Aeronave adaptada voa acima da maior parte do vapor de água da atmosfera, possibilitando observações astronômicas em infravermelho. Parceria entre EUA e Alemanha colocou telescópio de 2,5 m em um Boeing 747.
E aí, pessoas! Como vão? Tem sido bem complicado manter o ritmo do BdA nos últimos tempos. Já devem saber que meu PC é velhinho e precisa de muletas com certa frequência.
Em novembro, numa temporada de postagens constantes, até comecei a fazer um vídeo para tentar alavancar a atividade no YouTube, mas a qualidade do áudio ficou deprimente. Os vídeos devem continuar como projetos futuros por mais um tempo… Meu canal tem algum material de astronomia e aviação e o canal do BdA só tem uma live de 2013 sobre a Corrida Espacial.
Por esta dificuldade em postar tanto material com frequência, decidi tirar o foco das notícias e colocá-lo de volta na abordagem de temas ligados a Astronomia, Astronáutica e afins. Esse era o foco inicial do blog – 12 anos atrás. Agora me parece uma excelente hora para voltar a este foco. Costumo postar no Twitter as notícias que acho mais interessantes. Então, sigam o tiozão: @Edu_Oliveira.
Também tenho dedicado certo tempo ao Astronomia na Santa, projeto de divulgação científica na região da minha cidade, Taubaté (SP), não exatamente à realização de eventos, mas à preparação de material e contato com organizações de educação da cidade. Se você gostaria que fôssemos a alguma escola ou evento na região, mesmo que para apresentar o projeto, basta entrar em contato pelo e-mail astronomianasanta@gmail.com. Quando os eventos começarem, postarei tudo aqui.
Além disso, tenho aproveitado as férias e o desemprego para dar vazão a alguns rascunhos que vão caminhando a passos quelônicos. Este post é um deles e passou um bom tempo engavetado. Por vezes, o observatório SOFIA apareceu nas notícias no BdA e é possível encontrá-las pelo campo de busca do ET Bilu. Particularmente, o assunto me interessa muito por representar a união entre astronomia e aviação. Quem visita este cantinho da internet há mais tempo (ou leu o quadrinho com minha foto) já deve saber que sou técnico em manutenção de aeronaves, com formação nas três especializações regulamentadas pela Agência Nacional de Aviação Civil.
O Observatório Estratosférico para Astronomia Infravermelha (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, SOFIA) é uma parceria 80/20 entre a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) dos Estados Unidos e o Centro Aeroespacial Alemão (DLR) para construir e manter um observatório aéreo. O DLR é responsável por todo o conjunto e projeto do telescópio e dois instrumentos e a NASA é responsável pela aeronave.
A NASA adjudicou o contrato para o desenvolvimento da aeronave, operação do observatório e gestão da parte americana do projeto para a Associação Universitária de Pesquisa Espacial (USRA) em 1996. O Instituto Alemão SOFIA (DSI) gerencia as partes alemãs do projeto, que são principalmente relacionadas à ciência e ao telescópio. O telescópio foi construído na Alemanha pela MAN Technologie AG e a Kayser-Threde
GmbH.
A aeronave é um avião Boeing 747SP. Para o SOFIA, o avião foi modificado para ter uma grande porta na fuselagem que pode ser aberta em vôo para permitir que um telescópio tenha acesso ao céu. Este telescópio é projetado para observações de astronomia infravermelha na estratosfera, em altitudes de cerca de 12 quilômetros (41 mil pés).
Essa capacidade de voo permite ir acima de quase todo o vapor de água da atmosfera – que impede que ondas de alguns comprimentos na faixa do infravermelho atinjam o solo. Na altitude de cruzeiro da aeronave, 85% da faixa completa de infravermelho está disponível. A aeronave também pode viajar para quase qualquer lugar da Terra, permitindo a observação dos hemisférios norte e sul.
Originalmente, esperava-se que os voos de observação fossem realizados três ou quatro noites por semana e o SOFIA foi programado para operar por 20 anos. Sua base é o Centro de Pesquisa de Voo Armstrong (antigo Dryden) da NASA no Aeroporto Regional de Palmdale, na Califórnia. Já o Centro de Ciência SOFIA é baseado no Centro de Pesquisa Ames, em Mountain View, também na Califórnia.
