Portugal em busca de outras Terras com a missão espacial PLATO

O Comité do Programa Científico (SPC) da ESA aprovou a missão espacial PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars, ou trânsitos planetáriose oscilações estelares). O PLATO, uma das quatro missões propostas em votação, posiciona-se assim para se juntar às duas missões classe M já adotadas, o Euclid (também com participação do Centro de Astrofísica da Universidade do Porto e do Centro de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Lisboa), e o Solar Orbiter.

Esta missão tem como objetivo descobrir quão comum é a formação de planetas como a Terra, e posteriormente, usar esses dados para descobrir se possuem as condições necessárias para o aparecimento de vida. Vai ainda medir oscilações nas estrelas-mãe destes exoplanetas, com técnicas de asterossismologia.

Para Mário João Monteiro, delegado português no SPC “A missão PLATO é um dos marcos importantes do programa científico da ESA, que através das suas missões M e L tem contribuído de forma ímpar para o desenvolvimento nas ciências do espaço. É mais um exemplo da capacidade técnica e científica Europeia, que conta com a participação científica e industrial de Portugal.”

O PLATO vai observar e caracterizar, durante vários anos consecutivos e com grande precisão, um grande número de estrelas relativamente próximas. Nestas, irá procurar super-terras e planetas do tipo terreste, que orbitem na zona de habitabilidade de estrelas do tipo solar. Estas observações irão fornecer dados acerca destes planetas, além de tentar perceber a arquitetura dos sistemas planetários onde estes se encontram.

A partir das curvas de luz obtidas pelo PLATO, será também possível determinar as frequências de oscilação de mais de 80,000 estrelas. Com técnicas de asterossismologia, estas frequências serão usadas para inferir os raios, massas e idades das estrelas em causa, elementos que, por sua vez, são essenciais para a caracterização dos sistemas exoplanetários e dos planetas que os compõem.

Margarida Cunha, coordenadora do grupo de trabalho de diagnósticos sísmicos, da componente de ciência estelar do PLATO, comenta: “Para além da caracterização dos sistemas exoplanetários descobertos pelo PLATO, a deteção de oscilações num tão grande número de estrelas vai permitir inferir informação fundamental acerca de processos físicos que têm lugar no interior das mesmas e, consequentemente, melhorar os modelos teóricos de evolução estelar.”

O PLATO pretende ainda construir o primeiro catálogo com as características de exoplanetas confirmados, como raio, densidade, composição, atmosfera e em que estágio da sua evolução está. No total, espera-se que o catálogo contenha características de milhares de exoplanetas (incluindo gémeos da Terra), mas também as massas e idades muito precisas de mais de 85 mil estrelas e 1 milhão de curvas de luz de alta precisão, que ficarão à disposição da comunidade científica.

Este catálogo de planetas potencialmente habitáveis servirá assim de base para futuros estudos, levados a cabo pela próxima geração de instrumentos (como o ESPRESSO) ou de grandes telescópios, como o European Extremely Large Telescope (E-ELT) do ESO, ou o Telescópio Espacial James Webb (NASA/ESA).

Isto porque só com dados simultâneos sobre a massa (obtida através do método das velocidades radiais) e o raio de um planeta, é possível distinguir entre “mini-Neptunos”, planetas com grande quantidade de gás mas pouco densos, ou planetas rochosos com núcleos de Ferro, como a Terra.

O PLATO é ainda um tipo de telescópio inovador, pois é constituído por 34 telescópios individuais, de 12 cm cada, em vez de um telescópio de espelho único. Cada telescópio pode ser usado individualmente, em conjunto com outros, ou todos em simultâneo, o que dá ao PLATO a capacidade sem precedentes de observar simultaneamente objetos brilhantes e ténues.

Alexandre Cabral, coordenador do grupo de trabalho de equipamento de teste ótico no solo acrescenta: “O sistema de testes que estamos a desenvolver, irá permitir testar todas as 34 câmaras (telescópios) de forma muito mais rápida, evitando a necessidade de realizar testes nas condições do espaço (vácuo e temperaturas de -80ºC).”

O objetivo científico desta missão tem ainda em conta as missões que preencherão a lacuna entre o presente e o lançamento do PLATO, como o CHEOPS (CHaracterizing ExOPlanet Satellite, ou satélite de caracterização de exoplanetas), a primeira missão de classe S (pequena) da ESA, cuja construção foi também aprovada nesta reunião do SPC.

Nuno Cardoso Santos, do concelho coordenador do PLATO, e do consórcio do CHEOPS, acrescenta que "As decisões da ESA de avançar com o PLATO e o CHEOPS são mais um reconhecimento da aposta clara da comunidade científica internacional, na procura e estudo de outras terras. A forte participação nacional nestas missões, complementada com outros projetos (tais como o ESPRESSO, do ESO), garante que temos a possibilidade de nos manter na "crista da onda" desta investigação durante muitos mais anos."

O PLATO ficará em órbita em torno do ponto de Lagrange L2, a 1,5 milhões de quilómetros da Terra, de onde irá transmitir uma média de 109GB de dados por dia. Deste ponto estratégico, pode fazer observações ininterruptas, que não são afetadas pela atmosfera da Terra. Já o CHEOPS ficará numa órbita baixa (entre 620 e 800 km), de onde observará estrelas brilhantes, à volta das quais já se conhecem planetas, determinando o diâmetro destes com grande precisão.

