Tecnologia incrível: como as futuras missões espaciais podem caçar planetas alienígenas

Futuras missões de exoplanetas da NASA

Um diagrama que mostra as missões de caça a exoplanetas da NASA, desde o venerável Telescópio Espacial Hubble até as missões propostas que se tornarão operacionais em cerca de uma década. (Crédito da imagem: NASA)

Nota do editor: Nesta série semanal , SPACE.com explora como a tecnologia impulsiona a exploração e descoberta do espaço.

O telescópio espacial Kepler da NASA revolucionou o estudo de mundos alienígenas após o lançamento em 2009, e uma série de outras missões agora estão prontas para transportar o campo em expansão para o futuro.



Durante a próxima década, a NASA e a Agência Espacial Européia (ESA) pretendem lançar um punhado de espaçonaves que deverão descobrir milhares de exoplanetas adicionais e caracterizar alguns dos mais promissores - os mais aparentemente semelhantes à Terra - em detalhes.

Todas essas missões futuras estão seguindo os passos de Kepler, cujas observações revelaram que a Via Láctea está repleta de planetas alienígenas. O instrumento identificou mais de 3.500 candidatos a planetas até o momento; apenas 167 deles foram confirmados por observações de acompanhamento até agora, mas os cientistas da missão esperam que cerca de 90 por cento acabará sendo o negócio real. [Galeria: Um mundo de planetas Kepler]

As atividades originais de caça a planetas do Kepler chegaram ao fim em maio passado, quando a segunda de suas quatro rodas de reação de manutenção da orientação falhou, roubando a nave espacial de sua habilidade de apontar ultraprecisa. Mas o instrumento pode continuar sua busca pelo planeta de uma maneira modificada e limitada, como parte de uma possível missão futura chamada K2.

Espera-se que a NASA tome uma decisão final sobre o K2 e o destino final de Kepler em meados do próximo ano. A essa altura, o primeiro membro da nova onda de exoplanetas já estará no ar - a missão Gaia da Europa.

Um artista

Uma ilustração artística do observatório espacial Gaia da ESA em órbita.(Crédito da imagem: ESA)

Gaia: o topógrafo de um bilhão de estrelas

A espaçonave Gaia da ESA está programada para decolar da Guiana Francesa no próximo mês; sua janela de lançamento se estende de 17 de dezembro a 5 de janeiro.

Gaia irá para um local gravitacionalmente estável a cerca de 900.000 milhas (1,5 milhão de quilômetros) da Terra, chamado Sol-Terra de Lagrange Ponto 2. Nos próximos cinco anos, a espaçonave medirá repetidamente as mudanças de posição, movimento e brilho de mais de 1 bilhão via Láctea estrelas - cerca de 1 por cento do total da galáxia.

“Este enorme censo estelar fornecerá os dados necessários para resolver uma enorme gama de problemas importantes relacionados com a origem, estrutura e história evolutiva da nossa galáxia,” escrevem os funcionários da ESA numa descrição da missão Gaia. [ 7 maneiras de descobrir planetas alienígenas ]

A ciência de exoplanetas deve ser um dos campos que se beneficiam. A missão Gaia, cujo custo total é de 740 milhões de euros (cerca de US $ 990 milhões), pode detectar potencialmente dezenas de milhares de novos sistemas planetários, dizem os pesquisadores.

O CHEOPS irá procurar exoplanetas procurando uma queda no brilho que eles causam quando passam na frente de sua estrela-mãe.

O CHEOPS irá procurar exoplanetas procurando uma queda no brilho que eles causam quando passam na frente de sua estrela-mãe.(Crédito da imagem: Universidade de Berna)

Cheops: uma máquina de acompanhamento

A ESA provavelmente lançará outra missão de exoplaneta, chamada Cheops (abreviação de CHaracterizing ExOPlanets Satellite), quatro anos após Gaia decolar.

Como Kepler, Cheops observará 'trânsitos' de exoplanetas, coletando dados quando mundos alienígenas cruzam a face de suas estrelas-mãe a partir da perspectiva do instrumento. Mas a maioria das semelhanças termina aí. Enquanto o Kepler olhou para mais de 150.000 estrelas simultaneamente, Cheops terá como alvo uma estrela de cada vez. E seu objetivo principal é o estudo de acompanhamento de exoplanetas conhecidos, ao invés da descoberta de mundos anteriormente desconhecidos.

'Saber quando olhar e para qual estrela tornará Quéops extremamente eficiente no fornecimento de caracterização de primeira etapa de exoplanetas de baixa massa medindo raios e densidades precisas', disse David Ehrenreich, da Universidade de Genebra, em 6 de novembro durante um apresentação na segunda Kepler Science Conference no Ames Research Center da NASA em Moffett Field, Califórnia.

Outro objetivo principal de Quéops, acrescentou Ehrenreich, é 'coletar os' alvos de ouro 'para futura caracterização em profundidade, por exemplo, Telescópio espacial James Webb . '

O custo total de Quéops é de cerca de US $ 134 milhões (100 milhões de euros), disse Ehrenreich. A adoção formal da missão é esperada nos próximos meses, com lançamento previsto para o final de 2017.

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O satélite de pesquisa de exoplanetas em trânsito

A NASA está desenvolvendo sua própria missão para lançamento em 2017. O Transiting Exoplanet Survey Satellite, ou TESS, da agência, visa procurar planetas cruzando a face de cerca de 500.000 estrelas durante sua vida operacional planejada de dois anos.

