os-grandes-instrumentos-fig-01.jpg 11.30 KB Figura 1: Telescópio Refrator Yerkes |
No ano de 1609 Galileo Galilei introduziu o uso do instrumento que amplia
os limites de percepção da Natureza ao nosso redor: o telescópio.
Esse instrumento amplia a imagem e envia mais luz aos nossos olhos. Com
ele nós vemos os objetos com mais detalhes e muito mais objetos
pois ele coleta muito mais luz. A partir desse momento, diversos modelos
e montagens de telescópios foram propostos e construídos
com grande sucesso. Técnicas tiveram que ser desenvolvidas para
conseguir instrumentos cada vez melhores. As soluções ópticas
envolveram metais e vidro óptico. O ápice dessa busca resulta
no maior telescópio refrator construído até hoje:
O Telescópio Refrator de Yerkes com 1,01metros de diâmetro
da objetiva (dubleto acromático) com uma distância focal de
19,30 metros. Inaugurado em outubro de 1897 em Williams Bay, Wisconsin,
nos Estados Unidos a 58 metros acima do lago Geneva e 334 metros acima
do nível do mar. Grande nomes da astronomia fizeram uso do observatório
de Yerks, tais como: Edward Barnard que estudou a Via Láctea, Otto
Struve que avaliou a química das estrelas, Gerard Kuiper que fez
estudos planetários e Subrahmanyan Chandrasekhar que estudou a evolução
estelar (Prêmio Nobel em 1983) e William Morgan que definiu que a
Via Láctea é espiralada. Apesar de seus feitos ele é
o último do seu tipo empregando uma objetiva composta por lentes.
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os-grandes-instrumentos-fig-01.jpg 11.30 KB Figura 1: Telescópio Refrator Yerkes |
O último século do segundo milênio será dominado pelos telescópios refletores devido as soluções encontradas e ao aprimoramento das técnicas para obter equipamentos com grandes espelhos para coletar cada vez mais luz. Nós podemos dividir em três fases a Astronomia dos Grandes Instrumnetos do Século XX:
os-grandes-instrumentos-fig-02.jpg 12.87 KB Figura 2: Charles Tyson Yerkes |
Voltemos um pouco para o Observatório de Yerkes, apesar de ser
o última palavra num equipamento desse tipo, ele foi fruto de um
proprietário de uma frota de bondes em Chicago, seu nome: Charles
Tyson Yerkes. Ele gostava das ciências e financiou a construção
dessa relíquia com um tubo de 19 metros de comprimento e 6 toneladas
de peso. O seu piso tem 22m de diâmetro e é móvel para
posicionar o observador próximo as oculares ou os instrumentos montados
nele. O mentor dessa realização foi George Ellery Hale -
fascinado pela Astronomia e Membro da Universidade de Chicago.
os-grandes-instrumentos-fig-03.jpg 12.87 KB Figura 3: George Ellery Hale |
O primeiro grande instrumento desse século e em operação
é o telescópio refletor de 1,5 m de diâmetro do espelho.
Entrou em operação em 1908 no Monte Wilson em Los Angeles
nos Estados Unidos. Essa foi uma iniciativa de George Ellery Hale que mais
tarde em 1917 constrói ainda em Monte Wilson um telescópio
ainda maior com 2,5 metros de diâmetro de espelho primário
com o apoio da Instituição Carnegie. Esse gigantesco telescópio
da época apresenta problemas: o espelho é muito sensível
à temperatura, o que ocasiona variações na imagem.
Esse instrumento permitirá a Edwin Hubble determinar a distância
da então Nebulosa de Andrômeda e de outras nebulosas e os
seus resultados mostrarão que não são objetos pertencentes
a nossa Galáxia, mas sim estruturas gigantescas como a nossa e muito
distantes da nossa Galáxia. Surge um número infindável
de galáxias e o nosso Universo adquire uma forma mais complexa.
