Câmera mais moderna do Telescópio Espacial Hubble volta a operar.

Telescópio Espacial Hubble após a missão de serviço SM-4 em 2009.

Notícia ansiosamente esperada pela comunidade astronômica: o Space Telescope Science Institute (STScI) informou em nota nesta segunda (15/03) que o instrumento Wide Field Camera 3 (WFC3) no Telescópio Espacial Hubble foi religada na noite do sábado 13/03 .

A WFC3 é o instrumento de imagem mais moderno em operação no Telescópio Hubble, instalado em sua última missão de manutenção e modernização no ano de 2009. A WFC3 combina dois detectores independentes, o UVIS, com sensibilidade do ultravioleta ao infravermelho próximo na faixa entre 200 e 1000nm, e o IR, sensível ao infravermelho na faixa entre 800 e 1700nm. Gerando imagens de até 4k x 4k pixels com o detector UVIS e de até 1k x 1k pixels no IR.

Estrutura interna da câmera WFC3 com com o caminho óptico até seus dois detectores: UVIS (caminho em azul) e IR (caminho em vermelho). [Crédito: Dressel, L., 2021. “Wide Field Camera 3 Instrument Handbook, Version 13.0” (Baltimore: STScI)]

O desligamento do instrumento ocorreu como parte dos procedimentos para entrada do observatório no modo de segurança após a detecção de uma falha de software no computador de voo principal do Hubble.

Durante a volta às operações na quinta 11/03, uma voltagem abaixo do nominal detectada no monitoramento de uma fonte de tensão da WFC3 disparou um alarme interno que impediu o religamento do instrumento.

Análises mostraram que os níveis de tensão das fontes da WFC3 caíram em função da degradação esperada em seus circuitos eletrônicos (a WFC3 foi instalada no Hubble em 2009) . O desligamento dos circuitos para a entrada no modo de segurança causou o resfriamento dos componentes. Este fator, unido à potência mais alta requerida para reiniciar o instrumento contribuíram para a flutuação de tensão que impediu o religamento do equipamento. A engenharia do Hubble concluiu que era seguro reduzir os limites para o desligamento automático do instrumento e religar a WFC3 no modo científico.

Antes de voltar a coletar dados científicos, a WFC3 passará por procedimentos de calibração e rotinas pré observacionais. Em seguida, a poderosa câmera retornará à sua agenda científica, coletando dados e ajudando a expandir nossa compreensão do universo.

Hubble volta a operar, mas com restrições.

Uma falha numa atualização de software, implementada para compensar flutuações no desempenho dos giroscópios e garantir maior estabilidade ao telescópio espacial, colocou o Hubble em modo de segurança no domingo (07/03). As operações foram retomadas na quinta (11/03), mas um de seus principais instrumentos, a WFC3 (Wide Field Camera 3), segue fora de serviço devido a um nível de tensão abaixo do nominal em seus circuitos.

Telescópio espacial Hubble e seus componentes [NASA/STScI]


Outra falha oportunamente descoberta foi um travamento do motor de acionamento da tampa de proteção frontal do telescópio, que deve se fechar caso o telescópio seja apontado na direção do Sol, evitando danos aos componentes ópticos e circuitos eletrônicos. Testes conduzidos pela equipe de solo mostraram que o motor reserva funciona normalmente e este assume agora a função de atuador primário da tampa.

Aguardamos ansiosos pela solução da pane na WFC3. E enquanto isso seguimos utilizando imagens de arquivo do Hubble em nossas oficinas de imagens astronômicas todas as quintas feiras na www.twitch.tv/ceuprofundo sempre a partir das 20h.

Nebulosa M57 – A Nebulosa do Anel. Imagem composta com dados do telescópio espacial Hubble [NASA/STScI – Wandeclayt Melo/Ceu Profundo]

Os primeiros passos da Perseverance

Rastros das rodas do jipe robô Perseverance após sua primeira movimentação na superfície de Marte [NASA/JPL-Caltech/University of Arizona]

Após o celebrado pouso na cratera Jezero, acompanhado por milhões de pessoas em todo o mundo, no dia 18/02, o jipe robô Perseverance dá os primeiros passos no terreno de Marte. As primeiras semanas após o pouso foram dedicadas a uma rotina de testes e diagnósticos de câmeras e outros sistemas e não incluíam testes de deslocamento do robô.

