Tendo emergido de origens amadoras nos quintais de engenheiros de rádio, a radioastronomia é agora o foco de consórcios globais internacionais de elite. Emma Chapman descreve como o assunto se desenvolveu e por que precisa encontrar um equilíbrio delicado entre suas raízes científicas e de engenharia
Tenho pensado muito sobre minha identidade recentemente. Quando alguém me pergunta o que faço, descrevo-me como radioastrônomo, ou cosmólogo, ou astrofísico – dependendo do meu humor e de com quem estou falando. Mas nunca senti que pertencia totalmente a nenhuma dessas opções. Pareceu-me que a minha busca pelas primeiras estrelas utilizando dados de rádio não se enquadrava muito bem nas tensas discussões dos cosmólogos sobre os paradigmas inflacionistas e a energia escura. Da mesma forma, ao visitar radiotelescópios, o jargão de “receptores” e “ganhos” passou pela minha cabeça.
“Radioastrônomo” é uma frase curiosa, já que raramente se ouve cientistas se ligarem tão intimamente a qualquer outro comprimento de onda. Nunca ouvi a frase “astrônomo de raios gama”, por exemplo. Mas tendo visitado grupos de radioastrônomos amadores no ano passado, percebi que ainda não tenho as habilidades para me chamar de um verdadeiro “radioastrônomo”. O rótulo é uma medalha de honra que não se pode ganhar simplesmente usando dados obtidos por radiotelescópios.
Sou um membro ativo do Observatório Square Kilometer Array (SKAO), um radiotelescópio internacional que está atualmente em construção na África do Sul e na Austrália Ocidental. Embora a sede do projeto seja o Jodrell Bank Observatory, no Reino Unido, o SKAO é um projeto global com parcerias que se estendem desde a Austrália, China, Itália e Holanda até Portugal, África do Sul, Espanha, Suíça e Reino Unido.
Astrônomo versus engenheiro
Segundo o astrofísico Philip Diamond, diretor-geral do SKAO, as convocatórias e reuniões do projeto geralmente abrangem cerca de 20 fusos horários. Com um observatório tão global e populoso, não é surpreendente que muitas das pessoas que gerenciam os projetos do SKA tenham experiência empresarial. Diamond brincou uma vez, meio brincando, que alguns nunca teriam tocado em um telescópio. Mas isso não é uma coisa ruim – eles não estão lá por amor às estrelas. Eles estão lá porque sabem como manter empresas complexas prosperando, para que o usuário final (como eu) tenha dados de ótima qualidade fluindo para eles no prazo.
Diamond sem dúvida ganhou o distintivo de “radioastrônomo” – na verdade, seu doutorado é sobre o assunto, e sua carreira o levou a trabalhar na maioria das principais instalações de rádio do mundo. Conversando com ele, fica claro que ele ama a estrutura básica dos instrumentos tanto quanto a ciência que eles possibilitam. Mais abaixo na hierarquia, nem todos estão situados de forma tão ampla. Existe uma divisão explícita entre astrónomos e engenheiros, com apenas algumas excepções.
Os dois consórcios, engenharia e ciência, têm até conferências separadas, embora eu não ache que alguém testaria suas habilidades de soldagem no encontro de engenharia para garantir sua entrada. Embora eu tenha participado de uma conferência de engenharia há muitos anos, estou firmemente no campo da ciência e posso dizer: às vezes essa divisão parece mais um abismo. Os engenheiros lamentam os cientistas que pedem demais e não entendem os limites da tecnologia. Entretanto, nas conferências científicas, os cientistas desesperam ruidosamente com quaisquer mudanças de antena que diminuam os seus próprios objectivos científicos, queixando-se de que os engenheiros não compreendem o potencial científico que está a ir por água abaixo.
Essas conversas não são exclusivas do SKA, mas são pronunciadas porque o tamanho da colaboração é muito grande. A grande maioria dos investigadores envolvidos está baseada nas suas universidades e empresas em todo o mundo, e não num local onde possam ter a oportunidade de se encontrar e diminuir o tribalismo.
De muitas maneiras, estamos vendo a radioastronomia retornar às suas raízes, que começou com um casamento difícil entre a astronomia e a engenharia elétrica. Demorou algum tempo para que os cientistas dessas duas áreas aprendessem a coabitar e a ensinar os seus descendentes académicos – mas eventualmente as universidades produziram radioastrónomos prontos que criaram as grandes instalações de rádio da década de 1960 e além.
