As observações da Terra são uma das funções mais essenciais da nossa atual frota de satélites. Normalmente, cada satélite é especializado num tipo de detecção remota – monitorizar os níveis dos oceanos, por exemplo, ou observar o desenvolvimento e o movimento das nuvens. Isto deve-se principalmente às restrições dos seus sensores – particularmente o radar. No entanto, um novo tipo de sensor em desenvolvimento pode mudar o jogo na detecção remota da Terra, e recebeu recentemente uma subvenção do Instituto de Conceitos Avançados (NIAC) da NASA para promover o seu desenvolvimento.

Essa nova tecnologia de sensor é conhecida como sensor Rydberg e usa a teoria quântica para detectar uma ampla banda de sinais de radar de uma só vez. A bolsa foi para Darmindra Arumugam, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, especializado em sensoriamento remoto e que trabalha com a tecnologia há anos. Então, por que os sensores Rydberg são tão especiais?

Numa aplicação típica de sensoriamento remoto, um sensor é lançado em um satélite que é muito bom na detecção de uma determinada frequência de luz. Em termos de radar, estes são divididos em várias “bandas” diferentes, cada uma cobrindo algo entre alguns megahertz e alguns gigahertz. Alguns são mais familiares do que outros, como UHF (frequência ultra-alta – 300-1000 MHz), mas alguns são mais esotéricos, como a banda Ku de 12-18 GHz.

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Aqui está uma apresentação sobre o tema que o Dr. Arumugam fez ao Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da NC State
Crédito – Estado NC ECE
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Cada uma dessas bandas é boa para monitorar um sistema específico na Terra. Por exemplo, a NASA usa o VHF (30-300 MHz) para estudar a tomografia da Terra e a banda UHF para estudar neve e chuva. No entanto, cada uma destas frequências exigiria a sua própria antena especialmente concebida para detectar, de modo que qualquer sistema que tentasse ter capacidades de detecção numa vasta gama de frequências, e assim monitorizar uma vasta gama de sistemas diferentes, ficaria cada vez mais caro. à medida que bandas adicionais foram adicionadas ao sistema.

É aí que entram os sensores Rydberg. Eles são um novo tipo de sensor que usa o estado quântico de um único átomo para detectar uma banda larga de diferentes ondas eletromagnéticas. Por exemplo, um único sensor Rydberg poderia detectar sinais da banda HF até a banda Ka, na extremidade mais rápida do espectro do radar. Isso permitiria que um satélite com um único sensor monitorasse todos os diferentes sistemas que o radar pode detectar remotamente.

Explicar o funcionamento de um sensor Rydberg requer uma compreensão relativamente completa da mecânica quântica. Os sensores Rydberg têm o nome de um estado quântico conhecido como estado Rydberg, que é extraordinariamente sensível ao seu ambiente. Para chegar ao estado de Rydberg, os engenheiros têm de eliminar um único átomo de rubídio ou césio com um laser para fazê-lo crescer até um estado extraordinariamente grande – quase do tamanho de uma bactéria. Eles então monitoram opticamente as mudanças no átomo, que é afetado por sinais nas bandas de radar mencionadas anteriormente. O sistema óptico de suporte analisa então as mudanças no átomo e pode correlacionar essas mudanças com mudanças no sinal em uma banda de frequência específica.

Nestes episódios do AstronomyCast, Fraser e Pamela discutem por que o sensoriamento remoto é tão útil.
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Diversas provas de conceitos já foram apresentadas, como as fornecidas pelos Institutos Nacionais de Padrões e Tecnologia. Mas eles ainda precisam ser aplicados ao espaço – e é aí que entra a pesquisa do Dr. Arumugam. Seu projeto financiado pelo NIAC é desenvolver um sensor Rydberg que possa ser lançado em um satélite e detectar uma ampla banda de sinais de radar, incluindo aqueles que monitoram a criosfera, onde o gelo e a neve estão presentes em terra. Com um único sensor Rydberg, o Dr. Arumugam espera capturar todos os dados para uma imagem completa de como as geleiras, o derretimento da neve e a camada de gelo da Terra mudam ao longo do tempo.

Isso ainda está muito longe, já que as viagens ao espaço não são conhecidas por serem suaves e, até agora, os sensores Rydberg só demonstraram funcionar em laboratório. Mas, dado que a tecnologia tem apenas dez anos, há muito potencial para melhorias, e é precisamente para isso que servem as subvenções do NIAC. Arumugam diz no final da redação de sua proposta, esta tecnologia “(tem grande) potencial para gerar interesse dentro da NASA, do público e da indústria…” Se funcionar como os teóricos esperam, ele estará certo. .

Saber mais:
Darmindra Arumugam – Radar Rydberg Crisoférico
UT – Mapeamento de tubos de lava na Lua e em Marte a partir do espaço
UT – Imagens de satélite podem ajudar a prever quando vulcões subaquáticos estão prestes a entrar em erupção
UT – Satélites podem rastrear microplásticos do espaço

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Imagem principal:
Representação gráfica dos radares de detecção Rydberg.
Crédito – Darmindra Arumugam

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Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.