Descoperirea apei pe Lună ar putea fi acum mult mai ușoară, mulțumită unei tehnologii Goddard care folosește „efectul tunel” pentru a genera un laser cu terahertz extrem de puternic, astfel acoperind un gol în tehnologia cu laser existentă.
Localizarea apei și a altor resurse este o prioritate pentru NASA, fiind un pas crucial în explorarea satelitului natural al Pământului și a altor obiecte din Sistemul Solar și nu numai, potrivit descopera.md.
Experimentele anterioare au sugerat, iar apoi confirmat, existența unor cantități mici de apă pe Lună. Cu toate acestea, majoritatea tehnologiilor nu fac diferența între apă, ioni liberi de hidrogen și hidroxil, având în vedere că detectorii de bandă largă utilizați nu pot face diferența între substanțele volatile diferite.
„Dacă este vorba despre apă, de unde a provenit?”
Dr. Berhanu Bulcha, inginer Goddard, a transmis că un tip de instrument numit „spectrometru heterodinar” ar putea observa îndeaproape anumite frecvențe pentru a identifica și localiza cu certitudine sursele de apă de pe Lună. Ar fi nevoie de un laser stabil, extrem de puternic, cu terahertz, pentru care a fost conceput un prototip alături de Longwave Photonics, în cadrul programului Small Business Innovation Research (SBIR) al NASA.
„Alte misiuni au descoperit hidratare pe Lună, însă asta ar putea indica hidroxil sau apă. Dacă este vorba despre apă, de unde a provenit? Este indigenă formării Lunii, ori a apărut mai târziu prin intermediul impacturilor de comete? Cât de multă apă există acolo? Trebuie să răspundem la aceste întrebări pentru că apa este crucială pentru supraviețuire și poate fi folosită pentru a produce combustibil pentru explorarea ulterioară”, a explicat Bulcha, citat de NASA.
Problema cu tehnologia laser existentă
Așa cum sugerează și denumirea, spectrometrele detectează lungimi de undă de lumină astfel încât să dezvăluie proprietățile chimice de materie pe care lumina le-a atins. Majoritatea spectrometrelor tind să funcționeze în mai multe secțiuni ale spectrului. Instrumentele heterodinare folosesc frecvențe de lumină foarte specifice cum ar fi infraroșu sau terahertz. Compușii care conțin hidrogen, precum apa, emit fotoni în raza de frecvență terahertz, în jur de 2 până la 10 trilioane de cicluri pe secundă, între microunde și infraroșu.
Laserele tradiționale generează lumină prin excitarea unui electron în cadrul învelișului exterior al unui atom, care apoi emite un singur foton pe măsură ce trece, sau se întoarce, la nivelul de energie în repaus. Atomi diferiți produc diferite frecvențe de lumină în funcție de cantități fixe de energie necesară pentru a excita un electron. Cu toate acestea, laserele nu fac față într-o anumită porțiune a spectrului, între microunde și infraroșu, cunoscută drept „golul terahertz”.
„Problema cu tehnologia laser existentă este că niciun material nu are proprietățile necesare pentru a produce un val de terahertz”, a explicat Bulcha.
Un laser gata de zbor pentru programul Artemis al NASA
Pentru a umple acest fol, echipa lui Bulcha dezvoltă lasere cuantice în cascadă care produc fotoni din fiecare eveniment de tranziție a electronilor prin faptul că profită de fizica unor materiale unice, de scară cuantică, cu o grosime de doar câțiva atomi.
În cadrul acestor materiale, un laser emite fotoni într-o frecvență specifică determinată de grosimea straturilor alternante de semiconductori, spre deosebire de elementele din material. În fizica cuantică, straturile subțiri cresc șansa ca un foton să treacă prin următorul strat în loc să se lovească de barieră. Odată ajuns acolo, fotonul excită alți fotoni.
Folosind un material generator cu 80 până la 100 de straturi, ajungând la o grosime de mai puțin de 10 – 15 micrometri, sursa cercetătorilor creează o cascadă de fotoni cu energie terahertz.
Bulcha speră să poată continua cercetările astfel încât să dezvolte un laser gata de zbor pentru programul Artemis al NASA.