Raízes recreativas
A radioastronomia foi iniciada por Engenheiro da Bell Labs, Karl Jansky e os cientistas britânicos James Stanley Ei e Bernard Lovell (ver caixas abaixo). Suas primeiras descobertas só foram possíveis graças ao trabalho conjunto de engenheiros elétricos, astrônomos e amadores. Mas com a radioastronomia em grande escala a tornar-se cada vez mais uma colaboração entre duas especialidades austeras – engenheiros, por um lado, e cientistas, por outro – e os amadores pau para toda obra? Ainda há espaço para o grupo que desempenhou um papel tão vital na gênese da área?
Karl Jansky: o engenheiro
Em 1928, Karl Jansky era um engenheiro com Bell Labs nos EUA, onde seu trabalho era reduzir os irritantes estalos no novo serviço transatlântico de radiotelefone que custava US$ 25 por minuto (US$ 400 hoje). A maior parte do ruído que ele encontrou era devido a perturbações locais – como tempestades com raios – mas havia um chiado menor e contínuo em seus fones de ouvido que ele não conseguia identificar. Fazendo bom uso de suas habilidades de engenharia, Jansky construiu seu “Merry-go-Round”, um arranjo de 30 m de largura de laços retangulares de fio que, juntos, funcionavam como uma antena, todos colocados em rodas reaproveitadas do Ford Modelo T. Afinal, isso foi durante a Grande Depressão e o dinheiro era escasso.
Seguiu-se um ano frustrante, em que Jansky perseguiu o silvo pelo céu, inicialmente convencido de que vinha do Sol. Mas em 1932, ele finalmente percebeu que a verdadeira fonte era o centro da nossa galáxia. Jansky não chegou a esta conclusão sozinho. A compreensão só ocorreu quando um colega astrônomo sugeriu traçar dados de todo o ano juntos, e um deslocamento diário de 4 minutos se resolveu: o tempo sideral exato (tempo determinado pelos movimentos diários aparentes das estrelas) que você vê em objetos fora do sistema solar. sistema. Infelizmente, como o Bell Labs não estava envolvido em radioastronomia, Jansky não levou a cabo esta descoberta – mas a sua investigação foi levada adiante pelo astrónomo amador Grote Reber.
Grote Reber: o primeiro radioastrônomo
Durante vários anos após a descoberta de Jansky em 1932, havia um radioastrônomo no mundo inteiro, e ele era um amador com reputação de excêntrico. Grote Reber, um jovem engenheiro norte-americano que trabalhava para um fabricante de equipamentos de rádio em Chicago, devorou a literatura de Jansky pré-guerra e contatou vários departamentos acadêmicos perguntando quando eles agiriam em relação a essa descoberta claramente importante. Ele foi rejeitado repetidamente e, eventualmente, entediado com o desrespeito dos astrônomos profissionais, em 1936 decidiu construir um radiotelescópio no quintal de sua mãe.
Usando suas habilidades de engenheiro de rádio, Reber elaborou a melhor forma para a antena parabólica (uma parábola que serviria de modelo para a maioria das futuras antenas parabólicas). Ele então tirou um verão de folga do trabalho e um ano de salário do banco e construiu uma antena parabólica de 9.6 m. Os vizinhos temiam que o clima pudesse mudar, os pilotos redirecionavam para evitá-lo e as crianças da escola usavam-no como estrutura de escalada quando ele não estava olhando.
Reber, implacável, primeiro confirmou os experimentos de Jansky e depois mapeou todo o céu do rádio no início da década de 1940, descobrindo o primeira galáxia de rádio, Cygnus A. Ele também fez algumas das primeiras medições de rádio solar, enquanto os astrônomos profissionais ainda estavam despertando para o potencial da radioastronomia após a desclassificação de documentos após a Segunda Guerra Mundial. À medida que os resultados de Reber (e mais tarde de James Stanley Hey e Bernard Lovell) se tornaram mais conhecidos, houve uma corrida para observar o céu do rádio.