Até meados de 1950 é comum encontrar em alguns livros o termo
Nebulosa de Andrômeda. Esse telescópio permitiu determinar
distancias e velocidades das galáxias vizinhas, demonstrando que
elas são "universos ilha" separados.
os-grandes-instrumentos-fig-04.jpg 61.32 KB Figura 4:O Telescópio Refletor de 1.5m |
os-grandes-instrumentos-fig-05.jpg 58.61 KB Figura 5: O Telescópio Refletor de 2.5m |
Entre 1930 e 1934, com o aumento da poluição luminosa em Los Angeles, Monte Wilson não era mais um bom lugar para um observatório. O Sr. Hale começou a procurar um novo local para esse instrumento. Foram cogitados locais no Arizona, no Texas, no Hawai e até a América do Sul, mas os 5.600 pés de Monte Palomar, a 160 quilometros de Pasadena, Califórnia, venceram. O Sr. Hale comprou 160 acres de terras de fazendeiros locais e do Serviço Florestal dos Estados Unidos para construir o Observatório de Monte Palomar.
Entre 1934 e 1936 após gastar 1 milhão de dólares, descobriu-se a impossibilidade de fazer espelhos de 5 metros a partir do quartzo, a restrição era a elevada temperatura necessária para a fusão. Hale visitou a Corning Glass Works, em New York, e fez a proposta de construir um espelho com o novo material da época, um vidro a base de borosilicato. Esse material atualmente é muito comum nos nossos pratos a mesa e em utensílios refratários para assados nos fornos ou até mesmo para a cocção de alimentos. A sua estabilidade as mudanças de temperatura fizeram dele material perfeito para o espelho de cinco metros. Esse vidro de borosilicato nada mais é que o conhecido Pyrex dos nossos lares. Depois de duas tentativas, a Corning conseguiu fazer o espelho.
(figura-6)
Em 1936 as instalações físicas do observatório
começam a serem construídas: o dome, a estrada para a montanha
era feita, a água e eletricidade são instalados. Todos tinham
que ajudar a colocar cimento no verão (época da seca), e
em apenas 2 anos a estrutura foi completada. O tamanho final ficou em 41
metros de altura, 42 metros de diâmetro. Há uma grande coincidência,
pois essas medidas são muito similares às do Pantheon em
Roma. O peso aproximado é de 1.000 toneladas. Cada painel superior
que se abre para o céu pesa 125 toneladas e a seção
superior do domo gira em dois trilhos circulares e todos que tem a oportunidade
de estar dentro do domo quando ele gira, dizem que é mais macio
que muitos elevadores modernos.
os-grandes-instrumentos-fig-06.jpg 46.41 KB Figura 6: Montagem do Domo do Observatório de Monte Palomar |
Ainda em 1936, com o espelho pronto, ele é transportado de Nova Iorque a Passadena onde foi polido, o transporte foi feito com velocidade máxima de 25Km/h e atraia a atenção de multidões. De 1936 a 1947 o espelho ficou nos laboratórios ópticos da Caltech para o polimento, além dos 13 anos utilizados para o polimento, foi retirado do espelho bruto cerca de 5000 kilos de vidro.
Os componentes mecânicos do telescópio são construídos;
as partes vem da Filadélfia, Nova Iorque e Passadena. Por muitas
vezes o horário dos trens normais teve que ser alterado para que
o material fosse transportado. O tubo do telescópio segue por via
marítima através do canal do Panamá, com o auxilio
da Marinha Americana.
os-grandes-instrumentos-fig-07.jpg 9.67 KB Figura 7:O Telescópio Refletor Hale de 5.0 metros de Monte Palomar |
O espelho de 5 metros é transportado de Pasadena para o Monte Palomar em 12 de novembro de 1947. A carga de 40 toneladas necessitou de 3 caminhões para empurar e puxar morro acima. O percurso de 200 quilometros gastou 32 horas para o transporte. O concreto que estava na estrutura, no lugar do espelho (para verificar se a estrutura aguentava o peso) é removido e o espelho colocado no lugar. O espelho agora e polido novamente, para os ajustes finais, e isso leva mais 2 anos. Além de todas essas dificuldades técnicas, o período da Segunda Guerra Mundial atrasou a construção desse surpreendente instrumento que por muitos anos ainda dominou como o maior dos telescópios por muitos anos nesse século.
