Carlos Padilla / ALMA / ESO
Carlos Padilla / ALMA / ESO

Por dentro do maior dos instrumentos científicos

Reportagem do Estado visitou a base de controle do ALMA, a 5 mil metros de altitude; chegar à área do radiotelescópio é como entrar em cenário de ficção científica

Fábio de Castro, O Estado de S.Paulo

20 Junho 2017 | 18h42

"Atenção, guarda Chajnantor, veículo 26, subida, quilômetro 31, sem problemas". Quem fala ao rádio do carro, com voz clara e pausada, é Laura Ventura, responsável por levar um pequeno grupo internacional de jornalistas até a base de operações do ALMA, onde estão as 66 antenas que compõem o maior radiotelescópio da Terra. Ao longo do trajeto, enquanto dirige, Laura informa nossa posição pelo rádio a cada 10 minutos. Tudo na área do ALMA é rigorosamente controlado. 

Nosso ponto de partida foi o grande edifício de apoio às operações do ALMA, a 2,9 mil metros de altitude, onde mais de 250 cientistas e técnicos trabalham dia e noite sem precisar enfrentar as condições bem mais inóspitas do platô do monte Chajnantor, o local onde o ALMA foi construído para olhar o céu mais de perto, a 5 mil metros de altitude. Ali, a fim de obter a autorização para  subir à base de operações, foi preciso fazer um registro, assistir a um detalhado vídeo de orientações de segurança e passar por um rigoroso exame médico.

"Trabalhar lá em cima é um desafio, porque 5 mil metros é uma altitude na qual nenhum ser humano, mesmo se estiver aclimatado, consegue ter o mesmo desempenho que conseguiria ter ao nível do mar. Lá embaixo, a 2,9 mil metros, o seu cérebro pensa melhor", comenta Laura, uma astrônoma chilena que se dedicou à divulgação científica e é coordenadora da área de Educação e Extensão do  Observatório Europeu do Sul (ESO), um dos sócios do ALMA. À medida que subimos, o ar fica mais fino e o frio mais intenso. Laura compartilha uma cuia de mate. "O local onde ficam as antenas é excelente para captar radiações de outros mundos, mas não é próprio para seres humanos."

A neve acumulada nas bordas da estrada fica mais espessa a cada quilômetro. A paisagem é espetacular e a pick-up se aproxima do monte Chajnantor, que se ergue à nossa frente, cercado por inúmeros outros picos congelados da Cordilheira dos Andes. Lá embaixo, atrás de nós, só se vê o deserto do Atacama, com sua característica cor de cobre. 

Nos dois dias anteriores, a estrada de 28 quilômetros que liga o centro de apoio à base de operações havia sido obstruída por fortes nevascas e o mau tempo interrompeu as observações do radiotelescópio. Tivemos sorte: hoje o Sol brilha com força e as operações foram retomadas. A estrada só está acessível porque, pela manhã, toneladas de neve foram removidas por tratores. Todas as operações no ALMA envolvem complexa infraestrutura, máquinas, logística e alta tecnologia.

A sensação de chegar ao platô do monte Chajnantor é a de fazer parte de uma cena de Star Wars. As grandes antenas brancas dão um aspecto de ficção científica ao local, onde circulam diversos veículos técnicos e tratores, além das duas impressionantes máquinas projetadas para mover as antenas de 100 toneladas e posicioná-las com precisão de frações de milímetros. Da moderna base de operações, as janelas de vidro permitem ver tudo o que se passa ao redor. Todos trabalham com tubos de oxigênio, já que a quantidade de oxigênio em tal altitude é aproximadamente 50% da que se encontra ao nível do mar. Com atmosfera tão rarefeita, os níveis de radiação ultra-violeta são dramaticamente altos: é preciso usar óculos escuros e protetor solar em todas as partes expostas do corpo.