A primeira movimentação aconteceu no dia 04/03 e é apenas o primeiro passo na longa jornada de exploração que a Perseverance realizará durante sua missão. Em busca de traços da existência de vida primitiva microbiológica o robô desbravará o delta de um rio seco que um dia desaguou na cratera Jezero. O local exato do pouso, selecionado por um sistema autônomo de navegação que avaliava os riscos apresentados pelo relevo do terreno levou a Perseverance em segurança numa região pouco acidentada do solo. Mas a partir daqui sua tarefa exige um verdadeiro enduro para vencer dunas, encostas e terrenos pedregosos até atingir o Vale Neretva em busca de seus objetivos científicos.

A imagem acima, capturada pela câmera HiRISE, a bordo da espaçonave Mars Reconnaissance Orbiter, mostra duas rotas possíveis, em violeta e azul, para o deslocamento da Perseverance a partir do ponto do pouso (ponto branco, na imagem) até o um possível caminho (em amarelo) onde o robô estudará os sedimentos na região do delta.

Os futuros passos em Marte

Ilustração de modelo conceitual do Mars Ascent Vehicle, que enviará amostras do solo de Marte para um veículo em órbita. [NASA/JPL-Caltech]

Além dos objetivos de astrobiologia, a Perseverance também tem como missão caracterizar a geologia e o clima primitivo marciano e coletar amostras do solo para posterior envio à Terra. A campanha de recuperação das amostras já tem nome: MSR (Mars Sample Return) e envolverá as agências espaciais norte-americana e europeia, NASA e ESA, para uma complexa missão que envolverá veículos em órbita e na superfície de Marte. Na superfície, a missão Sample Retrieval Lander liberará um jipe robô (Sample Fetch Rover) para recuperar as amostras coletadas pela Perseverance e enviá-las através do Mars Ascent Vehicle (MAV) para a componente orbital da campanha. O orbitador será o responsável pelo trajeto final das amostras, de Marte para a Terra. O primeiro contrato para fornecimento de propulsores e sistemas de apoio para o MAV foi assinado com a empresa Northrop Grumman e entrou em vigor no dia 04/03. Trazer um pedaço de Marte para a Terra já é uma realidade!

Surpreenda-se com essas 5 Mensagens Ocultas na Perseverance

Além de seu avançado arsenal científico e das mais poderosas câmeras já embarcadas numa missão espacial, o jipe robô Perseverance chegou no dia 18/02 à superfície marciana levando também uma série de detalhes curiosos e bem humorados incorporados à nave pelos projetistas da missão. Acompanhe conosco alguns desses intrigantes detalhes!

1. Ousadia e alegria!

Ousadia e alegria não é exatamente a mensagem cifrada em código binário no paraquedas usado na entrada da Perseverance na atmosfera marciana, mas a ideia é a mais ou menos a mesma.
Na verdade aos gomos claros e escuros no paraquedas podem ser interpretados como zeros e uns, formando um código binário que pode ser transcrito (convertendo números em posições do alfabeto) como “DARE MIGHTY THINGS” (Ouse coisas grandiosas). Esse é o lema do Jet Propulsion Laboratory (JPL) que fabricou e o opera a sonda robô. A expressão é trecho de um discurso de Theodore Roosevelt:

“Far better is it to dare mighty things, to win glorious triumphs, even though checkered by failure … than to rank with those poor spirits who neither enjoy nor suffer much, because they live in a gray twilight that knows not victory nor defeat.”

(É muito melhor ousar coisas grandiosas, para atingir gloriosos triunfos, mesmo que ameaçados pelo fracasso… que se unir às pobres almas que nem se alegram nem sofrem demais, porque vivem num crepúsculo cinzento que não conhece nem a vitória nem a derrota.)

Além do slogan, o anel externo traz as coordenadas do próprio JPL, em Pasadena, na California (EUA): N 24 11 58, W 118 10 31.

