p Dezenas de vezes ao longo da última década, os cientistas da NASA lançaram raios laser em um refletor do tamanho de um livro de bolso de cerca de 240, 000 milhas (385, 000 quilômetros) de distância da Terra. Eles anunciaram hoje, em colaboração com seus colegas franceses, que receberam o sinal de volta pela primeira vez, um resultado encorajador que poderia aprimorar os experimentos a laser usados ​​para estudar a física do universo. p O refletor pretendido pelos cientistas da NASA está montado no Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), uma espaçonave que tem estudado a lua desde sua órbita desde 2009. Um dos motivos pelos quais os engenheiros colocaram o refletor no LRO foi para que ele pudesse servir como um alvo primitivo para ajudar a testar o poder de reflexão dos painéis deixados na superfície da lua há cerca de 50 anos. Esses refletores mais antigos estão retornando um sinal fraco, o que está tornando mais difícil usá-los para a ciência.

p Os cientistas têm usado refletores na lua desde a era Apollo para aprender mais sobre nosso vizinho mais próximo. É um experimento bastante simples:mire um feixe de luz no refletor e registre a quantidade de tempo que leva para a luz voltar. Décadas de fazer essa medição única levaram a grandes descobertas.

p Uma das maiores revelações é que a Terra e a lua estão lentamente se afastando à medida que as unhas crescem, ou 1,5 polegadas (3,8 centímetros) por ano. Essa lacuna cada vez maior é o resultado de interações gravitacionais entre os dois corpos.

p "Agora que coletamos dados há 50 anos, podemos ver tendências que não teríamos sido capazes de ver de outra forma, "disse Erwan Mazarico, um cientista planetário do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, que coordenou o experimento LRO que foi descrito em 7 de agosto no jornal Earth, Planetas e espaço.

p "A ciência de alcance a laser é um jogo longo, "Mazarico disse.

p Mas se os cientistas continuarem a usar os painéis de superfície em um futuro distante, eles precisam descobrir por que alguns deles estão retornando apenas um décimo do sinal esperado.

p Existem cinco painéis refletivos na lua. Dois foram entregues por tripulações da Apollo 11 e 14 em 1969 e 1971, respectivamente. Cada um deles é feito de 100 espelhos que os cientistas chamam de "cubos de canto, "como são os cantos de um cubo de vidro; o benefício desses espelhos é que eles podem refletir a luz de volta para qualquer direção de onde vier. Outro painel com 300 cubos de canto foi deixado pelos astronautas da Apollo 15 em 1973. Rovers robóticos soviéticos chamados Lunokhod 1 e 2, que desembarcou em 1970 e 1973, carregam dois refletores adicionais, com 14 espelhos cada. Coletivamente, esses refletores constituem o último experimento científico em funcionamento da era Apollo.

p Alguns especialistas suspeitam que a poeira pode ter se acomodado nesses refletores ao longo do tempo, possivelmente depois de ser chutado por impactos de micrometeoritos na superfície da lua. Como resultado, a poeira pode estar bloqueando a luz de alcançar os espelhos e também isolando os espelhos e fazendo com que superaquecem e se tornem menos eficientes. Os cientistas esperavam usar o refletor do LRO para determinar se isso é verdade. Eles descobriram que, se encontrassem uma discrepância na luz retornada do refletor LRO em relação aos da superfície, eles poderiam usar modelos de computador para testar se a poeira, ou outra coisa, é responsável. Seja qual for a causa, os cientistas poderiam então explicá-lo em suas análises de dados.

p Apesar de seus primeiros experimentos de alcance a laser bem-sucedidos, Mazarico e sua equipe não resolveram a questão da poeira ainda. Os pesquisadores estão refinando sua técnica para que possam coletar mais medições.

p A arte de enviar um feixe de fóton para a lua ... e recebê-lo de volta

p Enquanto isso, os cientistas continuam a confiar nos refletores de superfície para aprender coisas novas, apesar do sinal mais fraco.

p Medindo quanto tempo leva para a luz do laser retornar - cerca de 2,5 segundos em média - os pesquisadores podem calcular a distância entre as estações de laser da Terra e os refletores da lua para menos de uma polegada, ou alguns milímetros. Tem a espessura de uma casca de laranja.

p Além da deriva Terra-lua, tais medições durante um longo período de tempo e através de vários refletores revelaram que a lua tem um núcleo fluido. Os cientistas podem saber ao monitorar as menores oscilações à medida que a lua gira. Mas eles querem saber se há um núcleo sólido dentro desse fluido, disse Vishnu Viswanathan, um cientista Goddard da NASA que estuda a estrutura interna da lua.