A neve chega aos joelhos e a temperatura é de 15 graus negativos, mas cientistas e técnicos estão animados e correm de um lado para o outro. "Após as tempestades, as condições são ideais para as observações, mas é preciso muito trabalho para fazer as manutenções necessárias e remover a neve a fim de reposicionar as antenas - quase uma operação de guerra", diz Juan Carlos Gatica, o técnico chileno responsável pelo Correlacionador, o supercomputador que recebe a informação das antenas, para processá-la e enviá-las  por 28 quilômetros de fibra óptica até o centro de apoio, onde são transformadas em imagens que podem ser analisadas pelos astrônomos.

"O Correlacionador é, literalmente, o cérebro do ALMA. A sua função é separar os sinais que chegam em diferentes comprimentos de onda para determinar a diferença de tempo de chegada dos sinais que vêm dos 1.225 pares possíveis de antenas. Os dados que resultam daí contêm toda a informação necessária para formar uma imagem de uma fonte cósmica observada em diferentes comprimentos de onda", explica Gatica. Para realizar a mesma quantidade de operações por segundo feitas no Correlacionador seriam necessários aproximadamente 3 milhões de notebooks.

Trabalhando no ALMA desde sua construção, Gatica conta que atuar nas instalações do Chajnantor é um desafio físico. "A altitude é o mais complicado. No primeiro dia de trabalho não subimos, ficamos no centro de apoio para adaptação. No segundo dia, trabalhamos quatro horas, no terceiro dia, seis horas e só no quarto dia cumprimos um turno de oito horas", conta o técnico. O ALMA faz observações tanto de dia como à noite, mas no fim da tarde todos voltam ao centro de apoio e apenas os seguranças se revezam no local.

Desafios sem igual. Se o Correlacionador é o cérebro do ALMA, as antenas são ao mesmo tempo seus olhos e seu coração. Elas capturam e concentram o sutil sinal cósmico em receptores ultra-sensíveis.  Para maximizar o sinal, as antenas devem ser direcionadas com uma precisão absoluta aos seus alvos no céu e a superfície das antenas precisam se manter no formato correto em uma razão de meio centésimo de milímetro - mesmo sob temperaturas negativas e ventos de mais de 100 quilômetros por hora. 

"Os desafios técnicos são imensos, porque estamos lidando com equipamentos extremamente sensíveis em condições muito inóspitas. A 5 mil metros de altitude, os materiais se comportam de forma diferente", afirma o Diretor de Engenharia do ALMA, Serge Guniat. 

Ele conta que, depois de receber os sinais cósmicos em seu ponto focal, as antenas os convertem em uma frequência mais baixa, mais fácil de ser amplificada pelos sensíveis receptores. "Para maximizar essa sensibilidade, os receptores precisam ser resfriados a uma temperatura de 269 graus Celsius negativos, muito próxima do zero absoluto. Cada antena tem 10 receptores diferentes, cada um deles didicado a uma faixa diferente de comprimento de onda", explica Guniat.

Mover as gigantescas antenas do ALMA sobre o platô congelado pode parecer loucura, mas é fundamental para os objetivos científicos do radiotelescópio. Para algumas observações, ver a área mais ampla possível do céu é a mais alta prioridade. Para outras, o mais importante é capturar os detalhes mais sutis. Com a movimentação das antenas, o ALMA consegue se adaptar às necessidades de cada estudo. Com uma configuração mais compacta, com poucas centenas de metros entre as antenas, a sensibilidade aumenta. Quando o que importa é o detalhe, as antenas são rearranjadas com vários quilômetros entre elas.

"As antenas pesam 100 toneladas e precisam ser posicionadas com precisão de uma fração de milímetro. O tempo todo precisamos usar os dois transportadores para reposicioná-las no platô, ou para levá-las para manutenção no centro de apoio, a 28 quilômetros dali", explica.

