Autor: Anselmo Augusto*
Dia 12/11/2014, a sonda Philae fez história ao pousar sobre o cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, também chamado de Chury, alguns amigos meus até lamentaram a morte do Pequeno Príncipe, mas a história foi escrita, pousamos em um cometa.
Várias missões estudaram cometas a uma certa distância como a Giotto e a Sakigake com o 1P/Halley, outras missões já haviam se encontrado com cometas, cito por exemplo a deep space 1 (espaço profundo 1), a qual sobrevoou o cometa 19P/Borrelly em 22 de setembro de 2001 e a deep impact em 2005 a qual deliberadamente lançou uma de suas partes que se chocou com o cometa 9P/Tempel 1 abrindo uma cratera e lançando detritos que foram analisados pela sonda principal. Esta missão sobre o Tempel1 foi objeto de pergunta na prova da Vunesp.
Cometas
O sistema solar é formado pelo Sol, única estrela, e os oito planetas, estes nove objetos astronômicos representam 99,9% da massa do sistema. Além dos planetas e do Sol, existe uma grande quantidade de outros corpos: planetas anões, satélites, anéis, asteróides e cometas. A órbita dos planetas é praticamente circular com excentricidades baixas e são praticamente coplanares ao plano da órbita da Terra em torno do Sol, o plano da órbita da Terra em torno do Sol é chamado de eclíptica. Os cometas orbitam o Sol como os planetas porém apresentam órbitas com grandes excentricidades e toda sorte de inclinações orbitais em relação ao plano da eclíptica, as órbitas cometárias se assemelham mais a um charuto do que a um círculo. Além da órbita de Netuno, o planeta mais distante do sistema solar, há o cinturão de Kuiper e mais distante a concha de Oort. A concha ou nuvem de Oort éuma nuvem esférica que circunda o Sol composta por trilhões de cometas dormentes que também faz parte do sistema solar e pode chegar a se estender até 1,5 ano-luz de distância ao Sol. Cometas são muito pequenos em comparação a outros corpos do sistema solar inclusive muitos asteroides, suas exuberantes caudas porém possibilitaram a observação de cometas desde tempos remotos, trazendo temor e admiração por milênios a fio. Foram considerados até objetos de órbita sublunar ou mesmo fenômenos atmosféricos. Edmond Halley calculou a volta de um cometa comparando seus elementos orbitais com os elementos dos cometas vistos em 1531, 1607 e 1682 e utilizando a resolução gravitacional de Newton concluiu ser o mesmo cometa e previu seu retorno para 1758/1759, trata-se do famoso cometa 1P/Halley, nome dado em homenagem a Edmond Halley onde o número “um” representa “primeiro cometa periódico” identificado. Cometas com origem no cinturão de Kuiper são de período curto e os de período mais longos originários na concha de Oort.
Dados físicos dos cometas
Cometas são pedaços de gelo e poeira que condensaram a partir da nebulosa solar primordial sendo relíquias dos tempos mais remotos da existência do sistema solar. O sistema solar começou a se formar 5 bilhões de anos atrás quando a nebulosa solar primordial começou a colapsar gravitacionalmente, parte do material desta nebulosa não formou o Sol e os planetas e se manteve praticamente inalterado na forma de cometas. Os cometas são objetos relativamente pequenos com massa de 1013 a 1015 kg e tamanho menor que algumas dezenas de km. Devido à excentricidade de suas órbitas ficam grande parte do tempo longe do sol. Quando se aproximam da estrela do sistema solar começa a se formar a famosa cauda. São similares a uma bola de neve suja, sendo depósitos de água e compostos orgânicos, em média 80% da composição de um cometa é gelo de água, apresenta também gases monóxido de carbono, dióxido de carbono congelados, grãos ricos em C, H, N, O e grãos de silicatos. Quando o cometa se aproxima do Sol a temperatura aumenta e estes compostos sublimam dando origem a cabeleira (coma) que é uma atmosfera em torno do núcleo cometário e da cauda. A cauda é também formada pelos compostos sublimados e por poeira ejetada do cometa. O gás ionizado forma a cauda iônica que sempre está exatamente oposta ao Sol, gás neutro pode se tornar eletricamente carregado através da ionização provocada por fótons ultravioleta de origem solar, os íons são suscetíveis ao campo magnético carregado pelo vento solar sendo acelerados e arrastados na direção de expansão do vento, formando uma cauda estreita e linear de gás ionizado. A parte da cauda formada por poeira e gás neutro também estão contrários ao Sol e se curva em direção ao trajeto da órbita. As caudas aumentam a medida que o cometa se aproxima do Sol. As caudas podem chegar a milhões de quilômetros de extensão. Em termos cosmológicos os cometas têm vida curta e pode ser que alguns asteróides sejam núcleos de cometas que perderam todo o material volátil.