Aqueles com formação em física poderiam fabricar o equipamento, mas não tinham ideia do que estavam detectando. Enquanto isso, os astrônomos sabiam o que queriam observar, mas não conseguiam entender a engenharia elétrica. Nestes primeiros anos, os académicos só conseguiam oferecer metade das competências de um verdadeiro radioastrónomo: podiam compreender a experiência ou podiam compreender os resultados. Reber parecia ser a única pessoa que poderia fazer as duas coisas. Sozinho, no jardim da mãe, Reber foi o primeiro radioastrônomo, amador ou profissional, e assim permaneceu por mais de uma década.
James Stanley Ei: o professor
Em 1942, a rede de defesa por radar da Força Aérea Real Britânica (RAF) falhou durante dois dias de roer as unhas. O físico James Stanley Hey ficou encarregado de descobrir por que a falha ocorreu. Ele havia sido retirado do ensino de física na Burnley Grammar School, em Lancashire, no início da Segunda Guerra Mundial, quando ingressou na Grupo de pesquisa de operações do exército. Hey recebeu instruções rápidas sobre engenharia de rádio e foi encarregado de uma equipe responsável por melhorar o radar para armas antiaéreas. Ao cruzar a referência do momento e da extensão em que cada estação de radar sofreu um apagão, Hey descobriu que a origem da falha do radar foi o Sol.
Se ele fosse astrônomo, Hey teria ficado perplexo, pois a maioria dos astrônomos da época sabia que só haviam ocorrido falhas nas tentativas de detectar ondas de rádio solares. Mesmo Thomas Edison não conseguiu. Entretanto, como professor de física, Hey não tinha tais preconceitos e admitiu prontamente sua própria ignorância. Ele chegou ao ponto de ligar para o Observatório Real de Greenwich para perguntar se havia algo de errado com o Sol. Acontece que sim, como confirmaram os astrónomos de Greenwich. Na verdade, Hey descobriu que durante a janela exata as estações de radar ficaram sobrecarregadas de ruído, uma mancha solar monstruosa havia florescido na superfície do Sol.
Na época, a RAF deve ter ficado satisfeita por a fonte não ser uma nova tecnologia de interferência alemã e agradecida por não ter havido um ataque enquanto as defesas estavam cegas. Depois da guerra, com seu trabalho desclassificado, Hey começou a dar palestras, mas a comunidade astronômica não foi gentil. Quem era esse homem, nada menos que um professor, para lhes dizer que o Sol emitia ondas de rádio? Ridículo!
Felizmente, a sua justificação veio rapidamente quando, em 1946, outra mancha solar gigantesca atravessou o disco solar e produziu a mesma interferência. Neste ponto, a radioastronomia foi estabelecida como uma profissão séria em todo o mundo, e Hey e outros físicos (incluindo Bernard Lovell) vasculharam equipamentos de radar fora de uso durante a guerra e construíram seus próprios dispositivos de escuta. Desta vez, porém, eles não estavam apontados para aviões inimigos, mas para as estrelas.
Bernard Lovell: o físico
Quando a Segunda Guerra Mundial começou em 1939, Bernard Lovell era um pesquisador da Universidade de Manchester, no Reino Unido, onde visualizava os rastros de partículas ionizantes através do vapor em uma câmara de nuvens. Lovell havia sido convocado para desenvolver unidades de radar portáteis, mas elas sofriam de uma incômoda fonte de interferência. Eventualmente, os sinais falsos foram atribuídos a chuvas de partículas que interagiam com a ionosfera e criavam ondas de rádio emissoras – uma descoberta fortuita para Lovell. Tendo lutado com câmaras de nuvens de mesa, ele percebeu que poderia confiar na atmosfera da Terra tanto como acelerador de partículas quanto como câmara de nuvens.
Depois da guerra, Lovell e outros – incluindo o seu colega de guerra James Hey – “resgataram” alguns equipamentos de radar fora de uso e instalaram-nos nos campos de um pequeno posto avançado da Universidade de Manchester, em Manchester. Jodrell Bank. A localização tranquila deveria significar que ele ouviu o sinal do radar captando os rastros de uma chuva de partículas uma vez por hora. Mas, para sua surpresa, ouviu uma cacofonia. Hey sugeriu que os sinais de Lovell poderiam ser devidos à entrada de uma rocha espacial na atmosfera da Terra. Os rastros ionizados deixados por esses meteoros refletiriam sinais de rádio, revelando sua posição.