p "Saber sobre o interior da lua tem implicações maiores que envolvem a evolução da lua e explicar o tempo de seu campo magnético e como ele morreu, "Viswanathan disse.

p Medições magnéticas de amostras da lua devolvidas pelos astronautas da Apollo revelaram algo que ninguém esperava, dado o quão pequena a lua é:nosso satélite tinha um campo magnético bilhões de anos atrás. Os cientistas têm tentado descobrir o que dentro da lua poderia tê-lo gerado.

p Experimentos a laser podem ajudar a revelar se há material sólido no núcleo da lua que teria ajudado a alimentar o campo magnético extinto. Mas para aprender mais, os cientistas primeiro precisam saber a distância entre as estações terrestres e os refletores lunares com um grau de precisão maior do que os poucos milímetros atuais. "A precisão desta medição tem o potencial de refinar nossa compreensão da gravidade e da evolução do sistema solar, "disse Xiaoli Sun, um cientista planetário Goddard que ajudou a projetar o refletor do LRO.

p Levar mais fótons para a lua e voltar e contabilizar melhor aqueles que são perdidos por causa da poeira, por exemplo, Existem algumas maneiras de ajudar a melhorar a precisão. Mas é uma tarefa hercúlea.

p Considere os painéis de superfície. Os cientistas devem primeiro identificar a localização precisa de cada um, que muda constantemente com a órbita da lua. Então, os fótons do laser devem viajar duas vezes através da espessa atmosfera da Terra, o que tende a dispersá-los.

p Assim, o que começa como um feixe de luz com cerca de 3 metros, ou alguns metros, de largura no solo pode se espalhar por mais de uma milha, ou dois quilômetros, no momento em que atinge a superfície da lua, e muito mais largo quando volta. Isso se traduz em uma chance em 25 milhões de que um fóton lançado da Terra atinja o refletor da Apollo 11. Para os poucos fótons que conseguem chegar à lua, há uma chance ainda menor, um em 250 milhões, que eles vão conseguir voltar, de acordo com algumas estimativas.

p Se essas chances parecem assustadoras, alcançar o refletor da LRO é ainda mais desafiador. Para um, é um décimo do tamanho dos painéis menores da Apollo 11 e 14, com apenas 12 espelhos de cubo de canto. Ele também está ligado a um alvo em movimento rápido do tamanho de um carro compacto que está 70 vezes mais longe de nós do que Miami está de Seattle. O clima na estação de laser impacta o sinal de luz, também, assim como o alinhamento do Sol, lua e terra.

p É por isso que, apesar de várias tentativas na última década, os cientistas de Goddard da NASA não conseguiram alcançar o refletor do LRO até a colaboração com pesquisadores franceses.

p Seu sucesso até agora é baseado no uso de tecnologia avançada desenvolvida pela equipe Géoazur na Université Côte d'Azur para uma estação de laser em Grasse, França, que pode pulsar um comprimento de onda infravermelho de luz no LRO. Um benefício do uso da luz infravermelha é que ela penetra na atmosfera da Terra melhor do que o comprimento de onda verde visível da luz que os cientistas tradicionalmente usam.

p Mas mesmo com luz infravermelha, o telescópio Grasse recebeu apenas cerca de 200 fótons de dezenas de milhares de pulsos lançados no LRO durante algumas datas em 2018 e 2019, Mazarico e sua equipe relatam em seu jornal.

p Pode não parecer muito, mas mesmo alguns fótons ao longo do tempo podem ajudar a responder à pergunta sobre a poeira do refletor de superfície. Um retorno bem-sucedido do feixe de laser também mostra a promessa de usar laser infravermelho para monitoramento preciso das órbitas da Terra e da Lua, e de usar muitos pequenos refletores - talvez instalados nos módulos lunares comerciais da NASA - para fazer isso. É por isso que alguns cientistas gostariam de ver refletores novos e aprimorados enviados para mais regiões da lua, que a NASA está planejando fazer. Outros estão pedindo mais instalações ao redor do globo equipadas com lasers infravermelhos que podem pulsar para a lua de diferentes ângulos, o que pode melhorar ainda mais a precisão das medições de distância. Novas abordagens de alcance do laser como essas podem garantir que o legado desses estudos fundamentais continue, cientistas dizem.