Como você resolve um mistério da lua? Dispare um laser nele

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Os investigadores têm utilizado prismas reflectores deixados na superfície da Lua durante décadas, mas têm visto cada vez mais problemas com a sua eficácia.

Por Katherine Kornei

A lua está se afastando. Todos os anos, fica cerca de um centímetro e meio mais longe de nós. Daqui a centenas de milhões de anos, nosso companheiro no céu estará distante o suficiente para que não haja mais eclipses solares totais.

Durante décadas, os cientistas mediram o recuo da Lua disparando um laser contra painéis reflectores de luz, conhecidos como retroreflectores, que foram deixados na superfície lunar, e depois cronometrando o percurso de ida e volta da luz. Mas os cinco retrorrefletores da Lua são antigos e agora são muito menos eficientes em refletir a luz. Para determinar se uma camada de poeira lunar poderia ser a culpada, os pesquisadores elaboraram um plano audacioso: eles refletiram a luz do laser em um retrorrefletor muito menor, mas mais novo, montado a bordo de uma espaçonave da NASA que deslizava sobre a superfície da lua a milhares de quilômetros por hora. E funcionou.

Esses resultados foram publicados este mês na revista Earth, Planets and Space.

De todas as coisas que os humanos deixaram na Lua, os cinco retrorrefletores, que foram entregues pelos astronautas da Apollo e por dois veículos robóticos soviéticos, estão entre os mais importantes cientificamente. Eles são semelhantes a padrões realmente longos: ao cronometrar com precisão quanto tempo leva a luz do laser para viajar até a lua, ricochetear em um retrorrefletor e retornar à Terra (cerca de 2,5 segundos, mais ou menos), os cientistas podem calcular a distância entre a lua e Terra.

Matrizes de prismas de vidro em forma de cubo tornam possível esse ricochete cósmico. Esses dispositivos ópticos refletem a luz recebida exatamente de onde ela veio, garantindo que os retrorrefletores enviem fótons em uma curva fechada e organizada.

Fazer medições repetidas ao longo do tempo permite aos investigadores obter uma imagem melhor da órbita da Lua, da sua orientação precisa no espaço e até da sua estrutura interior.

Mas os retrorrefletores lunares, do tamanho de uma mala, entregues entre 1969 e 1973, mostram agora a sua idade. Em alguns casos, eles são apenas um décimo da eficiência esperada, disse Tom Murphy, físico da Universidade da Califórnia, em San Diego, que não esteve envolvido na pesquisa. “Os retornos estão severamente deprimidos.”

Um culpado óbvio é a poeira lunar que se acumulou nos retrorrefletores. A poeira pode ser levantada por meteoritos que atingem a superfície da lua. Revestiu os trajes lunares dos astronautas durante as suas visitas e espera-se que seja um problema significativo se os humanos algum dia colonizarem a Lua.

Embora já tenham se passado quase 50 anos desde que um retrorrefletor foi colocado na superfície da Lua, uma espaçonave da NASA lançada em 2009 carrega um retrorrefletor aproximadamente do tamanho de um livro de bolso. Essa espaçonave, a Lunar Reconnaissance Orbiter, circunda a Lua uma vez a cada duas horas e transmitiu milhões de imagens de alta resolução da superfície lunar.

O Lunar Reconnaissance Orbiter “fornece um alvo imaculado”, disse Erwan Mazarico, cientista planetário do Goddard Space Flight Center da NASA que, juntamente com os seus colegas, testou a hipótese de que a poeira lunar pode estar a afectar os retrorreflectores da Lua.

Mas também é um alvo móvel. O orbitador sobrevoa a superfície da Lua a 3.600 mph “É difícil o suficiente atingir um alvo estacionário”, disse o Dr. Murphy, que lidera a Operação de Alcance do Laser Lunar do Observatório Apache Point, ou APOLLO, um projeto que usa os retrorrefletores na lua. superfície. “Vamos lhe dar uma matriz menor e fazê-la se mover em sua direção.”

Em 2017, o Dr. Mazarico e seus colaboradores começaram a disparar um laser infravermelho de uma estação perto de Grasse, França – a cerca de meia hora de carro de Cannes – em direção ao retrorrefletor do orbitador. Por volta das 3h da manhã do dia 4 de setembro de 2018, eles registraram seu primeiro sucesso: a detecção de 25 fótons que fizeram a viagem de ida e volta.

Os investigadores obtiveram mais três sucessos no outono de 2019. Depois de contabilizar o tamanho menor do retrorrefletor do orbitador, o Dr. Mazarico e seus colegas descobriram que muitas vezes ele devolvia fótons de forma mais eficiente do que os retrorrefletores Apollo.