A cerca de oito mil quilômetros do Brasil, no alto do deserto do Atacama, no Chile, uma das obras de engenharia mais impressionantes do século 21 ganha forma: o Telescópio Gigante Magalhães (GMT), que faz parte de uma nova era de megatelescópios projetados para quebrar todas as barreiras do conhecimento humano sobre o cosmos.
Quando entrar em operação, no início da década de 2030, o GMT terá uma capacidade de nitidez nunca antes vista em observatórios terrestres. De acordo com um comunicado, o espelho primário do equipamento terá 25,4 metros de diâmetro e uma área de coleta de luz de 368 metros quadrados, permitindo enxergar galáxias formadas apenas 100 milhões de anos após o Big Bang.
A grandiosidade do projeto reflete um consórcio internacional de 15 instituições, do qual o Brasil é parte fundamental por meio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). Com um investimento de US$50 milhões, o país criou o Escritório Brasileiro GMT (GMT-BRO, na sigla em inglês), garantindo que cientistas e engenheiros do país assumissem papel protagonista no desenvolvimento dos instrumentos de ponta do observatório.
A engenharia por trás da magia
Embora a estrutura do telescópio impressione pelas dimensões gigantescas, a coleta de luz é apenas o primeiro passo. Sem os instrumentos adequados para analisar essa iluminação vinda do espaço, a astronomia não consegue avançar.
Durante a primeira edição do Workshop Mirando as Estrelas, promovido pelo escritório GMT-BRO no ano passado, a então co-coordenadora do GMT-FAPESP, Cláudia Mendes de Oliveira, doutora em Astronomia pela Universidade de Columbia, professora titular do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP) e membro da Academia Brasileira de Ciências (ABC), explicou a linha do tempo do projeto.
“O telescópio deve ficar pronto entre 2032 e 2035. A data exata ainda depende do financiamento final dos instrumentos, mas deve ocorrer em meados da próxima década. Portanto, temos tranquilamente de oito a dez anos pela frente para trabalhar na instrumentação”. Na ocasião, ela ressaltou que, apesar dos desafios de inserção inicial, a equipe brasileira já está totalmente engajada com os times internacionais no desenvolvimento dessas tecnologias e que a participação do país foca em sistemas vitais que vão desde a busca por exoplanetas até o estudo da matéria e da energia escura.
DIMEX: o cavalo de batalha do observatório
Um dos grandes destaques do investimento brasileiro é o DIMEX (sigla em inglês para Espectrógrafo de Múltiplos Objetos no Visível de Dispersão Moderada). Desenvolvido em parceria com o Observatório Astrofísico Harvard-Smithsonian, o instrumento opera no espectro visível por meio de dois canais independentes – um otimizado para a luz azul e outro para a vermelha.
O DIMEX é considerado o verdadeiro “cavalo de batalha” do GMT, pois deve ser o instrumento mais utilizado por toda a comunidade científica. O objetivo do dispositivo vai da astronomia estelar à cosmologia, auxiliando no entendimento da aceleração do Universo e no mapeamento de estruturas cósmicas.
O professor Rafael Ribeiro, doutor em Astronomia pelo IAG-USP e coordenador da equipe brasileira do instrumento, explicou no evento a importância dessa conquista. Ele lembrou que o Brasil entrou um pouco mais tarde no consórcio, o que exigiu esforço para conquistar espaço no desenvolvimento de tecnologia. “Não é fácil entrar nesses projetos de alta complexidade, que são os top dos top do mundo. E nós aqui, apesar de termos um histórico desde a década de 60, ainda somos incipientes nessa instrumentação de alto desempenho”.
Ele comemorou o fato de que a competência nacional garantiu aos pesquisadores do país papel decisivo no projeto do DIMEX. “Fomos demonstrando qualidade, comprometimento com a qualidade do nosso trabalho, e com isso ganhando protagonismo. E hoje somos, com todo orgulho, um parceiro ativo dessa instituição”.
Conforme explicado em um vídeo institucional do GMT-BRO, a equipe brasileira atua no design óptico, na engenharia mecânica, no desenvolvimento de softwares e na engenharia de sistemas do DIMEX. Nossos pesquisadores e engenheiros também colaboram para que o instrumento opere no modo de imagem melhorado, utilizando a tecnologia de óptica adaptativa de baixa atmosfera.
