Velas de luz precisam de mais potência para alcançar outras estrelas

Espa?o

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/03/2025

Vela solar e vela de luz

O conceito de velas solares j? foi demonstrado no espa?o, e poder? aproveitar a luz do Sol para impulsionar naves a grandes dist?ncias, com baixo consumo de eletricidade.

As velas solares s?o impulsionadas pelos f?tons, gra?as a um fen?meno chamado press?o de radia??o da luz. ? medida que os f?tons refletem sobre a superf?cie espelhada da vela, eles fornecem uma pequena quantidade de energia que empurra a vela para a frente, como o vento em uma vela e?lica tradicional no mar - existem tamb?m velas solares difrativas.

Mas n?o queremos ficar limitados ? vizinhan?a da nossa estrela, ent?o emergiu um conceito derivado, que alguns chamam de "velas de luz" - o princ?pio de funcionamento ? o mesmo, mas a luz da estrela ? substitu?da por um canh?o laser altamente focalizado, que pode permitir acelera??es constantes - e, portanto, alcan?ar velocidades muito altas - para explorar os enormes vazios interestelares.

"A vela de luz viajar? mais r?pido do que qualquer nave espacial anterior, com potencial para eventualmente abrir as dist?ncias interestelares para a explora??o por naves espaciais de algo que agora s? ? acess?vel por observa??o remota," disse o professor Harry Atwater, do Instituto de Tecnologia da Calif?rnia.

Prot?tipo de vela de luz

Agora, a equipe do professor Atwater desenvolveu uma plataforma para caracterizar as membranas ultrafinas que um dia poder?o ser usadas para fabricar essas velas de luz. Sua plataforma de teste inclui uma maneira de medir a for?a que os lasers exercem sobre as velas para fornecer empuxo para a espa?onave. Os experimentos da equipe marcam o primeiro passo para passar de propostas te?ricas e projetos de velas de luz para observa??es e medi??es reais dos principais conceitos e materiais para sua fabrica??o.

"Existem v?rios desafios envolvidos no desenvolvimento de uma membrana que poderia, em ?ltima an?lise, ser usada como vela de luz. Ela precisa suportar o calor, manter sua forma sob press?o e navegar de forma est?vel ao longo do eixo de um feixe de laser," explicou Atwater. "Mas, antes de come?armos a construir tal vela, precisamos entender como os materiais respondem ? press?o de radia??o dos lasers. Quer?amos saber se poder?amos determinar a for?a exercida sobre uma membrana apenas medindo seus movimentos. Acontece que podemos."

O objetivo ? caracterizar o comportamento de uma vela de luz movendo-se livremente pelo espa?o. Mas, como um primeiro passo, para come?ar a estudar os materiais e as for?as propulsoras, a equipe criou uma vela de luz em miniatura e estacion?ria, que fica amarrada pelos cantos dentro de uma membrana maior.

A vela experimental consiste em uma membrana de nitreto de sil?cio com apenas 50 nan?metros de espessura, criando algo que parece um trampolim, um quadrado com apenas 40 micr?metros de largura e 40 micr?metros de comprimento. A estrutura fica suspensa pelos cantos por molas de nitreto de sil?cio.

Ent?o a equipe atingiu a membrana com a luz de um laser de arg?nio em um comprimento de onda vis?vel. O objetivo era medir a press?o de radia??o que a vela de luz em miniatura experimentou medindo os movimentos do trampolim conforme ele se movia para cima e para baixo. "O dispositivo representa uma pequena vela de luz, mas uma grande parte do nosso trabalho foi conceber e concretizar um esquema para medir com precis?o o movimento induzido por for?as ?pticas de longo alcance," disse o pesquisador Ramon Gao.

Pouca pot?ncia

O aparato experimental montado pela equipe permitiu medir movimentos da vela na faixa dos pic?metros (trilion?simos de metro), bem como sua rigidez mec?nica, ou seja, o quanto as molas se deformavam quando a vela era empurrada pela press?o de radia??o do laser.

Como os pesquisadores sabem que uma vela de luz no espa?o nem sempre permanecer? perpendicular ? fonte de laser na Terra, eles ent?o inclinaram o feixe de laser para imitar isso e novamente mediram a for?a com a qual o laser empurrava a mini vela. Mais importante, foi preciso contabilizar o feixe de laser se espalhando em ?ngulo e, portanto, perdendo o alvo.

Infelizmente, a for?a detectada foi menor do que o esperado - 70 femtoNewtons usando um feixe colimado de 110 W cm^-2. Isso ? muito menos do que o calculado, mostrando que ainda h? trabalho a ser feito para viabilizar o conceito das velas de luz. Em seu artigo, os pesquisadores levantam a hip?tese de que parte do feixe de laser, quando direcionado em um ?ngulo, atinge a borda da vela, fazendo com que uma parte da luz seja espalhada e enviada em outras dire??es.

Olhando para o futuro, a equipe espera usar nanoci?ncia e metamateriais - materiais cuidadosamente projetados nessa pequena escala para ter propriedades desej?veis - para ajudar a controlar o movimento lateral e a rota??o de uma vela de luz em miniatura.

Nesse futuro, a expectativa ? prover a propuls?o para as naves da Iniciativa Starshot, que pretende enviar nanonaves para fazerem a primeira viagem interestelar.

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