Os Dois Anéis de Quaoar.

Quando falamos em anéis em objetos do Sistema Solar você imediatamente lembrará dos exuberantes anéis de Saturno, ou talvez dos mais discretos, mas ainda assim impressionantes, anéis em torno dos gigantes Júpiter, Urano e Netuno revelados em imagens capturadas no infravermelho.

Mas três pequenos corpos do Sistema Solar, através de campanhas observacionais com protagonismo de pesquisadores e instituições brasileiros, revelaram na última década inesperados sistemas anéis a sua volta. E a última dessas descobertas foi anunciada em primeira mão pelo astrônomo Felipe Braga-Ribas em uma das lives do ciclo Abril pra Astronomia, promovido pela Sociedade Astronômica do Recife (SAR) e pelo Projeto Céu Profundo: um tênue segundo anel foi detectado em torno do objeto transnetuniano (50000) Quaoar!

A jornada de descoberta de anéis em torno de pequenos corpos começa com Chariklo, um asteroide da classe dos Centauros, que teve seu anel anunciado em um trabalho de Felipe Braga-Ribas (UTFPR) e colaboradores em 2014 – seguido pelo anúncio em 2015 do anel do planeta anão Haumea, em trabalho liderado por J. L. Ortiz (Instituto de Astrofisica de Andalucía). Mais recentemente, vimos o anúncio de um primeiro anel no objeto trasnetuniano (50000) Quaoar em trabalho publicado em 2023 por Bruno Morgado (UFRJ) e colaboradores, com dados de observações realizadas entre 2018 e 2021.

Mas se a detecção de anéis em pequenos corpos do Sistema Solar já é um resultado surpreendente que evidencia o poder das técnicas observacionais e computacionais envolvidas no processo, a surpresa, o espanto e o orgulho pela ciência brasileira dobra com o anúncio da descoberta de um segundo anel em torno de Quaoar!

Em um artigo aceito para publicação no periódico Astronomy & Astrophysics Letters (já disponível no ArXiv), Chrystian Pereira (Observatório Nacional) e colaboradores anunciam que durante observações de uma ocultação estelar por Quaoar em agosto de 2022, além da confirmação do primeiro anel já observado, os dados apontaram a existência de um segundo anel envolvendo o pequeno e distante corpo.

Quem é Quaoar?

Orbitando o Sol além da órbita de Netuno, a uma distância média que é 43 vezes maior que o raio da órbita da Terra, Quaoar é um pequeno objeto de diâmetro estimado em torno de 1100 km. Seu primeiro anel, batizado de Q1R foi descoberto em observações realizadas entre 2018 e 2021.

Suas pequenas dimensões (aproximadamente um terço do diâmetro da Lua) e sua grande distância tornam impossível fazer imagens que possam resolver detalhes de sua superfície ou mesmo definir sua forma, por isso, são usados métodos indiretos – mas muito precisos – para determinar sua geometria.

Como são realizadas as observações?

Pra deixar bem claro o tamanho do desafio: visto da Terra, Quaoar tem o diâmetro aparente de uma moeda de um real a 154 km distância. Então observações diretas não são uma opção. Mas os pesquisadores envolvidos no trabalho são capazes de computar com grande precisão sua órbita e prever quando e onde é possível observar o trânsito desse objeto em frente a uma estrela, ocultando-a. Esse pequeno e breve eclipse é capaz de nos revelar detalhes da geometria do corpo eclipsante e de quebra fornecer informações sobre a presença ou não de uma atmosfera ou de sua composição.

Representação dos resultados para o formato de Quaoar (no centro) e para a detecção dos anéis Q1R (externo) e Q2R (interno). A órbita do anel Q1R combina dados das observações recentes e das realizadas entre 2018 e 2021, publicadas por Bruno Morgado e colaboradores. A elipse verde marca a posição esperada para o limite de Roche considerando partículas de densidade 0,4 g/cm3 . A existência de anéis além do limite de Roche é inesperada e a influência de efeitos de ressonância com a rotação do corpo central e com a órbita do Weywot (um pequeno satélite de Quaoar) é considerada. A seta indica o movimento da estrela ocultada em relação a Quaoar. [créditos: C.L. Pereira e colaboradores]

Mas assim como um eclipse solar total só é visível ao longo da estreita faixa sobre a superfície terrestre onde a sombra da Lua é diretamente projetada pelo Sol, a observação de ocultações estelares por planetas ou pequenos corpos do Sistema Solar também exige que os observadores estejam posicionados no lugar e na hora certos para essa desafiadora observação. Determinar estas posições e instantes com precisão é o primeiro, mas não o único, desafio para a realização destas observações.

