La misión Artemis está dando sus primeros pasos para que el ser humano vuelva a pisar la Luna de nuevo. Su propósito es recopilar muestras del satélite natural de la Tierra para investigarlo. El doctor Berhanu Bulcha, ingeniero del Centro de vuelo espacial Goddard, asegura haber descubierto una forma más sencilla de encontrar agua allí, algo que sería útil para explorar el terreno.
Algunos experimentos anteriores confirmaron que la Luna cuenta con pequeñas cantidades de agua. No obstante, cabe señalar que la mayoría de tecnologías no son capaces de distinguir entre agua, iones de hidrógeno libres e hidroxilo, según la NASA, porque “los detectores de banda ancha utilizados no pueden distinguir entre los diferentes volátiles”.
El comunicado de la NASA detalla que lo que Bulchua propone es usar un instrumento llamado espectrómetro heterodino que “podría acercarse a frecuencias particulares para identificar y localizar definitivamente las fuentes de agua en la Luna”. Este proceso requeriría de un láser de terahercios estable de alta potencia que se ha desarrollado en el programa Small Business Innovation Research (SBIR) de la NASA en colaboración con Longwave Photonics.
El ingeniero de Goddard se plantea varias preguntas sobre la posible agua encontrada en el satélite natural: “¿De dónde vino? ¿Es originario de la formación de la Luna o llegó más tarde por impactos de cometas? ¿Cuánta agua hay ahí?”. Bulcha recalca que responder a estas cuestiones es importante porque el agua sería “fundamental para la supervivencia y se puede utilizar para producir combustible para futuras exploraciones” espaciales.
¿En qué consiste el espectrómetro heterodino?
La agencia espacial estadounidense explica que los espectrómetros son herramientas que detectan, como bien indica su nombre, espectros o longitudes de onda de luz. Mediante esto, se pueden revelar propiedades químicas de la materia que ha tocado la luz. Por otro lado, los instrumentos heterodinos marcan frecuencias de luz muy específicas, como infrarrojos o terahercios.
De este modo, los espectrómetros heterodinos combinan una fuente de láser local con luz entrante. Según la NASA, “la medición de la diferencia entre la fuente láser y la longitud de onda combinada proporciona lecturas precisas entre los subanchos de banda del espectro”.
Por lo general, los láseres convencionales generan luz al excitar un electrón dentro de la capa externa de un átomo que luego emite un solo fotón conforme pasa o regresa a su nivel de energía en reposo. La NASA comenta que el inconveniente con esta tecnología láser tradicional es que “se quedan cortos en una porción particular del espectro entre el infrarrojo y las microondas, conocida como brecha de terahercios”.
En el comunicado, explican que los osciladores electromagnéticos producen pulsos de terahercios de baja potencia a través del uso de amplificadores y multiplicadores de frecuencia que extienden la señal para alcanzar los terahercios. A pesar de que logren llegar a ese rango, ese proceso consume mucho voltaje y los materiales utilizados tienen una eficacia limitada y pierden potencia.
Por su parte, existen láseres de banda de terahercios de alta potencia, pero son muy grandes, consumen mucha energía y no son ideales para la exploración espacial.
Bulcha y su equipo están desarrollando láseres de cascada cuántica para solucionar estos problemas. Estos producirán “fotones de cada evento de transición de electrones aprovechando una física única a escala cuántica de materiales en capas de solo unos pocos átomos de espesor”, dice la NASA.
“En la física cuántica, las capas delgadas aumentan la posibilidad de que un fotón pueda pasar a la siguiente capa en lugar de rebotar en la barrera –apuntan en el comunicado-. Una vez allí, excita fotones adicionales. Usando un material generador con 80 a 100 capas, con un espesor total de menos de 10 a 15 micrones, la fuente del equipo crea una cascada de fotones de energía de terahercios”. Dicha cascada consume menos y genera una luz estable y de alta potencia.
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