A participação portuguesa no CHEOPS estende-se ainda à indústria, com a DEIMOS Engenheiraa desenvolver os sistemas de Planificação da Missão e de Arquivo e Disseminação de Dados da missão. “Ambos os sistemas representam o melhor da experiência da DEIMOS no desenvolvimento de sistemas operacionais para satélites de Observação da Terra, mas desta vez aplicadas a uma missão de astronomia”, diz Nuno Ávila, diretor da DEIMOS.

A missão CHEOPS tem lançamento previsto para 2017, enquanto a missão PLATO tem lançamento previsto até 2024.

Ricardo Cardoso Reis (CAUP)

Imagens:

Figura 1: Imagem artística do telescópio espacial PLATO, a observar planetas exóticos, num sistema com gigantes gasosos e planetas semelhantes à Terra. Observa também muitas estrelas distantes, com planetas em órbita. Crédito: DLR (Susanne Pieth)

Figura 2: O PLATO irá acompanhar a órbita da Terra, numa posição diametralmente oposta ao Sol, no segundo ponto de Lagrange (L2) a 1,5 milhões de km da Terra. Crédito: ESA

NOTAS:

O Centro de Astrofísica da Universidade do Porto (CAUP) foi criado em maio de 1989 (Programa Mobilizador de Ciência e Tecnologia) e iniciou as atividades em outubro de 1990. É uma associação científica e técnica privada, sem fins lucrativos e reconhecida de utilidade pública. Inscreve entre os seus objetivos apoiar e promover a Astronomia através da investigação científica, da formação ao nível pós-graduado e universitário, do ensino da Astronomia ao nível não universitário (básico e secundário) e da divulgação da ciência e promoção da cultura científica.
Desde 2000 que é avaliado como "Excelente" por painéis internacionais, organizados pela Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT).

O Centro de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Lisboa (CAAUL) é um centro de investigação da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL) sediado no Observatório Astronómico de Lisboa (OAL). Desenvolve a sua atividade em algumas das áreas de investigação científica de maior impacto em Astronomia e Astrofísica, possuindo uma forte implantação a nível nacional e internacional, com colaborações ativas com instituições em mais de doze países. A sua componente observacional envolve importantes tempos de utilização nos maiores observatórios internacionais (ESO, Hubble, VLA, entre outros). O CAAUL é ainda responsável pela formação de estudantes pré e pós-graduados (de Licenciatura, de Mestrado e de Doutoramento) em Astronomia e Astrofísica na Universidade de Lisboa, possuindo uma forte componente de divulgação científica perante a sociedade.

As duas maiores instituições nacionais de investigação em Astronomia, CAUP e CAAUL colaboram cientificamente desde 2007. Esta união de esforços contribuiu decisivamente para tornar as Ciências do Espaço numa das áreas da investigação portuguesa de maior impacto internacional. Atualmente, as duas unidades encontram-se num processo de fusão que dará origem, ainda este ano, ao novo Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA). O IA englobará cerca de 70% da investigação científica nacional na área.

O Método dos Trânsitos consiste na medição da diminuição da luz de uma estrela, provocada pela passagem de um exoplaneta à frente dessa estrela (algo semelhante a um micro-eclipse). Através de um trânsito é possível determinar apenas o raio do planeta. Este método é complicado de usar, porque exige que o(s) planeta(s) e a estrela estejam exatamente alinhados com a linha de visão do observador.

A Asterossismologia é o estudo do interior das estrelas, através da sua atividade sísmica medida à superfície. Em sismologia, os diferentes modos de vibração de um tremor de Terra podem ser usados para estudar o interior da Terra, de forma a obter dados acerca da composição e profundidade das diversas camadas. De uma forma semelhante, as oscilações observadas à superfície de uma estrela também podem ser usadas para inferir dados sobre a estrutura interna e composição da estrela.

O Método das Velocidades Radiais deteta exoplanetas medindo pequenas variações na velocidade (radial) da estrela, devidas ao movimento que a órbita desses planetas imprime na estrela. A título de exemplo, a variação de velocidade que o movimento da Terra imprime ao Sol é de apenas 10 cm/s (cerca de 0,36 km/h). Com este método é possível determinar o valor mínimo da massa do planeta.

Os Pontos de Lagrange são as cinco zonas, entre dois corpos, onde a força da gravidade de ambos se equilibra. No caso da Terra e do Sol, são usados para manter sondas espaciais em órbitas estáveis, que acompanham sempre a translação da Terra. A nova geração de missões espaciais ocupa preferencialmente o L2, o ponto a 1,5 milhões de km da Terra. Neste ponto as sondas estão sempre viradas para o lado oposto ao Sol, garantindo assim 24horas/365 dias de observações ininterruptas.

A DEIMOS Engenharia, fundada em 2002, é líder nacional em engenharia e sistemas aeroespaciais avançados. Os sistemas desenvolvidos pela empresa estão presentes nas mais importantes missões espaciais europeias, sendo um parceiro privilegiado da ESA para as áreas de sistemas de controlo de veículos espaciais, sistemas críticos de processamento de dados, sistemas de navegação por satélite e sistemas de observação da Terra.