Abstract
Radio astronomia começou em 1933 quando um engenheiro chamado Karl Jansky descobriu acidentalmente que as ondas de rádio não vêm apenas de invenções que criamos, mas também de coisas naturais no espaço. Desde então, astrônomos têm construído telescópios cada vez melhores para encontrar essas ondas de rádio cósmicas e aprender mais sobre de onde elas vêm e o que elas podem nos dizer sobre o universo. Enquanto os cientistas podem aprender muito com a luz visível que detectam com telescópios normais, eles podem detectar diferentes objetos e eventos – como buracos negros, formando estrelas, planetas no processo de nascer, estrelas moribundas, e mais – usando radiotelescópios. Juntos, os telescópios que podem ver diferentes tipos de ondas – desde ondas de rádio a ondas de luz visível e raios gama – dão uma imagem mais completa do universo do que qualquer tipo de telescópio por si só.
Quando você olha para o céu noturno, você vê as luzes brilhantes das estrelas. Se você vive em um lugar escuro, longe das cidades, você pode ver milhares delas. Mas os pontos individuais que você vê são todos estrelas próximas. Cerca de mais 100 bilhões de estrelas, existem apenas na nossa galáxia, que é chamada de Via Láctea. Além da Via Láctea, os astrônomos pensam que existem cerca de 100 bilhões de galáxias a mais (cada uma com suas próprias 100 bilhões de estrelas). Quase todas essas estrelas são invisíveis aos seus olhos, que não conseguem ver a luz fraca de estrelas distantes. Seus olhos também sentem falta de outras coisas. A luz visível que seus olhos podem ver é apenas uma pequena porção do que os astrônomos chamam de “espectro eletromagnético”, toda a gama de diferentes ondas de luz que existe. O espectro eletromagnético também inclui raios gama, raios X, radiação ultravioleta, radiação infravermelha, micro-ondas e ondas de rádio. Como os olhos humanos só conseguem ver a luz visível, temos de construir telescópios especiais para captar o resto desse “espectro” – e depois transformá-los em imagens e gráficos que podemos ver.
O que é uma Onda de Rádio?
A luz é constituída por pequenas partículas chamadas “fotões”. Fótons em luz visível têm uma quantidade média de energia. Quando os fotões têm um pouco mais de energia, tornam-se radiação ultravioleta, que não se consegue ver mas que pode provocar uma queimadura solar. Com mais energia do que isso, os fotões tornam-se raios X, que viajam através de si. Se os fotões possuem ainda mais energia, tornam-se raios gama, que saem das estrelas quando explodem.
Mas quando os fotões têm um pouco menos de energia do que os fotões de luz visível, são conhecidos como radiação infravermelha. Você pode senti-los como calor. Finalmente, chamamos aos fótons com menos energia “ondas de rádio”. As ondas de rádio vêm de pontos estranhos no espaço – os lugares mais frios e antigos e as estrelas com mais material enfiado num pequeno espaço. As ondas de rádio falam-nos de partes do universo que nem sequer saberíamos que existiam se usássemos apenas os nossos olhos ou telescópios que vêem fotões visíveis.
Comprimento de onda e frequência
Astrónomos de rádio usam estes fotões de rádio para aprenderem sobre o universo invisível. Os fotões viajam em ondas, como se andassem numa montanha-russa que só usa os mesmos dois pedaços de pista repetidamente. O tamanho da onda de um fotão – o seu comprimento de onda – diz-lhe sobre a sua energia. A figura 1 mostra ondas com dois comprimentos de onda diferentes. Se a onda é longa, não tem muita energia; se é curta, tem muita energia. As ondas de rádio não têm muita energia, e isso significa que elas viajam em ondas grandes com longos comprimentos de onda. As ondas de rádio podem ter centenas de pés de diâmetro ou apenas alguns centímetros de diâmetro.
- Figure 1 – Os fotões viajam em ondas. O comprimento de cada onda é chamado comprimento de onda.
Astrônomos também falam sobre quantas dessas ondas passam por um ponto a cada segundo – a “freqüência” da onda de rádio. Você pode pensar em frequência imaginando uma lagoa de água. Se você jogar uma pedra na água, ondulações atravessam a lagoa. Se você ficar na água, as ondas atingem seus tornozelos. O número de ondas que te batem num segundo, diz-te a frequência das ondas. Uma onda por segundo é chamada de 1 Hertz. Um milhão de ondas por segundo é 1 MHz. Se as ondas são longas, menos delas atingem você a cada segundo, então ondas longas têm freqüências menores. As ondas de rádio têm comprimentos de onda longos e frequências pequenas.
