o Hubble é operado, qualquer pessoa, em qualquer lugar do mundo, terá permissão para enviar propostas para observações. A cada ano, vários comitês de astrônomos farão uma revisão por pares das propostas apresentadas para selecionar os projetos a serem observados no próximo ano. Os autores das propostas escolhidas terão normalmente um ano de acesso privado às novas observações, após o qual os dados serão disponibilizados publicamente para download por qualquer pessoa do arquivo online do STScI.

A largura de banda e a taxa de transferência digital do satélite são projetadas para operar a 458 gigabits de dados por dia durante a missão. [36] A maior parte do processamento de dados no telescópio é feito por computadores convencionais de placa única. [142] A conversão dos dados da ciência analógica para a forma digital é realizada pelo SIDECAR ASIC (Sistema para Digitalização de Imagens, Aprimoramento, Controle e Recuperação de Circuito Integrado Específico de Aplicativo). A NASA afirmou que o SIDECAR ASIC incluirá todas as funções de uma caixa de instrumentos de 9,1 kg (20 lb) em um pacote de 3 cm (1,2 pol.) E consumirá apenas 11 miliwatts de energia. [143] Uma vez que esta conversão deve ser feita perto dos detectores, no lado frio do telescópio, o uso de baixa potência deste IC será crucial para manter a baixa temperatura necessária para a operação ideal do JWST. [143]

Edição de implantação pós-lançamento

Quase um mês após o lançamento, uma correção de trajetória será iniciada para colocar o JWST em uma órbita Halo no ponto L2 Lagrange. [144] [ esclarecimento necessário ]

Uma vez posicionado, o JWST passará pelo processo de implantação de seu guarda-sol, espelho e braço, o que levará cerca de três semanas. [145] O espelho tem três peças que se encaixam com motores. [145]


Assista o vídeo: 10 Perguntas sobre Terra Plana com Prof. Fernando Lang. Balaio de Ideias. T03E21. (Outubro 2021).