A corrida para estabelecer uma presença humana de longo prazo na Lua ganhou um novo e inovador aliado tecnológico.
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.
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).
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