Imprimir PDF

Instrumentação Astronômica

Visão do espaço

Pesquisadores do Inpe constroem telescópio para captar raios X e gama do cosmo

MIGUEL BOYAYANSerá que vai dar tudo certo? Essa pergunta atormenta o pesquisador Thyrso Villela Neto há pelo menos dois anos, quando a equipe coordenada por ele terminou de construir o telescópio Masco. O nome é uma referência à técnica de máscara codificada, utilizada para obter imagens em raios X e gama. Depois de oito anos de intenso trabalho, que envolveu uma série de percalços e aprendizados, o Masco está guardado no Laboratório de Integração e Testes (LIT) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), em São José dos Campos, esperando as condições climáticas ideais e fazendo os últimos testes para ser enviado à estratosfera, numa altitude de 40 quilômetros.

Para chegar até lá e cumprir sua missão – observar o centro da galáxia -, ele viajará sempre preso a um balão que tem 150 metros de diâmetro, 20 metros a mais que o comprimento máximo de um campo de futebol oficial. A satisfação do grupo do Inpe ao olhar para o instrumento pronto é enorme. Mas talvez sejam maiores ainda a apreensão e as dúvidas sobre o que poderá acontecer com o telescópio na próxima etapa do projeto. Há dois momentos cruciais: o lançamento e a volta. Os riscos envolvidos em cada um deles não são nada desprezíveis. E as incertezas se transformam em agonia. Será que ele vai subir? Os testes de temperatura e pressão foram suficientes? O telescópio vai conseguir apontar para os objetos celestes e registrar suas imagens com precisão? E o retorno, como será?

Se tudo der certo no lançamento, o telescópio brasileiro, com 7 metros de altura e pesando 2 toneladas, levará duas horas até chegar à estratosfera terrestre. Depois disso, voará durante cerca de 15 horas preso ao enorme balão, comprado nos Estados Unidos, que será inflado com hidrogênio. Lá em cima, a velocidade poderá atingir 100 km/h. Na volta à Terra, serão usados pára-quedas. Para determinar um local seguro de aterrissagem, a equipe vai acompanhar, de avião, o balão – a baixa altitude.

Conhecer o universo
Quando atingir a altitude desejada, o Masco estará programado para apontar sua câmera para o centro da nossa galáxia, a Via Láctea, captando os raios X e gama – radiações eletromagnéticas de menor comprimentode onda se comparados à radiação visível, emitidas pelos diversos objetos celestes. “Nós queremos contribuir para um melhor entendimento do universo, porque esse é o objetivo geral da astrofísica”, diz Villela. A obtenção de imagens do cosmo em raios X e gama está centrada na máscara codificada, uma grande roda com células abertas e fechadas, colocada na extremidade do telescópio.

Feita de chumbo, ela pesa 100 quilos e é sustentada por uma estrutura de isopor e fibra de carbono. Os orifícios nela existentes são feitos com base em cálculos matemáticos para evitar a formação de imagens nebulosas. Os raios X e gama incidem na máscara para depois serem transformados em imagens no detector de iodeto de sódio dopado (enriquecido) com tálio NaI(TI). Aí será possível descobrir de onde veio a informação e qual o objeto que a emitiu.

Emissão de energia
O pesquisador lembra que a tecnologia do Masco se parece com instrumentos mais antigos, como o norte-americano GRIP (Gamma Ray Imaging Payload ou Experimento Imageador de Raios Gama) que, no início da década de 90, fez várias imagens do centro galáctico e da supernova (possível estágio final de uma estrela) SN1987A. É por isso que, garante ele, o potencial científico do instrumento brasileiro é bastante bom. As imagens produzidas ajudarão a compreender melhor como se dá a emissão de energia no universo e a maneira como funcionam estrelas, quasares, pulsares, núcleos ativos de galáxias, restos de supernovas e até mesmo os possíveis buracos negros.

A necessidade de enviar um telescópio em um balão é porque a observação de raios X e gama provenientes de fontes astrofísicas não pode ser feita do solo. A atmosfera absorve praticamente toda a radiação vinda do espaço nessas formas de energia. Daí o desafio de idealizar um instrumento que pudesse, preso a um balão e apontando automaticamente para um determinado ponto no espaço, ir a grandes altitudes para captar, de maneira mais precisa, as informações sobre as fontes cósmicas.

O lançamento do Masco, que deveria acontecer em outubro, ainda não tem nova data definida. Provavelmente, deverá acontecer em fevereiro. O problema são as mudanças climáticas provocadas pelo fenômeno El Niño, com suas reviravoltas no tempo, que traz incertezas ao grupo. O certo é que a operação utilizará como base o campo de pouso de Nova Ponte, cidade localizada na região do Triângulo Mineiro, a 186 quilômetros de Belo Horizonte, onde o tráfego aéreo é de baixa intensidade.

Para garantir a precisão das imagens captadas pelo telescópio, que estará preso a um balão em constante movimento, foi preciso desenvolver um sistema para o Masco estar sempre olhando para os objetos celestes e os registrando com absoluta fidelidade, apesar dos balanços provocados pelo vento. Para enfrentar esse desafio, os pesquisadores desenvolveram o Sistema de Apontamento e Referência de Atitude (SARA) com tecnologia totalmente brasileira.

