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Dezenas de vezes na última década, os cientistas da NASA lançaram raios laser em um refletor do tamanho de um livro de bolso a cerca de 385.000 quilômetros de distância da Terra. Eles anunciaram hoje, em colaboração com seus colegas franceses, que receberam um sinal de volta pela primeira vez, um resultado encorajador que pode melhorar os experimentos a laser usados para estudar a física do Universo.
O refletor pretendido pelos cientistas da NASA está montado no Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), uma espaçonave que estuda a Lua desde sua órbita desde 2009. Uma das razões pelas quais os engenheiros colocaram o refletor no LRO foi para que ele pudesse servir como um alvo primitivo para ajudar teste o poder de reflexão dos painéis deixados na superfície da Lua há cerca de 50 anos. Esses refletores mais antigos estão retornando um sinal fraco, o que torna mais difícil usá-los para a ciência.
Os cientistas têm usado refletores na Lua desde a era Apollo para aprender mais sobre nosso vizinho mais próximo. É um experimento bastante simples: mire um feixe de luz no refletor e registre a quantidade de tempo que leva para a luz voltar. Décadas de fazer essa medição levaram a grandes descobertas.
Uma das maiores revelações é que a Terra e a Lua estão se afastando lentamente à medida que as unhas crescem, ou 3,8 centímetros por ano. Essa lacuna cada vez maior é o resultado de interações gravitacionais entre os dois corpos.
“Agora que estamos coletando dados há 50 anos, podemos ver tendências que não teríamos sido capazes de ver de outra forma”, disse Erwan Mazarico , um cientista planetário do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, que coordenou o Experiência LRO que foi descrita em 7 de agosto na revista Earth, Planets and Space.
“A ciência de alcance a laser é um jogo longo”, disse Mazarico.
Mas se os cientistas quiserem continuar usando os painéis de superfície em um futuro distante, eles precisam descobrir por que alguns deles estão retornando apenas um décimo do sinal esperado.
Uma fotografia em close-up do painel refletor de laser implantado pelos astronautas da Apollo 14 na Lua em 1971.
Créditos:
NASA
Existem cinco painéis refletores na lua. Dois foram entregues pela Apollo 11 e 14 tripulações em 1969 e 1971, respectivamente. Cada um deles é feito de 100 espelhos que os cientistas chamam de “cubos de canto”, pois são os cantos de um cubo de vidro; a vantagem desses espelhos é que eles podem refletir a luz de volta para qualquer direção de onde ela vier. Outro painel com 300 cubos de canto foi deixado pelos astronautas da Apollo 15 em 1973. Rovers robóticos soviéticos chamados Lunokhod 1 e 2, que pousaram em 1970 e 1973, carregam dois refletores adicionais, com 14 espelhos cada. Coletivamente, esses refletores constituem o último experimento científico em funcionamento da era Apollo.
Alguns especialistas suspeitam que a poeira pode ter se acomodado nesses refletores com o tempo, possivelmente depois de ser lançada por impactos de micrometeoritos na superfície da Lua. Como resultado, a poeira pode estar bloqueando a luz de atingir os espelhos e também isolando os espelhos, fazendo com que superaquecem e se tornem menos eficientes. Os cientistas esperavam usar o refletor do LRO para determinar se isso é verdade. Eles perceberam que, se encontrassem uma discrepância na luz retornada do refletor do LRO em relação aos da superfície, eles poderiam usar modelos de computador para testar se a poeira ou outra coisa é a responsável. Qualquer que seja a causa, os cientistas poderiam então explicá-la em suas análises de dados.
Apesar de seus primeiros experimentos de alcance a laser bem-sucedidos, Mazarico e sua equipe ainda não resolveram a questão da poeira. Os pesquisadores estão refinando sua técnica para que possam coletar mais medições.
A arte de enviar um feixe de fóton para a lua ... e recuperá-lo
Nesse ínterim, os cientistas continuam a contar com os refletores de superfície para aprender coisas novas, apesar do sinal mais fraco.
Medindo quanto tempo leva para a luz do laser retornar - cerca de 2,5 segundos em média - os pesquisadores podem calcular a distância entre as estações de laser da Terra e os refletores da Lua em menos de uma polegada, ou alguns milímetros. Tem a espessura de uma casca de laranja.
Além da deriva Terra-Lua, essas medições durante um longo período de tempo e através de vários refletores revelaram que a Lua tem um núcleo fluido . Os cientistas podem saber ao monitorar as menores oscilações à medida que a Lua gira. Mas eles querem saber se há um núcleo sólido dentro desse fluido, disse Vishnu Viswanathan , um cientista de Goddard da NASA que estuda a estrutura interna da Lua.
“Saber sobre o interior da Lua tem implicações maiores que envolvem a evolução da Lua e explicar o tempo de seu campo magnético e como ele morreu”, disse Viswanathan.
Esta
fotografia mostra a instalação de alcance a laser no Observatório Geofísico e
Astronômico Goddard em Greenbelt, Maryland. A instalação ajuda a NASA a
monitorar os satélites em órbita. Ambos os feixes mostrados, vindos de
dois lasers diferentes, são apontados para o Lunar Reconnaissance Orbiter da
NASA, que está orbitando a lua. Aqui, os cientistas estão usando o
comprimento de onda verde visível da luz. A instalação de laser da
Université Côte d'Azur em Grasse, França, desenvolveu uma nova técnica que usa
luz infravermelha, que é invisível ao olho humano, para enviar luz laser para a
lua.