Enquanto o Kepler escaneia estrelas a cerca de 1.000 anos-luz de distância, a missão TESS de US $ 200 milhões parecerá muito mais perto de casa. Ele se concentrará em estrelas dentro de 100 anos-luz da Terra, com o objetivo de encontrar planetas que serão mais fáceis de estudar e caracterizar com instrumentos futuros, como o James Webb Space Telescope (JWST) da NASA.

E a TESS deve descobrir muitos mundos novos. Os membros da equipe esperam encontrar cerca de 315 do tamanho da Terra ou um pouco maior, 710 planetas um pouco menores que Netuno, 1000 mundos semelhantes a Netuno e 660 análogos de Júpiter, disse o investigador principal da missão George Ricker do MIT em 6 de novembro na Conferência Científica Kepler .

'É realmente uma ponte para o futuro', disse Ricker sobre a TESS. 'Estamos realmente, obviamente, seguindo Kepler. E por causa da maneira como há um foco em fornecer alvos que serão ideais para a zona de visualização contínua para JWST, haverá claramente uma ligação entre o fornecimento de informações que serão úteis para essa missão. '

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Representação artística do telescópio espacial James Webb de US $ 8,8 bilhões da NASA, com lançamento programado para 2018.(Crédito da imagem: ESA)

O tão esperado sucessor do Hubble: JWST

Os pesquisadores têm grandes esperanças no JWST, o telescópio otimizado por infravermelho de US $ 8,8 bilhões que a NASA espera lançar no final de 2018.

Os cientistas planejam apontar JWST para os exoplanetas mais promissores e intrigantes que foram descobertos no pescoço cósmico da floresta da Terra, usando o poderoso instrumento para varrer a atmosfera desses mundos em busca de vapor de água e gases que podem ter sido produzidos por organismos vivos, como oxigênio, óxido nitroso e metano. [Fotos do telescópio espacial James Webb]

O JWST também deve fazer contribuições em muitas outras arenas, dizem funcionários da NASA, lançando luz sobre a história inicial do universo e melhorando a compreensão dos pesquisadores sobre a formação e evolução de estrelas, galáxias e sistemas planetários.

WFIRST-AFTA

As perspectivas para a ciência de exoplanetas baseados no espaço ficam um pouco nebulosas depois do JWST, mas tanto a NASA quanto a ESA têm alguns projetos em potencial em andamento.

A NASA, por exemplo, está trabalhando em um observatório de US $ 1,6 bilhão chamado Wide-Field Infrared Survey Telescope. Em 2010, o Conselho Nacional de Pesquisa dos EUA considerou o WFIRST a principal prioridade para a próxima década de pesquisa astronômica.

O projeto da missão atual, denominado WFIRST-AFTA (abreviação de Astrophysics Focused Telescope Assets), prevê que o observatório incorpore um dos dois telescópios de satélites-espiões dados à NASA pelo Escritório de Reconhecimento Nacional dos EUA em 2011.

Os telescópios doados são semelhantes em tamanho e aparência ao icônico Telescópio Espacial Hubble da NASA, com espelhos primários de 2,4 metros de largura. Os instrumentos estão longe de serem espaçonaves prontas para o vôo, entretanto; eles são basicamente apenas espelhos primários e secundários com estruturas de suporte associadas.

WFIRST-AFTA investigaria a natureza do misterioso energia escura e caçar e estudar planetas alienígenas usando duas técnicas: imagem direta e microlente gravitacional. Neste último método, os astrônomos observam o que acontece quando um objeto massivo passa na frente de uma estrela; o campo gravitacional do objeto mais próximo dobra e amplia a luz da estrela, agindo como uma lente.

A missão pode encontrar milhares de exoplanetas usando apenas microlentes, disse Matthew Penny, da Ohio State University. Os planos atuais exigem que o WFIRST-AFTA seja lançado em 2023 ou por aí, mas a missão proposta permanece em uma espécie de limbo no momento, acrescentou.

'Não haverá financiamento para [outras] grandes missões até que o JWST seja lançado', disse ele em 6 de novembro na Conferência Científica Kepler. 'Depois disso, a NASA terá que pedir ao Congresso, eu acho, para financiar a próxima grande missão.'

Placa

A ESA pode lançar a sua própria missão de exoplaneta em grande escala mais ou menos ao mesmo tempo que o WFIRST-AFTA arranca. Os europeus estão desenvolvendo um projeto denominado Platão (Trânsitos PLAnetários e Oscilações das estrelas), com uma possível decolagem no período de 2022-2024.

Como Kepler, Cheops e TESS, Platão usará a técnica de trânsito. O objetivo principal da missão é encontrar e caracterizar um grande número de sistemas planetários próximos, obtendo tamanhos e massas precisos de mundos alienígenas - muitos dos quais podem estar na zona habitável de sua estrela hospedeira, aquela faixa exata de distâncias onde a água líquida pode existir superfície de um planeta.

'Queremos caracterizar completamente os planetas de baixa massa até a zona habitável, sendo capazes de saber sobre a composição interna, a densidade, a idade do sistema', disse Stephane Udry, da Universidade de Genebra, em 6 de novembro na Kepler Science Conferência.

Platão é uma das cinco missões propostas de 'classe média' - cujo custo para a ESA é limitado a 470 milhões de euros, ou cerca de US $ 630 milhões - que a agência está considerando para o período de lançamento 2022-2024. A ESA irá selecionar um desses cinco em fevereiro de 2014, disseram as autoridades.

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