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Um exoplaneta prestes a cruzar na frente de - ou transitar - sua estrela. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA
Na busca por planetas habitáveis além do nosso, a NASA está estudando um conceito de missão chamado Pandora, que pode eventualmente ajudar a decodificar os mistérios atmosféricos de mundos distantes em nossa galáxia. Uma das quatro missões astrofísicas de baixo custo selecionadas para desenvolvimento de conceito adicional no novo programa Pioneers da NASA, Pandora estudaria aproximadamente 20 estrelas e exoplanetas - planetas fora de nosso sistema solar - para fornecer medições precisas de atmosferas exoplanetárias.
Esta missão buscaria determinar as composições atmosféricas observando planetas e suas estrelas hospedeiras simultaneamente em luz visível e infravermelha por longos períodos. Mais notavelmente, Pandora examinaria como as variações na luz de uma estrela hospedeira impactam as medições dos exoplanetas . Este continua sendo um problema substancial na identificação da composição atmosférica dos planetas orbitando estrelas cobertas por manchas estelares, o que pode causar variações de brilho quando uma estrela gira.
Pandora é uma pequena missão de satélite conhecida como SmallSat, uma das três missões orbitais que recebem luz verde da NASA para avançar para a próxima fase de desenvolvimento do programa Pioneers. SmallSats são missões de voos espaciais de baixo custo que permitem à agência avançar na exploração científica e aumentar o acesso ao espaço. Pandora operaria na órbita baixa da Terra sincronizada com o Sol, que sempre mantém o Sol diretamente atrás do satélite. Esta órbita minimiza as mudanças de luz no satélite e permite ao Pandora obter dados por longos períodos. Dos conceitos SmallSat selecionados para estudo posterior, Pandora é o único voltado para exoplanetas.
"A ciência exoplanetária está passando de uma era de descoberta de planetas para uma era de caracterização atmosférica", disse Elisa Quintana, astrofísica do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, e principal investigadora de Pandora. "Pandora está focado em tentar entender como a atividade estelar afeta nossas medições de atmosferas de exoplanetas, o que estabelecerá as bases para futuras missões de exoplanetas com o objetivo de encontrar planetas com atmosferas semelhantes às da Terra".
Maximizando o potencial científico
Pandora concentra-se no estudo de atmosferas exoplanetárias e estelares, pesquisando planetas à medida que eles cruzam na frente - ou transitam - de suas estrelas hospedeiras. Para conseguir isso, Pandora tiraria vantagem de uma técnica comprovada chamada espectroscopia de trânsito, que envolve medir a quantidade de luz estelar filtrada pela atmosfera de um planeta e dividi-la em bandas de cores conhecidas como espectro. Essas cores codificam informações que ajudam os cientistas a identificar os gases presentes na atmosfera do planeta e podem ajudar a determinar se um planeta é rochoso com uma atmosfera fina como a da Terra ou se tem um envelope de gás espesso como Netuno.
Esta ilustração (fora da escala) mostra o padrão orbital de Pandora na órbita baixa da Terra sincronizada com o Sol, localizada a aproximadamente 435 a 497 milhas (700 a 800 quilômetros) acima da superfície da Terra, enquanto observa seus exoplanetas e estrelas visados. Esta órbita permite que Pandora obtenha múltiplas observações de exoplanetas por longos períodos e a zona de exclusão do brilho da Terra ajuda a evitar o reflexo da luz da Terra. Crédito: Lawrence Livermore National Laboratory e Goddard Space Flight Center da NASA
Essa missão, no entanto, levaria a espectroscopia de trânsito um passo adiante. Pandora foi projetado para mitigar um dos contratempos mais cruciais da técnica: a contaminação estelar. "As estrelas têm atmosferas e características de superfície mutáveis, como pontos que afetam nossas medições", disse Jessie Christiansen, vice-chefe de ciência do Arquivo de Exoplanetas da NASA no Caltech em Pasadena, Califórnia, e co-investigador de Pandora. "Para ter certeza de que estamos realmente observando a atmosfera de um exoplaneta , precisamos desvendar as variações do planeta daquelas da estrela".