2. Retrato de família

[NASA/JPL-Caltech]
Placa estampada com toda a família de jipes robôs na superfície de Marte [NASA/JPL-Caltech]

No deck superior da Perseverance, uma placa metálica traz estampada toda a família de jipes robôs enviada a Marte desde a pequena pioneira Sojourner, que iniciou a era da exploração sobre rodas em Marte em 1997, passando pelas gêmeas Spirit e Opportunity (2004), pela Curiosity (2012) e chegando à Perseverance e ao drone Ingenuity que acabam de desembarcar em Marte.

3. Onze milhões de nomes, “explorando como um”.

Chips com a gravação de 10 932 295 nomes estão incluídos nesta placa, fixada na parte traseira da Perseverance. Além disso, uma ilustração mostra uma comparação entre os diâmetros daa Terra e de Marte, enquanto no centro o Sol exibe raios que formam uma mensagem em código morse”. _.._ .__. ._.. ___ ._. . ._ … ___ _. .” (“Explore as One). [Nasa/JPL-Caltech]
Imagem da NAVCAM mostrando a placa instalada na barra traseira da Perseverance. [NAVCAM – NASA/JPL-Caltech]

Numa barra instalada na estrutura traseira do robô, uma placa carrega três chips com os quase 11 milhões de nomes enviados por internautas através do site da missão Mars 2020. Cada inscrito recebe um “Cartão de Embarque” e tem seu nome eternizado na estrutura do quinto e mais avançado veículo de exploração superficial já enviado à Marte.

A placa traz ainda a uma mensagem em código morse, formada pelos raios do Sol que ilustra a figura central da placa: “. _.._ .__. ._.. ___ ._. . ._ .. ___ _. . ” (“Explore as One”).

“Cartão de Embarque” para a missão Mars 2020 [Nasa/JPL-Caltech]

4. Dois mundos, um começo.

Alvo de calibração da MASTCAM-Z, uma poderosa câmera com zoom e alta resolução instalada no mastro da Perseverance junto com as câmeras de navegação NAVCAM e a SUPERCAM. [NASA/JPL-Caltech]

O alvo de calibração da das câmeras MASTCAM-Z traz pictogramas que ilustram a trajetória evolutiva da vida no planeta Terra e junto com eles a mensagem “TWO WORLDS, ONE BEGINNING” (Dois mundos, um começo). Este alvo é uma evolução do instalado no robô Curiosity que chegou em Marte em 2012.

Alvo de calibração instalado no jipe robô Curiosity. Ao longo dos anos de operação a poeira vem se depositando sobre sua superfície, mas é possível ler a mensagem “TO MARS TO EXPLORE”.

5. Elementar, meu caro Watson…

E para encerrar, um mistério digno de Sherlock Holmes…

O braço robótico da Perseverance carrega o espectrômetro SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals), que ajudará na busca por vida microbial primitiva em material coletado da superfície. Amostras da superfície também serão coletadas e armazenadas para posterior envio à Terra por uma futura missão também robótica. Para calibrar o espectrômetro e a câmera instalados no braço da Perseverance, alvos de referência estão instalados em uma placa. E num desses alvos as referências ao famoso detetive criado por Sir Arthur Conan Doyle continuam!

Os alvos incluem amostras de materiais utilizados em trajes espaciais, como teflon, vectran e policarbonato e o efeito da exposição destes materiais ao ambiente marciano também será estudado.

Mas talvez o mais curioso dos alvos seja esta moeda que traz não apenas a figura de Sherlock Holmes e de seu famoso endereço (221B, Baker Street) mas também uma mensagem escrita no código encontrado no conto “A aventura dos homenzinhos dançantes”. Você pode tentar decifrá-lo, ou ler nossa transcrição ao final do texto.

Esperamos que tenham se divertido com estes mistérios marcianos tanto quanto nós!
E aqui seguiremos acompanhando as aventuras do robô Perseverance no solo de Marte, prontos pra trazer até vocês a solução para mistérios científicos que ela busca desvendar! Quem sabe logo não teremos que escrever um post sobre a descoberta de vestígios de vida primitiva na cratera Jezero? Isso certamente não seria elementar, meu caro Watson.