Os transportadores, desenhados especialmente para o ALMA, possuem geradores de energia embarcados, que mantêm os sistemas de refrigeração das antenas funcionando enquanto elas estão sendo movimentadas.

Outro desafio de engenharia é o envio dos sinais amplificados pelas antenas ao Correlacionador. Depois de passar por quilômetros de fibra óptica, os sinais das várias antenas precisam chegar ao computador com um timing de bilionésimos de segundo, segundo Guniat. 

"Usamos relógios de alta precisão para controlar a sincronização das antenas e dos componentes eletrônicos. Enquanto isso, o comprimento dos cabos é medido continuamente pela determinação do tempo de viagem dos pulsos de luz para dentro e para fora do prédio da base de controle. Se o comprimento de um cabo tier uma variação maior que um milésimo de milímetro, nós o esticamos mecanicamente para compensar essa deformação", explicou.  

Como a areia do deserto do Atacama é rica em metais, os grandes ímãs que existem no interior das antenas acabam atraindo essas partículas para o interior dos sensíveis circuitos e causando problemas, segundo Guniat. "Esse é um dos vários casos em que precisamos fazer a remoção das antenas para manutenção."

Missão: desvendar o cosmos. O ALMA não para. Dia e noite, uma grande equipe de cientistas atua no centro de apoio às operações, em condições de trabalho bem melhores que no Chajnantor. O radiotelescópio recebe um fluxo ininterrupto de demandas científicas do mundo inteiro. Impossível atender a todas - apenas 10% dos projetos são aprovados. Ali, em uma grande sala repleta de monitores, esses cientistas recebem os dados que vêm diretamente do Correlacionador. Quando o ALMA revela o Universo invisível, eles são os primeiros a ver os resultados.

"O ALMA vê objetos que são tão frios que não são detectados pela luz visível, nem pela radiação infravermelha, como nuvens de poeira e gás que estão formando estrelas, galáxias em regiões distantes do Universo. Mas ele também é capaz de detectar radiação do Sol, de planetas e de cometas do Sistema Solar e os arredores dos buracos negros que residem nos centros de várias galáxias", conta o astrônomo de sistemas Bill Dent, um desses cientistas privilegiados que trabalham no centro de apoio do ALMA.

Dent explica que, quando a luz do Big Bang se apagou, o Universo primitivo ficou profundamente escuro. Não havia estrelas, apenas gás hidrogênio e hélio - a partir dos quais acredita-se que as primeiras estrelas se formaram. Essa "era das trevas" permaneceu por algumas centenas de milhões de anos, até que as primeiras estrelas formadas a partir do gás começaram a brilhar.

"Embora nessa primeira geração as estrelas fossem muito maiores e mais luminosas do que as que existem hoje, elas já estão longe demais para serem detectadas, mesmo com os telescópios ópticos mais poderosos. Para estudá-las, precisamos de radiotelescópios como o ALMA", conta Dent. 

Pela fusão nuclear em seus núcleos, essas primeiras estrelas eram muito eficientes na conversão de hidrogênio e de hélio em outros elementos como o carbono, o oxigênio, o silício e o ferro. No fim de suas curtas vidas, as primeiras estrelas expeliram esses elementos pelo espaço, onde se formaram pequenos grãos de poeira. 

"Essa poeira do Universo primitivo podem ser detectadas por radiação milimétrica e submilimétrica. Por causa dessa capacidade de detectar poeira, o Alma é capaz de captar o brilho submilimétrico da poeira em galáxias que estão muito distantes - e portanto são mais antigas - que qualquer galáxia que já tenha sido detectada nas imagens mais profundas já feitas com a luz visível ou infravermelha dos grandes telescópios. Essa poeira está nos revelando os processos envolvidos na formação das primeiras estrelas e galáxias", explicou Dent.

* O REPÓRTER VIAJOU A CONVITE DO GOVERNO DO CHILE E DO EUROPEAN SOUTHERN OBSERVATORY (ESO).

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