Um outro avanço marcante ocorre em Jodrell Bank no Reuno Unido
e a partir da segunda guerra mundial, surgem as antenas de rádio
para observação militar, ou seja: os radares. Em meados de
1945, com o fim da segunda guerra, instala-se a antena de 66,4 metros de
comprimento com o objetivo de radio observação. Jodrell Bank
é o primeiro radiotelscópio construido - o telescópio
de transito de 66.4metros..
os-grandes-instrumentos-fig-08.jpg 23.23 KB Figura 8: O Telescópio de Transito de 66.4 metros |
Em 1951 começa a ser projetada MK I, uma antena parabólica
de 78m para recepção de ondas de rádio. Em 1957 após
vários problemas técnicos ela é inaugurada.
os-grandes-instrumentos-fig-09.jpg 28.52 KB Figura 9: O Radio Telescópio MKI de 78 metros |
Em 1964 a segunda antena de Jodrell Bank a MK II com um refletor
de 25 metros é inaugurada no mesmo local da antiga antena
de 66.4 metros.
os-grandes-instrumentos-fig-10.jpg 44.06 KB Figura 10: O Radiotelescópio MK II de 25 metros |
os-grandes-instrumentos-fig-11.jpg 54.72 KB Figura11: O Radiotelescópio de Arecibo com 305 metros |
Em agosto de 1972 é aprovado o projeto do Verry Large Array (VLA),
a construção foi iniciada em abril de 1973. Em 1975 a primeira
antena é instalada e em 1980 o VLA é inaugurado.
os-grandes-instrumentos-fig-12.jpg 26.39 KB Figura12: O Very Large Array - Simulando antenas maiores através de interferometria |
O VLA se localiza na planície de San Augustin, norte de Socorro, Novo México e tem uma formação em "Y" na qual são dispostas as diversas antenas de recepção. Cada antena da formação tem o diâmetro de 25m e uma massa de 230 toneladas. A formação se modifica no decorrer do ano: na formação A o conjunto tem 36 km de extensão, na formação B a extensão é de 10 km, na formação C a extensão é de 3,6 km e na formação D a extensão é de apenas de 1 km. Na formação A, o VLA utilizando métodos de interferência nas ondas eletromagnéticas, o conjunto corresponde a uma antena fixa de 130m de diâmetro.
O último grande instrumento da radioastronomia foi inaugurado
em 22 de agosto de 2000 do Observatório Nacional de Raio Astronomia
dos Estados Unidos em West Virginia na cidade de Pocahontas - o Green Bank
Telescope - com uma supefície metálica de reflexão
de 100 por 110 metros. O projeto do mecanismo permite ao instrumento captar
sinais a partir de uma altura de cinco graus acima do horizonte . Além
disso, o desenho dele é completamente for a do usual pois a antena
de recepção é colocada lateralmete e não centralizada
pois a superfície de reflexão é um parabolóide
fora de eixo. Devido as suas dimensoões os paineis individuais da
superfície de reflexão são independentes e possuem
atuadores para corrigir eventuais deslocamentos por questão estrutural
de deformação, efeitos de temperatura e do vento para manter
a forma da superfície de cada um dos 2004 painéis individuais
controlados por um feixe de raio laser para moinitorar suas posições
os-grandes-instrumentos-fig-13.jpg 42.62 KB Figura- 13: O Radiotelescópio de Green Bank com antena móvel de quase 110 metros. |
Retornando aos instrumentos ópticos, o observatório russo
Zelenchukskaya, localizado no monte Pastukhov, ao norte do Caucáso,
foi inaugurado em 1976, depois de anos de "domínio" do grande telescópio
americano de monte Palomar, o telescópio de Zelenchukskaya passa
a ser o maior telescópio do mundo, com um espelho de 6m de diâmetro
e 65 cm de espesura. Esse telescópio foi o maior do mundo por poucos
anos.
