O astronauta da Apollo 17, Ron Evans, teve que embarcar em uma caminhada espacial apenas para recuperar um cassete de filme, que registrou dados do primeiro instrumento de mapeamento de radar montado em uma espaçonave. Crédito: NASA
Em 1972, foi preciso um astronauta em uma caminhada espacial para fazer o que Lynn Carter agora pode fazer com alguns cliques do mouse durante o almoço.
Carter, um professor de ciência planetária do Laboratório Lunar e Planetário da Universidade do Arizona, aponta para uma pequena fotografia emoldurada acima de sua mesa. Ele mostra a espaçonave Apollo 17, a última missão da tripulação na Lua, cruzando alto acima da extensão cinzenta e cheia de crateras abaixo.
"Viu aquela pequena antena lá fora? Esse foi o primeiro radar planetário em uma espaçonave e, enquanto passava pela lua, ela pingava na superfície", disse ela. "Cada vez que atingiu uma camada de rocha diferente, refletiu um sinal e gravou em filme."
Uma das coisas que os astronautas da Apollo 17 foram encarregados de fazer foi mapear a superfície da lua a partir da visão panorâmica de seu orbitador. Além de fotografar as características óbvias - topográficas, como colinas, crateras e pedregulhos -, a antena do radar permitiu que elas revelassem características geológicas ocultas sob a superfície da lua. Os dados do radar foram gravados em fitas cassete antigas armazenadas embaixo de uma escotilha que só era acessível de fora da espaçonave. Para recuperar o filme, o astronauta Ron Evans teve que colocar um traje espacial e mexer na escotilha da cápsula Apollo enquanto ele se movia pelo espaço entre a Lua e a Terra a quase 25.000 milhas por hora.
"Hoje é totalmente diferente", diz Carter. "Tudo é digital, e os instrumentos têm uma resolução muito melhor. Podemos ver coisas em Marte da nossa sala que você não pode ver, mesmo que você possa viajar até lá e ficar na superfície."
Deceptivamente semelhante a um fluxo de lava, a massa cinzenta que flui na base do Pico Sourdough, perto de McCarthy, Alasca, é na verdade uma geleira coberta por detritos rochosos. Jack Holt e sua equipe no Laboratório Lunar e Planetário passaram anos caminhando e esquiando em toda a sua superfície para inspecioná-lo com radar de penetração no solo e outras técnicas. Crédito: Eric Petersen / HiRISE
Mapeando outros mundos
Carter é especializada em fazer mapas do invisível: usando dados obtidos com instrumentos de radar de penetração no solo, ela visualiza e interpreta características enterradas sob a superfície de corpos planetários como a Lua, Marte e Vênus.
Para um cientista planetário como Carter, mapear outro mundo é muito mais do que descobrir o que está na superfície e como ir do ponto A ao ponto B (embora a navegação esteja se tornando um objetivo cada vez mais importante, com esforços aumentando para enviar astronautas para novos horizontes como Marte ou asteróides próximos da Terra).
"Nós olhamos para os planetas para entender como eles se formaram", diz Carter, "e também para entender melhor as características aqui na Terra que foram obscurecidas pelos processos geológicos que tornam nosso planeta especial. Estudar outros objetos no sistema solar é uma maneira para estudar coisas que não saíram do jeito que fizeram aqui na Terra ".
Tome Venus, por exemplo, vizinho da Terra ao lado e "planeta favorito" de Carter, como ela admite prontamente. Mesmo com os telescópios mais poderosos, nunca conseguimos ver sua superfície, que é permanentemente protegida da vista por uma mortalha de nuvens. Até a década de 1960, romances de ficção científica especulavam sobre um mundo tropical exuberante coberto de selvas.
Deceptivamente semelhante a um fluxo de lava, a massa cinzenta que flui na base do Pico Sourdough, perto de McCarthy, Alasca, é na verdade uma geleira coberta por detritos rochosos. Jack Holt e sua equipe no Laboratório Lunar e Planetário passaram anos caminhando e esquiando em toda a sua superfície para inspecioná-lo com radar de penetração no solo e outras técnicas. Crédito: Eric Petersen / HiRISE
"O radar esmagou essa ideia, ao revelar uma superfície sólida e superaquecida com muitos vulcões". Carter diz. "De repente, Vênus não parecia nada hospitaleiro."
