Big Bang, GRANDES perguntas, o máximo de dados

As grandes questões são as mais antigas. Onde estamos? Como chegamos aqui? Para onde estamos indo?

Uma questão mais recente é uma das maiores de todas: o modelo ΛCDM (Lambda-CDM, ou Lambda cold dark matter) de cosmologia física está correto em seus três postulados de que, 1] o universo é o mesmo em todos os lugares e está se expandindo; 2] as linhas no espaço-tempo se cruzam em apenas um ponto, e o tempo ao longo de cada linha pode ser sincronizado; e, 3] a relatividade geral correlaciona com precisão a geometria do espaço-tempo à distribuição de matéria e energia?

Simples, certo?

Cientistas e engenheiros da European Space Agency (ESA) buscam respostas para essas perguntas todos os dias, assim como fazem desde sua fundação em 1975. Cada geração de insights inspira ainda mais curiosidade.

Quando a ESA foi criada em 1975, foi mais do que um marco científico—foi a decisão da Europa de reunir programas nacionais fragmentados sob uma única convenção e falar com uma só voz no espaço. Esse passo unificador lançou as bases para as conquistas da agência nas últimas cinco décadas. A partir dessa base, a ESA construiu um programa abrangente—desde a ciência de ponta até a exploração, observação da Terra e voos espaciais tripulados.

Por mais impressionante que seja participar do programa de voos espaciais tripulados da International Space Station (ISS), a ESA também gerencia a exploração sem tripulação de outros planetas e luas em nossa galáxia e vários conjuntos de satélites feitos pelo homem em órbita próxima à Terra. No total, a agência atualmente supervisiona cerca de 20 missões, estudando tudo, desde os ventos solares da Terra e as mudanças nos padrões climáticos no Ártico, até a física do plasma (plasma é o estado mais desordenado e onipresente da matéria em nosso universo) e os efeitos indiretos do Big Bang há cerca de 14 bilhões de anos (este evento cósmico único continua sendo a mãe de todos os maiores mistérios conhecidos pela humanidade).

A missão da ESA de responder à questão do ΛCDM homenageia Euclides de Alexandria, o antigo matemático grego que organizou as propriedades de pontos, linhas, planos e ângulos na forma tradicional da geometria. Por definição, o telescópio espacial Euclid é projetado para observar a geometria de bilhões de galáxias a até 10 bilhões de anos-luz de distância, usando as propriedades clássicas de pontos, linhas, planos e ângulos.

Deixando de lado (para a maioria de nós) uma matemática difícil e muitos zeros, os dados que a missão Euclid cria mapeiam efetivamente mais de um terço do céu observável. No entanto, a pesquisa da equipe Euclid se concentra em observar apenas o invisível — a gravidade e a chamada energia escura e matéria escura. Isso ocorre porque apenas 5% do cosmos é visível (por exemplo, átomos, luz, seu pedido preferido da Starbucks). Os outros 95% do cosmos, escondidos à vista de todos até agora, contêm as respostas que a missão Euclid procura.

Essas respostas serão encontradas em breve nos dados nos servidores da NetApp. Em breve na Via Láctea perto de você.

Ruben Alvarez obteve seu mestrado em Astrofísica na Complutense University of Madrid, fundada em 1293. Como ex-aluno de pós-graduação de uma das universidades mais antigas do mundo, é apropriado então que Ruben esteja ajudando a responder a algumas das perguntas mais antigas do mundo. Anos depois ele obteve um mestrado em gerenciamento de TI. Como coordenador de infraestrutura de TI científica e gerente de segurança cibernética da ESA, Ruben aplica seu ofício multidisciplinar em uma intersecção rara. Cientista e pesquisador no início de sua carreira, ele agora faz a ponte entre o mundo intangível da teoria cosmológica e o mundo muito tangível de hardware e software necessários para capturar e gerenciar os dados que provam ou refutam as grandes questões da ciência espacial. Em linguagem simples, Ruben fornece a infraestrutura de TI e a segurança cibernética necessárias para os Science Operations Centers (SOCs) da ESA. É aqui que profissionais altamente especializados orquestram habilmente e simultaneamente as demandas de várias missões espaciais e astronômicas.