Radio Pioneers
O primeiro radioastrónomo não quis ser o primeiro radioastrónomo. Em 1933, um homem chamado Karl Jansky estava trabalhando em um projeto para os Laboratórios Bell, um laboratório em Nova Jersey com o nome de Alexander Graham Bell, que inventou o telefone. Engenheiros lá estavam desenvolvendo o primeiro sistema telefônico que funcionava através do Oceano Atlântico. Quando as pessoas tentavam fazer chamadas telefônicas nesse sistema pela primeira vez, ouviam um som sibilante ao fundo em certas horas do dia. A Bell Labs achava que o barulho era ruim para os negócios, então eles mandaram Karl Jansky para descobrir o que estava causando isso. Ele logo notou que o assobio começou quando o meio da nossa galáxia subiu no céu e terminou quando se pôs (tudo no céu sobe e se põe exatamente como o Sol e a Lua fazem). Ele descobriu que as ondas de rádio vindas do centro da galáxia estavam atrapalhando a conexão telefônica e causando o silvo. Ele – e o telefone – tinha detectado ondas de rádio vindas do espaço. Jansky abriu um novo e invisível universo. Você pode ver uma imagem da antena usada por Karl Jansky para detectar ondas de rádio do espaço na Figura 2.
- Figure 2 – O fundador da radioastronomia, Karl Jansky, está de pé com a antena que ele construiu que detectou as primeiras ondas de rádio identificadas como vindas do espaço. Fonte: NRAO.
Inspirado pela pesquisa de Janksy, um homem chamado Grote Reber construiu um radiotelescópio no seu quintal em Illinois. Ele terminou o telescópio, que tinha 31 pés de diâmetro, em 1937 e usou-o para olhar para todo o céu e ver de onde vinham as ondas de rádio. Depois, a partir dos dados que recolheu do seu radiotelescópio, fez o primeiro mapa do “radio sky” .
Radio Telescope Talk
Pode ver a luz visível porque os fotões de luz visível viajam em pequenas ondas, e o seu olho é pequeno. Mas como as ondas de rádio são grandes, o seu olho precisaria ser grande para detectá-las. Assim, enquanto os telescópios normais têm alguns centímetros ou pés de diâmetro, os radiotelescópios são muito maiores. O Green Bank Telescope na Virgínia Ocidental tem mais de 300 pés de largura e pode ser visto na Figura 3. O Telescópio Arecibo na selva em Porto Rico tem quase 1.000 pés de diâmetro. Eles parecem versões gigantescas de antenas de TV via satélite, mas funcionam como telescópios normais.
- Figure 3 – Enquanto instrumentos como o Telescópio de Banco Verde, aqui retratado, podem não parecer telescópios tradicionais, eles funcionam muito da mesma maneira, mas detectam ondas de rádio ao invés da luz visível. Eles então transformam essas ondas de rádio, que os olhos humanos não conseguem ver, em imagens e gráficos que os cientistas podem interpretar. Fonte: NRAO.
Para usar um telescópio normal, aponte-o para um objecto no espaço. A luz desse objeto então bate em um espelho ou lente, que salta essa luz para outro espelho ou lente, que então salta a luz novamente e a envia para seu olho ou para uma câmera.
Quando um astrônomo aponta um radiotelescópio para algo no espaço, ondas de rádio do espaço atingem a superfície do telescópio. A superfície – que pode ser de metal com buracos, chamada malha, ou metal sólido, como o alumínio – age como um espelho para ondas de rádio. Ele as projeta até um segundo “espelho de rádio”, que depois as projeta no que os astrônomos chamam de “receptor”. O receptor faz o que uma câmara faz: transforma as ondas de rádio em imagem. Esta imagem mostra como as ondas de rádio são fortes e de onde elas vêm no céu.
Radio Vision
Quando os astrônomos procuram por ondas de rádio, eles vêem objetos e eventos diferentes do que eles vêem quando procuram por luz visível. Lugares que parecem escuros para os nossos olhos, ou para telescópios normais, ardem brilhantes em ondas de rádio. Lugares onde as estrelas se formam, por exemplo, estão cheias de poeira. Essa poeira bloqueia a luz de chegar até nós, de modo que toda a área parece uma bolha negra. Mas quando o astrônomo vira os radiotelescópios para aquele ponto, eles podem ver diretamente através da poeira: eles podem ver uma estrela nascendo.
As estrelas nascem em nuvens gigantes de gás no espaço. Primeiro, aquele gás se aglomera. Depois, por causa da gravidade, cada vez mais gás é atraído para o tufo. O tufo cresce cada vez mais e mais e mais quente e mais quente. Quando é enorme e quente o suficiente, começa a esmagar os átomos de hidrogênio, os menores átomos que existem, juntos. Quando os átomos de hidrogênio se chocam uns com os outros, eles produzem hélio, um átomo ligeiramente maior. Então, este tufo de gás torna-se uma estrela oficial. Os radiotelescópios tiram fotografias destas estrelas bebé .
Os radiotelescópios também mostram os segredos da estrela mais próxima. A luz que vemos do Sol vem de perto da superfície, que é cerca de 9.000oF. Mas acima da superfície, a temperatura atinge os 100.000oF. Os radiotelescópios nos ajudam a aprender mais sobre estas partes quentes, que enviam ondas de rádio.
