Telescópios espaciais: como funcionam

Por que colocar um telescópio no espaço

Telescópios instalados no solo enfrentam um obstáculo permanente: a atmosfera da Terra. O ar em movimento distorce a luz das estrelas, e a atmosfera também absorve ou bloqueia parte da radiação vinda do cosmos. Colocar o instrumento em órbita elimina ou reduz esses problemas e permite observações que seriam impossíveis ou muito difíceis a partir do chão.

A NASA descreve essa vantagem ao explicar a posição do Hubble: em órbita, o telescópio evita os efeitos de distorção da atmosfera, o que garante imagens nítidas do universo. Cada telescópio espacial, no entanto, foi projetado para uma faixa de radiação específica, e a escolha da órbita depende do que se quer observar. Alguns ficam perto da Terra, outros vão para regiões distantes onde o ambiente térmico é mais estável.

Este guia apresenta quatro exemplos bem documentados, cada um com uma solução de engenharia diferente: o Hubble, que observa principalmente luz visível e ultravioleta a partir de órbita baixa; o James Webb, que observa no infravermelho e opera a 1,5 milhão de quilômetros da Terra; o Chandra, dedicado a raios X; e o Gaia, missão da ESA para medir posições de estrelas com precisão extrema.

Hubble: o observatório em órbita baixa

O Telescópio Espacial Hubble foi lançado em 24 de abril de 1990 e opera em órbita terrestre baixa. Segundo a NASA, ele está a cerca de 483 quilômetros de altitude, completa uma volta em aproximadamente 95 minutos e viaja a cerca de 17 mil milhas por hora. Seu espelho principal tem 2,4 metros de diâmetro, é feito de vidro de expansão ultrabaixa e recebe um revestimento refletor de alumínio e fluoreto de magnésio.

O instrumento detecta luz na faixa do ultravioleta ao infravermelho próximo, de 115 a 2.500 nanômetros, de acordo com a agência. A precisão de apontamento é notável: a NASA informa que ele consegue se fixar em um alvo sem desviar mais que sete milésimos de segundo de arco, comparável a manter um feixe de luz sobre um fio de cabelo a cerca de um quilômetro e meio de distância.

Um aspecto distintivo do Hubble é que foi projetado para ser reparado por astronautas. Ao longo da vida, cinco missões de manutenção tripuladas substituíram componentes envelhecidos e instalaram novos instrumentos, o que prolongou a vida útil do observatório e o manteve na fronteira tecnológica. A própria NASA atribui à concepção modular e à possibilidade de manutenção a razão de ele ter se tornado um de seus observatórios mais transformadores. Em sua página oficial, a agência registra ainda que o telescópio já completou 200 mil órbitas.

James Webb: infravermelho e frio extremo

O Telescópio Espacial James Webb foi lançado em 25 de dezembro de 2021 e chegou ao ponto de Lagrange L2 em 24 de janeiro de 2022, segundo a NASA. Diferentemente do Hubble, ele não orbita a Terra: orbita o Sol, a cerca de 1,5 milhão de quilômetros do nosso planeta, no ponto em que a Terra, o Sol e a Lua ficam sempre do mesmo lado do telescópio. Os conceitos de órbita e de pontos de Lagrange estão explicados no guia sobre órbitas.

O espelho primário do Webb mede 6,5 metros e é formado por 18 segmentos hexagonais, cada um com 1,32 metro de diâmetro, medido entre lados opostos. Os segmentos são de berílio, material resistente e leve que mantém a forma em diferentes temperaturas, e recebem uma camada de ouro de cerca de 100 nanômetros de espessura para refletir melhor o infravermelho. O conjunto é tão grande que precisou ser dobrado como um origami para caber no foguete e foi aberto já no espaço.

Observar no infravermelho exige frio. A NASA explica que objetos quentes emitem luz infravermelha e, se o espelho fosse mais quente, o brilho dele mesmo sufocaria a luz fraca de galáxias distantes. Por isso o telescópio precisa ficar a cerca de menos 220 graus Celsius. Um escudo solar de cinco camadas protege o instrumento do calor infravermelho do Sol, da Terra e da Lua. A agência afirma que, com ele, o telescópio pode olhar de volta no tempo por mais de 13,5 bilhões de anos e observar as primeiras galáxias formadas depois do Big Bang.

