Uma Nova Tecnologia em Microescala Poderá Um Dia nos Levar a Alpha Centauri em Apenas 20 Anos

Caros entusiastas da atividades espaciais!

 

Ontem (27/04), o portal IFLScience noticiou um avanço promissor: uma nova tecnologia em microescala pode, no futuro, permitir viagens até Alpha Centauri em apenas 20 anos. Trata-se de uma demonstração inédita em nanoescala que sugere a possibilidade de enviar uma espaçonave a outra estrela dentro do tempo de uma vida humana.

 

Crédito da imagem: ESA/Hubble & NASA

Na imagem estão Alpha Centauri A (à esquerda) e Alpha Centauri B (à direita).

Pesquisadores do Departamento de Engenharia Mecânica da Texas A&M University demonstraram um avanço no movimento impulsionado por luz, que pode um dia nos levar a Alpha Centauri em apenas algumas décadas, em vez de milhares de anos.

 

O espaço é vasto e a duração da vida humana é curta. Se quisermos um dia explorar sistemas solares além do nosso, precisaremos elevar significativamente nosso nível tecnológico. Viajando à velocidade da Voyager, embora não seja a espaçonave mais rápida já construída, levaríamos mais de 73.000 anos para chegar a Alpha Centauri, o sistema estelar mais próximo da Terra. Esse é um desafio enorme para qualquer astronauta e, a menos que exista algum tipo de sistema de estase pronto para uso, ou um plano para gerenciar uma nave geracional por dezenas de milhares de anos — além de bastante combustível —, precisaremos de opções mais rápidas.

 

Uma ideia, proposta há décadas, é usar a luz para impulsionar espaçonaves leves por grandes distâncias. A ideia básica é utilizar o momento dos fótons — emitidos pelo Sol ou por poderosos lasers construídos pelo ser humano — para acelerar uma espaçonave e colocá-la em sua trajetória. É mais sofisticado do que isso, mas o Dr. Shoufeng Lan, professor assistente e diretor do Laboratório de Nanofotônica Avançada, descreve em comunicado como algo semelhante a quicar bolas de pingue-pongue contra uma superfície: haverá uma força mensurável sobre a superfície com a qual as bolas colidem.

 

“De acordo com a lei do movimento de Newton, qualquer mudança de momento entre a luz incidente e a luz emergente em uma interface pode gerar uma força mecânica de reação compensatória na própria interface”, explica a equipe em seu artigo, relacionando isso especificamente a materiais ultrafinos conhecidos como “metassuperfícies”, usados em óptica e fotônica. “Apesar de sua natureza fundamental, uma relação geral entre deflexão anômala e a força óptica resultante ainda não havia sido estabelecida.”

 

Um problema — no qual o novo estudo avançou significativamente — é controlar a direção de qualquer espaçonave resultante, ou de qualquer aplicação futura dessa tecnologia.

 

“Com base na lei generalizada de Snell e na conservação do momento, desenvolvemos uma estrutura teórica que conecta a mudança de momento induzida por metassuperfícies com a geração de força”, explica a equipe. “As forças geradas não são apenas laterais, mas também verticais, permitindo controle óptico tridimensional completo (3D). Chamamos essas forças controláveis de forças metafotônicas, pois surgem diretamente da transferência de momento projetada a partir da metassuperfície.”

 

Demonstrando o conceito, a equipe montou cuidadosamente metajatos em escala micrométrica feitos de arranjos de nanopilares de silício, projetados para fornecer manobrabilidade tridimensional quando iluminados por um laser. Nesse aspecto, eles foram bem-sucedidos, mostrando controle sobre o metajato em um fluido usando luz linearmente polarizada, sem detectar movimento rotacional indesejado nos experimentos.

 

“Mais importante ainda, ampliamos o uso de metassuperfícies para uma interface estruturada geral e desenvolvemos um modelo básico para gerar forças metafotônicas por meio de reflexão e refração, combinando a lei do movimento de Newton e a lei de Snell”, conclui a equipe. “Ao mesmo tempo, nosso modelo mostra que a força metafotônica aumenta com o aumento da potência óptica, sem limitações quanto ao tamanho geral dos objetos estruturados. Portanto, as forças metafotônicas podem expandir a manipulação óptica das escalas predominantemente microscópicas e submicroscópicas para aplicações maiores, como velas solares interestelares em viagens e exploração espacial.”

 

Embora seja um estudo interessante e empolgante, não se espere que essas missões mais rápidas aconteçam tão cedo, já que ainda é necessário muito desenvolvimento. Por enquanto, a equipe espera realizar novos testes do conceito em ambientes de microgravidade.

 

O estudo foi publicado na revista Newton.

 

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