Eles estão sempre ocupados, e não há dois dias iguais. O trabalho vai desde a calibração pós-lançamento de instrumentos integrados até a arquitetura de ambientes de storage em todo o ciclo de vida dos dados. Isso é alcançado à medida que processam e analisam dados espaciais brutos de várias espaçonaves e satélites astronômicos. O dever deles é um dever de cuidado sempre ativo que, em última análise, molda nossa compreensão da existência física do universo — e da nossa. Os conjuntos de dados criados pela ESA ao longo do último meio século resultam em um corpo de trabalho devidamente reconhecido como a Biblioteca Digital do Universo. E, em uma prateleira dessa biblioteca, há um volume crescente de dados que representa um dos livros mais novos do mundo, sendo escrito há bilhões de anos.

O conjunto de dados da Euclid é o nosso Atlas do Cosmos em formato digital.

O telescópio grande angular Euclid hoje segue uma trajetória de halo ao redor do sol, a um milhão de milhas de onde foi lançado em Cape Canaveral, Flórida, em julho de 2023. A Euclid é uma missão liderada pela ESA com contribuições da NASA, incluindo detectores infravermelhos, apoio terrestre e cientistas dos EUA no Euclid Consortium. O lançamento foi realizado em um Falcon 9 fornecido pela SpaceX. O satélite entrou em órbita estável cerca de um mês depois e os cientistas tinham grandes expectativas. Mas as primeiras imagens de Euclid transmitidas de volta à Terra estavam contaminadas pela poluição luminosa. Sem problemas. A calibração da nave em alguns graus após a coordenação entre a equipe do SOC em Madrid e engenheiros em Toulouse, França, e Turin, Itália, logo acertou as coisas e a missão continuou em ritmo acelerado.

Principais responsabilidades dos Centros de Operações Científicas (SOCs) do European Space Astronomy Center (ESAC)

• Planejamento de missões espaciais—incluindo mais de 15 missões a qualquer momento, a maioria continuando por 5 a 15 anos
• Calibração de instrumentos espaciais—auxiliando os engenheiros enquanto ajustam os parâmetros da espaçonave pós-lançamento até que a órbita estável seja alcançada e a transmissão confiável de dados de uma missão comece oficialmente
• Processamento de dados espaciais—processamento, classificação, catalogação, análise e, geralmente, depuração de dados em preparação para 'publicação' (pode levar anos)
• Arquivamento de dados espaciais—Fornecendo e protegendo o acesso 24/7/365 à Biblioteca do Universo por 30.000 pesquisadores e acadêmicos a qualquer momento, de qualquer lugar

A Euclid é inicialmente proposta como duas missões com objetivos adjacentes. Ao combiná-las, a ESA hoje colhe os benefícios de fazer mais com menos. É também um exemplo fantástico de como a natureza distribuída da ESA beneficia a todos nós: mais de 2.500 engenheiros e cientistas em mais de 15 países fazem parte do Euclid Scientific Consortium. Mas a Euclid também é um exemplo perfeito da complexidade que Ruben e sua equipe enfrentam. Muitas missões espaciais têm um foco singular—estudar uma lua distante, por exemplo, ou pousar em um asteroide transitando perto da Terra. Por outro lado, a agenda da Euclid está entre as mais amplas imagináveis: investigar bilhões de objetos extragalácticos e estrelas fora da Via Láctea, e com 4X a resolução dos telescópios terrestres mais avançados do mundo.

Felizmente, existe um precedente.

Mesmo no momento em que este artigo é postado online, em 2025, uma das missões mais notáveis da European Space Agency chega ao fim de sua vida útil, porque à medida que as estações inevitavelmente mudam em seu planeta natal, a espaçonave Gaia inevitavelmente entra em 'passivação', ponto em que sua energia interna restante (por exemplo, energia da bateria inexplorada e propelente não gasto) é intencionalmente esgotada. O instrumento entra em uma órbita determinada por acordo internacional para não representar ameaça a futuras missões espaciais como detritos espaciais perigosos. Este estágio final do projeto da espaçonave e do escopo da missão designa oficialmente a Gaia como ‘uma espaçonave para o livro dos recordes’. Isso também significa que, depois de mais de uma década dedicada a criar o maior e mais preciso mapa tridimensional da Via Láctea, a Gaia não será mais uma voz ativa em nossa conversa intergaláctica com o cosmos. Mas que voz a Gaia prova ser em sua missão de iluminar e inspirar.

