Um raio trator poderia simplificar muito o projeto das sondas e dos
robôs espaciais, além de aumentar significativamente seu alcance.
[Imagem: NASA]
Raios tratores
A NASA resolveu estudar formas de tornar realidade um conceito longamente proposto pela ficção científica: os raios tratores.
Raios tratores são dispositivos que usam a luz para capturar e mover objetos.
Embora nos filmes esses mecanismos sejam capazes de arrastar naves
inteiras, a NASA está mais interessada em capturar partículas da
atmosfera de planetas ou da cauda de cometas e levá-las até os
instrumentos a bordo de
sondas espaciais ou
robôs espaciais.
Uma vez no instrumento, as partículas poderão ser analisadas.
Isso poderia simplificar muito o projeto das sondas e dos robôs, além
de aumentar significativamente seu alcance - no caso de um cometa ou
asteroide, por exemplo, um raio trator a laser poderia manter a sonda a
uma distância segura dos detritos, além de capturar amostras por um
longo período de tempo.
A
ideia da NASA é substituir os braços robóticos por capturadores de
partículas totalmente ópticos, que poderiam atuar na atmosfera quanto no
solo. [Imagem: Paul Stysley]
Raio trator a laser
A equipe formada por Paul Stysley, Demetrios Poulios e Barry Coyle,
do Centro de Voos Espaciais Goddard, foi encarregada de testar
experimentalmente três técnicas para um raio trator.
Todas vão usar raios laser para capturar e transportar partículas.
"A ideia original era de que poderíamos usar os raios tratores para
limpar o lixo espacial," confessa Stysley. "Mas puxar algo tão grande
seria praticamente impossível por enquanto. Foi quando surgiu a ideia de
que talvez pudéssemos usar a mesma abordagem para capturar amostras".
Simulações já mostraram que uma abordagem alternativa, chamada
raio trator gravitacional, poderia ser usada até mesmo para desviar um asteroide que estivesse em rota de colisão com a Terra.
Em 2010, uma equipe australiana demonstrou pela primeira vez a
possibilidade de capturar e mover partículas por longas distâncias
usando um raio trator óptico:
Tecnologias de raios tratores
Vórtice óptico
A primeira abordagem experimental que a equipe pretende estudar é
chamada vórtice óptico ou técnica das pinças ópticas, na qual são usados
dois feixes de laser com propagação oposta.
Os dois feixes formam uma geometria semelhante a um anel, que
aprisiona a partícula no núcleo sem luz dos feixes em contra-rotação.
Pesquisas iniciais mostraram que é possível mover as partículas ao
longo do anel aumentando e diminuindo a intensidade de um dos feixes de
luz - na verdade, aquecendo o ar ao redor da partícula aprisionada.
Esta técnica, contudo, como é baseada no aquecimento do entorno da
partícula, exige a presença de uma atmosfera - ou seja, ela somente será
útil em planetas com atmosferas com densidade suficiente.
A
matéria a ser capturada é puxada de volta ao longo de todo o feixe de
laser, como se ele fosse um cano de um aspirador de pó. [Imagem: NASA]
Feixes solenoides
A segunda técnica usa feixes ópticos solenoides - aqueles cujos picos de intensidade espiralam ao redor do eixo de propagação.
Essa técnica consegue aprisionar e exercer uma força que movimenta as partículas na direção oposta à fonte do laser.
Em outras palavras, a matéria a ser capturada é puxada de volta ao
longo de todo o feixe de luz, como se ele fosse um cano de um aspirador
de pó.
Ao contrário da técnica do vórtice, esta usa somente os efeitos eletromagnéticos, podendo operar no vácuo do espaço.
Isto a torna ideal para estudar a composição de materiais em luas, em asteroides e em cometas.
Feixe de Bessel
A terceira técnica por enquanto só existe no papel, nunca tendo sido demonstrada em laboratório.
Ela envolve um feixe de Bessel.
Quando disparado sobre uma superfície, um laser comum aparece como um pequeno ponto.
Um feixe de Bessel, por sua vez, aparece como um ponto circundado por anéis de luz.
Segundo a teoria, o feixe de laser poderá induzir campos elétricos e magnéticos na rota do objeto.
O
spray de luz dispersada para a frente por estes campos poderia puxar o objeto para trás, na direção contrária à do próprio feixe.
Bibliografia:
Optical solenoid beamsSang-Hyuk Lee, Yohai Roichman, David G. Grier
Optics Express
Vol.: 18, Issue 7, pp. 6988-6993
DOI: 10.1364/OE.18.006988
Backward Pulling Force from a Forward Propagating BeamJun Chen, Jack Ng, Zhifang Lin, C. T. Chan
arXiv
24 Feb 2011
DOI: 10.1038/nphoton.2011.153
Optical vortex beams for trapping and transport of particles in airV. G. Shvedov, A. S. Desyatnikov, A. V. Rode, Y. V. Izdebskaya, W. Z. Krolikowski, Y. S. Kivshar
Applied Physics A
Vol.: 100, Number 2, 327-331
DOI: 10.1007/s00339-010-5860-4
Chupado
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