Ao contrário dos exploradores e cartógrafos que se aventuraram a mapear a Terra a partir da terra e do mar, os cientistas planetários têm que mapear de longe, olhando através de telescópios, ou, se tiverem a sorte de conseguir uma missão espacial financiada, de órbita.
Uma mesa de café em Marte?
Uma das missões de visualização de maior sucesso é a HiRISE, liderada pela UA. A HiRISE é uma câmera de imagem de alta resolução que fotografou Marte em detalhes sem precedentes enquanto orbita o planeta vermelho a bordo do Mars Reconnaissance Orbiter da NASA por mais de 10 anos. As imagens são tão detalhadas que, ao longo de uma década, depois de tirar 62.712 imagens, cobria apenas 3,5% da superfície marciana. Mas a cobertura nunca foi o objetivo - em vez disso, a HiRISE foi enviada a Marte para encontrar futuros locais de pouso e fornecer uma imagem que ajudará os cientistas a entender os processos geológicos antigos e atuais de Marte. O planeta provou ser surpreendentemente ativo, apesar do fato de que é um mundo frio e empoeirado, sem placas tectônicas ou um campo magnético. e cuja atmosfera foi largamente transferida para o espaço.
HiRISE, cujo olho é afiado o suficiente para detectar uma mesa de café (se houver) no chão, a 180 milhas acima, está agora em sua quinta extensão e continua forte. Na época em que foram lançados, mapas da Terra similarmente detalhados eram classificados e acessíveis apenas aos indivíduos no Pentágono, disse Alfred McEwen, professor de Ciências Planetárias da UA Regents e principal investigador da HiRISE.
Esta imagem do asteroide Bennu foi capturada em 13 de junho. A maior rocha de Bennu pode ser vista saindo do hemisfério sul. OSIRIS-REx quebrou o recorde de distância mais próxima que uma nave espacial orbitou um corpo no sistema solar, e agora está orbitando a 4 milhas (680 m) acima da superfície de Bennu. Crédito: NASA / Goddard / UA / Lockheed Martin
Desde então, a HiRISE revelou um planeta belíssimo. A visão estereoscópica do instrumento, a resolução sem precedentes e as imagens repetidas passam completamente como os cientistas interpretaram imagens prévias do planeta vermelho, diz McEwen.
"O que pensávamos ser dunas antigas, por exemplo, congeladas no tempo por possivelmente milhões de anos, acabou mudando constantemente."
A HiRISE viu toda uma série de atividades contínuas, incluindo novas crateras de impacto, onde o meteorito impactante explodiu a água da superfície do planeta, ravinas de erosão e outras características, algumas tão terríveis que geólogos planetários como McEwen ainda estão lutando para explicar sua origem. com certeza.
"Continuamos a encontrar coisas novas, como características nas regiões polares que chamamos de aranhas", diz McEwen. "Achamos que eles são causados por gás carbônico fluindo sob as camadas de gelo, esculpindo a topografia da superfície. Outra descoberta recente é a das rochas que se movem lentamente para baixo, possivelmente impulsionadas pela expansão sazonal e contração do gelo subterrâneo."
Tirar fotos é apenas o primeiro passo na geração de um mapa de uma superfície planetária com precisão suficiente para permitir que os caminhões pousem sem bater em pedregulhos não descobertos ou impedir que robôs robóticos fiquem presos na areia solta.
O Lunar Reconnaissance Orbiter da NASA tirou esta fotografia de grande angular do Mare Nubium, uma extensão aparentemente sem feições na lua. A cratera à esquerda é Bullialdus, que abrange cerca de 38 milhas de diâmetro. Crédito: NASA
"Para fazer um mapa, você tem que entender a geometria de suas imagens e juntá-las em mosaico. E então você tem que mudar a perspectiva para o que parece, a menos que os originais fossem adquiridos dessa maneira", disse McEwen sobre o processo. chamado ortorretificação.
A ortorretificação é necessária para derivar a topografia de uma imagem, explica ele. Os cientistas da UA que produziram o primeiro atlas detalhado da lua usaram uma configuração bastante analógica, mas elegantemente simples para conseguir isso. Hoje em dia, isso é feito pelos olhos atentos de pessoas especialmente treinadas e software sofisticado.
Satélites de Shapeshifting de Júpiter
Alguns dos outros desafios que os cartógrafos do sistema solar enfrentam são como definir o nível do mar quando o objeto de estudo não tem mar ou como determinar coordenadas em um objeto que não é exatamente esférico ou muda constantemente de formato.
