Pintando o Nosso Caminho para a Lua (Op-Ed)

matemática orbital, arte, ciência

Esta arte em pastel de Ed Belbruno foi pintada enquanto ele tentava encontrar uma trajetória eficiente para uma espaçonave lunar. A solução acabou surgindo das pinceladas. (Crédito da imagem: Edward Belbruno)

Edward Belbruno é um matemático e um artista. As pinturas dele estão em coleções importantes e expostas nos Estados Unidos, e ele consulta regularmente a NASA por causa de sua posição como pesquisador de cosmologia na Universidade de Princeton. H e também é autor de ' Me faça voar até a lua (Princeton University Press, 2007). Belbruno contribuiu com este artigo para Vozes de especialistas do Space.com: Op-Ed e Insights.

A ciência muitas vezes inspira os artistas a criar novas obras de arte. Por exemplo, a descoberta de novos mundos pelo telescópio espacial Kepler evoca imagens na mente de exóticas paisagens sobrenaturais. Um artista pode então pintar possíveis paisagens que possam existir e deixar sua imaginação correr solta. Pode-se pensar em muitos desses exemplos - embora a inspiração da outra direção não seja tão óbvia. Quando a arte inspira a ciência? Uma pintura pode revelar uma nova descoberta científica significativa?



'Diophantine Flow' (2010) é um dos trabalhos do cientista Edward Belbruno que reflete de volta a um trabalho pastel que ele fez em 1986, que o ajudou a criar uma nova maneira de as espaçonaves desacelerarem no espaço sem usar combustível.(Crédito da imagem: Edward Belbruno)

Sou cientista e artista. As pinturas que crio deram origem a interessantes descobertas científicas. As pinturas não me inspiram apenas a seguir uma via particular de estudo - elas literalmente têm a chave dentro delas para me ajudar a descobrir como resolver problemas científicos complexos. O processo de como isso ocorre é um tanto misterioso e já aconteceu comigo muitas vezes, e recentemente deu origem a uma nova rota revolucionária para a Lua.

Para a órbita lunar, sem motores

Em 1986, comecei a trabalhar para o Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA como designer de trajetórias. Minha formação foi em matemática, onde obtive o doutorado. da Universidade de Nova York em 1981, um curso que era ideal para projetar trajetórias para espaçonaves. O JPL me pediu para participar do desenvolvimento de um tipo especial de trajetória que traria uma pequena espaçonave da órbita da Terra para a lua e, em seguida, para a órbita lunar. A espaçonave seria liberada de um ônibus espacial e, usando motores muito pequenos, se afastaria lentamente da Terra e da lua. No entanto, havia um problema: os motores eram pequenos demais para desacelerar a nave o suficiente na chegada à Lua para entrar em órbita lunar.

Em vez disso, era necessário encontrar uma maneira de fazer a espaçonave entrar em órbita lunar sem usando seus motores! Isso é chamado de captura lunar balística e nunca havia sido feito antes. A abordagem usual é mover-se rápida e diretamente para a Lua em uma transferência Hohmann - usando motores para dar uma grande quantidade de impulso que desacelera a nave e a coloca em órbita. No cenário que eu estava estudando, os motores da espaçonave eram muito pequenos. O impulso foi essencialmente zero.

Esta arte em pastel de Ed Belbruno foi pintada enquanto ele tentava encontrar uma trajetória eficiente para uma espaçonave lunar. A solução acabou surgindo das pinceladas.

Esta arte em pastel de Ed Belbruno foi pintada enquanto ele tentava encontrar uma trajetória eficiente para uma espaçonave lunar. A solução acabou surgindo das pinceladas.(Crédito da imagem: Edward Belbruno)

Eu sabia por experiência matemática que, se a captura balística é possível, é muito complexo, exigindo o uso da teoria do caos para encontrar caminhos especiais dentro das transições caóticas dos campos gravitacionais entre a Terra e a lua. Esse problema exigiria muitos meses ou até anos para ser resolvido.