Olho O telescópio refletor de 2,5 m (de diâmetro efetivo) possui um espelho primário superdimensionado (como é comum com a maioria dos grandes telescópios infravermelhos) de 2,7 m de diâmetro. O sistema óptico tem design refletor Cassegrain com um espelho primário parabólico e um secundário hiperbólico configurável remotamente. Para encaixar o telescópio na fuselagem, o primário tem número f 1,3, enquanto o layout ótico resultante tem um número f de 19,7. Um espelho dicroico plano, terciário é usado para desviar a parte infravermelha do feixe para o foco Nasmyth onde ele pode ser analisado. Um espelho óptico localizado atrás do espelho terciário é usado para um sistema de orientação.
O telescópio inicialmente carregava nove instrumentos de astronomia infravermelha em comprimentos de onda de 1 a 655 μm e astronomia óptica de alta velocidade de 0,3 a 1,1 μm. Os principais instrumentos são:
- FLITECAM: câmera de infravermelho próximo que cobre de 1 a 5 μm;
- FORCAST: cobre a faixa do infravermelho médio de 5 a 40 μm;
- HAWC: abrange o infravermelho distante na faixa de 42 a 210 μm.
Os outros quatro instrumentos incluem um fotômetro óptico e espectrômetros infravermelhos com várias faixas espectrais.
Os alemães desenvolveram dois instrumentos: o Receptor Alemão em Frequências de Terahertz (GREAT), um espectrômetro heteródino de alta resolução sob tutela do Instituto Max Planck de Radioastronomia, em Bonn, e o Espectrômetro de Linha para Imageamento em Infravermelho Distante (FIFI-LS), sob a égide do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, em Garching. Eles foram financiados pelos institutos Max Planck e universidades envolvidas, com fundos posteriores da Fundação Alemã de Pesquisa (DFG).
Para cada missão, um instrumento científico intercambiável é anexado ao telescópio. Dois grupos de instrumentos de uso geral estão disponíveis. Além disso, pesquisadores também pode projetar e construir um instrumento para fins especiais.
O telescópio foi projetado para ser muito leve, com material em forma de colmeia moldado na parte de trás do espelho e material composto de polímero para o conjunto do telescópio.
A cavidade aberta que abriga o telescópio fica exposta a ventos turbulentos de alta velocidade. Além disso, as vibrações e movimentos da aeronave apresentam dificuldades de observação. A montagem inclui um sistema de rolamentos em óleo pressurizado para isolar o instrumento da vibração. O rastreamento é feito por meio de um sistema de giroscópios, câmeras de alta velocidade e motores de torque magnético para compensar o movimento, incluindo vibrações do fluxo de ar e dos motores da aeronave.
A cabine do telescópio deve ser resfriada antes da decolagem para garantir que o telescópio corresponda à temperatura externa a fim de evitar mudanças de forma pela dilatação térmica. Antes da aterrissagem, o compartimento é preenchido com gás nitrogênio para evitar a condensação de umidade no conjunto óptico e instrumentos refrigerados.
O peso de instalação do telescópio é 15.450 kg.
(NASA/AFRC – YouTube)
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Asas A aeronave é um Boeing 747SP, número de série 21441, número de linha 306, matrícula N747NA, chamado de NASA747 no rádio.
A Boeing desenvolveu a versão Special Performance (performance especial) do 747 para vôos ultra longos, removendo seções da fuselagem do 747-100, tornando-a 14,7 m mais curta, e modificando fortemente outras para reduzir o peso, permitindo que o avião voasse mais alto, mais rápido e mais longe do que qualquer outro 747 da época. Apenas 45 aeronaves desta versão foram fabricados. Um 747SP comporta 232 passageiros, enquanto um 747-400 pode levar 624.
O primeiro voo da aeronave de SN 21441 ocorreu em 25 de abril de 1977 e a Boeing entregou-a à Pan American World Airways em 6 de maio daquele ano. A aeronave recebeu sua primeira matrícula, N536PA, e a Pan Am colocou-a em serviço comercial de passageiros. Pouco depois, a Pan Am nomeou a aeronave em homenagem ao famoso aviador Charles Lindbergh. A convite da empresa, a viúva de Lindbergh, Anne, batizou-a de Clipper Lindbergh em 20 de maio, o 50º aniversário do início do voo histórico de seu marido de Nova York para Paris em 1927.
Em 13 de fevereiro de 1986, a United Airlines comprou o avião e ele recebeu a matrícula N145UA. A aeronave permaneceu em serviço até dezembro de 1995, quando a United colocou-a em armazenamento perto de Las Vegas – de onde ela seria retirada para entrar para a História da Astronomia.
