Espaço

NASA desenvolve laser para esclarecer de vez se há água na Lua

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/08/2022

A longamente debatida questão da água lunar poderá ser elucidada por este minúsculo laser.
[Imagem: NASA/Michael Giunto]

Água ou não água?

A NASA vem insistindo há anos na existência de água na Lua, mas sem chegar nem próximo a um consenso científico.

De fato, a esperança de encontrar gelo de água nas profundezas das crateras escuras do Pólo Sul da Lua só não é maior do que o ceticismo quanto à interpretação das moléculas hidroxila identificadas na Lua como água.

Acontece que a maior parte das tecnologias disponíveis não consegue distinguir entre água, íons de hidrogênio livres e hidroxila, uma vez que os sensores atuais não podem distinguir entre os diferentes voláteis.

Para tentar superar isso, a agência espacial norte-americana agora está propondo o uso de um laser terahertz, que é capaz de penetrar materiais opacos para outros tipos de luz. E que é capaz também de identificar moléculas de água de forma inequívoca.

A radiação terahertz, ou raios T é promissora para um sem-número de aplicações porque pode penetrar nos materiais de forma não destrutiva - ao contrário dos raios X, a radiação terahertz é não-ionizante.

Espectrômetros

Para revelar as propriedades químicas da matéria, são usados aparelhos chamados espectrômetros, que detectam espectros ou comprimentos de onda da luz refletida na matéria. Tipicamente, um laser é usado para energizar um elétron na camada externa de um átomo, que então emite um único fóton à medida que faz a transição ou retorna ao seu nível de energia de repouso. Diferentes átomos produzem diferentes frequências de luz com base na quantidade fixa de energia necessária para energizar o elétron, devolvendo assim uma "assinatura" que identifica o material.

A maioria dos espectrômetros tende a operar em amplas seções do espectro, mas compostos contendo hidrogênio, como a água, emitem fótons na faixa de frequência terahertz, entre 2 e 10 trilhões de ciclos por segundo, o que a coloca entre as microondas e o infravermelho. No entanto, os lasers não operam bem nessa porção específica do espectro entre o infravermelho e as microondas, um fenômeno conhecido como "hiato terahertz".

É aí que entra o laser terahertz, que está sendo aprimorado pela equipe do professor Berhanu Bulcha, do Centro de Voos Espaciais Goddard, da NASA.

"Este laser nos permite abrir uma nova janela para estudar esse espectro de frequência," disse ele. "Outras missões encontraram hidratação na Lua, mas isso pode indicar hidroxila ou água. Se é água, de onde veio? É nativa da formação da Lua ou chegou mais tarde por impactos de cometas? Precisamos responder a essas perguntas porque a água é fundamental para a sobrevivência e pode ser usada para produzir combustível para futuras explorações."

Laser terahertz emite 120 cores e fica próximo de aplicações práticas

As pesquisas têm avançado rapidamente, e agora um laser terahertz de pleno direito já está a um passo de se tornar realidade.
[Imagem: HZDR/Juniks]

Proxy de laser terahertz

Como não existem ainda lasers terahertz de pleno direito - menos ainda adequados para serem enviados ao espaço - o professor Bulcha está usando uma "aproximação" da tecnologia, que já é usada há vários anos em telescópios terrestres. "O problema com a tecnologia laser atual é que nenhum material tem as propriedades certas para produzir uma onda terahertz," justificou ele.

Operando como um "microscópio" para diferenças sutis dentro de uma largura de banda, o novo equipamento, chamado espectrômetro heteródino, combina uma fonte de laser local com a luz recebida de volta do objeto. Medindo a diferença entre a fonte de laser e o comprimento de onda combinado obtém-se leituras precisas entre as sub-larguras de banda do espectro - o termo heteródino descreve justamente esse processo de superpor uma onda portadora recebida a uma outra, gerada localmente, de frequência um pouco diferente, produzindo-se um fenômeno de batimento.

Como essa técnica gera um feixe que se espalha em um ângulo grande, a equipe integrou o laser em um guia de ondas com uma antena óptica minúscula para focalizar o feixe. E essa capacidade de focalização permite "olhar microscopicamente" para o espectro, obtendo informações da faixa terahertz.

A unidade integrada de laser e guia de onda, menor que uma moeda, reduz essa dissipação em até 50%. Essa miniaturização viabiliza a instalação do equipamento até mesmo em um cubesat, um pequeno satélite que poderia ser levado pelas futuras missões Artemis. A equipe trabalha agora para preparar seu espectrômetro heteródino para que ele seja levado ao espaço.