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Imagem ilustrativa do Observatório Espacial Herschel. O observatório operou entre 2009 e 2013 observando no infravermelho. Fonte: Thales Group.
Desde o início da era espacial, os cientistas enviam telescópios ao espaço. Mesmo antes da construção dos satélites espaciais, como a série soviética Sputnik, existiam os sounding rockets, foguetes que atingiam alturas superiores a 10 km e que por alguns minutos podem detectar emissões do espaço exterior. O Sputnik 3, que voou em maio de 1958, levava 12 instrumentos a bordo. Porém, o Explorer 1 – o primeiro satélite americano – lançado em janeiro de 1958, levou um instrumento que permitiu determinar a existência dos Cinturões de Van Allen e se converteu assim no primeiro observatório espacial. Hoje em dia há uma constelação de satélites em torno da Terra, observando emissões no espectro electromagnético, desde o menor até o de maior comprimento de onda. Mas, por que no espaço?
Para responder à pergunta, primeiro temos que entender o que é a luz. A luz é formada por ondas eletromagnéticas que se propagam pelo espaço mesmo que vazio, sem matéria. As ondas se caracterizam por uma frequência, medida em hertz (Hz) e seus múltiplos (como o quilohertz, kHz), e por um comprimento de onda, medido em unidades métricas desde quilômetros (km) até nanômetros (abreviados nm). Na figura acima, vemos o chamado espectro eletromagnético (EM). Em destaque, a barra colorida que vai do vermelho ao azul é a região em que nossos olhos são sensíveis às ondas EM: é o que normalmente chamamos de luz, ou, em Astronomia, a luz visível. Pois bem, desde 1800, quando o astrônomo alemão-britânico Wilhem Herschel demonstrou a existência do infravermelho, os astrônomos e físicos sabem que há mais luz além daquela que os nossos olhos veem. As ondas de rádio foram as primeiras a serem descobertas e detectadas a meados do século XIX. No fim do mesmo século, Wilhem Röntgen descobriu os raios-X, no outro extremo do espectro EM (vide figura acima). No século XX, foram adicionados os raios gama e ultravioleta, além de uma subclassificação da região rádio (comprimentos de onda maiores a 0,1 mm).
No entanto, para uso na Astronomia, nem todo comprimento de onda pode ser detectado no solo. A figura acima representa a chamada opacidade atmosférica que os astrônomos também chamam de profundidade ótica. A região dourada é a percentagem da radiação advinda do exterior absorvida pela atmosfera. Por exemplo, a luz visível atravessa o ar quase sem obstáculos. Mas essa é mais uma exceção do que uma regra: Desde os raios-gamma até o azul, nada chega no chão. No infravermelho há muita absorção acima de 1 micrômetro (0,001 mm), até que para além 30 micrômetros (0,03 mm) tudo é absorvido. Uma janela começa a se abrir a partir de 0,1 mm e toda a região das microondas fica livre de interferências atmosféricas. Mas as ondas longas ( > 20 m) são completamente refletidas pela atmosfera superior (na Ionosfera) e nada do exterior nos chega. Mas algumas das janelas, não são visíveis desde qualquer lugar da Terra. Por exemplo, ondas de comprimento inferior a 1 mm, devem ser observadas em locais altos (por cima dos 3000 m) e secos.
Fica claro agora que, para observar aquelas regiões do espectro EM em que a atmosfera é um obstáculo, não há outra solução além de colocar instrumentos em satélites, fora da atmosfera. Uma exceção é o Telescópio Espacial Hubble, porque ele observa na região visível. Isso porque a atmosfera, além de absorver, distorce as imagens. Colocando um telescópio fora dela permite gerar fotos mais nítidas.
Fica ainda uma pergunta: por que observar em tantos comprimentos de onda diferentes? A radiação EM é uma sonda que nos permite conhecer o estado da matéria onde se formou. A luz que nos chega de regiões longínquas são nossos termômetros, barômetros e demais sensores que nos permitem entender o que está acontecendo lá, na estrela, na galáxia, no planeta, etc. Podemos determinar a densidade, temperatura, campo magnético do local, também a abundância de espécies atômicas ou moleculares. Mas cada região traz um pedacinho da informação. Para montar o quebra-cabeças precisamos de todos os pedaços. Aliás, precisamos ir para além da radiação EM: as ondas gravitacionais, muito recentemente detectadas, são uma nova fonte de informação. E também as partículas subatômicas que percorrem imensas distância até chegar na Terra (os raios cósmicos) são outra fonte de informação. A Astronomia entrou na era dos Multi Mensageiros.