A imagem abaixo mostra a localização de observatórios posicionados na faixa de visibilidade da ocultação. Os pontos laranja representam estações onde o céu estava nublado durante a ocultação, os pontos pretos representam as estações onde a ocultação foi observada com sucesso e o ponto vermelho marca a estação onde a observação não detectou a ocultação. A linha sólida representa o limite da sombra de Quaoar e as linhas pontilhadas delimitam o contorno dos aneis Q1R e Q2R.

Posição dos observatórios envolvidos na aquisição de dados da ocultação da estrela Gaia DR3 4098214367441486592 pelo objeto trasnetuniano Quaoar [créditos: C. L. Pereira e colaboradores]

Limites na sensibilidade dos instrumentos e meteorologia desfavorável são o grande obstáculo para uma observação que exige grande precisão e sensibilidade instrumental. Por sorte, a faixa de ocultação cobria também o arquipélago do Havaí, um dos melhores sítios para observação astronômica do hemisfério norte e lar dos observatórios Gemini Norte, de 8.1m de abertura e CFHT (Canada-France-Hawaii Telescope) de 3.6m. Estes telescópios de grande abertura e com instrumentos de grande sensibilidade foram capazes de resolver a presença do tênue segundo anel de Quaoar.

E quais os resultados?

Os telescópios apontados para a estrela Gaia DR3 4098214367441486592 esperavam ver o brilho da estrela ser atenuado pela passagem de Quaoar, da mesma forma que a passagem da Lua eclipsa o brilho do Sol em um eclipse solar.

Comparando a variação do brilho da estrela em observações realizadas em diferentes posições é possível traçar o contorno do objeto eclipsante. Mais duas breves quedas no fluxo luminoso eram esperadas antes e após a ocultação pelo corpo central, causadas pelo já conhecido anel Q1R, envolvendo Quaoar a uma distância média de 4100km. A surpresa veio de outra sutil queda de fluxo encontrada nos dados numa posição intermediária entre Quaoar e o anel Q1R.

Dados do observatório Gemini Norte no infravermelho próximo (filtro z’) mostram as variações no fluxo luminoso medido da estrela e de Quaoar. A queda profunda na parte central do gráfico corresponde ao intervalo em que Quaoar eclipsou a estrela e as pequenas reduções de fluxo observadas pouco antes e pouco depois da ocultação revelam a presença dos anéis. [créditos: C.L. Pereira e colaboradores]

Esta sutil, mas perceptível, queda no fluxo antes e depois da ocultação principal é suficiente para revelar a presença de um segundo anel, orbitando Quaoar a 2500 km de distância.

As curvas de luz obtidas com os telescópios Gemini Norte e CFHT são coerentes com a existência de um segundo anel em torno de Quaoar. [créditos: C. L. Pereira e colaboradores].
O conjunto de dados dos observatórios que realizaram com sucesso a observação da ocultação estelar por Quaoar revela também a diferença de desempenho dos grandes telescópios Gemini Norte e CFHT no monte Mauna Kea no Havaí.

A análise dos dados da observação permitem não apenas caracterizar Quaoar e seus anéis, mas abre também as portas para discutir a existência destas estruturas numa região além do limite de Roche clássico, onde se esperaria que essas partículas se aglutinassem formando um satélite. Efeitos de ressonância com o período de rotação de Quaoar e com seu pequeno satélite Weywot e a ocorrência de colisões mais elásticas entre as partículas dos anéis são fatores que podem contribuir para a existência e longevidade de anéis além do limite de Roche e o sucesso nos métodos usados em sua detecção podem significar que outros sistemas similares possam ser encontrados em futuras observações. E esperamos que mais uma vez a presença e o protagonismo brasileiro sigam fazendo a diferença.

Operação Astrolábio – Novos Rumos para Alcântara.

O Veículo HANBIT-TLV, montado na plataforma de lançamento CLS (Coalesced Launch System), durante a preparação para o lançamento na Operação Astrolábio. [imagem: INNOSPACE/@ceuprofundo]

Desde sua criação, o Centro de Lançamento de Alcântara (CLA), tem servido com excelência às demandas do Programa Nacional de Atividades Espaciais (PNAE), fornecendo infraestrutura e apoio ao lançamento dos veículos suborbitais brasileiros. Esta infraestrutura é fundamental para o programa brasileiro de experimentos em microgravidade, através do lançamento de veículos suborbitais nacionais. Brevemente o centro dará também suporte a operações nacionais de satelitização com o Veículo Lançador de Microssatélites VLM – em desenvolvimento pelo Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) com participação da indústria nacional.

