A corrida para estabelecer uma presença humana de longo prazo na Lua ganhou um novo e inovador aliado tecnológico.
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Cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos (NIST, na sigla em inglês) propuseram um método incomum, mas altamente eficaz, para criar um sistema de navegação semelhante ao GPS na superfície lunar: instalar lasers ultraestáveis dentro de algumas das crateras mais escuras e frias do satélite natural da Terra.
O sistema proposto visa facilitar drasticamente a orientação e a locomoção de astronautas do programa Artemis, além de rovers e espaçonaves, reduzindo a dependência histórica dos sistemas de rastreamento baseados na Terra.
Ambiente ideal no polo sul da Lua
- As crateras permanentemente sombreadas, localizadas próximas ao polo sul da Lua, nunca recebem luz solar direta devido à baixa inclinação do eixo lunar;
- O resultado é um cenário de escuridão eterna e frio extremo, com temperaturas que chegam a congelantes -223 °C — uma temperatura ainda mais baixa do que a registrada no planeta anão Plutão;
- Embora essas crateras sejam amplamente conhecidas por abrigar reservas de água congelada, essenciais para o sustento de futuras colônias espaciais, os pesquisadores do NIST descobriram que as mesmas condições hostis oferecem o ambiente natural perfeito para a operação de lasers de alta precisão;
- Para estabilizar a frequência de um laser e garantir que ele emita luz de forma perfeitamente constante — permitindo medir com exatidão a distância entre objetos —, é necessário o uso de um dispositivo chamado cavidade óptica de silício;
- Trata-se de um equipamento que reflete a luz do laser entre espelhos separados por uma distância milimetricamente precisa.
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Na Terra, operar uma cavidade de silício desse nível exige sistemas complexos de resfriamento criogênico e isolamento contra vibrações, já que qualquer oscilação mínima de temperatura pode desestabilizar o laser devido à expansão térmica.
Na Lua, contudo, a própria natureza faz esse trabalho de graça. O vácuo natural absoluto, a ausência de calor e o ambiente de baixíssima vibração sísmica impedem a expansão térmica do silício, fornecendo a estabilidade de frequência necessária para calcular posições e rastrear movimentos com precisão inédita.
O autor principal do estudo, Jun Ye, destacou, em comunicado, o potencial da descoberta. “Assim que entendi o que as regiões permanentemente sombreadas podem oferecer, senti que este seria o ambiente mais ideal para um laser superestável.”
Transição para a independência terrestre
Atualmente, o funcionamento do GPS na Terra baseia-se em satélites que transmitem continuamente sinais de tempo gerados por relógios atômicos a bordo. Os receptores terrestres calculam a própria localização medindo o tempo que os sinais levam para viajar de vários satélites até o dispositivo.
As naves espaciais que operam ao redor da Lua hoje ainda dependem quase totalmente de antenas e infraestruturas de rastreamento na Terra. No entanto, à medida que a exploração lunar se intensifica e se concentra no relevo acidentado e nas condições de iluminação extremas e traiçoeiras do polo sul, essa abordagem deixará de ser prática ou segura para guiar astronautas e robôs em tempo real.
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Como alternativa de infraestrutura, os cientistas sugerem que os lasers ultraestáveis instalados no fundo das crateras sirvam como referências de tempo mestras para satélites lunares e redes locais de comunicação.
Ao ser implantada dentro ou nas proximidades de uma dessas crateras escuras, a cavidade óptica travará a luz de um laser em uma única frequência altamente precisa. Segundo os pesquisadores, o sinal gerado funcionará diretamente como uma baliza de posicionamento (semelhante a um farol de GPS) para veículos espaciais.
Além disso, ao conectar esses lasers a relógios atômicos baseados em satélites, os cientistas pretendem estruturar o que descrevem como a “espinha dorsal do primeiro relógio atômico óptico em uma superfície extraterrestre“.
Os detalhes e as conclusões desse estudo foram publicados em 8 de maio na Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Rodrigo Mozelli
Rodrigo Mozelli é jornalista formado pela Universidade Metodista de São Paulo (UMESP) e, atualmente, é redator do Olhar Digital.
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