Créditos:
NASA
Medições magnéticas de amostras da Lua devolvidas pelos astronautas da Apollo revelaram algo que ninguém esperava, dado o quão pequena a Lua é: nosso satélite tinha um campo magnético bilhões de anos atrás. Os cientistas estão tentando descobrir o que dentro da Lua poderia tê-lo gerado.
Experimentos a laser podem ajudar a revelar se há material sólido no núcleo da Lua que teria ajudado a fornecer energia ao campo magnético extinto. Mas, para aprender mais, os cientistas primeiro precisam saber a distância entre as estações terrestres e os refletores lunares com um grau de precisão maior do que os poucos milímetros atuais. “A precisão desta medição tem o potencial de refinar nossa compreensão da gravidade e da evolução do Sistema Solar”, disse Xiaoli Sun , cientista planetário de Goddard que ajudou a projetar o refletor LRO.
Levar mais fótons para a Lua e de volta e melhor contabilizar aqueles que são perdidos por causa da poeira, por exemplo, são algumas maneiras de ajudar a melhorar a precisão. Mas é uma tarefa hercúlea.
Considere os painéis de superfície. Os cientistas devem primeiro identificar a localização precisa de cada um, que muda constantemente com a órbita lunar. Em seguida, os fótons do laser devem viajar duas vezes pela espessa atmosfera da Terra, o que tende a espalhá-los.
O astronauta
Edwin E. Aldrin Jr., piloto do módulo lunar, implanta dois componentes do
Pacote de Experimentos Científicos Antigos da Apollo na superfície da Lua
durante a atividade extraveicular da Apollo 11 em 1969. Um experimento sísmico
está em sua mão esquerda e em sua direita é um painel refletor de laser. O
astronauta Neil A. Armstrong, comandante da missão, tirou esta fotografia.
Créditos:
Johnson Space Flight Center da NASA
Assim, o que começa como um feixe de luz com cerca de 10 pés, ou alguns metros, de largura no solo pode se espalhar por mais de 1 milha, ou 2 quilômetros, no momento em que atinge a superfície da Lua, e muito mais largo quando salta costas. Isso se traduz em uma chance em 25 milhões de que um fóton lançado da Terra alcance o refletor da Apollo 11. Para os poucos fótons que conseguem chegar à Lua, há uma chance ainda menor, uma em 250 milhões, de que eles consigam voltar, de acordo com algumas estimativas .
Se essas chances parecem assustadoras, chegar ao refletor do LRO é ainda mais desafiador. Por um lado, é um décimo do tamanho dos painéis menores da Apollo 11 e 14, com apenas 12 espelhos de cubo de canto. Ele também está ligado a um alvo em movimento rápido do tamanho de um carro compacto que está 70 vezes mais longe de nós do que Miami está de Seattle. O clima na estação de laser também afeta o sinal de luz, assim como o alinhamento do Sol, da Lua e da Terra.
É por isso que, apesar de várias tentativas na última década, os cientistas de Goddard da NASA não conseguiram alcançar o refletor do LRO até a colaboração com pesquisadores franceses.
Seu sucesso até agora é baseado no uso de tecnologia avançada desenvolvida pela equipe Géoazur na Université Côte d'Azur para uma estação de laser em Grasse, França, que pode pulsar um comprimento de onda infravermelho de luz em LRO. Um benefício do uso de luz infravermelha é que ela penetra na atmosfera da Terra melhor do que o comprimento de onda verde visível da luz que os cientistas tradicionalmente usam.
Mas mesmo com luz infravermelha, o telescópio Grasse recebeu apenas cerca de 200 fótons de dezenas de milhares de pulsos lançados no LRO durante algumas datas em 2018 e 2019, Mazarico e sua equipe relatam em seu jornal.
Pode não parecer muito, mas mesmo alguns fótons ao longo do tempo podem ajudar a responder à pergunta sobre a poeira do refletor de superfície. Um retorno de feixe de laser bem-sucedido também mostra a promessa de usar laser infravermelho para monitoramento preciso das órbitas da Terra e da Lua, e de usar muitos pequenos refletores - talvez instalados nas plataformas lunares comerciais da NASA - para fazer isso. É por isso que alguns cientistas gostariam de ver refletores novos e aprimorados enviados a mais regiões da Lua, o que a NASA está planejando fazer. Outros estão pedindo mais instalações ao redor do mundo equipadas com lasers infravermelhos que podem pulsar para a Lua de diferentes ângulos, o que pode melhorar ainda mais a precisão das medições de distância. Novas abordagens para o alcance do laser como essas podem garantir que o legado desses estudos fundamentais continue, dizem os cientistas.
Imagem do banner: Renderização artística do Lunar Reconnaissance Orbiter da NASA. Créditos: Goddard Space Flight Center da NASA. Baixe a imagem aqui .
Fonte: NASA / 11-08-2020
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/laser-beams-reflected-between-earth-and-moon-boost-science
Obrigado pela sua visita e volte sempre!
HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso de
Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina
(UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
Page:
http://pesqciencias.blogspot.com.br
Page: http://livroseducacionais.blogspot.com.br
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