Recebi apenas três meses. Esse prazo era curto, pois todo o projeto da espaçonave dependia das trajetórias que ela usaria. Isso colocou o projeto da espaçonave em espera - e todas as pessoas envolvidas, que somavam cerca de 20. Se as trajetórias não estivessem disponíveis em alguns meses, o estudo da missão teria que ser substancialmente alterado. Eu precisava de uma espécie de milagre. O que fiz foi pintar.

Edward Belbruno, retratado em seu estúdio, baseia-se na ciência e na matemática para criar sua arte - e vice-versa.

Edward Belbruno, retratado em seu estúdio, baseia-se na ciência e na matemática para criar sua arte - e vice-versa.(Crédito da imagem: Edward Belbruno)

Arte como resposta

O processo que usei foi para deixar meu subconsciente tentar encontrar o caminho. Pintei o sistema Terra-lua tão rápido que não conseguia pensar, e minhas mãos foram guiadas de um nível subconsciente. Achei que isso poderia revelar um novo tipo de rota para a lua dentro das pinceladas.

Essa ideia é um tanto análoga ao sentido mais profundo da realidade que se nota ao olhar para uma pintura de Van Gogh. Ele pintou tão rápido que seu subconsciente o ajudou a revelar coisas que a mente consciente não notaria.

Quando terminei a pintura, que era em pastel, as pinceladas do pastel revelaram um caminho especial da Terra à órbita lunar. No pastel, pode-se ver marcas um pouco mais escuras em pastel percorrendo o caminho de uma região ao redor da Terra para uma região ao redor da Lua. As regiões revelam um padrão um tanto circular que gradualmente diminui. O limite dessas regiões é onde a trajetória começa e termina.

Os locais de fronteira, chamados de 'limites de estabilidade fraca', são onde uma espaçonave pode facilmente deixar a Terra ou ser capturada em torno da lua com muito pouco combustível. Os limites representam regiões de transição entre os dois campos gravitacionais da Terra e da Lua, regiões pelas quais a espaçonave deve passar para que a captura balística ocorra. O movimento é delicado (caótico) nessas regiões de transição.

Quando as coordenadas do início desse caminho foram estimadas do pastel e colocadas em um programa de computador sofisticado da NASA simulando trajetórias espaciais, a trajetória entrou em órbita lunar, sem a necessidade de motores de foguete. Dentro da simulação, a captura balística foi alcançada pela primeira vez - na história.

Se você

Se você é um especialista no assunto - pesquisador, líder empresarial, autor ou inovador - e gostaria de contribuir com um artigo de opinião, envie-nos um email aqui .(Crédito da imagem: SPACE.com)

Esse resultado teria sido impossível no tempo exigido pelos métodos científicos tradicionais.

Quatro anos depois, em 1991, uma rota como esta foi encontrada por mim e um colega, James Miller, também do JPL, para resgatar uma missão lunar japonesa e levar sua espaçonave Hiten à lua - a primeira demonstração operacional da teoria .

Até a demonstração da transferência de captura balística por Hiten, havia pouca confiança na teoria do JPL, embora a primeira transferência tenha sido encontrada em 1986. Não foi entendida e não foi considerada útil pelo fato de ter demorado dois anos para a nave espacial para chegar à lua. O uso bem-sucedido da captura balística por Hiten deu a prova de que a teoria era válida. No entanto, como os métodos eram tão diferentes da abordagem usual, demorou uma década para que a teoria fosse gradualmente sendo aceita. Agora, as transferências de captura balística são parte integrante das ferramentas que a NASA e a ESA usam para projetar as transferências para a lua e outros locais.

O uso da arte para revelar descobertas científicas em meu trabalho já ocorreu várias vezes e, a cada vez, revela um processo emocionante e misterioso.

Observação: Conheça Belbruno em 22 de outubro em Nova York em um Space.com galeria mostrando o destaque de seu trabalho. A arte de Belbruno está disponível exclusivamente no Loja Space.com .

Um documentário de longa-metragem sobre Ed Belbruno estreará na cidade de Nova York na sexta-feira, 16 de janeiro de 2015 no Philip K. Dick Film Festival. Siga todas as questões e debates do Expert Voices - e torne-se parte da discussão - em Facebook , Twitter e Google+ . As opiniões expressas são do autor e não refletem necessariamente as opiniões do editor. Esta versão do artigo foi publicada originalmente em Space.com.