A óptica adaptativa é uma técnica revolucionária capaz de corrigir em tempo real a turbulência e a aberração provocadas pela atmosfera da Terra. Com ela, a luz que chega dos confins do cosmos é ajustada com extrema precisão, garantindo imagens perfeitamente nítidas aos sensores.
Caçando novos mundos com luz e precisão
A busca por planetas fora do Sistema Solar ganha um reforço de peso com a tecnologia desenvolvida pelo IAG-USP. A equipe projetou, montou e testou com sucesso o protótipo do Exposure Meter (medidor de exposição de alta eficiência), responsável pela calibração do espectrógrafo CLERC (sigla para Espectrógrafo de Alta Resolução no Visível, e sua versão DCLERC).
Outra inovação promissora é o chamado Astrocomb, um dispositivo de precisão acoplado a espectrógrafos de alta resolução como o Espectrógrafo Echelle de Alta Resolução para Caracterização de Exoplanetas do GMT (GCLEF). O instrumento gera um “pente de frequências ópticas”, criando linhas de luz perfeitamente espaçadas que servem de régua para calibrar as observações cósmicas.
No workshop, o professor Flávio Cruz, doutor em Física, docente da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e coordenador do projeto de desenvolvimento do Astrocomb, explicou como essa medição consegue revelar mundos distantes. “Quando um planeta orbita uma estrela, ele provoca um leve movimento de recuo na massa do astro. Se uma estrela tiver um planeta em sua órbita, a gravidade desse planeta induz um pequeno movimento de recuo na estrela – algo bem sutil. Esse deslocamento provoca um pequeno desvio Doppler nas linhas do espectro de luz do astro”.
Esse fenômeno é conhecido como efeito Doppler. Ao medir variações sutis no espectro de luz emitido pelas estrelas com a ajuda do Astrocomb, os astrônomos conseguem detectar a presença de novos exoplanetas e calcular suas massas com precisão inédita.
MANIFEST: o gerenciador robótico de fibras ópticas
Para extrair o máximo de rendimento do GMT, foi criado o MANIFEST, um sistema robótico de posicionamento de fibras ópticas que cobre um campo de visão equivalente a 40% do diâmetro da Lua cheia.
O robô reposiciona centenas de fibras ópticas em cerca de cinco minutos. Isso permite direcionar a iluminação captada pelo telescópio para múltiplos instrumentos ao mesmo tempo, como o GCLEF e o GMAX, multiplicando a quantidade de objetos observados em uma única noite.
Segundo o engenheiro e pesquisador Vitor Neves Hartmann, do Instituto João Steiner e da USP, que é o coordenador do subprojeto do MANIFEST no Brasil, o sistema transforma a operacionalidade do observatório. “Ele não vai fazer ciência, o que ele vai fazer é redirecionar a luz que o telescópio recebe para um ou mais instrumentos para que seja feita ciência. A capacidade de trabalhar permite que o telescópio opere com mais de um instrumento simultaneamente”, destacou Hartmann no encontro.
Dentro do consórcio internacional que desenvolve o MANIFEST, a engenharia brasileira é responsável exclusiva por um subsistema essencial chamado Filterbox. Esse componente atua no condicionamento dos sinais de luz direcionados aos espectrógrafos.
Tecnologia de ponta, testes e o futuro da astronomia
A presença do Brasil no GMT abrange diversos outros projetos essenciais de comissionamento e teste. O time de cientistas nacionais participa ativamente do desenvolvimento da Câmera de Teste de Óptica Adaptativa (AOTC), projetada para testar os limites de resolução da óptica adaptativa do observatório.
Os brasileiros também colaboram na Câmera de Comissionamento (ComCam), encarregada de avaliar a qualidade primária da imagem produzida pelo conjunto de espelhos. Nela, o país atua na arquitetura de software e engenharia mecânica em parceria com o consórcio internacional.
Todo esse engajamento coloca a ciência brasileira em posição de destaque na astronomia mundial. Em vez de apenas utilizar os dados coletados por observatórios internacionais, nossos pesquisadores estão desenhando as ferramentas que vão moldar as descobertas das próximas décadas.
Quando o GMT finalmente abrir seus olhos para o Universo, o conhecimento e a engenharia desenvolvidos no Brasil estarão lá, em cada feixe de luz capturado, ajudando a decifrar os mistérios do cosmos e a escrever os próximos capítulos do nosso conhecimento sobre o Universo.
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