A luz só se move em um caminho reto e em uma direção. Enquanto a luz de energia mais alta viaja em comprimentos de onda mais curtos, o caminho que ela percorre do ponto A ao ponto B é sempre uma forma de onda. Desde o Big Bang, quando os fótons, que são unidades microscópicas de energia, entraram em erupção pela primeira vez, eles estão se movendo por todo o universo. A velocidade da luz, que é mais rápida do que todo o resto, é a velocidade constante com que eles se movem no espaço vazio.
É uma pena que possamos ver apenas 0,0035 por cento da luz do universo com nossos olhos nus. Apenas uma porção muito pequena do espectro eletromagnético – comprimentos de onda entre 380 e 750 nanômetros – pode ser percebida pelos humanos. A porção visível do espectro eletromagnético é o que chamamos disso. Mesmo enquanto essa faixa de luz faz o universo parecer bonito, nossa visão ignora grandes extensões de comprimentos de onda que são mais curtos ou mais longos do que esse intervalo restrito. Evidências de nuvens de gás interestelar, as estrelas mais brilhantes do universo, nuvens de gás entre galáxias, o gás que entra em buracos negros e muito mais podem ser encontradas em ambos os lados do espectro visível.
Felizmente, os telescópios nos permitem ver o que de outra forma permaneceria oculto. Para perceber nuvens de gás entre estrelas e galáxias, usamos detectores que podem capturar comprimentos de onda infravermelhos. Estrelas super quentes requerem instrumentos que vejam comprimentos de onda ultravioleta curtos. Para ver as nuvens de gás entre as galáxias, precisamos de detectores de raios-X.
Há mais de 60 anos, usamos telescópios para ver as regiões ocultas do universo. Muitos de nossos telescópios são forçados a estudar o cosmos da órbita ou do espaço, já que a atmosfera da Terra absorve a maioria dos comprimentos de onda da luz. Aqui está uma ilustração de como utilizamos detectores especializados para estudar a distribuição da luz em todo o cosmos.
O infravermelho é invisível, mas pode ser sentido como calor. Detectores sensíveis como o Telescópio Espacial James Webb podem detectar essa energia térmica dos confins do espaço. Mas também usamos o infravermelho de uma forma mais prática. Por exemplo, os dispositivos de controle remoto funcionam enviando um sinal infravermelho de cerca de 940 nanômetros para sua TV ou aparelho de som. Essas ondas de calor também vêm de incubadoras usadas para chocar filhotes ou manter répteis de estimação aquecidos. Como um ser quente, também emite radiação infravermelha. As pessoas que usam óculos de visão noturna podem vê-lo pelos óculos convertendo energia infravermelha em energia de luz de cor falsa que seus olhos podem perceber. Com telescópios infravermelhos, podemos ver o universo da mesma maneira.
Os astrônomos começaram a estudar o céu com telescópios infravermelhos nas décadas de 1960 e 1970. Lançado em 2021, o Webb usa o espectro infravermelho para estudar as regiões mais profundas do universo. Webb orbita o Sol em uma latitude muito frígida, a cerca de um milhão de milhas da Terra, com três de seus detectores infravermelhos que podem ir mais longe no passado do que qualquer outro telescópio.
Seu principal dispositivo de imagem, a câmera de infravermelho próximo (NIRCam), varre o universo através de detectores sintonizados em comprimentos de onda incidentes na faixa de 0,6 a 5 mícrons, ideais para visualizar a luz das primeiras estrelas e galáxias do universo. observar. O Mid-Infrared Instrument (MIRI) da Webb cobre a faixa de comprimento de onda de 5 a 28 micrômetros, e seus detectores sensíveis coletam a luz desviada para o vermelho de galáxias distantes. Convenientemente, a luz infravermelha penetra nas nuvens limpas de gás e poeira no espaço, revelando objetos além. Por esta e muitas outras razões, o espectro infravermelho tem desempenhado um papel importante na exploração espacial. Satélites em órbita terrestre, como o Wide-field Infrared Survey Telescope (WFIRST) da NASA, também observam o universo em comprimentos de onda infravermelhos mais longos.
Mas quando as estrelas se formam, elas emitem principalmente luz ultravioleta. Então, por que não usar detectores ultravioleta para encontrar galáxias distantes? Isso ocorre porque o universo foi esticado desde o início, assim como a luz que viaja através dele. Todos os planetas, estrelas e galáxias estão sempre se afastando de todo o resto. Quando a luz do GLASS-z13 – que se formou 300 milhões de anos depois do Big Bang – chega aos nossos telescópios, ela já viajou mais de 13 bilhões de anos, uma distância enorme até o universo jovem. A luz pode ter começado como uma onda ultravioleta, mas acabou se tornando infravermelha em vastas escalas de tempo e espaço. Esta jovem galáxia, portanto, aparece como um ponto vermelho em sua NIRCam. Estamos olhando para trás, para uma galáxia que está se afastando de nós.
Ondas de rádio
Se você puder olhar para o céu noturno através de ondas de rádio, em vez das habituais cadeias de estrelas e planetas, notará faixas de regiões de formação de estrelas contendo supernovas, pulsares, quasares e gás.