História O primeiro uso de uma aeronave para realizar observações infravermelhas foi em 1965, quando Gerard P. Kuiper usou um Convair 990 da NASA para estudar Vênus. Três anos depois, Frank Low usou um Learjet do Centro de Pesquisa Ames para observações de Júpiter e nebulosas.
Em 1969, começou o planejamento para a montagem de um telescópio de 910 mm em uma plataforma aerotransportada. O objetivo era conduzir observações a partir da estratosfera, onde há uma profundidade ótica muito menor da radiação infravermelha absorvida pelo vapor de água. Este projeto, chamado Observatório Aerotransportado Kuiper (KAO), foi dedicado em 21 de maio de 1975. O telescópio foi fundamental em vários estudos científicos, incluindo a descoberta do sistema de anéis de Urano. Em comparação, o SOFIA tem o triplo da resolução angular do KAO é dez vezes mais sensível.
Apresentada oficialmente em 1984, uma proposta pedia um Boeing 747 para carregar um telescópio de três metros. O conceito preliminar do sistema foi publicado em 1987 em um Livro Vermelho. Foi acordado que a Alemanha contribuiria com 20% do custo total e forneceria o telescópio. Aí vieram a reunificação da Alemanha e cortes orçamentários da NASA: o projeto foi empurrado para a frente mais cinco anos. A NASA então passou o contrato para a USRA e, em 1996, a NASA e o DLR assinaram um memorando de entendimento para construir e operar o SOFIA.
Projeto Em 30 de abril de 1997, a USRA comprou o 747SP para usá-lo como observatório. Então, em 27 de outubro, a NASA comprou-o dela. A agência conduziu uma série de voos de teste naquele ano, antes de qualquer modificação pesada da aeronave pela E-Systems (posterior Raytheon Intelligence and Information Systems, então L-3 Communications Integrated Systems, em Waco, Texas). Para garantir uma modificação bem-sucedida, a Raytheon comprou uma seção de outro 747SP, N141UA, para usar como um modelo em tamanho real.
Começando a trabalhar em 1998, a Raytheon projetou e instalou uma porta de 5,5 m de altura (comprimento arqueado) e 4,1 m de largura na parte posterior esquerda da fuselagem que pode ser aberta durante o voo para dar ao telescópio acesso ao céu. O telescópio é montado atrás de um anteparo pressurizado. O ponto focal do telescópio está localizado em um conjunto de instrumentos científicos na seção central pressurizada da fuselagem, exigindo que parte do telescópio passe através do anteparo.
No centro da aeronave, está a seção de controle de missão e operações científicas, enquanto a seção frontal abriga a área de educação e divulgação pública. Curiosamente, a fuselagem aberta não tem influência significativa na aerodinâmica e nas qualidades de voo do avião.
Equipado com 4 motores turbofan Pratt & Whitney JT9D-7J, cada um desenvolvendo 22,68 toneladas de empuxo, o SOFIA voa a 870 km/h (Mach .85), com alcance de 12.270 km.
Como comentei no início, a fabricação do telescópio foi subcontratada para a indústria européia. O espelho primário foi fundido pela Schott AG em Mainz e é feito de Zerodur, um compósito vitrocerâmico de expansão térmica quase nula produzido pela empresa. A REOSC, departamento óptico do Grupo SAGEM na França, reduziu o peso usinando cavidades em colmeia na parte traseira. Terminaram de polir o espelho em 14 de dezembro de 1999, alcançando uma precisão de 8,5 nm sobre a superfície óptica.
O espelho secundário, em forma de hipérbole, é feito de carboneto de silício. Foi fabricado pelo Centro Suíço para Eletrônica e Microtecnologia (CSEM) e seu polimento foi concluído em maio de 2000. Uma superfície reflexiva foi aplicada ao espelho em uma instalação em Louisiana, mas o consórcio agora mantém uma instalação de revestimento de espelho em Moffett Field, permitindo uma recobertura rápida do espelho primário, processo que deve ser exigido uma ou duas vezes por ano.
Céu Em 2001, três sub-empreiteiras encarregadas do desenvolvimento da porta do telescópio saíram do negócio em sucessão, atrasando ainda mais as coisas. A United Airlines também entrou em concordata e se retirou do projeto como operadora da aeronave.
