Investigação da NASA prepara-se para acertar o relógio e melhorar exploraç&atild

No dia a dia, de pés assentes na Terra, ter o relógio de pulso uns segundos atrasados ou adiantados não é grave. Mas em viagens espaciais a precisão tem de ser maior. Diferenças de frações de segundo podem ter consequências imprevisíveis. O Event Horizon Telescope (EHT) é um conjunto de oito radiotelescópios terrestres à escala do planeta, criado através de uma colaboração internacional e foi concebido para captar imagens de um buraco negro. Embora os telescópios que constituem o EHT não estejam fisicamente ligados, são capazes de sincronizar os seus dados registados com relógios atómicos. Colaboração EHT/NASA

A necessidade de 💥️uma cronometragem cada vez mais precisa é a razão pela qual 💥️três equipas da NASA, apoiadas pelo programa de Investigação e Desenvolvimento Interno do 💥️Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, em Greenbelt, Maryland, EUA, 💥️estão a aperfeiçoar a precisão e a sincronização de relógios com tecnologias inovadoras.

As equipas estão 💥️a trabalhar para levar a cronometragem da exploração espacial a novos níveis de precisão. Afinal, as funções cruciais das naves espaciais 💥️precisam de uma precisão de um bilionésimo de segundo ou menos. As tecnologias de cronometragem desbloqueadas por estas equipas poderão permitir novas descobertas no sistema solar e não só.

Uma das equipas está a desenvolver 💥️técnicas de sincronização de relógios quânticos altamente precisos para ajudar na comunicação e na navegação. Uma segunda equipa quer💥️ empregar a técnica de sincronização de relógios em plataformas espaciais para que os telescópios funcionem como um enorme observatório. A terceira está a criar 💥️um relógio atómico para naves espaciais baseado no estrôncio, um elemento químico metálico, que permitirá 💥️observações científicas que não são possíveis com a tecnologia atual.

protocolo de sincronização de relógios quânticos O trabalho no protocolo de sincronização de relógios quânticos tem lugar neste laboratório do Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland. créditos: NASA/Matthew Kaufman

Relógios quânticos para ajudar na comunicação e navegação

A NASA utiliza a sincronização de relógios para determinar a posição das naves espaciais e para desenhar os parâmetros de navegação, explica Alejandro Rodriguez Perez, um investigador no centro Goddard.

Se alinharmos dois relógios e os sincronizarmos, é de esperar que tenham o mesmo ritmo para sempre. Na realidade, 💥️quanto mais tempo passa, mais dessincronizados ficam os relógios, especialmente se esses relógios estiverem numa nave espacial que viaja a dezenas de milhares de quilómetros por hora. Rodriguez Perez procura desenvolver uma nova forma de sincronizar com precisão esses relógios e de os manter sincronizados 💥️utilizando tecnologia quântica.

Na física quântica, duas partículas estão entrelaçadas quando se comportam como um único objeto e ocupam dois estados ao mesmo tempo. 💥️Para os relógios, a aplicação de protocolos quânticos a fotões entrelaçado poderia permitir uma forma precisa e segura de sincronizar relógios a longas distâncias.

A sincronização de relógios é atualmente feita com recurso ao GPS, mas o novo protocolo poderá tornar possível sincronizar com precisão os relógios em locais onde o acesso ao GPS é limitado, como a Lua ou o espaço profundo.

💥️Veja na galeria imagens das observações do buraco negro no centro da nossa galáxia, feito pelo 💥️do Event Horizon Telescope (EHT)💥️:

Fazer com que um conjunto de telescópios funcione como um enorme observatório

Em astronomia, normalmente, 💥️quanto maior o telescópio, melhores as suas imagens. “Hipoteticamente, se tivéssemos um telescópio do tamanho da Terra, poderíamos ter imagens do espaço com uma resolução incrível, mas é obviamente, não muito prático”, assegura Guan Yang, um físico ótico no centro Goddard da NASA. “💥️O que podemos fazer, no entanto, é ter vários telescópios em vários locais e fazer com que cada telescópio registe o sinal com grande precisão temporal. Depois podemos 💥️juntar as suas observações e produzir uma imagem de altíssima resolução”.

A ideia de 💥️associar as observações de uma rede de telescópios pequenos para conseguir a potência de um telescópio maior chama-se interferometria de linha de base muito longa (VLBI), explica a NASA. Para que o VLBI produza um todo 💥️maior do que a soma das suas partes, os telescópios precisam de relógios de alta precisão.

Como os telescópios registam os dados juntamente, com as marcas temporais de quando os dados foram registados, os 💥️computadores de alta potência podem reunir todos os dados numa só observação completa, com 💥️mais pormenores do que qualquer um dos telescópios poderia conseguir por si.

Foi esta técnica que permitiu à rede de observatórios do 💥️Event Horizon Telescope (EHT) produzir a primeira imagem de um buraco negro no centro da nossa galáxia. A equipa de Guan Yang está a desenvolver uma tecnologia de relógio que poderá ser útil para missões que pretendam levar a técnica da Terra para o espaço, o que poderá permitir muitas mais descobertas.

Relógio Ótico Atómico de Iões de Estrôncio O Relógio Ótico Atómico de Iões de Estrôncio é um relógio atómico de alta precisão, suficientemente pequeno para caber numa nave espacial. créditos: NASA/Matthew Kaufman

Novo relógio atómico baseado em estrôncio para sincronização de ultra-alta-precisão

💥️A terceira e última investigação está a desenvolver um relógio atómico para naves espaciais baseado no estrôncio, para permitir observações científicas que não são possíveis com a tecnologia atual. Hoje, os sistemas de navegação de naves espaciais dependem de relógios atómicos a bordo para obter a hora mais exata possível. No entanto, podem melhorar.

💥️Holly Leopardi, física no centro Goddard da NASA, e a sua equipa estão a tentar desenvolver um relógio ótico de iões de estrôncio atómico (OASIC) pronto-a-usar em naves espaciais que, ao utilizar frequências óticas, proporciona maior precisão.

“As frequências óticas oscilam muito mais rapidamente do que as frequências de micro-ondas, pelo que podemos ter uma resolução muito mais fina das contagens e uma cronometragem mais precisa”, explicou Holli Leopardi.

A tecnologia OASIC é cerca de 100 vezes mais precisa do que o anterior estado da arte em relógios atómicos para naves espaciais. Quando se utilizam estes relógios de ultra-alta-precisão, podemos começar a observar as alterações físicas fundamentais que ocorrem no espaço”, acrescentou, o que " pode ajudar-nos a compreender melhor os mecanismos do nosso universo”.

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