<INÍCIO DE SPOILER>
a mensagem cifrada é “CACHE ME IF YOU CAN” (ARMAZENE-ME SE FOR CAPAZ) num trocadilho com “Catch me if you can” (Pegue-me se for capaz).
<FIM DE SPOILER>

Faça você mesmo: NGC 6302 – A Nebulosa da Borboleta.

NGC 6302 – A Nebulosa da Borboleta a partir de dados do Telescópio Espacial Hubble. [Dados de imagem: NASA/ESA/STScI, Processamento: Wandeclayt M./Ceu Profundo]

As imagens de objetos de céu profundo – galáxias, nebulosas e aglomerados estelares – produzidas com dados do telescópio espacial Hubble (HST) são tão fabulosas que acabam inspirando a pergunta: “Nossa, mas é uma foto mesmo? Dá pra observar ela assim?”

A dúvida é legítima e para ajudar a entender como nascem estas impressionantes visões astronômicas vamos compor juntos uma imagem da nebulosa planetária bipolar NGC 6302 – A Nebulosa da Borboleta – utilizando dados de arquivo do Hubble.

Primeiro ponto importante: as câmeras do Hubble não são coloridas. São sensores monocromáticos de alto desempenho, sensíveis a toda a faixa visível do espectro eletromagnético e a porções do infravermelho e do ultravioleta próximos.

Para compor imagens coloridas com os imageadores atualmente em operação no telescópio espacial – a WFC3 (Wide Field Camera 3) e a ACS (Advanced Camera for Surveys) – precisaremos combinar dados obtidos em observações separadas, cada uma delas utilizando um filtro diferente, que deixa passar apenas uma faixa (cor) da luz incidente.

Como o objeto a ser imageado é uma nebulosa, uma escolha comum de filtros é a que seleciona a luz emitida por alguns elementos abundantes em sua composição. Escolheremos filtros que deixam passar certos comprimentos de onda associados a átomos de hidrogênio, oxigênio e enxofre.

FiltroElemento
F502NO III (Oxigênio duplamente ionizado)
F658NH alfa
F673NS II (Enxofre ionizado)

Garimpando os dados

Temos então todas as informações que precisamos para fazer nossa busca por dados no arquivo do Hubble:

AlvoNGC 6302
CâmeraWFC3, ACS
FiltrosF502N, F658N, F673N
Dados para busca dos dados para composição da imagem da nebulosa NGC 6302.

Introduziremos esses dados na interface de pesquisa do arquivo do Hubble em https://archive.stsci.edu/hst/search.php

Interface de busca do arquivo do Telescópio Espacial Hubble.

O resultado dessa busca nos mostrará os dados arquivados de observações da NGC 6302 realizadas com as câmeras e filtros selecionados. Entre os resultados, encontramos um conjunto de exposições realizadas com a WFC3 em 13/03/2020, nos três filtros de interesse e com tempos longos de exposição (todos acima de 1000s). BINGO! São esses que vamos usar!

Resultados da busca. Os três arquivos selecionados são de uma mesma sequência de observação e utilizam os três filtros que nos interessam.

Requisitando os arquivos.

Antes de requisitar os dados, podemos visualizar uma prévia das imagens clicando sobre o nome dos arquivos. Este é um passo importante porque podem ocorrer falhas durante a observação, como problemas de guiagem do telescópio e estabilização da imagem, que resultem em dados inutilizáveis. Como cada arquivo individual pode ultrapassar os 200 MB, convém checar sua integridade antes do download.

Visualização prévia dos dados de imagem.

Após inspecionar cada um dos arquivos de interesse e de nos certificarmos que todos são aceitáveis, podemos requisitar os dados. Selecionamos os três arquivos e clicamos no botão [Submit marked data for retrieval from STDADS].

Requisição dos dados selecionados.

Na janela seguinte, configure o formato dos dados requisitados. Queremos apenas os dados já calibrados e com a extensão drc.

Você receberá uma confirmação de sucesso da requisição e um link de ftp para o download dos arquivos será enviado para o email indicado. Você pode acessar o servidor pelo navegador também, se não tiver um cliente de ftp em sua máquina. Salve os arquivos disponibilzados na pasta. Além dos arquivos de dados FITS, uma prévia em formato jpeg também estará disponível como referência.

