Durante séculos, os humanos buscaram estudar as estrelas e os corpos celestes, seja por meio de observações a olho nu ou por telescópios terrestres e espaciais que permitem visualizar o universo em quase todo o espectro eletromagnético. Cada observação revela novas informações sobre os habitantes do espaço — pulsares de raios X, explosões de raios gama —, mas uma ainda está faltando: o céu de rádio de baixa frequência.

Pesquisadores do Laboratório Lincoln do MIT , do  Observatório Haystack do MIT e  do Observatório Lowell estão trabalhando em um estudo conceitual financiado pela NASA, chamado Grande Observatório para Comprimentos de Onda Longos, ou GO-LoW, que descreve um método para observar o universo em baixas frequências ainda não vistas, usando uma constelação de milhares de pequenos satélites. Os comprimentos de onda dessas frequências variam de 15 metros a vários quilômetros, o que significa que é necessário um telescópio muito grande para que sejam vistas com clareza.

"O GO-LoW será um novo tipo de telescópio, composto por milhares de naves espaciais que trabalham juntas de forma semi-autônoma, com informações limitadas da Terra", afirma Mary Knapp, pesquisadora principal do GO-LoW no Observatório Haystack do MIT. "O GO-LoW permitirá que os humanos vejam o universo sob uma nova luz, abrindo uma das últimas fronteiras do espectro eletromagnético."

A dificuldade em visualizar o céu de rádio de baixa frequência vem da ionosfera da Terra, uma camada da atmosfera que contém partículas carregadas que impedem a passagem de ondas de rádio de frequência muito baixa. Portanto, um instrumento espacial é necessário para observar esses comprimentos de onda. Outro desafio é que observações de comprimento de onda longo exigem telescópios correspondentemente grandes, que precisariam ter muitos quilômetros de comprimento se construídos usando projetos tradicionais de antenas parabólicas. O GO-LoW usará interferometria — uma técnica que combina sinais de muitos receptores espacialmente separados que, quando colocados juntos, funcionarão como um grande telescópio — para obter dados altamente detalhados de exoplanetas e outras fontes no espaço. Uma técnica semelhante foi usada para fazer  a primeira imagem de um buraco negro  e, mais recentemente, uma  imagem dos primeiros cinturões de radiação extrassolar conhecidos .

Melodie Kao, membro da equipe do Observatório Lowell, afirma que os dados podem revelar detalhes sobre a composição e o potencial de vida de um exoplaneta. "[A aurora de ondas de rádio ao redor de um exoplaneta] carrega informações importantes, como se o planeta possui ou não um campo magnético, sua intensidade, sua velocidade de rotação e até mesmo dicas sobre o que há em seu interior", afirma. "Estudar as radioauroras de exoplanetas e os campos magnéticos que elas rastreiam é uma peça importante do quebra-cabeça da habitabilidade e um objetivo científico fundamental para o GO-LoW."

Diversas tendências e desenvolvimentos tecnológicos recentes tornarão o GO-LoW possível em um futuro próximo, como a redução do custo de pequenos satélites produzidos em massa, o surgimento de megaconstelações e o retorno de veículos de lançamento grandes e de alta capacidade, como o  Sistema de Lançamento Espacial da NASA . O Go-LoW seria a primeira megaconstelação a usar interferometria para fins científicos.

A constelação GO-LoW será construída por meio de vários lançamentos sucessivos, cada um contendo milhares de naves espaciais. Ao atingirem a órbita baixa da Terra, as naves serão reabastecidas antes de seguirem para seu destino final — um ponto de Lagrange Terra-Sol, onde serão então lançadas.  Os pontos de Lagrange  são regiões no espaço onde as forças gravitacionais de dois grandes corpos celestes (como o Sol e a Terra) estão em equilíbrio, de modo que uma nave espacial requer o mínimo de combustível para manter sua posição em relação aos dois corpos maiores. A essa longa distância da Terra (1 unidade astronômica, ou aproximadamente 150 milhões de quilômetros), também haverá muito menos interferência de radiofrequência que, de outra forma, obscureceria as medições sensíveis do GO-LoW.

"O GO-LoW terá uma arquitetura hierárquica composta por milhares de pequenos nós ouvintes e um número menor de nós de comunicação e computação (CCNs) maiores", afirma Kat Kononov, membro da equipe do  Grupo de Sistemas Espaciais Aplicados do Laboratório Lincoln , que trabalha com a equipe do Haystack do MIT desde 2020, tendo Knapp como seu mentor durante a pós-graduação. Um nó refere-se a um pequeno satélite individual dentro da constelação. "Os nós ouvintes são CubeSats 3U pequenos e relativamente simples — do tamanho de um pão — que coletam dados com suas antenas de baixa frequência, armazenam-nos na memória e os enviam periodicamente para seu nó de comunicação e computação por meio de um link de rádio." Em comparação, os CCNs têm o tamanho de uma minigeladeira.

O CCN monitorará as posições dos nós ouvintes em sua vizinhança; coletará e reduzirá os dados de seus respectivos nós ouvintes (cerca de 100 deles); e então transmitirá esses dados de volta para a Terra, onde um processamento de dados mais intensivo poderá ser realizado.

Com força total, com aproximadamente 100.000 nós de escuta, a constelação GO-LoW deve ser capaz de ver exoplanetas com campos magnéticos na vizinhança solar — dentro de 5 a 10 parsecs — muitos pela primeira vez.

A equipe de pesquisa do GO-LoW  publicou recentemente os resultados  da Fase I do estudo, que identificou um tipo de antena avançada, chamada sensor vetorial, como o melhor tipo para esta aplicação. Em 2024, o Laboratório Lincoln projetou uma versão compacta e implantável do sensor,  adequada para uso no espaço .

A equipe agora está trabalhando na Fase II do programa, que consiste em construir uma simulação multiagente das operações da constelação.

O GO-LoW é um dos muitos programas espaciais civis do Laboratório Lincoln que visam aproveitar tecnologias avançadas originalmente desenvolvidas para a segurança nacional para viabilizar novas missões espaciais que apoiem a ciência e a sociedade. "Ao adaptar essas capacidades para atender a novas partes interessadas, o laboratório ajuda a abrir novas fronteiras de descoberta, ao mesmo tempo em que constrói sistemas resilientes e econômicos que beneficiam a nação e o mundo", afirma Laura Kennedy, vice-líder do  Escritório de Sistemas e Tecnologia Espacial Civil do Laboratório Lincoln .

"Assim como o pouso na Lua em 1969 ou o lançamento do Hubble na década de 1990, o GO-LoW foi concebido para nos permitir ver algo que nunca vimos antes e gerar avanços científicos", diz Kononov.

Go-LoW é uma colaboração entre o Lincoln Laboratory, o Haystack Observatory e a Lowell University, além de Lenny Paritsky do  LeafLabs e Jacob Turner da  Cornell University .