Lovell, de forma alguma qualificado para pensar em meteoros, rapidamente descobriu que os astrônomos profissionais também não tinham tempo nem disposição para usar seus preciosos telescópios para estudá-los. Eles deixaram esse negócio para os amadores. E foi assim que Lovell convenceu Manning Prentice – advogado durante o dia, astrônomo amador à noite – para se juntar a ele no Jodrell Bank durante a próxima grande chuva de meteoros. Prentice recostava-se na sua espreguiçadeira e gritava quando e onde via um meteoro. A cada vez, Lovell virava o equipamento de radar naquela direção e gritava se houvesse sinais na tela do radar.
Tornou-se rapidamente evidente que Lovell estava de fato registrando chuvas de meteoros. Câmaras de nuvens e física de partículas agora esquecidas, Lovell começou a arrecadar dinheiro para construir o Telescópio Mark I em Jodrell Bank (mais tarde renomeado Telescópio Lovell) e começou a trilhar o caminho para se tornar um dos maiores radioastrônomos do século XX. Bastou lições de um amador.
A palavra “amador” tem dois significados comuns: “aquele que se dedica a uma actividade, estudo, ciência ou desporto como passatempo e não como profissão” e “alguém sem experiência e competência numa arte ou ciência”. Da jardinagem ao DIY, há muitas habilidades nas quais não sou remunerado e sou incompetente, e por isso devo ir mais fundo do que isso. Na verdade, a raiz latina da palavra é amador, que significa “amante”. Literalmente, ser um amador em uma atividade é amá-la, ter paixão por ela.
Acontece que eu estava julgando injustamente aqueles que praticam hobbies amadores, principalmente na área que pensei conhecer melhor do que ninguém: radioastronomia. Astrônomos amadores podem não ser pagos ou produzir trabalhos acadêmicos de alto nível, mas o som de um meteoro e o silvo da Via Láctea em seus fones de ouvido os fazem sorrir de alegria.
Ao procurar um equivalente moderno do pioneiro radioastrónomo amador americano Grote Reber (ver caixa acima), deparei-me com numerosas associações de clubes de radioastronomia amadora que observavam tudo, desde os braços espirais galácticos até, surpreendentemente, pulsares. Ao falar com alguns - incluindo o Grupo Britânico de Astronomia Amadora de Radioastronomia, Clube de astronomia amadora de Lincoln, e as Clube Amador de Astronomia Sutton e Mansfield – Percebi que em nenhum lugar me sinto mais amador do que em um clube amador de astronomia.
Na verdade, quando encontro tais grupos, devo parecer uma grande decepção para os membros; não que eu já tenha me sentido assim por causa deles. Os astrónomos ópticos residentes nestes clubes normalmente fazem bem em recuperar das suas pausas chocadas depois de eu admitir que não sei para que planeta, constelação ou estrela estão a apontar, enquanto os radioamadores tentam educadamente ultrapassar a minha falta de experiência na construção ou manutenção de radiotelescópios.
Pratos adornam telhados, linhas de arame se estendem por postes e antenas de todos os formatos apontam para o céu. A tecnologia é tão simples e familiar que é fácil presumir que aqueles que estão nos galpões estão apenas tentando acessar um serviço gratuito de rádio ou TV. Para mim, porém, salto de excitação ao ver as antenas moldadas para captar as tempestades de Júpiter ou medir as explosões solares que se aproximam.
As pessoas que mantêm voluntariamente esses telescópios são, na maioria das vezes, homens aposentados que trabalhavam em áreas como engenharia elétrica ou ciência de radar. Eles são especialistas em tecnologia de rádio terrestre que, depois de se aposentarem, viraram os seus dispositivos para olhar para cima – seja por puro desafio ou, na verdade, porque os seus médicos lhes disseram que não deveriam mais transportar os seus enormes tubos ópticos por campos escuros e gelados.
Ainda existem muitos radioastrónomos profissionais com conhecimentos sobre as suas antenas que beiram o nível do sussurro de cavalo – mas encontrei-os principalmente nos telescópios mais antigos e mais pequenos e com menos frequência entre a minha geração de académicos. Em grandes colaborações, radioastrônomos como este são raros hoje em dia, devido a uma necessidade de escala. Na minha opinião, isso é uma perda. Foi nos galpões frios e degradados dos grupos amadores que redescobri o espírito da radioastronomia. Ali estavam os verdadeiros radioastrônomos, amadores ou não.