os-grandes-instrumentos-fig-14.jpg 14.98 KB Figura-14: Telescópio de Zelenchukskaya com 6.0 metros de espelho |
O interesse por telescópios maiores e a introdução
de novas técnicas no emprego de um mosáico de espelhos para
formar um espelho maior fizeram com que o observatório russo perdesse
logo essa condição. Os telescópios Keck I e Keck II
estão localizados em Mauna Kea e são hoje os dois maiores
telescópios do mundo, ao invéz de um único e gigantesco
espelho, os telescópios de Keck possuem 36 espelhos sextavados montados
de forma a equivalerem a um espelho de 10m de diâmetro. Keck I entrou
em operação em 1993 e Keck II em 1996. Cada espelho sextavado,
tem 1.8m de diâmetro, o domo tem aproximadamente 31 m de altura e
37 de largura. A proxima fase do projeto Keck é construir ao redor
dos dois grandes telescópios telescópios menores, com 2m
de diâmetro e dessa forma trabalharem entre si como um interferômetro.
Quando pronto, este interferômetro corresponderá a um espelho
de 14, 6m.
os-grandes-instrumentos-fig-15.jpg 36.21 KB Figura 15: Observatório Keck (Keck I e Keck II) usando técnicas de interferometria na região da luz visível |
os-grandes-instrumentos-fig-16.jpg 9.22 KB Figura 16: O Telescópio Espacial Hubble com espelho de 2.4 metros operando no espaço |
No fim do Século XX, o Telescópio Subaru, localizado em
Mauna Kea é hoje o maior telescópio óptico-infravermelho
existente com espelho único no mundo, este telescópio não
é apenas grandioso por causa do maior espelho (8,3 m de diâmetro)
mas também por causa da tecnologia utilizada. O formato cilindrico
de seu domo foi desenvolvido para minimizar a turbulencia atmosférica
por que passa a luz e o sistema de guiagem utilizada é um mecanismo
magnético. O telescópio de Subaru foi pré frabricado
no Japão e posteriormente transportado para Mauna Kea. Ele foi inaugurado
em janeiro de 1999.
os-grandes-instrumentos-fig-17.jpg 79.82 KB Figura17: O Telescópio Subaru com um espelho de 8.3 metros |
Outro grandioso telescópio óptico é o do Projeto
Gemini (dois telescópios gêmeos). Cada um desses telescópios
tem um espelho único de 8 metros de diâmetro. Um deles está
em operação no complexo astronômico de Mauna Kea no
Hawai e a sua primeira foto científica feita pelo Telescópio
Gemini Norte foi no dia 16/10/2000 da região Central da nossa Galáxia
na direção da constelação de Sagitário.
Essa data marca iniciou das suas atividades científcas. O Telescópio
Gemini Sul provavelmente iniciará suas atividades em meados de 2001
e será instalado em Cerro Pachon no Chile. O Brasil tem uma pequena
participação de 2,5% de um orçamento total de 176
milhões de dolares, o que lhe dará direito poucos dias do
ano para observações de interesse dos pesquisadores brasileiros.
