Lentes maiores e imagens de melhor qualidade

Dois conceitos fundamentais estão direcionando os esforços que culminam na presente geração de grandes telescópios: a área coletora de luz e a capacidade de concentrar essa luz na menor área possível sobre os detectores (sensores).

O primeiro conceito é fácil de ser entendido se fizermos a seguinte analogia: imagine duas pessoas participando de uma gincana. A tarefa é sair na chuva e coletar a maior quantidade de água (pingos de chuva) durante o mesmo intervalo de tempo.

O primeiro competidor dispõe de uma xícara como "captador" e o segundo de uma fôrma de pizza. Ninguém tem dúvida do resultado. O competidor com a fôrma de pizza vai coletar mais água no intervalo de tempo estabelecido, pois dispõe de maior área coletora. Exatamente a mesma coisa ocorre com os telescópios. A informação que chega dos corpos celestes vem sob a forma de "pingos" de luz, chamados fótons. O telescópio de maior área capta mais fótons (luz) por intervalo de tempo.

Essa é a razão para se construir telescópios cada vez maiores, o que se tornou possível com o uso de espelhos relativamente finos, tipo menisco, em contraposição aos atuais espelhos, os monolíticos, mais espessos e pesados e o desenvolvimento de sistemas de suporte ativo, que corrigem deformações .

O segundo conceito básico que define o "poder" de um telescópio é a sua capacidade de concentrar a luz. A criança que brinca com uma lupa, focalizando a luz do Sol numa folha de papel está utilizando na prática este conceito. Quanto menor a área sobre a qual o telescópio consegue concentrar a luz que captou, melhor é o seu desempenho.

No entanto, para os telescópios que operam em terra, existe um problema sério para concentrar a luz. Mesmo quando o instrumento é perfeito em sua fabricação, a atmosfera que nos cerca produz uma enorme diminuição na capacidade de concentrar a luz. Nós mesmos podemos apreciar esse efeito quando olhamos uma rua de asfalto quente rente ao horizonte. A cena parece estar difusa e em constante movimento.

A mesma coisa acontece com a luz das estrelas focalizadas por um telescópio. As imagens se tornam difusas e pode-se perder completamente a capacidade de registrar objetos celestes de pouco brilho. Essa é uma das razões pelas quais o Telescópio Espacial Hubble foi colocado em órbita. Ali está livre dos efeitos da atmosfera terrestre. Pela mesma razão, os grandes telescópios são instalados em montanhas altas. Mauna Kea, no Havaí, é um vulcão extinto de 4200 metros de altitude, onde a atmosfera é limpa e tem pouca agitação.

É bom lembrar ainda que a atmosfera terrestre também absorve, ou suprime, a luz em certos comprimentos de onda, como a radiação ultravioleta, barrada pela camada de ozônio.

Os construtores de telescópios encontraram uma maneira engenhosa de driblar, pelo menos parcialmente, os efeitos da degradação das imagens pela atmosfera terrestre. Trata-se de utilizar a óptica adaptativa. Em poucas palavras, isto consiste em monitorar a uma grande velocidade a forma e a posição das imagens estelares sobre um detector. Com um computador é simples fazer isso mais que 200 vezes por segundo. Com base nessa informação, o mesmo computador deforma um componente óptico, em geral um espelho pequeno e fino, de modo que a luz incidente sobre ele sofra deslocamentos opostos àqueles introduzidos pela atmosfera da terra. O resultado é uma melhoria na concentração de luz da cena observada, permitindo estudar objetos celestes mais fracos, ou muito próximos da imagem obtida.

A figura abaixo mostra uma simulação dos efeitos de concentração da luz para que seja possível verificar como os detalhes e as estruturas aparecem ao se utilizar a óptica adaptativa. Na imagem sem óptica adaptativa, à esquerda, podemos ver muito menos estrelas do que na imagem da direita, correspondente ao uso da óptica adaptativa.

(Texto de Francisco Jablonski, pesquisador do Inpe)

Os telescópios do futuro estarão na Terra e no espaço...