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Lasers em crateras lunares podem criar um sistema GPS lunar
Colocar lasers ultraestáveis dentro de algumas das crateras lunares mais frias e escuras poderia ajudar os cientistas a estabelecer um sistema de navegação semelhante ao GPS na Lua, permitindo que os futuros astronautas e espaçonaves Artemis navegassem pela superfície lunar com mais facilidade.
Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) propuseram que crateras permanentemente sombreadas perto do pólo sul da Lua pode oferecer o ambiente natural perfeito para sistemas de laser extraordinariamente precisos. Esses lasers poderão um dia fornecer a base de tempo necessária para futuros astronautas, rovers e espaçonaves navegarem na Lua sem depender tanto de sistemas de rastreamento baseados na Terra, de acordo com uma declaração do NIST.
O novo estudo baseia-se nesses esforços mais amplos, acrescentando uma reviravolta incomum: ultraestável laser alojados dentro das crateras permanentemente sombreadas da lua. Um laser altamente estável produz luz com uma frequência quase perfeitamente constante, permitindo que múltiplos lasers meçam com precisão distâncias entre objetos – uma capacidade que poderia eventualmente apoiar sistemas de navegação em toda a superfície lunar.
Crateras permanentemente sombreadas nunca recebem luz solar direta devido a a lua baixa inclinação axial. Escondidas na escuridão perpétua, estas crateras permanecem mais frias do que Plutãocom temperaturas caindo para cerca de 370 graus Fahrenheit negativos (223 graus Celsius negativos). Os cientistas há muito os consideram reservatórios potenciais de água congelada que poderiam sustentar futuros assentamentos lunares.
Agora os pesquisadores acreditam que essas mesmas condições adversas poderiam tornar as crateras laboratórios naturais ideais para sistemas de laser de precisão. O estudo sugere o uso de uma cavidade óptica de silício – um dispositivo que estabiliza a luz do laser refletindo-a entre espelhos separados por uma distância incrivelmente precisa.
Sobre Terraesses sistemas exigem resfriamento criogênico complexo e isolamento de vibração porque mesmo pequenas mudanças de temperatura podem desestabilizar o laser. No entanto, dentro de uma cratera lunar permanentemente sombreada, a natureza pode fazer grande parte desse trabalho de graça.
As temperaturas frias dentro das crateras, combinadas com a temperatura natural da Lua ambiente de alto vácuo e níveis relativamente baixos de vibração em comparação com a Terra, poderiam permitir que cavidades ópticas de silício operassem quase sem expansão térmica – fornecendo a estabilidade necessária para sistemas de navegação que dependem de frequências de laser precisas para calcular posições e rastrear o movimento de naves espaciais através da superfície lunar, de acordo com o comunicado.
“Assim que entendi o que as regiões permanentemente sombreadas podem oferecer, senti que este seria o ambiente ideal para um laser superestável”, disse Jun Ye, principal autor do estudo, no comunicado.
Hoje, a Terra Satélites GPS transmite continuamente sinais de cronometragem gerados por relógios atômicos integrados. Os receptores calculam sua posição medindo quanto tempo esses sinais levam para chegar de vários satélites.
As naves espaciais ao redor da Lua ainda dependem fortemente de sistemas de rastreamento baseados na Terra, mas à medida que a atividade lunar aumenta, essa abordagem pode não ser mais prática – especialmente em torno das regiões acidentadas. pólo sul lunaronde as difíceis condições de iluminação complicam a navegação tanto para astronautas quanto para exploradores robóticos.
Em vez disso, os investigadores sugerem que lasers ultraestáveis alojados dentro de crateras permanentemente sombreadas poderiam servir como referências mestres de tempo para futuros satélites lunares e redes de comunicação, actuando efectivamente como parte de uma infra-estrutura GPS lunar.
Uma vez implantada dentro ou perto de uma cratera lunar permanentemente sombreada, a cavidade óptica estabilizaria um laser próximo, fixando sua luz em uma frequência única e altamente precisa. Os pesquisadores dizem que o sinal resultante poderia funcionar como um farol GPS para espaçonaves lunares, ao mesmo tempo que se conecta com satélites. relógios atômicos para ajudar a formar a “espinha dorsal do primeiro relógio atômico óptico em uma superfície extraterrestre”, disseram autoridades no comunicado.
Suas descobertas foram publicado em 8 de maio na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
