Por que a NASA está enviando um relógio atômico para o espaço

Em 22 de junho, a NASA vai enviar um relógio atômico do tamanho de uma bola de futebol (embora muito mais pesado) para o espaço a bordo de um foguete SpaceX Falcon Heavy.

Este relógio não é para medir o tempo – é uma demonstração tecnológica de um dispositivo que pode ser usado para futuras explorações espaciais, tanto para navegar como para fazer medições gravitacionais. Se for bem-sucedido, ele será o relógio atômico mais preciso já enviado ao espaço.

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Atualmente, a exploração espacial é um processo bidirecional. As espaçonaves enviam informações para uma série de antenas no solo e para os navegadores, que usam relógios atômicos na Terra para coordenar a hora e enviar instruções de navegação de volta para a nave. Mas se a espaçonave tivesse um relógio atômico preciso a bordo, poderia determinar seus próprios dados de temporização e navegação sem depender de relógios atômicos ligados à Terra. O Deep Space Atomic Clock (DSAC) é um teste de um desses relógios que permitirá a navegação simplificada, na qual a espaçonave pode receber instruções sem ter que esperar por números calculados na Terra.

A mudança da navegação bidirecional para a unilateral poderia “aliviar significativamente a tarefa de rastreamento de dispositivos baseados em terra”, de acordo com um documento de 2016.

Além disso, os relógios são ferramentas importantes para a pesquisa científica. O tempo passa mais devagar em fortes campos gravitacionais, e assim os relógios atômicos podem ser usados ​​para medir os efeitos da gravidade.

Uma versão de demonstração do relógio em seu compartimento. Crédito: NASA/JPL-CalTech

O dispositivo é como um relógio comum, mas com um sistema muito diligente que garante a precisão da contagem. Um cristal de quartzo em um campo elétrico cria um sinal elétrico oscilante regular, que é então convertido em aproximadamente a frequência com que os átomos de mercúrio passam por uma espécie de transição atômica. Este sinal elétrico é passado para os íons de mercúrio, presos em campos elétricos, que por sua vez começam a vibrar, fornecendo um valor exato para a frequência da transição. O relógio usa isso para corrigir a frequência aproximada e fornecer um padrão confiável. Isso pode ser convertido em uma escala de uma vez por segundo que não oscila.

Mas, ao contrário dos relógios atômicos estacionários na Terra, que podem ser protegidos do mundo externo com o máximo de equipamento necessário, o DSAC precisa superar elementos que possam influenciar o comportamento de seus átomos ou seu oscilador. Tais influências indesejáveis ​​incluem campos eletromagnéticos do maquinário usado para manter a espaçonave firme, assim como as mudanças de temperatura e campos magnéticos do espaço. Uma série de ímãs e blindagem embutida foram incluídos para garantir a estabilidade do relógio e manter esses efeitos externos fora das câmaras que seguram o mecanismo do dispositivo.

O relógio transmitirá a marcação indicada para um receptor GPS em órbita ao redor da Terra, que o enviará de volta ao solo, onde os cientistas poderão comparar a saída do relógio com os relógios atômicos baseados na Terra, para assegurar que ele está funcionando.

Caso seja bem-sucedido, este será o relógio atômico mais preciso enviado ao espaço. No solo, ele era 50 vezes mais estável que os relógios atômicos dos satélites GPS, perdendo apenas um segundo a cada 9 milhões de anos, segundo um comunicado da NASA.

Em última análise, o experimento é apenas uma demonstração. Mas, se for bem-sucedido, poderá levar a avanços importantes na navegação e, talvez, permitir que os astronautas se aprofundem mais em suas viagens ao espaço.