Na lua gigante de Saturno, Titã, chover metano líquido e outros hidrocarbonetos, esculpindo rios, lagos e mares em uma paisagem de água congelada. A química complexa neste mundo gelado pode ser análoga ao período em que a vida surgiu pela primeira vez na Terra, ou pode produzir um tipo de vida inteiramente novo. E ainda mais longe - anos-luz de distância no espaço profundo, um buraco negro destrói o núcleo ultradenso de uma estrela morta, deformando a própria estrutura do espaço e enviando ondas de espaço-tempo voando pelo universo.

No Space Laser Assembly Cleanroom (SLAC) no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, o ramo de Laser e Eletro-Óptica está construindo lasers para a missão Dragonfly da NASA em Titan e a Laser Interferometer Space Antenna (LISA) da Agência Espacial Européia (ESA), que medirá as ondas no espaço-tempo causadas por colisões massivas.

O SLAC de Goddard é um centro de especialização para a arte e ciência da construção de lasers para instrumentos avançados para explorar ambientes exóticos e extremos, como os investigados por Dragonfly e LISA.

Lasers são difíceis - eles não "querem" funcionar, disse Barry Coyle, físico da NASA Goddard.

"Tudo tem que ser perfeito, "Coyle disse.

É por isso que montá-los em um único lugar é tão crítico para a eficiência - tanto na produção quanto no custo. Esta é a ideia por trás do SLAC, e foi concebido logo após o lançamento do ICESat-1. ICESat-1 abrigava o Geoscience Laser Altimeter System, que foi produzido em uma instalação conjunta da Universidade de Maryland e Goddard. Embora o laser tenha funcionado bem, Coyle disse, produzir sistemas de laser para voos espaciais fora da NASA pode ser caro e ineficiente.

Coyle disse que ele e outros perceberam que essas despesas poderiam ser reduzidas se os lasers fossem produzidos em um laboratório interno. Adicionalmente, tempo e energia poderiam ser economizados.

Pamela Millar, chefe do Escritório de Tecnologia de Ciências da Terra, era o chefe da filial de Sensoriamento Remoto na época e liderou o esforço para garantir o financiamento para o SLAC, Coyle disse. Desde então, o laboratório está produzindo lasers.

Atualmente, a equipe de Goddard está desenvolvendo um laser ultravioleta (UV) no SLAC - o laser Dragonfly Mass Spectrometer (DraMS) - para a missão Dragonfly. A missão envolve um módulo de aterrissagem projetado para múltiplas paradas na superfície de Titã. O módulo de pouso, sendo projetado e construído no Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins em Laurel, Maryland, levará um conjunto completo de instrumentos para amostras de materiais e desenvolver mais conhecimento da composição da superfície da lua e outras propriedades.

O engenheiro de laser Goddard Matt Mullin está atualmente trabalhando no laser DraMS, onde seu trabalho diário envolve a construção ou alinhamento de hardware, construindo o laser, ou executando testes em subcomponentes.

"Basicamente, o feixe de laser UV será focado em um copo de amostra, que contém alguns dos materiais da superfície de Titã. O feixe irá dessorver compostos moleculares da amostra e excitar íons (átomos e moléculas com uma carga elétrica líquida) para serem ingeridos no espectrômetro de massa que os cientistas podem usar para detectar do que essa amostra é composta, " ele disse.

O laser é empolgante porque está voando em uma missão de Novas Fronteiras, Mullin disse. O programa Novas Fronteiras é uma iniciativa da NASA que visa financiar missões que irão explorar partes do sistema solar que são consideradas de alta prioridade na ciência planetária.

"Já enviamos uma sonda para Titã no passado, mas este instrumento e esta missão estão destinados a resolver muitos dos mistérios envolvidos com esta lua realmente interessante após a exploração anterior, "Mullin disse." E ver se esta lua poderia potencialmente abrigar qualquer forma de vida seria muito interessante. "

Contudo, temperaturas extremamente baixas e metano na atmosfera de Titã e em sua superfície representam obstáculos.

"Como você coloca um laser lá e como você faz com que ele funcione lá?" Coyle disse. "Esses são os dois desafios."

É fundamental que o instrumento seja o menor possível e que o peso e o consumo de energia sejam minimizados. Além disso, os lasers precisam de condições perfeitas para funcionar corretamente.

"Você é como equilibrar um ovo em sua extremidade, sempre quer não funcionar. Você está aproveitando fótons (partículas de luz) para fazer o que quiser - isso é muito difícil, "Coyle disse.

É por isso que o SLAC ajuda. Sem SLAC, a produção do laser envolveria muitas movimentações entre prédios com equipes separadas trabalhando nisso.

"Ajuda ter um local central onde podemos fazer a ligação óptica, o conjunto de limpeza, toda a infraestrutura aqui - é ótimo, "Coyle disse.

Além de seu trabalho no Dragonfly, Lasers projetados pela NASA, contribuições para a missão LISA liderada pela ESA, será construído no laboratório. LISA será o primeiro observatório de ondas espaço-temporais baseado no espaço, chamadas de ondas gravitacionais. A ESA procura testar a teoria da gravidade de Einstein medindo as ondas gravitacionais no espaço geradas por eventos extremamente violentos, como colisões de buracos negros.

"O SLAC é um lugar perfeito para construirmos os lasers LISA, "Anthony Yu, o líder de desenvolvimento de produto para o laser LISA, disse. "Os lasers LISA têm muitos requisitos rigorosos e precisamos configurar estações de teste in-situ para verificar o desempenho do laser durante o processo de construção. O SLAC nos permite configurar estações de teste especializadas para testar o laser em tempo real e também quando ele passa por testes de ciclo de vácuo térmico após a montagem. "

Paul Stysley, Chefe associado da filial de Goddard de laser e eletro-óptica, e líder de desenvolvimento de produto para o laser DraMS, disse que o coração e a alma do SLAC estão na maneira como agiliza o desenvolvimento de tecnologia e a produção de lasers.

"O que torna o SLAC único é ter um local centralizado para o desenvolvimento, construir e testar sistemas de laser para voos espaciais, "Stysley disse." Um fluxo de produto e uma infraestrutura estão disponíveis para o desenvolvimento, teste ambientalmente e monitore um projeto de laser do início ao fim para uma missão de vôo espacial que leve a uma redução significativa de risco técnico e custo. "

Mullin disse que trabalhar no Dragonfly e com a equipe tem sido incrível.

"O verdadeiro prazer e a parte emocionante foi trabalhar com alguns dos melhores engenheiros e cientistas do mundo neste projeto, "Mullin disse." Eu me lembro de assistir ao Discovery Channel sobre a exploração futura de luas externas como Europa ou Titã, mas nunca imaginei realmente que estaria em uma das equipes ajudando a explorá-lo. "