A história paira sobre a sede do SKA no Jodrell Bank Observatory, à sombra do icônico telescópio Lovell. Esta antena parabólica de 76 m já foi a maior antena parabólica orientável do mundo quando foi construída em 1957 e o feito fenomenal da sua construção significa que apenas dois telescópios a ultrapassaram desde então (em Effelsberg, Alemanha, e as Telescópio Banco Verde na Virgínia Ocidental, EUA).
Matrizes de radiotelescópios de grande escala, como o SKA, são o próximo passo vital para coletar luz em áreas maiores. Na verdade, o SKA é um interferómetro, uma parte do qual compreende 130,000 antenas no deserto da Austrália Ocidental, ligadas de modo que as ondas de rádio de longo comprimento de onda que chegam “vêem” uma área colectora gigante que contorna as restrições de engenharia mecânica de uma antena parabólica física.
Um prato singular é fácil de antropomorfizar e amar; Suspeito que um conjunto de 130,000 mil antenas tenha menos probabilidade de induzir tanto amor e lealdade. Talvez alguém desenvolva um gosto pela antena 118,456, que sempre parece ficar off-line descaradamente às terças-feiras, mas será o engenheiro de dados quem rirá. O astrônomo provavelmente nunca saberá.
Radioastrônomo desonesto
Esta falta de conhecimento consolidado é motivo de preocupação para alguns radioastrónomos, que sabem a importância de compreender como os dados são recolhidos. Encontrei um desses astrônomos no departamento de física da Universidade da Califórnia, Berkeley, EUA. Como diretor de seu Laboratório de Radioastronomia, Aaron Parsons fez contribuições importantes no meu campo de pesquisa das primeiras estrelas, liderando uma colaboração de cientistas na sua busca por sinais de rádio do universo primitivo. Para mim, visitar seu laboratório foi uma experiência mágica. Eu corri, levantando folhas de metal e admirando diferentes antenas enquanto ouvia em êxtase Parsons falar sobre cada peça, como se fosse um apaixonado curador de arte.
Aaron Parsons é agora o que gosto de considerar como um radioastrônomo desonesto, virando as costas à evolução do campo em direção à colaboração global
Parsons expressa livremente a sua preocupação – beirando o cinismo – em relação às grandes colaborações, devido à divisão natural de conhecimentos que a eficiência impõe. Na verdade, ele é agora o que gosto de considerar como um radioastrónomo desonesto, virando as costas à evolução do campo no sentido da colaboração global. Ele até passa as férias acampando sozinho ou com o filho em partes isoladas dos EUA, procurando o desfiladeiro perfeito para pendurar sua mais nova antena feita à mão.
A engenhosidade de sua colaboração solo lembra abertamente Reber e Lovell. Parsons constrói seus próprios instrumentos, sempre tendo em mente a aparência que espera dos dados. Ele me disse que teria dificuldade em confiar na análise de qualquer outro cientista, a menos que eles próprios tenham construído as antenas. É preciso conhecer o instrumento para saber seu efeito nos dados, mais do que nunca quando o menor sinal cosmológico pode ser eliminado pela modelagem incorreta de um efeito de antena.
Pioneiros do rádio: o papel duradouro dos 'amadores' na radioastronomia
À medida que entramos numa era de imensa interferometria, corremos o risco de desfazer o casamento estreito entre a engenharia eléctrica e a astronomia. Na verdade, o conhecimento necessário para demonstrar competência em qualquer aspecto é agora demasiado grande para uma pessoa, ou mesmo para um programa de formação de doutoramento. A felicidade de qualquer relacionamento contínuo depende de passarmos tempo juntos e de nos comunicarmos abertamente. Grandes observatórios como o SKA só prosperarão se os cientistas e engenheiros trocarem conhecimentos e respeitarem a experiência e o amor uns dos outros pelo seu ofício. Um sem o outro é tão bom quanto nada.
De certa forma, os verdadeiros radioastrônomos são uma raça em extinção. Eles são encontrados principalmente em telescópios menores ou em clubes amadores; é oleiro por prazer, não publicar ou perecer. Compreendo por que grandes colaborações necessitam de uma divisão clara entre engenheiros e astrónomos, mas ambos os lados precisam de aprender um pouco da linguagem do outro para que o casamento essencial de mentes não vacile. O seu clube local de astronomia amadora pode muito bem ser o melhor lugar para fazer exatamente isso.
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- Fonte: https://physicsworld.com/a/radio-astronomy-from-amateur-roots-to-worldwide-groups/
