Astronomia além da luz visível: rádio, infravermelho, ultravioleta, raios X e o satélite IRAS

Os olhos humanos enxergam só uma fatia estreitíssima de tudo o que o Universo emite: a luz visível, entre o vermelho e o violeta. Mas os mesmos objetos que brilham no óptico também emitem — às vezes com muito mais força — em ondas de rádio, infravermelho, ultravioleta, raios X e raios gama. Cada uma dessas faixas conta uma parte diferente da história de uma estrela, uma galáxia ou uma nuvem de poeira, e captá-las exigiu, ao longo do século XX, uma nova geração de telescópios — muitos deles só possíveis fora da atmosfera da Terra, a bordo de satélites como o pioneiro IRAS, lançado em 1983.

Texto em revisão. Este é um artigo de teste, escrito a partir de fontes de referência; as fontes estão listadas no final.

Duas janelas na atmosfera

A atmosfera terrestre protege a vida na superfície bloqueando a maior parte da radiação de alta energia vinda do espaço, mas isso tem um preço para a astronomia: só duas faixas do espectro eletromagnético atravessam a atmosfera com facilidade e chegam ao solo. A primeira é a "janela óptica", que inclui a luz visível e um pouco do infravermelho próximo — a faixa que os telescópios convencionais, inclusive o olho humano, conseguem captar. A segunda é a "janela de rádio", uma faixa larga de ondas de rádio que passa quase sem obstáculos pela atmosfera, o que permite observar de dia, com nuvens, e até através de nuvens de poeira interestelar que bloqueiam a luz visível.

Fora dessas duas janelas, a atmosfera absorve a radiação quase completamente: o infravermelho médio e distante é bloqueado principalmente pelo vapor de água e pelo gás carbônico; o ultravioleta, pelos raios X e pelos raios gama são barrados por camadas mais altas da atmosfera, incluindo a camada de ozônio. Por isso, observar essas faixas exige subir acima da maior parte da atmosfera — em balões, aviões ou, de forma definitiva, em satélites.

Rádio: a primeira faixa "invisível" a ser explorada

A astronomia de rádio nasceu quase por acidente: em 1931, o engenheiro Karl Jansky, trabalhando para os laboratórios Bell nos Estados Unidos, detectou um ruído de rádio persistente vindo da direção do centro da Via Láctea, tornando-se o primeiro a captar ondas de rádio de origem cósmica. A partir daí, a radioastronomia se desenvolveu com radiotelescópios cada vez maiores, já que a resolução angular de uma antena depende do seu tamanho em relação ao comprimento de onda observado — e ondas de rádio são muito mais longas que a luz visível, exigindo pratos enormes ou redes de antenas.

Entre os instrumentos mais conhecidos estão o VLA (Very Large Array), no Novo México, formado por 27 antenas de 25 metros que, trabalhando juntas por interferometria, equivalem a um único prato de cerca de 36 km de diâmetro; o VLBA (Very Long Baseline Array), com dez antenas espalhadas por uma base de cerca de 8.000 km; e antenas únicas gigantes como a de Green Bank (cerca de 100 por 110 metros) — o antigo radiotelescópio de Arecibo, em Porto Rico, com seu prato fixo de 305 metros, também foi por décadas um dos maiores instrumentos do tipo, até colapsar estruturalmente em dezembro de 2020 e ser desativado de forma definitiva. A técnica de interferometria de longuíssima base (VLBI, na sigla em inglês), que combina sinais de radiotelescópios em continentes diferentes, permite alcançar uma resolução angular extremamente fina, suficiente para "fotografar" detalhes próximos a buracos negros supermassivos.

Infravermelho: o calor da poeira e das estrelas recém-nascidas

A luz infravermelha revela objetos frios demais para brilhar no visível: poeira interestelar, nuvens onde estrelas estão se formando, e as próprias estrelas escondidas atrás dessas nuvens, já que a radiação infravermelha atravessa poeira com muito mais facilidade que a luz visível. Como a atmosfera absorve boa parte do infravermelho médio e distante (o vapor de água e o gás carbônico são os principais responsáveis), observar nessa faixa exige subir bem acima da maior parte da atmosfera — em aviões especialmente equipados, como o observatório aerotransportado SOFIA, ou definitivamente no espaço, como o telescópio Spitzer.

Os detectores de infravermelho também precisam ser resfriados a temperaturas extremamente baixas, algo em torno de 2 kelvin (perto do zero absoluto), porque qualquer calor do próprio instrumento ofuscaria o sinal fraquíssimo vindo do espaço — um desafio de engenharia que torna esses telescópios particularmente complexos e caros.

Ultravioleta, raios X e raios gama: só do espaço

Ultravioleta, raios X e raios gama são bloqueados quase por completo pela atmosfera, então observatórios nessas faixas precisam operar em órbita. Os telescópios de raios X enfrentam um desafio técnico adicional: raios X são tão energéticos que atravessam espelhos convencionais em vez de refletir neles. A solução é a chamada "incidência rasante", em que os raios X são refletidos por espelhos cilíndricos em ângulos muito pequenos, quase de raspão — a técnica usada pelo telescópio espacial Chandra, um dos observatórios de raios X mais importantes já lançados. Já em ultravioleta, missões como o satélite GALEX mapearam galáxias e regiões de formação estelar; e em raios gama, observatórios como o telescópio espacial Fermi captam alguns dos eventos mais energéticos do Universo, como explosões de raios gama associadas a colapsos estelares.

