Com ajuda de raio laser, Nasa descobrirá o que houve com espelhos na Lua

Dezenas de vezes na última década, a Nasa emitiu raios laser em direção a um refletor do tamanho de um livro, se movimentando na órbita da Lua, a cerca de 385 mil km da Terra. Esta semana, a agência norte-americana divulgou que conseguiu receber sinais de volta, pela primeira vez, e com grande precisão.

O feixe foi emitido pela estação Lunar Laser Ranging (LLR), em Grasse, França. O refletor fica no Orbitador Lunar Reconnaissance (LRO), que tem estudado a Lua desde 2009. Um dos motivos que levou os cientistas a colocá-lo em uma nave foi a possibilidade de testar o poder de reflexão de painéis deixados no satélite há cerca de 50 anos.

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Cientistas têm usado refletores na superfície lunar desde a era Apollo. É um experimento bem direto: mire um raio laser nele e cronometre quanto tempo demora para a luz voltar até você. Décadas fazendo isso levaram a importantes descobertas.

Uma das maiores revelações é que a Terra e a Lua estão, lentamente, se afastando. A taxa é mais ou menos a do crescimento de nossas unhas: 3,8 centímetros por ano. Isso acontece devido às interações gravitacionais com nosso satélite natural.

Mas esses refletores antigos têm retornado um sinal fraco, dificultando seu uso para a ciência. Para continuar as pesquisas, é preciso descobrir por que alguns deles estão refletindo apenas um décimo da luz prevista. Uma das principais suspeitas é o acúmulo de poeira, potencializado pelo impacto de micrometeoritos ao longo dos anos.

São cinco painéis na Lua: três foram deixados pelos astronautas das missões Apollo 11 (1969), 14 (1971) e 15 (1971). Cada um é composto por de 100 a 300 espelhos que os cientistas chamam de "cantos de cubo" (corner cubes), que conseguem refletir a luz vinda de qualquer direção. Os rovers soviéticos Lunokhod 1 (1970) e 2 (1973) deixaram os outros dois, com 14 espelhos cada.

Camadas de poeira podem estar bloqueando a luz de atingir os espelhos, além de fazer com que eles superaqueçam e se tornem menos eficientes. Com o refletor do LRO, os cientistas pretendem confirmar essa hipótese. Como? Comparando a luz refletida por ele em relação a dos painéis da superfície. Modelos de computacionais de análise de dados poderiam explicar a causa.

O resultado, publicado na revista Earth, Planets and Space, pode contribuir para grandes experimentos com laser, sobre a evolução e a física do Universo.

A arte de mirar um laser na Lua

Há uma chance em 25 milhões de um fóton (partículas de luz que compõem o feixe laser) enviado da Terra atingir o refletor da Apollo 11, por exemplo. Aqueles que conseguem chegar têm uma chance ainda menor de voltar à Terra: uma em 250 milhões.

Acertar o refletor do LRO é ainda mais desafiador. Para começar, ele tem um décimo do tamanho dos painéis deixados pelas missões Apollo, com apenas 12 espelhos. E estão instalados em uma nave do tamanho de um carro popular, que se move rapidamente ao redor da Lua.

Até hoje, mesmo com o sinal fraco, cientistas contam com os antigos refletores da superfície para novas descobertas. Ao medir quando tempo demora para um raio laser voltar à Terra (em torno de 2,5 segundos), é possível calcular distâncias entre as estações terrestres e os equipamentos no espaço, com precisão que pode variar poucos milímetros.

Além do afastamento entre os corpos celestes, os experimentos com laser revelaram que o núcleo da Lua é líquido. Isso ficou claro pelo monitoramento das pequenas oscilações à medida que a Lua gira. O desafio agora é saber se, dentro deste fluido, há um centro interno sólido, como o da Terra.

Medições de amostras lunares trazidas pelas missões Apollo mostraram que, bilhões de anos atrás, nosso satélite teve um campo magnético ao seu redor, possivelmente mais forte que o da Terra —algo incomum para um corpo tão pequeno. Desde então, cientistas tentam entender o que há dentro da Lua que pode ter gerado o campo, e como evoluiu e se apagou. Na Terra, é a circulação de ferro fundido em seu núcleo que gera o campo magnético.

Para realizar experimentos mais avançados, porém, é preciso aumentar o nível de precisão das medições com os refletores —mesmo alguns milímetros podem influenciar os resultados. De acordo com os pesquisadores, os novos experimentos com o LRO foram extremamente precisos e têm o potencial de refinar nossos conhecimentos sobre a gravidade e a evolução do Sistema Solar.

Levar mais fótons até a Lua, e contabilizar melhor os que são perdidos no retorno, devido à poeira acumulada e à interferência da nossa atmosfera, são algumas das táticas para melhorar a precisão. A evolução na tecnologia chegou por meio da parceria entre a Nasa e pesquisadores franceses da Universidade Côte d'Azur.

A estação na cidade de Grasse, no Sul da França, consegue emitir raios infravermelhos até a Lua. Esse tipo de luz, invisível a olhos humanos, penetra nossa atmosfera muito melhor que o tradicional laser verde visível, até então utilizado pelos cientistas. Mesmo assim, cerca de 200 fótons chegaram de volta —entre milhares de pulsos emitidos em 2018 e 2019.

Parece pouco, mas mesmo alguns poucos fótons podem responder à questão da poeira na superfície dos painéis e fazer medições de órbitas. E o sucesso em recebê-los na Terra pode abrir portas para a expansão do sistema, por exemplo, com a instalação de diversos pequenos refletores no espaço e mais estações terrestres, em outros locais e ângulos, para aumentar a precisão.