E agora? O que faço com os arquivos?

Agora vamos criar a nossa composição RGB combinando os arquivos FITS que acabamos de baixar utilizando o software SAO Image DS9 (Disponível gratuitamente para Linux, Mac OS e Windows em https://sites.google.com/cfa.harvard.edu/saoimageds9/download).

  1. No DS9 crie um novo frame RGB ( utilize o menu Frame > New Frame RGB ou os botões [frame] e [rgb])
  2. Associaremos cada imagem a um dos canais RGB de acordo com o comprimento de onda do filtro utilizado, atribuindo ao canal vermelho (R) o filtro de maior comprimento de onda (F673N, SII), ao canal verde (G) o comprimento de onda intermediário (F658N, H alfa) e ao canal azul (B) o comprimento de onda mais curto (F502N, OIII).
  3. Selecione o canal ativo clicando na coluna Current na janela RGB. Em seguida abra o arquivo correspondente ao canal ativo utilizando o menu File > Open ou os botões [file] e [open] e repita a operação para os três canais.
  1. Ok, mas como saber que arquivo corresponde a cada canal? Você pode conferir na página com o resultado da busca, se ela ainda estiver aberta em seu navegador ou se quiser repetir a pesquisa, mas cada arquivo FITS carrega também um cabeçalho de metadados chamado Header que pode ser inspecionado dentro do DS9. Para inspecionar o header de um arquivo aberto clique nos botões [file] e [header] . Você verá um arquivo de texto como o da figura abaixo. Procure a informação “FILTER = “.
  1. Agora é só lembrar que R = F673N, G = F658N e B = F502N. Mas tem um detalhe aí… Estamos colocando o filtro F658N no canal G, mas na verdade a linha de emissão do hidrogênio alfa é também vermelha! Então é bom lembrar que o que aparece em verde na imagem é na realidade um outro tom de vermelho, mas com a nossa escolha de cores vai ficar bem mais fácil distinguir o que corresponde a cada filtro. Essa configuração é conhecida como “Hubble pallete” e se popularizou com a célebre imagem do Hubble: “Os Pilares da Criação”, que mostra detalhes da Nebulosa da Águia (M 16) com esse padrão de cores.
  2. Pronto! Agora que carregamos os três arquivos precisamos ajustar os histogramas. Comece com a imagem no canal R. Clique nos botões [scale] e [log] e em seguida acesse o menu Scale > Scale parameters…
  3. Você verá um histograma como o da imagem abaixo. Perceba que no gráfico, toda a informação está amontoada perto do zero, ou seja: está tudo muito escuro e vamos precisar “esticar” esse histograma. Introduza esses valores na janela: Low = 0.01 e High = 6.
  1. Repita esse procedimento com os canais G e B usando Low = 0.01 e High = 19. Você também pode experimentar outros valores e pode também tentar outras escalas além da [log]. É aqui que você pode dar seu toque pessoal na imagem. Como diz Rick Sanchez: “Às vezes a ciência é mais arte que ciência!“.
  2. O resultado pode ser algo como a imagem abaixo, mas não perca a chance de libertar o artista que existe em você! Brinque com parâmetros e escalas até encontrar uma combinação satisfatória.

E o nosso resultado final!

Depois de muitas experiências, ficamos felizes com o resultado da imagem abaixo. Mas para chegar nesse resultado a imagem passou por alguns passos adicionais em programas de edição de imagens. Você pode usar programas como o Photoshop ou o GIMP para fazer ajustes cosméticos na sua imagem, reduzindo ruídos, evidenciando detalhes, aplicando ajustes não lineares… E a verdade é que a gente nunca conclui a edição de uma imagem dessas. Sempre dá vontade de mexer um pouco mais, mas a gente acaba parando em algum ponto porque o arquivo do Hubble é enorme e o universo é ainda mais! E a gente já quer passar pro próximo objeto! Que tal uma galáxia na próxima tarefa?

NGC 6302 – A Nebulosa da Borboleta. Imagem RGB composta com dados do Telescópio Espacial Hubble (HST). [dados: NASA/ESA/STScI. processamento Wandeclayt M./Céu Profundo]