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Segunda-feira, Maio 16, 2022

Os raios solares podem empurrar o telescópio James Webb?

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O Telescópio Espacial James Webb (JWST) foi lançado no dia de Natal de 2021. Desde então, o entusiasmo pela missão não diminuiu nem um pouco. Agora, à medida que a missão se aproxima cada vez mais da implantação completa, é hora de olhar para um aspecto-chave do telescópio: ele poderia ser empurrado pela luz solar?

O protetor solar de James Webb. Créditos: Chris Gunn – NASA Goddard Space Flight Center/Wikimedia Commons.

O JWST é notório por seu tamanho, especialmente pelo tamanho de seu protetor solar. A proteção solar do telescópio acabou 20 metros (65,62 pés) transversalmente e, como o nome indica, seu principal objetivo é proteger o telescópio do Sol. Uma enorme bola de fogo no meio do Sistema Solar é uma complicação para as observações e o escudo é crucial para proteger o espelho e evitar a luz que poderia ofuscar o objetivo principal da missão – a luz infravermelha.

O escudo tem 5 camadas que parecem folha de estanho, mas na verdade é um material ultrafino e resistente (chamado Kapton), resistente a impactos de meteoritos e a altas temperaturas. Mesmo em temperaturas de até 400 graus Celsiuso escudo não será danificado.

Mas o problema não é só o calor. A luz pode empurrar as coisas, então a luz do sol que atinge o telescópio pode carregar energia suficiente para empurrar James Webb?

Pressão de radiação

As ondas eletromagnéticas carregam energia, assim como as ondas do mar. Quando sentimos que as ondas do oceano nos movem para cima e para baixo, essa é a energia que está sendo transportada dessa maneira. A outra quantidade física que as ondas podem transportar é o momento – o produto da massa pela velocidade.

O momento da luz é meio estranho. Os fótons, tecnicamente falando, não têm massa – mas A relatividade especial de Albert Einstein afirma que partículas sem massa também podem carregar momento. Se algum feixe de luz for energético o suficiente para carregar impulso e aplicar pressão a uma superfície, a superfície pode ser empurrada – algo chamado pressão de radiação. Quando uma superfície é suficientemente reflexiva, a pressão de radiação é maior.

Outros detalhes alteram a pressão de radiação. Dependendo do ângulo em que a luz atinge o objeto, o empurrão pode ser mais eficaz. Isso é intuitivo, se o feixe cruzar a superfície diretamente, um empurrão mais eficaz será aplicado à superfície.

Então pense desta forma: fótons suficientes que atingem uma superfície grande o suficiente da maneira certa podem fazer com que ela se mova, como o vento pode empurrar uma vela.

O retalho de James Webb

Por causa do projeto e dos objetivos da missão de James Webb, o escudo solar é inevitável, mas o projeto também apresenta problemas. Uma superfície refletiva muito grande apontada para o Sol poderia desestabilizar o telescópio. A luz do sol atingiria o escudo e faria o observatório girar. A solução é o “aba de impulso traseiro”algo semelhante a um compensador para contrabalançar a rotação causada pela pressão de radiação.

Implantação do Webb Momentum Flap. Crédito: Laboratório de imagens conceituais do Goddard Space Flight Center da NASA.

A aba na extremidade do pára-sol traseiro minimiza o torque produzido pela pressão da radiação solar. Ele age como flaps usados ​​na aviação para estabilizar aviões com melhor aerodinâmica, mesmo que a radiação solar esteja tentando mover o telescópio. Portanto, o Sol não poderia empurrar o telescópio a uma distância significativa, mas ainda poderia arruinar o alinhamento do telescópio e basicamente arruinar toda a missão.

Velas Solares

Isso levanta a questão: se a pressão da radiação é tão poderosa, por que ninguém inventou uma espaçonave que usa o princípio como ‘combustível’?

Como costuma acontecer, a ideia de velas solares foi discutida pela primeira vez na ficção científica. Arthur C. Clarke escreveu um conto que trouxe a ideia das velas solares. A história é sobre uma corrida de velas solares acontecendo no sistema solar, foi publicada em 1964 intitulada “Sunjammer”. Outras histórias foram posteriormente inspiradas na ficção de Clarke, como “Planeta do Tesouro”.

Com a aparição de Carl Sagan no Tonight Show estrelado por Johnny Carson em 1976 (quando ele apresentou a vela solar para o público em geral), toda a ideia parecia mais realista, mas menos excitante. Agora, os astrônomos já estão usando o princípio das velas solares.

Até LightSail 2 foi idealizado pelo Sociedade Planetária e lançado em 2019. O objetivo da missão era testar as vantagens da navegação solar. O LightSail 2 está na órbita da Terra e corrige sua posição exclusivamente com luz solar, sem qualquer outra propulsão como outros satélites. Ele carrega um CubeSat enquanto orbita a Terra, o satélite possui uma câmera que tira fotos incríveis do nosso planeta.

Uma animação do Advanced Composite Solar Sail System desenrolando seu painel solar. Créditos: NASA/Wikimedia Commons.

A NASA planeja lançar uma vela solar própria em 2022. O projeto se chama Sistema de vela solar composto avançado (ACS3) e a vela terá 9 metros (30 pés) de cada lado. O ACS3 também levará um CubeSat, mas desta vez a espaçonave terá lanças mais leves feitas de polímeros de fibra de carbono.

O objetivo real da vela solar é gastar menos dinheiro em combustível, sem mencionar a fonte inesgotável de energia que é o Sol. Explorar o Sistema Solar com velas solares seria muito eficiente, menos dispendioso e até talvez visitar outras estrelas.



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