O alinhamento dos segmentos é feito por atuadores, e a NASA relata precisão da ordem de um décimo de milésimo da espessura de um fio de cabelo humano. É uma exigência necessária para que os 18 espelhos funcionem como uma única superfície óptica.

Chandra: o olhar em raios X

O Observatório de Raios X Chandra foi lançado em 23 de julho de 1999 e opera em uma órbita terrestre alta. Raios X são radiação de energia muito elevada e se comportam de forma diferente da luz visível ao interagir com espelhos. A NASA observa que telescópios de raios X precisam ser muito diferentes dos ópticos. Em vez de um espelho em forma de prato, o Chandra usa quatro pares de espelhos em forma de barril.

A polidez desses espelhos é extrema. A NASA compara: se a superfície da Terra fosse tão lisa quanto eles, a montanha mais alta teria menos de dois metros de altura. Segundo a agência, o Chandra tem resolução oito vezes melhor que a dos telescópios de raios X anteriores e consegue detectar fontes mais de 20 vezes mais fracas que as detectáveis até então.

A gestão da missão é feita pelo Centro Marshall da NASA, e as operações diárias são conduzidas pelo Centro de Raios X Chandra, do Observatório Astrofísico Smithsoniano, em Cambridge, Massachusetts. Esse arranjo mostra como grandes observatórios são operados por parcerias entre agências e instituições científicas.

Gaia: o mapa tridimensional da Galáxia

O Gaia, da ESA, foi lançado por um foguete Soyuz-STB/Fregat-MT a partir do porto espacial europeu de Kourou, na Guiana Francesa. Operou no ponto de Lagrange L2, a 1,5 milhão de quilômetros da Terra, posição que, segundo a ESA, oferece uma visão mais limpa do cosmos que uma órbita terrestre. Sua missão era de astrometria, ou seja, a medição precisa da posição e do movimento das estrelas.

A ESA descreve o objetivo como criar o maior e mais preciso mapa tridimensional da nossa Galáxia, com quase dois bilhões de objetos. A precisão é cerca de 200 vezes maior que a do satélite Hipparcos, seu antecessor. Para objetos brilhantes, o Gaia mediu posições com exatidão de 24 microssegundos de arco, o que a agência compara a medir a largura de um fio de cabelo humano a mil quilômetros de distância.

Entre julho de 2014 e janeiro de 2025, o telescópio fez mais de três trilhões de observações. As operações foram encerradas em 27 de março de 2025, quando os controladores desligaram os subsistemas da espaçonave e a enviaram para uma órbita de aposentadoria ao redor do Sol.

Comparando as soluções

Os quatro telescópios mostram como a engenharia se adapta ao tipo de luz observada. O Hubble se beneficia de órbita baixa, que permitiu as visitas de astronautas. O Webb precisa de temperaturas muito baixas, e por isso fica longe da Terra, com escudo solar. O Chandra requer espelhos que funcionem com radiação de alta energia, o que o levou a uma geometria especial. O Gaia depende de estabilidade térmica e mecânica para medir posições, e por isso escolheu o L2.

Nenhuma dessas escolhas é universal. Existem observatórios espaciais em outras órbitas e para outras faixas de radiação, e cada agência documenta suas missões em páginas próprias. A regra geral é que o local, o formato e o material do telescópio decorrem do problema científico que ele foi construído para resolver.

Limites e cuidados ao ler as notícias

Imagens divulgadas por telescópios espaciais costumam passar por processamento, como atribuição de cores a dados que não são visíveis ao olho humano. Isso vale sobretudo para infravermelho e raios X, faixas que a visão não capta. As agências geralmente indicam nas legendas quais filtros e comprimentos de onda foram usados. É uma prática legítima de comunicação científica, mas ajuda saber que a cor da imagem é uma escolha de representação.

Também vale lembrar que números como distância, idade ou massa vêm com incertezas, que os artigos científicos discutem em detalhe. Para aprofundar, os eventos relacionados na linha do tempo, como o lançamento do Hubble e o do James Webb, trazem o contexto histórico de cada missão.