HomeMissioni SpazialiLa NASA spera di individuare acqua sulla luna con questo minuscolo laser

La NASA spera di individuare acqua sulla luna con questo minuscolo laser

Dopo decenni di abbandono, la luna aspetta nuovamente visitatori. La NASA è a pochi giorni dal lancio di Artemis , che annuncia una nuova era di esplorazione lunare. Se tutto va secondo i piani, l’umanità avrà una presenza lunare permanente nei prossimi anni. I depositi di acqua sulla luna potrebbero fornire importanti risorse per sostenere gli astronauti e alimentare l’esplorazione della luna e oltre, ma prima dobbiamo sapere esattamente dove si trova quell’acqua.

A tal fine, un ingegnere del Goddard Space Flight Center della NASA ha sviluppato un minuscolo laser che potrebbe essere la chiave per rintracciare quei depositi di ghiaccio d’acqua.

Gli scienziati sospettavano da tempo che potesse esserci dell’acqua sulla luna e gli esperimenti successivi lo confermarono. Tuttavia, le tecnologie di rilevamento a banda larga utilizzate per scansionare la superficie lunare possono solo confermare l’ idratazione . Non sono in grado di distinguere tra acqua, ioni idrogeno liberi e idrossile.

Secondo il dottor Berhanu Bulcha di Goddard, uno spettrometro eterodina sarebbe in grado di “ingrandire” le frequenze necessarie per distinguere tra queste molecole. Tuttavia, un sistema spaziale in grado di farlo richiederebbe un laser terahertz stabile e ad alta potenza. Quel dispositivo non esisteva, ma ora esiste, grazie a Bulcha e alla collaborazione con Longwave Photonics attraverso il programma Small Business Innovation Research (SBIR) della NASA.

Gli spettrometri sono disponibili in vari gusti, ma tutti operano sull’idea di rilevare le lunghezze d’onda della luce per dedurre le proprietà chimiche di un bersaglio. La maggior parte degli spettrometri funziona su un’ampia gamma di frequenze (ad es. Banda larga), ma uno spettrometro eterodina può comporre intervalli di frequenza specifici come infrarossi o terahertz. Un composto come l’acqua che contiene atomi di idrogeno emette fotoni nella gamma di frequenza dei terahertz, quindi è lì che lo strumento deve concentrarsi. Il nuovo laser sviluppato da Goddard può farlo evitando gli inconvenienti di altri design.

Era possibile generare laser terahertz prima di quest’ultimo sviluppo, ma non erano adatti all’uso nello spazio. Le frequenze radio o microonde potrebbero essere amplificate per produrre impulsi terahertz a bassa potenza, ma l’efficienza è bassa e gli amplificatori necessari perdono potenza quando si avvicinano alla gamma di terahertz da due trilioni a 10 trilioni di cicli al secondo. D’altra parte, i laser ottici possono pompare energia nei gas per generare fotoni nella gamma dei terahertz, ma questi sistemi sono enormi e assetati di energia, il che li rende inutili nelle attuali operazioni lunari.

Per colmare il divario, il team del Dr. Bulcha sta sviluppando un laser a cascata quantistica che è minuscolo e in grado di funzionare nella gamma di frequenze necessaria. Sfrutta anche alcune delle stranezze della meccanica quantistica per aggirare i limiti dei precedenti emettitori laser. Lo spessore degli strati semiconduttori in questo laser determina la frequenza piuttosto che gli elementi nel materiale.

Pertanto, un generatore con 80-100 strati, che ha uno spessore inferiore a 10 micrometri, può generare tutti i fotoni di energia terahertz necessari per uno spettrometro eterodina. Bulcha spera che il lavoro sul laser possa essere terminato in tempo per aiutare il programma Artemis, che potrebbe far atterrare gli umani sulla luna già nel 2025.

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