Pandora separaria os sinais estelares dos exoplanetários observando-os simultaneamente na luz infravermelha e visível. A contaminação estelar é mais fácil de detectar nos comprimentos de onda mais curtos da luz visível e, portanto, obter dados atmosféricos através da luz infravermelha e visível permitiria aos cientistas diferenciar melhor as observações provenientes de atmosferas e estrelas de exoplanetas. "A contaminação estelar é um obstáculo que complica as observações precisas de exoplanetas", disse Benjamin Rackham, um 51 Pegasi b Postdoctoral Fellow no Massachusetts Institute of Technology em Cambridge e um co-investigador do Pandora. "Pandora ajudaria a construir as ferramentas necessárias para desemaranhar os sinais estelares e planetários, permitindo-nos estudar melhor as propriedades das manchas estelares e das atmosferas exoplanetárias".
Sinergia no espaço
Unindo forças com as missões maiores da NASA, o Pandora operaria simultaneamente com o Telescópio Espacial James Webb, com lançamento previsto para este ano. Webb fornecerá a capacidade de estudar a atmosfera de exoplanetas tão pequenos quanto a Terra com precisão sem precedentes, e Pandora buscará expandir as pesquisas e descobertas do telescópio observando as estrelas hospedeiras de planetas previamente identificados por períodos mais longos.
Missões como o Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA, o Hubble Space Telescope e as espaçonaves Kepler e Spitzer aposentadas proporcionaram aos cientistas vislumbres surpreendentes desses mundos distantes e estabeleceram uma base sólida no conhecimento exoplanetário. Essas missões, no entanto, ainda precisam resolver completamente o problema da contaminação estelar, cuja magnitude é incerta em estudos anteriores de atmosferas exoplanetárias. Pandora busca preencher essas lacunas críticas na compreensão da NASA sobre as atmosferas planetárias e aumentar as capacidades de pesquisa de exoplanetas.
"Pandora é a missão certa na hora certa porque milhares de exoplanetas já foram descobertos, e estamos cientes de muitos que são passíveis de caracterização atmosférica que orbitam pequenas estrelas ativas", disse Jessie Dotson, astrofísica do Centro de Pesquisa Ames da NASA em Vale do Silício da Califórnia e o investigador principal adjunto de Pandora. "A próxima fronteira é entender as atmosferas desses planetas, e Pandora teria um papel fundamental em descobrir como a atividade estelar afeta nossa capacidade de caracterizar as atmosferas. Seria um ótimo complemento para a missão de Webb".
Esta ilustração mostra o uso de espectroscopia de trânsito de Pandora para identificar com segurança a composição atmosférica de um exoplaneta conforme ele passa na frente de sua estrela hospedeira. Crédito: Lawrence Livermore National Laboratory e Goddard Space Flight Center da NASA
Uma plataforma de lançamento para exploração
O Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), em Livermore, Califórnia, está co-liderando a missão Pandora com o Goddard Space Flight Center da NASA. O LLNL gerenciará a missão e os recursos de alavancagem desenvolvidos para outras agências governamentais, incluindo uma abordagem de baixo custo para o design e fabricação do telescópio que permite esta ciência inovadora de exoplanetas a partir de uma plataforma SmallSat. O programa Pioneers da NASA, que consiste em SmallSats, cargas úteis anexadas à Estação Espacial Internacional e experimentos científicos com balões, promove experimentos espaciais e suborbitais inovadores para pesquisadores do início ao meio da carreira por meio de missões de baixo custo em pequenos equipamentos. Sob este novo programa, Pandora operaria em um cronograma de cinco anos com um limite de orçamento de $ 20 milhões.
Apesar das restrições rígidas, o programa Pioneers permite que Pandora se concentre em uma questão de pesquisa focada enquanto envolve uma equipe diversificada de estudantes e cientistas em início de carreira de mais de uma dúzia de universidades e institutos de pesquisa. Esta plataforma SmallSat cria um excelente plano para missões de pequena escala para causar um impacto na comunidade astrofísica.
"As observações de longa duração de Pandora em luz visível e infravermelha são únicas e adequadas para SmallSats", disse Quintana. "Estamos entusiasmados com o fato de Pandora desempenhar um papel crucial na busca da NASA por encontrar outros mundos que possam ser potencialmente habitáveis".
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https://phys.org/news/2021-03-pandora-mission-nasa-capabilities-probing.html
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HélioR.M.Cabral
(Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso de
Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina
(UFSC).
Autor
do livro: “Conhecendo o Sol e outras
Estrelas”.
Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National
Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras
organizações científicas e tecnológicas.
Participa do projeto S`CoolGroundObservation
(Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES
(CloudsandEarth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se
membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa
também do projeto The GlobeProgram / NASA GlobeCloud, um Programa de Ciência e
Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a
Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF),
e apoiado pela NationalOceanicandAtmosphericAdministration (NOAA) e U.S
DepartmentofState.
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