O cometa objeto desta missão
A escolha do cometa Chury veio com a peneira efetuada entre os cometas candidatos até que se identificou um punhado de objetos adequados. De particular interesse, foram os cometas já observados durante várias órbitas em torno do Sol e que eram conhecidos por sua atividade. Idealmente, eles tiveram que seguir caminhos orbitais perto do plano da eclíptica, para facilitar o encontro, a pesquisa prolongada e o pouso. Além disso, a trajetória do cometa no Sistema Solar interior tinha que coincidir com a linha do tempo da missão Rosetta, de modo que ambos chegassem ao lugar certo na hora certa para o encontro histórico. O primeiro candidato era o cometa 46P/Wirtanen mas devido a atraso no lançamento foi selecionado o Chury. Um cometa empoeirado com razão de emissão poeira/gás de 2:1 onde chegou-se a observar a liberação de mais de 200 kg de poeira por segundo no periélio de 1982/83. O cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko ou Chury apresenta um período orbital de 6 anos e cinco meses, um período de rotação de pouco mais de 12h e velocidade máxima (quando de sua posição mais próxima ao Sol ou periélio ) de 135.000 km/h, parece muito? Em comparação a velocidade média da Terra em sua órbita em torno do Sol é de 107.000 km/h. Dada a excentricidade orbital do cometa, no afélio ponto mais distante do Sol da órbita a velocidade orbital do cometa é da ordem de 30.000 km/h. Foi descoberto em 1969 pelos astrônomos soviéticos Klim Ivanovych Churyumov e Svetlana Ivanovna Gerasimenko durante uma varredura de cometas no Alma-Ata Astrophysical Institute no Cazaquistão. É um cometa da família de Júpiter com períodos menores que 20 anos. Sucessivos encontros com Júpiter mudaram sua órbita e colocaram o cometa cada vez mais próximo do Sol em suas passagens periélicas de modo que um cometa anteriormente dormente se tornou um cometa ativo. Apresentou atividade variada de abril a junho passado o que fez com que a sonda tivesse que se aproximar do cometa pelo lado do Sol com referência a órbita para prevenir que alguma ejeção de material atingisse a nave. Como outros cometas, seu núcleo é
CometaAnselmo1 geralmente mais escuro do que o carvão, o que indica uma camada de superfície ou crosta de matéria orgânica rica em carbono. Apesar do cometa estar a uma distância menor que 800 milhões de km a sonda teve que viajar 6 bilhões e 400 milhões de quilômetros se aproveitando dos puxões ou assistências gravitacionais (estilingadas) de Marte e da Terra, o cometa em 10 de setembro de 2014 estava com magnitude 20 (os cometas não emitem luz, refletem a luz solar) e espera-se que em seu máximo de brilho próximo ao periélio atinja magnitude 11 ou 12, ainda assim visível apenas por telescópios. Quem quiser tentar observar estará na constelação de Touro em julho do ano que vem um pouco antes do Sol nascer e em Câncer em setembro do mesmo ano.
Figura 1: Esquema de um cometa e sua órbita.
