Hayabusa2 realiza o primeiro experimento de alcance a laser já feito em um asteroide

A sonda espacial Hayabusa2, do Japão, acrescentou mais um item ao seu histórico de primazias na exploração espacial. No domingo, 5 de julho, a sonda conseguiu refletir com sucesso um feixe de laser na superfície do asteroide Torifune e capturou o sinal de retorno, completando o primeiro experimento de alcance a laser já realizado contra um asteroide. A Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA) confirmou o marco, que ocorreu enquanto a Hayabusa2 passava por Torifune, o primeiro destino da missão estendida da sonda.

A conquista é mais do que uma curiosidade técnica. O alcance a laser funciona medindo quanto tempo um pulso de luz leva para atingir uma superfície e retornar, dando aos operadores uma forma direta de determinar a distância e investigar remotamente as características físicas de um corpo. Segundo a JAXA, a demonstração fortalecerá as capacidades de seus próprios engenheiros e das equipes de outras agências espaciais enquanto se preparam para futuras missões a asteroides próximos da Terra (NEAs, na sigla em inglês) e outros objetos do espaço profundo.

Um marco construído sobre um altímetro comprovado

O experimento contou com o altímetro a laser LIDAR da Hayabusa2, conhecido como LALT. O instrumento é um derivado do altímetro LIDAR levado a bordo do orbitador lunar Kaguya, da JAXA, adaptado para as demandas muito diferentes de operar ao redor de um pequeno asteroide.

O LALT nunca foi concebido apenas para medição de distância. Seu projeto também permite ajudar a determinar a densidade e a porosidade de um asteroide, registrar o quão reflexiva é sua superfície e procurar partículas de poeira em levitação, o material fino que pode ser levantado de um pequeno corpo e flutuar acima de sua superfície.

O instrumento já é um veterano de missão. Ele desempenhou um papel significativo na navegação da Hayabusa2 e coletou dados substanciais sobre a topografia da superfície de Ryugu, o asteroide que a sonda investigou anteriormente em sua jornada. Esse trabalho anterior deu à equipe uma ferramenta bem compreendida para adaptar ao encontro com Torifune.

Dois disparos contra um grão de rocha

O momento era tudo. O laser disparou duas vezes, às 18h29 (2h29 PDT; 5h29 EDT), com o primeiro pulso liberado 56,5 segundos antes do sobrevoo de Torifune e o segundo 57,5 segundos antes dele. A Hayabusa2 estava a cerca de 20 quilômetros (12,5 milhas) de distância no primeiro disparo e a cerca de 15 quilômetros (9,3 milhas) no segundo.

Em ambos os momentos, a sonda viajava a 5,3 quilômetros por segundo, equivalente a cerca de 18.000 quilômetros por hora (3,3 milhas por segundo, ou 11.185 mph). Como o feixe é fortemente focado, ele iluminou apenas uma pequena área de Torifune, cobrindo regiões de cerca de 30 metros (100 pés) e 23 metros (75,5 pés) de diâmetro.

Essa combinação de velocidade, distância e um feixe estreito produziu uma lista de obstáculos que a equipe da missão teve que superar antecipadamente.

• O laser tinha que ser apontado para um alvo pequeno enquanto a sonda passava por ele a milhares de quilômetros por hora.
• Atingir esse alvo exigia controle preciso de atitude e trajetória, mantendo a orientação e o caminho da sonda dentro de limites estreitos.
• Os instrumentos tiveram que ser configurados para que os retornos fracos da superfície não se perdessem no ruído de fundo.
• A sequência geral exigiu extensa preparação da equipe da missão antes que o encontro ocorresse.

Esses preparativos deram resultado em ambas as tentativas, e não apenas em uma. A JAXA divulgou imagens mostrando a área iluminada pelo laser quando o alcance foi bem-sucedido, ao lado das marcas dos pulsos que não retornaram um resultado utilizável.

Por que o alcance a laser é tão difícil no espaço profundo

Medir distância com luz parece simples em princípio: envie um pulso, cronometre a ida e volta, divida por dois. Na prática, o espaço profundo elimina os auxílios que tornam a técnica rotineira mais perto de casa. Não há objetos de referência lá fora para ancorar uma medição, o que torna o alcance preciso consideravelmente mais difícil de garantir e de interpretar.

Na Terra e em órbita próxima da Terra, os operadores podem contar com pontos de referência conhecidos, estações terrestres e sinais de navegação por satélite para verificar seu trabalho. Uma sonda operando sozinha em um asteroide deve depender de seu próprio instrumento, de seu próprio relógio e de um sistema de controle de atitude bom o suficiente para manter um feixe estreito em um corpo irregular e em rotação. É por isso que o resultado de Torifune está sendo tratado como um primeiro, e não como uma melhoria incremental.

O que a demonstração abre

O valor do experimento está em grande parte no que ele prova sobre o hardware e as operações que o sustentam.

• O alcance direto pode aprimorar a navegação de uma sonda durante aproximações, quando distância e geometria precisas são mais importantes.
• Os retornos do laser carregam informações sobre a refletância da superfície, ajudando os cientistas a distinguir tipos de terreno e material.
• Combinado com outras medições, o alcance apoia estimativas da densidade e porosidade de um asteroide, pistas-chave para sua estrutura interna e história.
• Retornos sensíveis poderiam revelar poeira em levitação, um fenômeno que molda como pequenos corpos liberam e redistribuem material.

Para a Hayabusa2, que já passou anos no espaço profundo, o teste de 5 de julho também é um lembrete de que missões estendidas podem continuar gerando nova ciência muito depois de seus objetivos primários serem concluídos. Torifune é o primeiro alvo dessa fase estendida, e o sobrevoo deu à equipe a chance de validar uma técnica que nunca antes havia sido tentada em um asteroide.

O sucesso também repercute além do Japão. A altimetria e o alcance a laser são ferramentas compartilhadas pela comunidade internacional de exploração, e uma demonstração verificada em um asteroide dá aos engenheiros de outros lugares uma referência para o projeto de instrumentos e procedimentos operacionais à medida que mais sondas são enviadas a destinos próximos da Terra e no espaço profundo.

Por ora, os números de destaque são pequenos: um feixe que iluminou uma área de rocha de apenas 23 metros de diâmetro, disparado de cerca de 15 quilômetros de distância por uma sonda que se movia a 18.000 quilômetros por hora, com o sinal de retorno capturado em duas tentativas consecutivas separadas por segundos. Essa é a medição que a JAXA está chamando de primeira, e é provável que sirva de modelo para muitas outras.

Este artigo é baseado em reportagem do Phys.org. Leia o artigo original.