Ferramentas como o Observatório de Arecibo de Porto Rico podem fazer trabalhos que nossos olhos não podem:
Detecte algumas das ondas eletromagnéticas mais longas do universo. As ondas de rádio são normalmente tão longas quanto um campo de futebol, mas podem ser maiores que o diâmetro da Terra. O telescópio de 1.000 pés de largura de Arecibo entrou em colapso em 2020 devido a problemas estruturais, mas outros grandes telescópios continuam trabalhando na observação de ondas de rádio do espaço. Os grandes radiotelescópios são especiais porque na verdade usam muitos espelhos pequenos e integram seus dados para criar uma imagem muito nítida. Ao contrário da astronomia óptica, os radiotelescópios terrestres não precisam lutar contra nuvens e chuva. Veja a composição, estrutura e movimento de planetas e estrelas em qualquer clima. No entanto, como as ondas de rádio são tão longas, uma antena parabólica de radiotelescópio teria que ser muito maior do que uma antena óptica para produzir uma imagem comparável. Segundo a NASA, o observatório do Observatório Parkes tem 64 metros de largura, mas suas imagens rivalizam com as de um pequeno telescópio óptico de quintal.
Seus oito radiotelescópios diferentes ao redor do mundo alinharam suas observações de telescópio para Event Horizon em 2019, montando uma imagem clara do buraco negro no centro da galáxia M87.
Ondas ultravioletas
Você provavelmente está mais familiarizado com os raios ultravioleta ou raios UV com avisos sobre o uso de protetor solar. Nosso maior emissor local de comprimentos de onda. O Telescópio Espacial Hubble é o principal instrumento para observar a luz ultravioleta do espaço, como estrelas jovens se formando na galáxia espiral NGC 3627, as auroras de Júpiter, nuvens gigantes de hidrogênio evaporando de planetas extra-solares e o sistema solar. Ele colidiu com radiação extrema de planetas externos. Estrela.
Nosso Sol e outras estrelas emitem um espectro completo de luz ultravioleta, informando aos astrônomos quão quentes ou frios estão de acordo com a divisão ultravioleta.
UV próximo, UV médio, UV distante e UV extremo. Ao aplicar a fotossíntese visível de pseudo-cor, podemos ver com nossos próprios olhos as diferenças na temperatura do gás da estrela. A Wide Field Camera 3 (WFC3) do Hubble usa filtros para separar a luz ultravioleta em cores específicas existentes. “Os desenvolvedores do Science Visuals atribuem cores primárias e reconstroem dados em imagens que são claramente discerníveis aos nossos olhos”, diz o site do Hubble. O software de processamento de imagem permite que astrônomos e até mesmo amadores transformem dados UV em imagens que não são apenas bonitas, mas úteis.
Luz de Raio-X
Desde 1999, o Observatório de Raios-X Chandra em órbita é o radiotelescópio mais sensível já construído. Durante uma observação que durou algumas horas, sua visão de raios-X viu apenas quatro fótons de uma galáxia a 240 milhões de anos-luz de distância, mas foi suficiente para determinar um novo tipo de estrela explosiva. O observatório, localizado a 86.500 milhas acima da Terra, pode produzir imagens detalhadas e coloridas de objetos quentes emissores de raios-X, como supernovas, aglomerados de galáxias e gases e jatos de energia ao redor de buracos negros que são milhões de graus Celsius. Ele também pode medir a intensidade de um comprimento de onda individual de raios-X, que varia de apenas 0,01 a 10 nanômetros. Seus quatro espelhos sensíveis captam fótons energéticos e, em seguida, detectores eletrônicos na extremidade de um aparato óptico de 30 pés focam os feixes de raios-X.
Mais perto de casa, a Aurora Boreal nos pólos também emite raios-X. E na Terra, essa luz de alta frequência e baixo comprimento de onda passa facilmente pelos tecidos moles de nossos corpos, mas não por nossos ossos, produzindo imagens estelares de raios X de nossos esqueletos e dentes.
Luz visível
Você provavelmente está mais familiarizado com os raios ultravioleta ou raios UV com avisos sobre o uso de protetor solar. Nosso maior emissor local de comprimentos de onda. O Telescópio Espacial Hubble é o principal instrumento para observar a luz ultravioleta do espaço, como estrelas jovens se formando na galáxia espiral NGC 3627, as auroras de Júpiter, nuvens gigantes de hidrogênio evaporando de planetas extra-solares e o sistema solar. Ele colidiu com radiação extrema de planetas externos. Estrela.
Nosso Sol e outras estrelas emitem um espectro completo de luz ultravioleta, informando aos astrônomos quão quentes ou frios estão de acordo com a divisão ultravioleta.
UV próximo, UV médio, UV distante e UV extremo. Ao aplicar a fotossíntese visível de pseudo-cor, podemos ver com nossos próprios olhos as diferenças na temperatura do gás da estrela. A Wide Field Camera 3 (WFC3) do Hubble usa filtros para separar a luz ultravioleta em cores específicas existentes. “Os desenvolvedores do Science Visuals atribuem cores primárias e reconstroem dados em imagens que são claramente discerníveis aos nossos olhos”, diz o site do Hubble. O software de processamento de imagem permite que astrônomos e até mesmo amadores transformem dados UV em imagens que não são apenas bonitas, mas úteis.
Uma Visão da Terra
Os cientistas também usam diferentes comprimentos de onda de luz para estudar fenômenos mais próximos de casa.
Detectores em órbita podem distinguir entre características geofísicas e ambientais na superfície em mudança da Terra, como a ação vulcânica. Por exemplo, a luz infravermelha usada junto com a detecção de luz visível revela áreas cobertas de neve, cinzas vulcânicas e vegetação. O instrumento infravermelho Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) a bordo dos satélites Aqua e Terra monitora a fumaça do incêndio florestal e localiza a fonte de um incêndio para que os humanos não precisem voar através da fumaça para avaliar a situação.
No próximo ano, um satélite será lançado para medir a biomassa florestal usando um comprimento de onda de radar especial de cerca de 70 centímetros que pode penetrar no dossel frondoso.