Junto ao Gemini Sul está sendo construido o Projeto SOAR de um telescvópio
de 4 metros de espelho no qual o Brasil tem uma participação
bem maior no capital superior a 42% de um orçamento de 28 milhões
de dólares.
os-grandes-instrumentos-fig-18.jpg 23.99 KB Figura 18: Telescópio Gemini Norte com espelho de 8 metros |
Por último na transição do SéculoXX para
o século XXI, há o projeto Very Large Telescope (VLT). Ele
constitui-se der quatro telescópios de 8 m de diâmetro, localizados
em Cerro Paranal no Chile, que juntos corresponderão a um telescópio
de 16.4 m de diâmetro, o maior do mundo. Esses instrumentos trabalharão
como um interferômetro e para isso três outros telescópios
de 1.8m de diâmetro estão sendo construídos. Existe
ainda um quarto telescópio de 2.5m de diâmetro, o qual trabalhará
como telescópio auxiliar. Espera-se que fique pronta a primeira
unidade do VLT em outubro de 2001 e a última em junho de 2002.
os-grandes-instrumentos-fig-19.jpg 33.17 KB Figura 19: Projeto VLT – Very Large Telescope– quatro telescópios de 8 metros integrados entre si na operação. |
O começo do seculo XX foi marcado pela iniciativa do proprietário
de uma linha de bondes em Chicago no finaciamento do Observatório
Yerkes de 1897. Do desejo de um simples homem e, pelo nosso desejo de novas
descobertas e de entender onde nós estamos no nosso Universo, o
Homem conduziu-se na busca de novas soluções técnicas
e de parcerias cada vez maiores entre instituições e inclusive
entre países na obtenção de instrumentos cada vez
melhores nessa exploração.
Redação e Revisão Jorge Hönel
Marcos Alberto Perez é monitor voluntário do Setor de
Astronomia e atualmente está cursando o bacharelado de Física
do Instituto de Física de São Carlos. No passado ele fez
minicursos de Astronomia nesse setor durante o segundo grau, o que acabou
conduzindo para a área da Física e hoje atua nas atividades
de divulgação desse setor do CDCC.
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os-grandes-instrumentos-fig-01.jpg 11.30 KB Figura 1: Telescópio Refrator Yerkes Imagens do Observatório de Yerkes http://astro.uchicago.edu/yerkes/ Instituição: Yerkes Observatory University of Chicago -USA |
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os-grandes-instrumentos-fig-02.jpg 12.87 KB Figura 2: Charles Tyson Yerkes Imagens do Observatório de Yerkes http://astro.uchicago.edu/yerkes/ Instituição: Yerkes Observatory University of Chicago -USA |
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os-grandes-instrumentos-fig-03.jpg 12.87 KB Figura 3: George Ellery Hale Imagens do Observatório de Yerkes http://astro.uchicago.edu/yerkes/ Instituição: Yerkes Observatory University of Chicago -USA |
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os-grandes-instrumentos-fig-04.jpg 61.32 KB Figura 4:O Telescópio Refletor de 1.5m Imagens do Observatório de Monte Wilson Instituição: CALTECH – Instituto de Tecnologia da Califórnia http://www.mtwilson.edu/History/miscpix.html |
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os-grandes-instrumentos-fig-05.jpg 58.61 KB Figura 5:O Telescópio Refletor de 2.5m Imagens do Observatório de Monte Wilson Instituição: CALTECH – Instituto de Tecnologia da Califórnia http://www.mtwilson.edu/History/miscpix.html |
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os-grandes-instrumentos-fig-06.jpg 46.41 KB Figura 6: Montagem do Domo do Observatório de Monte Palomar Imagens do Observatório de Monte Palomar Instituição: CALTECH – Instituto de Tecnologia da Califórnia http://www.astro.caltech.edu/palomarpublic/history/timeline.html#1930 |
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os-grandes-instrumentos-fig-07.jpg 9.67 KB Figura 7:O Telescópio Refletor Hale de 5.0 metros de Monte Palomar Imagens do Observatório de Monte Palomar Instituição: CALTECH – Instituto de Tecnologia da Califórnia http://www.astro.caltech.edu/palomarpublic/history/timeline.html#1930 |
