Crateras da Lua viabilizarão lasers mais precisos já construídos

 Para que um laser na Lua?

Elas estão entre os lugares mais escuros, frios e estáveis do Sistema Solar: Centenas de crateras lunares nunca recebem luz solar direta, sem nada que as aqueça, e não recebem praticamente nenhuma vibração, já que a Lua não tem placas tectônicas.

Um laser lunar acoplado a uma cavidade de silício ultraestável dentro de uma cratera permanentemente sombreada da Lua pode fornecer a infraestrutura para uma escala de tempo lunar, comunicações com a Terra, medições de distâncias, relógios atômicos e observatórios. [Imagem: J. Ye/NIST]

Isso torna as crateras da Lua o local perfeito para construir um laser ultraestável, garantem Jun Ye e colegas da Universidade do Colorado, nos EUA.

E esses superlasers serão muito úteis. Um laser altamente estável - uma fonte de luz coerente com frequência ou cor praticamente inalteráveis - pode funcionar como um sinal de tempo mestre para criar um sistema de navegação lunar semelhante ao GPS. Uma rede interligada de lasers pode distribuir energia solar, que só pode ser captada fora das crateras.

Um laser lunar também poderá fornecer a infraestrutura para uma escala de tempo lunar, para comunicações ópticas Lua-Terra, medições e imagens de distâncias espaciais baseadas em satélites e até um relógio atômico óptico espacial - aqui na Terra, a previsão é que um relógio atômico de luz redefina a duração do segundo.

E muito mais. Por exemplo, lasers permitem medir distâncias entre objetos com uma precisão extraordinariamente alta. Tal precisão permitiria que os lasers lunares funcionassem como detectores de ondas gravitacionais e outros tipos de observatórios.

"Assim que entendi o que as regiões permanentemente sombreadas podem oferecer, senti que esse seria o ambiente ideal para um laser superestável," disse Ye.

Por que um laser na Lua?

Um laser possui um componente essencial chamado cavidade óptica, neste caso um bloco de silício que permite que apenas certas frequências de luz se reflitam entre espelhos em cada extremidade do bloco. A distância entre os dois espelhos determina as frequências que podem ressoar - para uma cavidade óptica altamente estável, essa distância, e portanto essas frequências, não varia.

A Lua é um local ideal para a construção de uma cavidade óptica porque há relativamente poucas vibrações em comparação com a Terra e um alto vácuo natural, já que seu ambiente é desprovido de ar. Especificamente as crateras são ainda mais interessantes porque, sendo permanentemente sombreadas, como no polo sul lunar, sua temperatura fica em torno de 50 graus acima do zero absoluto (50 kelvins), reduzindo drasticamente a oscilação aleatória das superfícies espelhadas. Nem mesmo serão necessários criostatos para atingir a temperatura de 16 K, ideal para o laser.

Uma vez implantada a cavidade óptica de silício no escuro de uma cratera, um laser comercial deverá ser posicionado próximo, podendo ficar tanto dentro quanto na borda da cratera. Esse pequeno laser enviará luz para a cavidade óptica, que então irá travar a frequência do laser em uma das frequências de ressonância permitidas pela cavidade, garantindo que o laser emita luz de uma única cor imutável - esta é a estabilidade que se procura.

Embora a ideia de construir um laser dentro de uma cratera lunar ainda esteja longe de se tornar um projeto com prazos, a NASA já designou regiões próximas às crateras permanentemente sombreadas do polo sul como locais de pouso para a missão Artemis. E a cavidade projetada pela equipe cabe fácil na nave.

A equipe estima que uma cavidade óptica de silício poderia ser demonstrada em órbita terrestre baixa dentro de dois anos, implantada na superfície lunar dentro de três a cinco anos e, eventualmente, instalada dentro de uma cratera escura por meio de esforços coordenados entre múltiplas agências espaciais.

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