Esse sistema envolve diversos recursos, dentre eles dois sensores solares. O primeiro, analógico e também conhecido como rastreador, é formado por uma cabeça óptica móvel que age como uma espécie de girassol, procurando sempre o Sol e indicando sua posição. O outro, digital, recebe os raios solares e consegue informar aos computadores de bordo onde exatamente está o astro. Uma bússola digital mede o deslocamento do telescópio em relação ao campo magnético terrestre.

O Masco possui ainda um sensor estelar que, a partir de uma imagem contendo pelo menos três estrelas, é capaz de comparar essa informação com as coordenadas de referência que carrega em seus computadores, determinando o apontamento do telescópio. Três outros sensores importantes são o acelerômetro, o giroscópio e o Global Positioning System (GPS), sistema de posicionamento global por satélites. O primeiro registra as acelerações do equipamento. O giroscópio detecta as mudanças de posição do telescópio sem precisar de referências externas e o GPS informa a posição geográfica.

“Os sensores percebem as mudanças de posição e repassam essa informação para o software de controle – também desenvolvido por nós -, que calcula o que deve ser corrigido”, explica Villela. Em seguida, a ordem de correção no apontamento é enviada para a roda de reação – dispositivo mecânico que auxilia o equipamento a ficar estabilizado – e para os motores elétricos que possuem a missão de corrigir a elevação em relação ao horizonte e o azimute (o ângulo de direção dos astros em relação ao solo terrestre) do telescópio.

Lado do Sol
Para que surpresas desagradáveis não aconteçam, a equipe do Inpe cumpre uma rotina rigorosa e desgastante. Villela tem arquivado em seu computador uma espécie de check-list, que relaciona tanto os possíveis problemas que o telescópio irá enfrentar quanto os cuidados adotados para evitá-los. Na altitude de vôo do telescópio, a pressão atmosférica é de, aproximadamente, 3 milibares, número muito inferior aos 1.013 milibares registrados ao nível do mar, portanto, o Masco estará numa posição extremamente rarefeita. Durante o período diurno do vôo, haverá um lado do telescópio virado para o Sol, enquanto o outro estará muito mais frio.

Essa diferença de temperatura poderá chegar a 20° Celsius. O ar quase inexistente faz com que os ventiladores dos computadores não funcionem. Se o equipamento esquentar demais, pode entrar em pane. Os motores que fazem parte do telescópio não podem ter graxa. Sem oxigênio, ela endurece e o instrumento deixa de funcionar. O shard disks dos computadores precisam ser protegidos e blindados, para que funcionem em baixa pressão atmosférica e para que consigam resistir ao impacto da queda, no retorno do Masco à Terra. E esses são apenas alguns dos itens que fazem parte da lista de Villela.

“Depois do lançamento, se algum sistema falhar, não tem volta. É como uma sentença de morte”, compara. “E o mais cruel é que você tem de se antecipar aos possíveis erros para corrigi-los.” O problema, insiste, é perder quase que por completo o controle da situação, pois o telescópio é idealizado para ter vida própria. É uma dinâmica bem diferente de um experimento de bancada em laboratório. Se algo não vai bem, é possível interferir e corrigir rumos.

Até agora, o roteiro caminha como previsto. Nos últimos três anos, todos os sistemas do Masco, dos sensores solares ao giroscópio, foram testados, tanto individual quanto em conjunto. Mas nem tudo foi calmo. Durante todo esse período aconteceram momentos de desespero. Em 1997, logo depois de desenhado o projeto, a equipe descobriu que a empresa brasileira que fornecia o tipo de alumínio especificado, havia parado de fabricá-lo. Aí, decidiram importá-lo dos Estados Unidos. Enquanto esperavam um caminhão que trouxesse as barras de alumínio, com 6 metros cada, foram surpreendidos com a chegada de um Fiat Uno. As peças cabiam em uma caixa de sapatos. A empresa responsável por enviar o pedido de importação errou feio ao anotar as medidas. A solução foi mesmo usar alumínio caseiro, de outro tipo e de menor resistência, aplicando reforços à estrutura.

Detector maior
Na construção do Masco também aconteceram fatos importantes. Uma parceria com o Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen) permitiu aproveitar e melhorar a tecnologia de detectores plásticos cintiladores (eles emitem luz quando recebem radiação) capazes de localizar e quantificar a radioatividade no corpo humano. Eles foram usados para a construção da blindagem do telescópio. Com 1 metro de altura, essa capa de proteção faz com que a câmera do instrumento leia apenas os raios X e gama emitidos pelo objeto que ela analisa, evitando a interferência de fótons (a luz proveniente das estrelas, por exemplo) originados em outras regiões do espaço.

Retornando à aplicação inicial, agora é possível construir detectores maiores que os anteriores, capazes de cobrir todo o corpo humano. Atualmente, o grupo torce pelo sucesso do lançamento e pela volta, quando serão analisados os dados e as imagens produzidas, tarefa que pode demorar até seis meses. Contando os dias e as horas, Villela imagina como será a véspera do lançamento. Semblante sério, ele fala: “Dediquei parcela considerável da minha vida ao projeto. Se não der certo… Mas a ciência envolve riscos. Se não for assim… Eu fiz essa opção. Tenho de saber lidar com isso”, diz, tentando se convencer da idéia, para logo emendar: “Mas se eu pudesse subir junto e controlar o telescópio…”

O Projeto
Construção de um Telescópio Imageador de Raios X e Gama / Término da Construção do Telescópio Masco
Modalidade
Linha regular de auxílio a projeto de pesquisa
Coordenador
Thyrso Villela Neto – Inpe
Investimento
R$ 141.264,41 e US$ 21.667,00

Republicar