NASA desenvolve o primeiro sensor quântico espacial para criar o mapa mais preciso da gravidade da Terra

Cientistas da NASA publicaram um artigo no periódico EPJ Quantum Technology relatando o desenvolvimento do primeiro sensor quântico espacial para medir a gravidade perto da Terra. O novo dispositivo será capaz de criar um mapa gravitacional do planeta com a mais alta precisão. Isso ajudará na navegação, em programas espaciais e também permitirá a determinação remota de depósitos minerais, incluindo petróleo e água potável.

Um exemplo de um mapa gravitacional da Terra (áreas de maior gravidade são mostradas em vermelho, áreas de menor gravidade são mostradas em azul). Fonte da imagem: NASA

Os sensores de gravidade quântica usam o mesmo princípio de medição da gravidade que os sensores convencionais, só que serão uma ordem de magnitude mais sensíveis. Para isso, os sensores quânticos utilizam átomos como massas de teste, cuja aceleração da queda determina a força da gravidade em um ponto específico do espaço. Caso contrário, tudo acontece de forma semelhante. Dependendo da força da gravidade em cada ponto específico do espaço, a massa de teste cairá com maior ou menor aceleração. Assim, bem abaixo da Terra e sob sua superfície, sobre a qual o satélite com o sensor voa, mais ou menos massa estará concentrada.

O sensor quântico Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder (QGGPf) usa átomos de rubídio super-resfriados como massa de teste. Resfriadas a temperaturas próximas do zero absoluto, as partículas em nuvens de átomos se comportarão como ondas. O gradiômetro de gravidade quântica medirá a diferença de aceleração entre ondas dessa matéria para detectar anomalias gravitacionais.

A NASA está colaborando com diversas empresas e centros de pesquisa no desenvolvimento do sensor QGGPf e seu sistema de satélite. Assim, a equipe do JPL está desenvolvendo tecnologia de cabeça de sensor com as empresas AOSense e Infleqtion. O Centro Goddard da NASA está trabalhando com a Vector Atomic para melhorar o sistema óptico de laser.

O sensor quântico promete ser compacto o suficiente para ser colocado a bordo de uma única nave relativamente pequena. Seu volume será de 0,25 m³ e seu peso será de cerca de 125 kg. Os instrumentos gravitacionais tradicionais baseados no espaço são visivelmente maiores e mais pesados.

Os primeiros testes de voo dos elementos sensores de gravidade quântica estão planejados para o final da década atual. A data para o lançamento de um dispositivo científico quântico completo no espaço ainda não foi definida; ainda há muitas barreiras técnicas a serem superadas. Além de mapear a gravidade da Terra, o sensor quântico ajudará a estudar os planetas do sistema solar e contribuirá para a física fundamental. Em seu campo, ele se tornará o instrumento científico mais avançado e o primeiro de seu tipo.