Os planetas do nosso sistema solar também têm personalidades de rádio. Os radiotelescópios nos mostram os gases que giram ao redor de Urano e Neptuno e como eles se movimentam. Os pólos norte e sul de Júpiter se iluminam em ondas de rádio. Se enviarmos ondas de rádio em direção a Mercúrio, e depois pegarmos as ondas de rádio que ricocheteiam usando um radiotelescópio, podemos fazer um mapa quase tão bom quanto o Google Earth .
Quando eles olham muito mais longe, os radiotelescópios nos mostram alguns dos objetos mais estranhos do universo. A maioria das galáxias tem buracos negros supermassivos nos seus centros. Os buracos negros são objetos que têm muita massa esmagada em um espaço minúsculo. Esta massa dá-lhes tanta gravidade que nada, nem mesmo a luz, pode escapar à sua atracção. Estes buracos negros engolem estrelas, gás e qualquer outra coisa que se aproxime demais. Quando essa coisa azarada sente a gravidade do buraco negro, ela primeiro se espalha em torno do buraco negro. À medida que se aproxima, ele vai mais rápido e mais rápido. Jatos enormes, ou colunas, de radiação eletromagnética e matéria que não chega ao buraco negro (às vezes mais alto que uma galáxia inteira é larga) se formam acima e abaixo do buraco negro. Os radiotelescópios mostram esses jatos em ação (Figura 4).
- Figure 4 – Galáxias que têm buracos negros supermassivos em seus centros podem disparar jatos de material e radiação, como aqueles vistos aqui, que são mais altos do que a galáxia é larga. Fonte: NRAO.
Objetos maciços como esses buracos negros empenam o tecido do espaço, chamado espaço-tempo. Imagine colocar uma bola de boliche, que pesa muito, em um trampolim. O trampolim se arqueia. Coisas pesadas no espaço fazem o espaço-tempo se descair como o trampolim. Quando ondas de rádio vindas de galáxias distantes viajam sobre aquele flácido para chegar à Terra, a forma age como uma lupa na Terra: telescópios então vêem uma imagem maior e mais brilhante da galáxia distante.
Telescópios de rádio também ajudam a resolver um dos maiores mistérios do universo: O que é a energia negra? O Universo está ficando maior a cada segundo. E fica cada vez maior a cada segundo, porque a “energia escura” é o oposto da gravidade: Em vez de juntar tudo, ela empurra tudo para mais longe. Mas quão forte é a energia escura? Os radiotelescópios podem ajudar os cientistas a responder a esta pergunta olhando para os “megamasers” que ocorrem naturalmente em algumas partes do espaço, um megamaser é como um laser na Terra, mas envia ondas de rádio em vez da luz vermelha ou verde que podemos ver. Os cientistas podem usar megamasser para fixar os detalhes da energia escura. Se os cientistas podem descobrir a que distância estão esses megamasers, eles podem dizer a que distância estão galáxias diferentes, e então eles podem descobrir a que velocidade essas galáxias estão se afastando de nós.
A Full Toolbox
Se tivéssemos apenas telescópios que captassem a luz visível, estaríamos perdendo grande parte da ação no universo. Imagine se os médicos tivessem apenas um estetoscópio como ferramenta. Eles poderiam aprender muito sobre o batimento cardíaco do paciente. Mas eles poderiam aprender muito mais se também tivessem uma máquina de raio-X, um sonograma, um instrumento de ressonância magnética e um tomógrafo. Com essas ferramentas, eles poderiam obter uma imagem mais completa do que estava acontecendo dentro do corpo do paciente. Os astrônomos usam radiotelescópios junto com telescópios ultravioleta, infravermelho, óptico, raio-X e raio gama pela mesma razão: para obter uma imagem completa do que está acontecendo no universo.
Glossary
Electromagnetic spectrum: A luz visível que podemos ver é apenas uma pequena parte do “espectro eletromagnético”. A luz visível é feita de fótons com energia média. Os fotões com mais energia são radiação ultravioleta, raios X e raios gama (os raios gama são os que têm mais energia). Fótons com menos energia são infravermelhos e ondas de rádio (as ondas de rádio têm menos energia).
Photon: A luz é feita de partículas chamadas fótons, que viajam em ondas.
Comprimento de onda: O tamanho da onda que um fóton viaja em.
Frequência: O número de ondas de luz que passam por um ponto em um segundo.
Hertz: 1 Hz significa que uma onda passa por um ponto em um segundo. Um megahertz significa que um milhão de ondas passa por cada segundo.
Receiver: A parte de um radiotelescópio que pega nas ondas de rádio e as transforma numa imagem.
Energia escura: A energia escura age como o oposto da gravidade e afasta tudo no universo.
Megamaser: Um laser natural no espaço que envia ondas de rádio, em vez de luz vermelha ou verde como a que vem de um apontador laser.
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