p Para cronometrar quanto tempo leva um pulso de luz laser para viajar do espaço para a Terra e voltar, você precisa de um cronômetro realmente bom - um que possa medir dentro de uma fração de bilionésimo de segundo. p Esse tipo de cronômetro é exatamente o que os engenheiros construíram no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, para o gelo, Nuvem e Terra Elevação Satélite-2. ICESat-2, programado para lançamento em 2018, usará seis feixes de laser verdes para medir a altura. Com suas medições de tempo incrivelmente precisas, os cientistas podem calcular a distância entre o satélite e a Terra abaixo, e a partir daí registrar medições precisas da altura do gelo marinho, geleiras, mantos de gelo, florestas e o resto das superfícies do planeta.

p "A luz realmente se move, muito depressa, e se você vai usá-lo para medir algo até alguns centímetros, é melhor você ter realmente, relógio muito bom, "disse Tom Neumann, Cientista adjunto do projeto do ICESat-2.

p Se seu cronômetro marcasse o tempo mesmo em um milionésimo de segundo de alta precisão, O ICESat-2 só conseguiu medir a elevação em cerca de 500 pés. Os cientistas não seriam capazes de distinguir o topo de um prédio de cinco andares de baixo. Isso não é suficiente quando o objetivo é registrar até mesmo mudanças sutis à medida que as camadas de gelo derretem ou o gelo do mar fica mais fino.

p Para alcançar a precisão necessária de uma fração de bilionésimo de segundo, Os engenheiros de Goddard tiveram que desenvolver e construir sua própria série de relógios no instrumento do satélite - o Advanced Topographic Laser Altimeter System, ou ATLAS. Esta precisão de tempo permitirá aos pesquisadores medir alturas em cerca de cinco centímetros.

p "Calcular a elevação do gelo tem tudo a ver com o tempo de vôo, "disse Phil Luers, engenheiro de sistema de instrumentos adjunto com o instrumento ATLAS. O ATLAS emite feixes de luz laser para o solo e registra quanto tempo leva para cada fóton retornar. Desta vez, quando combinado com a velocidade da luz, informa aos pesquisadores a distância que a luz laser viajou. Esta distância de vôo, combinado com o conhecimento de exatamente onde o satélite está no espaço, informa aos pesquisadores a altura da superfície da Terra abaixo.

p O cronômetro que mede o tempo de vôo começa com cada pulso do laser do ATLAS. À medida que bilhões de fótons fluem para a Terra, alguns são direcionados para um detector de pulso inicial que aciona o cronômetro, Disse Luers.

p Enquanto isso, o satélite registra onde está no espaço e o que está orbitando. Com esta informação, O ATLAS define uma janela aproximada de quando espera que os fótons retornem ao satélite. Os fótons sobre o Monte Everest retornarão mais cedo do que os fótons sobre o Vale da Morte, uma vez que há menos distância a percorrer.

p Os fótons retornam ao instrumento por meio do sistema receptor do telescópio e passam por filtros que bloqueiam tudo que não seja do tom exato do verde do laser, especialmente a luz do sol. Os verdes passam por um cartão eletrônico de contagem de fótons, que interrompe o cronômetro. A maioria dos fótons que param o cronômetro serão refletidos pela luz do sol, que por acaso é do mesmo verde. Mas, ao disparar o laser 10, 000 vezes por segundo, o retorno do fóton laser "verdadeiro" se aglutinará para fornecer aos cientistas dados sobre a elevação da superfície.

p "Se você sabe onde a espaçonave está, e você sabe o tempo de vôo, então você sabe a distância até o solo, agora você tem a elevação do gelo, "Luers disse.

p O próprio relógio de tempo consiste em várias partes para controlar melhor o tempo. Aí está o receptor GPS, que marca a cada segundo - um relógio grosso que indica a hora do satélite. ATLAS apresenta outro relógio, chamado de oscilador ultraestável, que conta a cada 10 nanossegundos dentro desses segundos derivados do GPS.

p "Entre cada pulso do GPS, você obtém 100 milhões de tiques do oscilador ultrastable, "Neumann disse." E ele se reinicializa com o GPS a cada segundo.

p Dez nanossegundos não são suficientes, no entanto. Para chegar a um tempo ainda mais preciso, os engenheiros equiparam um relógio em escala precisa dentro de cada placa eletrônica de contagem de fótons. Isso subdivide essas marcações de 10 nanossegundos ainda mais, de modo que o tempo de retorno é medido em centenas de picossegundos.

p Alguns ajustes para esse tempo de viagem precisam ser feitos no solo. Os programas de computador combinam muitos tempos de viagem dos fótons para melhorar a precisão. Os programas também compensam quanto tempo leva para se mover através das fibras e fios do instrumento ATLAS, os impactos das mudanças de temperatura na eletrônica e muito mais.

p "Corrigimos todas essas coisas para chegar ao melhor tempo de vôo que possamos calcular, "Neumann disse, permitindo que os pesquisadores vejam a terceira dimensão da Terra em detalhes.