Ruben Alvarez e a NetApp, apesar de ambos estarem presos à terra, estão metaforicamente juntos durante todo o passeio.

Quando foi lançada em 2013, a Gaia foi projetada para estudos disciplinados em várias dimensões da astrometria: medir atributos de estrelas, exoplanetas e seus vizinhos em nossa galáxia, com base em suas posições, tamanhos e cores relativos. É muito mais complicado do que isso, é claro, mas o resultado é um catálogo sem precedentes de objetos astronômicos—estrelas, planetas, cometas, asteroides, quasares, mais. E tudo em 3D.

No início, esperava-se que a Gaia produzisse 100 vezes mais dados do que as missões anteriores, mas mesmo nessa altitude rara de expectativas, a Gaia provou ser um super-realizador. Visando apenas 1% da Via Láctea — ou seja, 1 bilhão dos 100 bilhões de estrelas na galáxia que chamamos de lar — a Gaia acabou mapeando quase 2 bilhões de objetos celestes e registrou cerca de 200 TB de dados através dos quais pesquisadores e acadêmicos um dia poderão se divertir. (Leva alguns anos para o Gaia SOC em Madrid trabalhar sua mágica ao reunir os dados da missão em um projeto tão massivo como Gaia em condições utilizáveis. Espera-se que o catálogo final de Gaia seja entregue até 2030.)

Ele se junta a outros conjuntos de dados do passado da agência na biblioteca virtual que reside em 7 PiBs de infraestrutura inteligente da NetApp. Especificamente, os SOCs na Espanha contam com uma combinação de array all-flash (AFF) e storage conectado à malha (FAS). Para obter os menores custos do ciclo de vida dos dados, Ruben usa FAS para cerca de 90% do espaço físico dos dados científicos da European Space Agency.

Benefícios do array all-flash NetApp AFF A150  

• Desempenho de nível empresarial a um preço mais baixo
• Baixa latência e alta taxa de transferência 
• Acesso a dados de alta velocidade e escalabilidade aprimorada 
• Mais performático, confiável e eficiente em termos de energia do que outros HDDs  

Benefícios do storage NetApp FAS

• Menor custo de ciclo de vida dos dados para tiering de dados frios e fluxos de trabalho de cofre cibernético 
• Backup eficiente para conjuntos de dados SAN, NAS e storage de objetos em rápido crescimento 
• Escala contínua de capacidade e desempenho 

Roberto Prieto, engenheiro de software do Space Data Archive, diz: “Nossos dispositivos AFF e FAS da NetApp, juntos, criam um único cluster que nos permite, em tempo real, migrar volumes de dados de um sistema para outro.” O serviço FAS multiprotocolo significa que os SOCs podem oferecer recursos de sistema de arquivos de rede (NFS), acesso em nível de bloco via iSCSI (Internet Small Computer System Interface), Fibre Channel Protocol (FCP) ou storage de objetos S3 para a comunidade científica que atendem. Roberto continua: “A NetApp é um dos sistemas mais eficientes, escaláveis e flexíveis que já tivemos. Em 20 anos nunca perdemos um único arquivo.” 

 O melhor de tudo (além de ser econômico, simples e seguro) é que o FAS escala facilmente. E isso significa algo quando você está investigando o Big Bang. À medida que a Gaia entra em passivação depois de mapear quase 2% das estrelas da Via Láctea, a Euclid já está mapeando mais de 36% do cosmos mais amplo. Uma era termina quando outra começa, e o storage da ESA da NetApp mantém os dados de cada missão científica armazenados de forma segura, com confiança incorporada. Ruben coloca desta forma: "um ponto crítico para tornar uma missão bem-sucedida é que a infraestrutura de dados é flexível e os dados podem ser distribuídos de maneira ágil. Os sistemas da NetApp nos fornecem essa flexibilidade e agilidade.” 