O orbitador Rosetta
O nome da missão vem da pedra de Rachid ou Rosetta. A pedra de Rosetta possibilitou aos pesquisadores decifrar os hieróglifos egípcios. Espera-se que a missão Rosetta da Agência Espacial Europeia – ESA possibilite aos pesquisadores desvendar os mistérios dos mais antigos tijolos de construção preservados do nosso sistema solar que são os cometas ajudando a entender a origem e evolução do sistema solar. A composição dos cometas reflete a composição da nebulosa pré-solar da qual o Sol e os planetas se formaram há mais de 4,5 bilhões de anos atrás. Há evidências convincentes que os cometas tiveram um papel importante na evolução dos planetas pois os impactos cometários foram muito mais frequentes no início da evolução do sistema solar do que hoje. Cometas provavelmente trouxeram muito da água que há hoje nos oceanos. Os cometas poderiam ainda ter trazido as moléculas orgânicas complexas que tiveram um papel crucial na evolução da vida sobre a Terra.
Será a primeira missão a orbitar e pousar em um cometa e será a primeira a testemunhar as mudanças de um cometa conforme se aproxima do Sol. A Rosetta foi lançada em 2 de março de 2004 encontrando-se com o cometa 10 anos depois em agosto de 2014 e em 10 de setembro de 2014 se estabilizou em uma distância de aproximadamente 30 km do cometa. Depois desse período analisou o núcleo cometário procurando o melhor sítio para a Philae pousar. O orbitador possui os seguintes 11 instrumentos: ALICE, espectrógrafo ultravioleta que procurará por gases nobres no núcleo cometário; OSIRIS, o principal sistema de imageamento do orbitador; o VIRTIS, espectrômetro visível e infravermelho pode fazer imagens do núcleo no infravermelho e também procura por espectro infravermelho de moléculas na cabeleira; MIRO, micro-ondas do orbitador, procurará a abundância e temperatura de substâncias voláteis
Comet on 3 August 2014 node full image 2como água, amônia e dióxido de carbono; CONSERT, o radar que enviará o sinal para seu detector no PHILAE, o radar do CONSERT fará uma tomografia do núcleo permitindo medir a estrutura interna do cometa e deduzir informações sobre sua composição; RSI, faz uso do sistema de comunicação do orbitador para investigação física do núcleo e da cabeleira interna do cometa; ROSINA, espectrômetro de massa com alta resolução e sensibilidade para moléculas neutras e íons; MIDAS, microscópio que investigará vários aspectos físicos das partículas de poeira; COSIMA, analisa a composição de partículas de poeira; GIADA, analisará o ambiente empoeirado da cabeleira e RPC, que medirá a interação com o plasma solar.
Figura 2: Modelo do núcleo do cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko. Crédits: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA
Philae
A sonda Philae é a parte da Rosetta que pousou no cometa. O nome vem da ilha egípcia no rio Nilo, um obelisco encontrado em Philae ou Filas ou File forneceu ao historiador francês Jean-François Champollion as pistas finais para decifrar os hieróglifos na Pedra de Roseta. Os instrumentos científicos que a Philae carrega são o APXS, espectrômetro que detecta partículas a e raios-X; o COSAC, analisa amostras de solo e o conteúdo de componentes voláteis, o PTOLOMY um instrumento de medida de proporções de isótopos estáveis de compostos voláteis importantes sobre o núcleo do cometa; o ÇIVA sete câmeras idênticas usadas para imagens panorâmicas da superfície e analisam o núcleo cometário no visível e infravermelho, há um microscópio e espectrógrafo infravermelho que analisará a composição, textura e refletividade (albedo); o ROLIS, uma câmera CCD usada para obter imagens de alta resolução da descida e imagens panorâmicas estéreo obtidas por outros instrumentos; o CONSERT determinará a estrutura interna do núcleo cometário por meio de um sinal de radar transmitido pelo CONSERT do orbitador Rosetta; o MUPUS medirá a densidade e propriedades térmicas e mecânicas da superfície; o ROMAP é um magnetômetro sensor de plasma usado para estudar o campo magnético do núcleo cometário e sua interação com o vento solar; o SESAME usará três instrumentos para medir as propriedades das camadas mais externas do núcleo cometário e o SD2 que é a broca, obterá amostras de solo até uma profundidade de 230 mm distribuindo para os outros instrumentos PTOLOMY, COSAC e ÇIVA. Pousos suaves são ridiculamente difíceis como disse a NASA e o Prof. Cássio na sua coluna observatório, deve-se controlar muito bem a velocidade e o ângulo de pouso, até o momento foram efetuados pousos suaves em Vênus e Marte, na Lua, Titã nos asteroides Eros e Itokawa e agora no Chury. Para a sonda ter pousado no cometa ela venceu diversas dificuldades e contou com a sorte, uma ejeção de material poderia fazer a sonda se perder no espaço. A gravidade em um cometa é muito menor do que na Terra ou na Lua, analisando por exemplo a velocidade de escape sabemos que é relacionada a massa e ao raio do corpo, podemos estimar um raio da ordem de 2,9 km (a terra é 2300 vezes maior), lembrando que a forma do cometa é bastante irregular similar a um haltere deformado como na figura 2 com 3 km X 5 km, e a massa de 1013 kg (1,7X10-12 massas terrestres), então a velocidade de escape é da ordem de 2,5 km/h ou usando a “regra do 3,6” fica 0,7 m/s ou 15000 vezes menor que a da Terra de 11,7 km/s. Ou seja, um simples pulo pode fazer a pessoa se destacar do cometa. Devido esta velocidade de escape, a Philae se dirigiu ao núcleo cometário a uma velocidade de 1 m/s apenas demorando 7 h para vencer os quase 30 km que separavam a Rosetta da superfície do núcleo cometário.