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os-grandes-instrumentos-fig-08.jpg 23.23 KB Figura 8: O Telescópio de Transito de 66.4 metros Imagens do Observatorio de Jodrell Bank Instituição: Jodrell Bank Observatory http://www.jb.man.ac.uk/public/story/ Dept. of Physics & Astronomy, The University of Manchester, Macclesfield, United Kingdom |
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os-grandes-instrumentos-fig-09.jpg 28.52 KB Figura 9: O Radio Telescópio MKI de 78 metros Imagens do Observatorio de Jodrell Bank Instituição: Jodrell Bank Observatory http://www.jb.man.ac.uk/public/story/ Dept. of Physics & Astronomy, The University of Manchester, Macclesfield, United Kingdom |
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os-grandes-instrumentos-fig-10.jpg 44.06 KB Figura 10: O Radiotelescópio MK II de 25 metros Imagens do Observatorio de Jodrell Bank Instituição: Jodrell Bank Observatory http://www.jb.man.ac.uk/public/story/ Dept. of Physics & Astronomy, The University of Manchester, Macclesfield, United Kingdom |
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os-grandes-instrumentos-fig-11.jpg 54.72 KB Figura11: O Radiotelescópio de Arecibo com 305 metros Imagens do Arecibo: Instituição: National Astronomy and Ionosphere Center. Operado pela Universidade de Cornell através do Departamento de Astronomia do Colégio de Artes e Ciências http://www.naic.edu/poster/posters.htm |
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os-grandes-instrumentos-fig-12.jpg 26.39 KB Figura12: O Very Large Array - Simulando antenas maiores através de interferometria Imagens do Very Large Array Instituição: National Radio Astronomy Observatory – West Virgina – USAhttp://www.aoc.nrao.edu/intro/vlapix/vlaviews.index.html |
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os-grandes-instrumentos-fig-13.jpg 42.62 KB Figura- 13: O Radiotelescópio de Green Bank com antena móvel de quase 110 metros. Imagens do Green Bank Telescope http://www.gb.nrao.edu/GBT/GBT.html Instituição: National Radio Astronomy Observatory – West Virgina - USA |
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os-grandes-instrumentos-fig-14.jpg 14.98 KB Figura 14: Telescópio de Zelenchukskaya com 6.0 metros de espelho Imagens do Telescópio de Zelenchukskaya Instituição: Special Astrophysical Observatory da Academia de Ciências Russa http://www.sao.ru/bta/bta6m.html |
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os-grandes-instrumentos-fig-15.jpg 36.21 KB Figura 15: Observatório Keck (Keck I e Keck II) usando técnicas de interferometria na região da luz visível Imagens do Observatório Keck (Keck I e Keck II) Instituição: W.M. Keck Observatory http://www2.keck.hawaii.edu:3636/realpublic/gen_info/kiosk/index.html Crédito da Ilustração TOM CONNELL/WILDLIFE ART LTD. do THE READER’S DIGEST "ATLAS OF THE UNIVERSE" © 2000 WELDON OWEN INC. |
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os-grandes-instrumentos-fig-16.jpg 9.22 KB Figura 16: O Telescópio Espacial Hubble com espelho de 2.4 metros operando no espaço Imagens do Telescópio Espacial Hubble Instituição: Space Telescope Science Institute http://www.stsci.edu/hst/ |
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os-grandes-instrumentos-fig-17.jpg 79.82 KB Figura17: O Telescópio Subaru com um espelho de 8.3 metros Imagens do Telescópio Subaru http://www.subarutelescope.org/ Instituição: National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) http://www.subarutelescope.org/Gallery/history.html |
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os-grandes-instrumentos-fig-18.jpg 23.99 KB Figura 18: Telescópio Gemini Norte com espelho de 8 metros. Imagens do Projeto Gemini: http://www.gemini.edu/ Instituição: The Gemini Observatory http://www.gemini.edu/gallery/telescope/g0012.html |
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os-grandes-instrumentos-fig-19.jpg 33.17 KB Figura 19: Projeto VLT – Very Large Telescope– quatro telscópios de 8 metros integrados entre si na operação. Imagens do Projeto VLT – Very Large Telescope– http://wwww.eso.org/ Instituição: European Southern Observatoy |