"Muitos dos satélites de Júpiter são o que chamamos de elipsóides triaxiais", diz McEwen. "Suas formas tridimensionais mudam com as fortes forças de maré sob o campo gravitacional de Júpiter, e isso é um verdadeiro desafio se você quiser fazer mapeamento de precisão."
Imaginado com o radar da Terra, Mare Nubium revela feições brilhantes e angulosas escondidas sob a superfície - fluxos de lava que se solidificaram após o nascimento turbulento da lua bilhões de anos atrás. Os cientistas usam dados como este para entender de onde veio a lava e determinar a escala das erupções e quanto tempo duraram. Crédito: UA / NASA-Goddard / Smithsonian
Medir tais mudanças é interessante por si só, no entanto, porque revela pistas sobre as propriedades interiores desses objetos que seriam difíceis ou impossíveis de estudar de outra forma, acrescenta McEwen.
Cientistas e engenheiros da UA avançaram no campo projetando instrumentos e câmeras que voaram em várias missões espaciais para mapear territórios desconhecidos, incluindo Mercúrio, o planeta mais próximo do Sol, as luas de Saturno, Titã e Encélado, e a lua de Júpiter, Io. Eles também estão trabalhando em instrumentos propostos para futuros projetos de mapeamento que incluem a Lua da Terra, Marte e Europa, a grande lua de Júpiter, cujo oceano aquático abaixo da superfície é considerado um candidato quente para a vida extraterrestre.
Mais recentemente, cientistas da UA estão quase concluindo o mapa mais detalhado já feito de qualquer corpo do sistema solar , incluindo a Terra: câmeras projetadas na UA estão examinando a superfície rochosa de Bennu, um asteróide próximo da Terra tão alto quanto o Empire State Building. e a equipe da missão de retorno da amostra OSIRIS-REx liderada pela UA mapeou a superfície de Bennu até a polegada. Ser capaz de selecionar um local seguro para a espaçonave pousar e pegar uma amostra é um pré-requisito lógico para a missão, que está pronta para devolver uma amostra de material asteróide à Terra em 2023.
"Quando terminarmos a caracterização dos sites de amostras candidatas, poderemos ver um objeto do tamanho de um centavo", diz Daniella DellaGiustina, principal cientista em processamento de imagens da OSIRIS-REx.
DellaGiustina acrescenta que, além de garantir a segurança da missão, o mapeamento com detalhes sem precedentes oferece "ciência realmente legal e incrível".
Uma dramática e fresca cratera de impacto domina esta imagem tirada em 19 de novembro de 2013, pela câmera de alta resolução Imaging Science Experiment, ou HiRISE, no Mars Reconnaissance Orbiter da NASA. A cratera mede aproximadamente 100 pés (30 m) de diâmetro e é cercada por uma grande zona de explosão com raios. Examinando a distribuição do material escavado pela explosão, os cientistas podem aprender mais sobre o evento de impacto. Crédito: NASA / JPL-Caltech / UA
"Obtendo um conjunto de dados de um asteróide inteiro e indo dessa escala até imagens de pixels de tamanho centimétrico, podemos realmente começar a conectar os asteróides à população de meteoritos que temos em nossos laboratórios", diz DellaGiustina.
Para fazer isso, a equipe precisou inventar novas técnicas e ampliar o software de mapeamento disponível para capturar uma representação precisa de Bennu, um objeto de formato irregular cuja superfície é cravejada de pedras, incluindo algumas do tamanho de uma garagem e com balanço.
Navegando em três dimensões
"Um sistema de coordenadas não é suficiente, por isso estamos trabalhando em latitude e longitude e coordenadas cartesianas o tempo todo", diz DellaGiustina. "Isso nos permite gerar nuvens de pontos 3D e atribuir coordenadas precisas a cada pixel."
Além de possibilitar futuras missões de exploração humana a Marte, esta pesquisa ajuda a responder questões fundamentais sobre como o planeta vermelho passou a ser o que é hoje, explica Bramson.
"Ao mapear o gelo da subsuperfície, podemos tentar juntar a história climática do planeta", diz ela. "Isso nos permite entender as mudanças climáticas naturais sem os fatores de confusão que temos na Terra, como população humana, vegetação e oceanos."
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