Na Terra, mesmo os telescópios ópticos enfrentam a turbulência da atmosfera, que borra as imagens. A óptica adaptativa corrige essa turbulência em tempo real, ajustando um espelho deformável centenas de vezes por segundo; a óptica ativa, por sua vez, corrige deformações mais lentas do próprio espelho do telescópio, causadas por temperatura ou gravidade.

O IRAS: o primeiro grande mapa infravermelho do céu

Um dos marcos da astronomia infravermelha foi o satélite IRAS (Infrared Astronomical Satellite), lançado em 26 de janeiro de 1983 da base de Vandenberg, na Califórnia, fruto de uma parceria entre Estados Unidos, Países Baixos e Reino Unido. Com pouco mais de mil quilos, o IRAS carregava um telescópio Ritchey-Chrétien com espelho de berílio de 57 cm, capaz de observar em quatro faixas do infravermelho (12, 25, 60 e 100 micrômetros).

Para que o próprio calor do satélite não ofuscasse as observações, todo o telescópio era resfriado por hélio superfluido a uma temperatura próxima de 10 kelvin, com o plano focal ainda mais frio, perto de 2,5 kelvin — um sistema de refrigeração tão eficiente que uma boa comparação didática ajuda a entender sua sensibilidade: o IRAS seria capaz de detectar o calor de uma lâmpada de 20 watts a uma distância comparável à de Plutão.

O satélite operou de fevereiro a novembro de 1983, quando o hélio de refrigeração se esgotou, encerrando a missão depois de cerca de dez meses. Nesse período, ele varreu cerca de 98% do céu e catalogou entre 200 e 250 mil fontes infravermelhas — estrelas em formação, poeira interestelar, galáxias e discos de detritos ao redor de outras estrelas, entre outros objetos até então invisíveis para telescópios ópticos convencionais.

O cometa descoberto por um satélite

Um dos achados mais populares do IRAS não veio de uma galáxia distante, mas de dentro do próprio Sistema Solar: em 1983, o satélite detectou um objeto em movimento que se revelou um cometa novo, batizado IRAS-Araki-Alcock em homenagem ao satélite e aos dois astrônomos amadores que o descobriram de forma independente quase ao mesmo tempo, o japonês Genichi Araki e o britânico George Alcock — tornando-se o primeiro cometa descoberto por um satélite artificial.

O cometa passou muito perto da Terra, a cerca de 4,9 milhões de quilômetros, em 12 de maio de 1983, com um diâmetro aparente cerca de três vezes maior que o da Lua cheia no céu, visto por causa da proximidade. Observações por radar no radiotelescópio de Arecibo sugeriram um núcleo sólido de aproximadamente 10 km de diâmetro. O cometa foi acompanhado por astrônomos amadores em várias partes do mundo, inclusive no Brasil, onde observadores em Recife, Fortaleza, Curitiba e Minas Gerais registraram sua passagem. Ao longo de 1983, o IRAS ainda ajudou a identificar outros cometas, consolidando o papel de observatórios espaciais também na vigilância de pequenos corpos do Sistema Solar.

Números e recordes

O que veio depois dos livros

Os livros que serviram de base para este artigo descrevem um panorama de observatórios que, em boa parte, já não está mais em operação. Hoje sabemos que várias dessas missões pioneiras foram desativadas ou substituídas: o radiotelescópio de Arecibo colapsou estruturalmente em dezembro de 2020 e não foi reconstruído; o telescópio espacial Spitzer, sucessor direto do IRAS na astronomia infravermelha, foi desligado em janeiro de 2020 depois de 16 anos de operação; o observatório aerotransportado SOFIA encerrou sua missão em 2022; e o satélite ultravioleta GALEX foi desativado em 2013.

Em compensação, a astronomia multiespectral ganhou sucessores ainda mais poderosos. O Telescópio Espacial James Webb, lançado em dezembro de 2021, é hoje o principal observatório infravermelho em operação, capaz de observar galáxias entre as mais distantes já detectadas. Redes de radiotelescópios como o ALMA, no Chile, revolucionaram a astronomia de rádio e submilimétrica desde a década de 2010. E o Observatório Vera C. Rubin, que começou operações regulares em meados da década de 2020, promete mapear o céu óptico inteiro repetidamente, complementando os levantamentos multiespectrais de satélites e outros telescópios terrestres.

Considerações finais

Cada faixa do espectro eletromagnético funciona como um filtro que revela um aspecto diferente do mesmo objeto: a luz visível mostra o que está quente o bastante para brilhar aos nossos olhos, o infravermelho revela poeira e berçários estelares escondidos, o rádio atravessa nuvens inteiras de gás, e raios X e gama expõem os eventos mais violentos do Universo. O IRAS foi um dos primeiros satélites a provar, na prática, o valor de observar fora da luz visível — um legado que continua vivo em observatórios como o James Webb, sucessor direto dessa linhagem de telescópios infravermelhos espaciais.

Referências

• MOCHÉ, Dinah L. Astronomy: A Self-Teaching Guide. 7. ed., 2009. p. 57, 72-77.
• MOURÃO, Ronaldo Rogério de Freitas. Dicionário Enciclopédico de Astronomia e Astronáutica. Rio de Janeiro: Nova Fronteira, 1987. Verbete "IRAS", p. 450-451.