Um olhar mais atento à estratégia de TI dos SOCs revela as complexidades inerentes ao gerenciamento de um universo literal de informações, mesmo que seu volume aumente a cada transmissão de instrumentos distantes que sobrevoam. Os SOCs mantêm a resiliência cibernética em destaque, especialmente considerando a 'porta aberta' que a Biblioteca do Universo deve manter. A vigilância de Ruben nessa frente não pode ser subestimada. Ele diz: “Devemos oferecer ao público os dados que nossas missões criam. Ao mesmo tempo, devemos proteger a nós mesmos e os dados. É uma corrida que nunca termina.” Backups de dados e redundância para recuperação de desastres também fazem parte de sua alçada. Aqui, fica altamente técnico, muito rapidamente, mas entre outras soluções da NetApp em sua caixa de ferramentas estão:

• NetApp^® Snapshot^™ para cópias instantâneas de dados valiosos enquanto as aplicações são executadas
• NetApp^® FlexClone^® para cópias graváveis e ponto no tempo de volumes pai
• NetApp^® ONTAP^® FlexGroup para capacidade quase infinita com desempenho previsível e baixa latência em workloads com muitos metadados

Toda essa tecnologia se reúne por meio do NetApp^® ONTAP^®, o sistema operacional líder para storage unificado, oferecendo capacidade e desempenho otimizados em todo o ecossistema dos Centros de Operações Científicas. É essa integração perfeita e facilidade de gerenciamento que Ruben destaca, dizendo: “Valorizamos a confiabilidade e a eficiência da NetApp. Eles realmente cumpriram as promessas que fizeram.” Ele também reconhece que há mais do que hardware e software por trás de seu relacionamento de longa data com a NetApp, continuando: “Essa combinação de fatores — a tecnologia, as pessoas, o suporte — todos foram fundamentais para nós durante os últimos 20+ anos.” É um relacionamento do qual a NetApp se orgulha de fazer parte.

Como o próprio universo, os dados das muitas missões científicas da European Space Agency estão se expandindo e acelerando. 

• BepiColombo, uma missão de dois satélites lançada em 2018, está programada para entrar na órbita de Mercúrio em 2026
• Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) está a caminho da inserção orbital em torno do Gigante Gasoso em 2031

Mais de 15 missões científicas adicionais completam a lista, e essa é a tarefa (literalmente!) astronômica que Ruben e sua equipe continuarão a fazer em nome de toda a humanidade hoje, amanhã e nas próximas décadas. Ao longo do caminho, eles levantarão uma taça de tempos em tempos e celebrarão conquistas importantes na exploração espacial e na astronomia à medida que uma missão começa e outra termina.

Algumas dessas celebrações serão para aplaudir a entrada de novos catálogos de dados espaciais à medida que são publicados para o mundo usar. Esses eventos de 'lançamento de livros' são tempos particularmente ocupados para os bibliotecários com supervisão da Biblioteca do Universo, porque antes de serem arquivados, cada novo volume de conhecimento é rigorosamente marcado usando um equivalente exclusivo do sistema Dewey Decimal Classification. O principal objetivo dos 'lançamentos de dados' da ESA é maximizar o retorno científico do seu trabalho e possibilitar descobertas muito além dos objetivos originais de suas missões, permitindo que a comunidade global analise os dados.

É uma abordagem sistemática e científica para ajudar a responder às grandes questões. As que todos nós temos, mesmo que ainda não tenhamos as palavras quando começamos a nos perguntar, onde estamos? Como chegamos aqui? E para onde vamos? Ruben diz, "Desde criança, sempre fui atraído pelo espaço. Eu via todas as noites o maravilhoso espetáculo de uma noite cheia de estrelas. Isso me fez pensar... quão distantes elas estavam, a jornada da luz das estrelas até meus olhos. Então, estou feliz fazendo o que estou fazendo—sendo testemunha do progresso que estamos fazendo em diferentes missões e como elas estão contribuindo para nossa compreensão do universo."

Quando perguntado se ele se vê no espaço um dia, Ruben menciona o projeto Artemis, uma iniciativa multifacetada para retornar os humanos à nossa lua. A ESA é um parceiro chave no programa Artemis da NASA, fornecendo o Módulo de Serviço Europeu e o módulo Gateway lunar, cada um desempenhando papéis críticos no apoio a quatro astronautas durante suas missões de três semanas a bordo da nave espacial Orion. As missões devem incluir astronautas europeus, marcando um novo capítulo na exploração da Lua pela Europa.

Enquanto a pergunta paira no ar, Ruben faz uma pausa e sorri, depois diz: "Acho que tempos interessantes estão por vir. Apenas 12 pessoas pisaram na Lua. Então, sim, vamos ver o que acontece daqui a alguns anos..."