Colocar láseres ultraestables dentro de algunos de los cráteres lunares más fríos y oscuros podría ayudar a los científicos a establecer un sistema de navegación similar al GPS en la luna, permitiendo a los futuros astronautas y naves espaciales Artemis navegar por la superficie lunar más fácilmente.
Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han propuesto que los cráteres permanentemente en sombra cerca del polo sur de la luna pueden ofrecer el entorno natural perfecto para sistemas láser extraordinariamente precisos. Esos láseres podrían algún día proporcionar la columna vertebral de sincronización necesaria para que futuros astronautas, rovers y naves espaciales naveguen por la luna sin depender tanto de los sistemas de seguimiento terrestres, según un comunicado del NIST.
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El nuevo estudio se basa en esos esfuerzos más amplios y añade un giro inusual: láseres ultraestables alojados dentro de los cráteres permanentemente sombreados de la luna. Un láser altamente estable produce luz con una frecuencia casi perfectamente constante, lo que permite que múltiples láseres midan con precisión distancias entre objetos, una capacidad que eventualmente podría respaldar los sistemas de navegación a través de la superficie lunar.
Los cráteres permanentemente en sombra nunca reciben luz solar directa debido a la baja inclinación axial de la luna. Escondidos en una oscuridad perpetua, estos cráteres permanecen más fríos que Plutón, con temperaturas que descienden a alrededor de -370 grados Fahrenheit (-223 grados Celsius). Los científicos los han considerado durante mucho tiempo como posibles reservorios de agua congelada que podrían sustentar futuros asentamientos lunares.
Ahora los investigadores creen que esas mismas duras condiciones podrían convertir los cráteres en laboratorios naturales ideales para sistemas láser de precisión. El estudio sugiere utilizar una cavidad óptica de silicio, un dispositivo que estabiliza la luz láser reflejándola entre espejos separados por una distancia increíblemente precisa.
En la Tierra, estos sistemas requieren un complejo enfriamiento criogénico y aislamiento de vibraciones porque incluso pequeños cambios de temperatura pueden desestabilizar el láser. Sin embargo, dentro de un cráter lunar permanentemente en sombra, la naturaleza puede hacer gran parte de ese trabajo de forma gratuita.
Las gélidas temperaturas dentro de los cráteres, combinadas con el entorno natural de alto vacío de la luna y los niveles relativamente bajos de vibración en comparación con la Tierra, podrían permitir que las cavidades ópticas de silicio funcionen casi sin expansión térmica, proporcionando la estabilidad necesaria para los sistemas de navegación que dependen de frecuencias láser precisas para calcular posiciones y rastrear el movimiento de las naves espaciales a través de la superficie lunar, según el comunicado.
“Tan pronto como entendí lo que pueden ofrecer las regiones permanentemente en sombra, sentí que este sería el entorno más ideal para un láser súper estable”, dijo en el comunicado Jun Ye, autor principal del estudio.
Hoy en día, los satélites GPS de la Tierra transmiten continuamente señales de sincronización generadas por relojes atómicos a bordo. Los receptores calculan su posición midiendo cuánto tardan esas señales en llegar desde múltiples satélites.
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Las naves espaciales alrededor de la Luna todavía dependen en gran medida de los sistemas de seguimiento terrestres, pero a medida que aumenta la actividad lunar, ese enfoque puede ya no ser práctico, especialmente alrededor del accidentado polo sur lunar, donde las difíciles condiciones de iluminación complican la navegación tanto para los astronautas como para los exploradores robóticos.
En cambio, los investigadores sugieren que los láseres ultraestables alojados dentro de cráteres permanentemente sombreados podrían servir como referencias maestras de sincronización para futuros satélites lunares y redes de comunicación, actuando efectivamente como parte de una infraestructura GPS lunar.
Una vez desplegada dentro o cerca de un cráter lunar permanentemente en sombra, la cavidad óptica estabilizaría un láser cercano fijando su luz en una frecuencia única y de alta precisión. Los investigadores dicen que la señal resultante podría funcionar como una baliza GPS para naves espaciales lunares, al mismo tiempo que se vincula con relojes atómicos basados en satélites para ayudar a formar la “columna vertebral del primer reloj atómico óptico en una superficie extraterrestre”, dijeron los funcionarios en el comunicado.
Sus hallazgos fueron publicados el 8 de mayo en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.