Área de Preparação e Lançamento do Centro de Lançamento de Alcântara – CLA

Posicionado numa posição privilegiada, com baixa densidade demográfica, baixo fluxo de tráfego aéreo, sem ocorrência de terremotos ou furacões e localizado apenas 2º ao sul da linha do equador – uma grande vantagem para inserção de satélites em órbitas de baixa inclinação – o CLA tem potencial para atrair também operadores internacionais de veículos espaciais. E este potencial começa a se materializar com a assinatura do contrato com a startup coreana INNOSPACE, para o primeiro lançamento de um veículo espacial privado nas instalações do CLA.

Este novo capítulo na história do CLA – a caminho da implementação do que será o Centro Espacial de Alcântara (CEA) – consolidará Alcântara como um importante espaçoporto internacional. As operações privadas no Centro, aumentarão a cadência de lançamentos, elevando o nível de prontidão e capacitação das equipes e meios utilizados nas atividades de apoio, preparação e lançamento de veículos espaciais. Um ganho valioso para o Centro, mas que também se reverte em fomento à indústria aeroespacial brasileira e ao desenvolvimento regional em Alcântara através da injeção de recursos na economia local e na geração de empregos diretos e indiretos.

O HANBIT-TLV posicionado verticalmente pela primeira vez na plataforma de lançamento. [imagem: INNOSPACE/@ceuprofundo]

Mas a inovação não vem somente na abertura do CLA a empresas privadas. A empresa INNOSPACE (que traz a inovação estampada em seu nome e em seu slogan: Innovation for Space. Space for Innovation.”) realiza na operação Astrolábio o primeiro teste de seu motor de propulsão híbrida HyPER15 – um motor com propelente sólido a base de parafina e oxigênio líquido como oxidante, capaz de produzir 150 quilonewtons de empuxo. A tecnologia inovadora permite construir motores simples, baratos e seguros com controle de empuxo, fundamentais para a inserção precisa de satélites em órbita. A qualificação do motor HyPER15 num voo suborbital do foguete HANBIT-TLV (Test Launch Vehicle) será a luz verde para o desenvolvimentos da família de lançadores de pequenos satélites (SSLV) HANBIT em suas versões Nano, Micro e Mini, atendendo a demanda atual do mercado espacial, por lançadores para satélites menores e mais leves e mais baratos.

Integração do veículo HANBIT-TLV no Prédio de Preparação de Propulsores do Centro de Lançamento de Alcântara. [imagem: INNOSPACE/@ceuprofundo]

Sobre a operação de lançamento, o Dr. Soojong Kim, CEO da INNOSPACE, revela seu entusiasmo:

Estamos muito empolgados para fazer nosso voo espacial inaugural aqui no Centro de Lançamento de Alcântara. Esse é um momento histórico para todos nós. É a primeira vez que uma empresa coreana realiza um lançamento fora de seu território e também somos a primeira empresa estrangeira lançando em território brasileiro. O HANBIT TLV é um lançador suborbital transportando uma carga útil brasileira e empregando um motor híbrido de 150 quilonewtons de empuxo – o maior a ser usado em um SSLV – e será lançado este mês. Estamos encantados pela beleza de Alcântara e pela hospitalidade brasileira, especialmente por parte da Força Aérea Brasileira e pelo governo do Brasil. Esperamos desenvolver essa relação e construir uma sólida parceria para nossas futuras operações.” Soojong Kim, CEO da INNOSPACE.

Aqui no Céu Profundo também estamos entusiasmados com a operação e seguiremos acompanhando a campanha de lançamento e manteremos informações atualizadas em nosso Twitter e no Instagram. Aproveite para nos seguir e não perder nenhum detalhe deste momento histórico.

Integração e testes do SISNAV (Sistema Inercial de Navegação), carga útil nacional embarcada no HANBIT-TLV e desenvolvida pelo Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) – órgão do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA). [imagem: INNOSPACE/@ceuprofundo]
Teste de elevação do veículo HANBIT-TLV na Plataforma de Lançamento. Ao fundo, a TMI (Torre Móvel de Integração). [imagem: INNOSPACE/@ceuprofundo]
Transporte do HANBIT-TLV para a plataforma de lançamento CLS. [imagem: INNOSPACE/@ceuprofundo]
Equipe da INNOSPACE após a primeira instalação do HANBIT-TLV no lançador. [imagem: INNOSPACE/@ceuprofundo]