No ano seguinte, os principais componentes do telescópio foram montados em Augsburg, Alemanha: o conjunto primário do espelho, o suporte óptico principal e o conjunto da suspensão. Após testes de integração bem-sucedidos, os componentes foram enviados para Waco, no Texas, a bordo de um Airbus Beluga e chegaram em 4 de setembro. O SOFIA completou seu primeiro teste on-sky em solo, entre 18 e 19 de agosto de 2004, fazendo uma imagem da estrela Polaris.
Em fevereiro de 2006, depois que o custo aumentou de US$ 185 mi para US$ 330 mi, a NASA colocou o projeto “sob revisão” e suspendeu o financiamento, removendo o SOFIA de seu orçamento. Em 15 de junho, a revisão foi aprovada, com a NASA concluindo que não havia desafios técnicos ou programáticos insuperáveis para o desenvolvimento contínuo do observatório.
O voo inaugural do SOFIA foi em 26 de abril de 2007 nas instalações da L-3 em Waco. A convite da NASA, o neto de Charles e Anne Lindbergh, Erik, rebatizou a aeronave como Clipper Lindbergh em 21 de maio – 80º aniversário da conclusão do voo transatlântico de Charles.
Dez dias depois, após um breve programa de testes em Waco para expandir parcialmente o envelope de vôo e realizar verificações pós-manutenção, a aeronave foi movida para o Centro de Pesquisa de Voo Armstrong, da NASA, na Base Aérea de Edwards. A primeira fase de testes de cargas e de vôo foi usada para verificar as características da aeronave com a porta da cavidade do telescópio fechada. Esta fase foi completada com sucesso em janeiro de 2008.
O primeiro vôo de teste no qual a porta do telescópio foi totalmente aberta ocorreu em 18 de dezembro de 2009. A fase durou dois minutos do vôo de 79 minutos. O telescópio viu a primeira luz em 26 de maio de 2010: o núcleo da galáxia M82 e o calor da formação de Júpiter escapando através de sua cobertura de nuvens. Os vôos de observação de ciência “rotineiros” começaram em dezembro daquele ano.
Em 2012, o avião foi modernizado, recebendo painel glass cockpit e novos sistemas aviônicos.
Ciência Há uma seleção anual de grupos de cientistas para a utilização do SOFIA. Os principais objetivos científicos do observatório são estudar composição de atmosferas e superfícies planetárias; investigar a estrutura, evolução e composição dos cometas; determinar a física e química do meio interestelar; e explorar a formação de estrelas e outros objetos estelares.
Em 29 de junho de 2015, o Plutão passou entre uma estrela distante e a Terra produzindo uma sombra na Terra perto da Nova Zelândia, o que permitiu o SOFIA estudasse a atmosfera do planeta anao. No início de 2016, o observatório detectou oxigênio atômico na atmosfera de Marte pela primeira vez em 40 anos.
No início do ano seguinte, suas observações do planeta anão Ceres no infravermelho médio ajudaram a determinar que o astro estava coberto por uma camada de poeira de outros asteroides.
Conduzindo cerca de 160 voos de observação por ano, de 6 a 8 horas de duração, o observatório foi projetado desde o início para apoiar uma divulgação científica que pode, durante a missão planejada de 20 anos, envolver diretamente mais de mil educadores de todos os tipos: professores de ensino médio, educadores de museus e planetários, divulgadores científicos…
O SOFIA Six foi o primeiro conjunto de educadores selecionados nos Estados Unidos para participar do programa Embaixadores da Astronomia Aerotransportada (AAA) do SOFIA, e voou durante o verão setentrional de 2011. A Alemanha tem seu próprio processo e dois de seus professores voaram naquele verão. O processo de seleção foi altamente competitivo. Os educadores selecionados pela NASA e pelo DLR tinham várias origens e suas instituições incluíam uma escola para surdos, um site educacional alternativo, atendimento a populações estudantis carentes, escolas rurais e uma escola indígena americana.
Em 17 de setembro de 2015, a atriz Nichelle Nichols, que interpretou a Tenente Uhura na versão original de Star Trek, dos anos 1960, voou a bordo de SOFIA (NASA/AFRC – YouTube).
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É possível acompanhar as atividades do SOFIA pelos sites da NASA, do DLR e da USRA, além das redes sociais: Facebook, Twitter e Instagram.
Continuarei a finalizar os rascunhos e postar aqui. Sugestões são sempre bem-vindas. Watch the skies!
“Aceite o pior, satisfaça-se com qualquer melhora e trate o sucesso como um impostor.”
— Khai, personagem de Tutancâmon, de Nick Drake
Eduardo Oliveira
editor