Dado estas adversidades a sonda necessitou de dois arpões para se agarrar ao núcleo do cometa. Jatos deveriam ter sido acionados para auxiliar a sonda a se fixar no cometa, porém falharam. A densidade do núcleo parece ser muito menor que a da água, o que indica um objeto frouxamente empacotado ou poroso, os pés da sonda ainda poderiam ser girados para se necessário se agarrar melhor a esse núcleo cometário. A Philae pousou em um lugar distante do ponto inicialmente previsto sem receber luz do sol suficiente para manter suas baterias carregadas. A sonda conseguiu tocar o cometa a apenas 100 m do alvo porém não se fixou como deveria e quicou subindo a mais ou menos 1 km de altura e retornou. Após um total de dois toques na superfície do cometa ela parou próximo a um penhasco muito mais distante do local original de pouso estando de “perna para o ar” (lá não há ar) recebendo apenas 1h30 min de luz solar em um dia de 12 h o que compromete a carga de suas bateiras pelos seus painéis solares. A Philae enviou a primeira panorâmica de um cometa, demorando 28 minutos para chegar até nós. Havia muita apreensão próximo a 13h30 da tarde hora de Brasília quando a Philae já deveria ter pousado e o sinal demoraria estes 28 minutos para chegar até nós. Depois da Terra a sonda recebeu um comando para se “ajeitar” tentando alcançar uma posição que pudesse receber mais radiação solar. Agora a sonda será deixada hibernando e quando estiver mais próxima do Sol se tentará reativá-la produzindo um pouco mais de ciência em algum momento mais interessante.
CometaAnselmo3Apesar da Philae estar com a bateria descarregada a Rosetta continua a estudar o cometa. Estima-se que na metade de julho de 2015 o cometa entre na fase de maior atividade. Espera-se que a missão se estenda até dez/2015 quando o Chury já tiver retornado do periélio. Uma miss me contou não lembrar de cometas no livro O Pequeno Príncipe, apenas do asteroide em que ele morava, lembro do anime onde os cometas apareciam. Após a Rosetta e a Philae as misses irão ler Antoine de Saint-Exupéry com outros olhos.
Figura 3: Primeira panorâmica conseguida pela Philae do núcleo do cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko pela câmera ÇIVA Credits: ESA/Rosetta/Philae/CIVA
Bibliografia
Sítio da agência espacial européia: http://www.esa.int/ESA
Picazzio, Enos – Corpos Menores do Sistema Solar, UNIVESP, 2013;
Caso observe o cometa no ano que vem por favor envie os dados para REA Brasil: http://rea-brasil.org/cometas/67p.htm
Coluna observatório do G1: http://g1.globo.com/ciencia-e-saude/blog/observatorio/1.html
Astronomia na Laje: www.facebook.com/astronomianalaje
* Anselmo Augusto é bacharel em Física com habilitação em Astronomia pela USP e mestre em Astronomia pela USP.
