Os satélites GPS suportam medições da Terra, retransmitindo informações para outros satélites. Matrizes retrorrefletoras a laser (LRAs) estão melhorando esse processo, aumentando a precisão da geodésia – o estudo da forma e das mudanças da Terra. Os LRAs permitem medições precisas de distâncias, essenciais para monitorizar fenómenos globais como a subida do nível do mar e as mudanças tectónicas. (Conceito do artista.) Crédito: SciTechDaily.com
Matrizes retrorrefletoras a laser (LRAs) estão avançando GPS capacidades de satélite, cruciais para medições precisas da Terra em geodésia. Esta tecnologia permite o rastreamento preciso da forma, rotação e mudanças ambientais da Terra.
O uso mais conhecido dos satélites GPS é ajudar as pessoas a saberem sua localização, seja dirigindo um carro, navegando em um navio ou avião ou caminhando por um território remoto. Outro uso importante, mas menos conhecido, é distribuir informações a outros satélites de observação da Terra para ajudá-los a identificar medições precisas do nosso planeta.
NASA e várias outras agências federais, incluindo a Força Espacial dos EUA, o Comando Espacial dos EUA, o Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA e a Agência Nacional de Inteligência Geoespacial estão melhorando a localização precisão dessas medições até o milímetro com um novo conjunto de matrizes retrorrefletoras de laser, ou LRAs.
“O principal benefício do alcance a laser e dos LRAs é melhorar a geolocalização de todas as nossas observações da Terra”, disse Stephen Merkowitz, gerente de projeto do NASA’s Projeto de Geodésia Espacial no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland.
Uma equipe de cientistas e engenheiros do projeto testou essas matrizes no início deste ano para garantir que estavam à altura de sua tarefa e que poderiam suportar o ambiente hostil do espaço. Recentemente, o primeiro conjunto desses novos conjuntos de retrorrefletores a laser foi enviado para a Força Espacial dos EUA e para a Lockheed Martin em Littleton, Colorado, para ser adicionado à próxima geração de satélites GPS.
Reflexão do conjunto retrorrefletor de laser através do aparelho de teste. Crédito: NASA/Zach Denny
Como funcionam as matrizes retrorrefletoras a laser?
Matrizes retrorrefletoras a laser tornam possível fazer alcance a laser – usando pequenas rajadas de luz laser para detectar distâncias entre objetos. Pulsos de luz laser de uma estação terrestre são direcionados para um satélite em órbita, que então reflete no conjunto e retorna para a estação. O tempo que a luz leva para viajar do solo até o satélite e voltar pode ser usado para calcular a distância entre o satélite e o solo.
Matrizes de alcance a laser e retrorrefletores a laser fazem parte de missões espaciais há décadas e atualmente são montadas e essenciais para a operação de satélites de observação da Terra como ICESat-2 (Ice, Cloud, and land Elevation Satellite 2), SWOT (Surface Topografia da Água e do Oceano) e GRACE-FO (Recuperação de Gravidade e Experimento Climático Follow On). LRAs para alcance a laser foram implantados na superfície da Lua durante as missões Apollo.
“Os LRAs são espelhos especiais”, disse Merkowitz. “Eles são diferentes de um espelho normal porque refletem a luz diretamente em direção à sua fonte original.”
LRAs em testes em Goddard, capturados por Zach Denny. O reflexo azul dos retrorrefletores – que têm 3,5 polegadas de diâmetro – são reflexos das luvas que Denny usava, enquanto a cor preta é o reflexo das lentes do telefone. Crédito: NASA/Zach Denny
Para o alcance do laser, os cientistas desejam direcionar os feixes de luz de volta à fonte original. Eles fazem isso colocando três espelhos em ângulos retos, formando essencialmente um canto interno de um cubo. Os conjuntos de retrorrefletores a laser são compostos por um conjunto de 48 desses cantos espelhados.
“Quando a luz entra na matriz, devido a esses ângulos de 90 graus, a luz irá refletir e fazer uma série de reflexões, mas o ângulo de saída sempre sairá no mesmo ângulo daquele que entrou”, disse Zach Denny, engenheiro óptico do Projeto de Geodésia Espacial em Goddard.
O que as matrizes retrorrefletoras a laser ajudarão?
Geodésia é o estudo da forma da Terra, bem como de sua gravidade e rotação, e como todas elas mudam ao longo do tempo. Laser variando até matrizes retrorrefletoras de laser é uma técnica chave neste estudo.
A superfície da Terra está constantemente mudando em pequenas formas devido ao deslocamento das placas tectônicas, ao derretimento do gelo e a outros fenômenos naturais. Com estas mudanças constantes – e o facto de a Terra não ser uma esfera perfeita – deve haver uma forma de definir as medidas na superfície da Terra. Os cientistas chamam isso de quadro de referência.
Essas matrizes e o alcance do laser não apenas ajudam a localizar com precisão os satélites em órbita, mas também fornecem informações de posicionamento precisas para as estações terrestres na Terra. Com essas informações, os cientistas podem chegar ao ponto de encontrar o centro de massa da Terra, que é a origem, ou ponto zero, do referencial.
Medições geodésicas – alcance do laser para satélites de referência como LAGEOS (Satélites Geodinâmicos Laser) – são usados para determinar constantemente a localização do centro de massa da Terra até um milímetro. Essas medições são essenciais para permitir que os cientistas atribuam longitude e latitude às medições de satélite e as coloquem em um mapa.
Eventos significativos como tsunamis e terremotos podem causar pequenas alterações no centro de massa da Terra. Os cientistas precisam de medições precisas de alcance a laser para quantificar e compreender essas mudanças, disse Linda Thomas, engenheira pesquisadora do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA, em Washington.
As medições por satélite de fenómenos subtis mas importantes da Terra, como a subida do nível do mar, baseiam-se num quadro de referência preciso. A tendência global a longo prazo de subida do nível do mar, bem como as suas variações sazonais e regionais, ocorrem a taxas de apenas alguns milímetros por ano. O quadro de referência precisa ser mais preciso do que essas mudanças se os cientistas quiserem medi-las com precisão.
“A geodésia é uma parte fundamental da nossa vida diária porque nos diz onde estamos e como o mundo está a mudar”, disse Frank Lemoine, cientista do Projecto de Geodésia Espacial da NASA.
