Os feixes tratores fazem sentido intuitivo. Matéria e energia interagem umas com as outras de inúmeras maneiras em todo o Universo. Magnetismo e gravidade são forças naturais que podem aproximar objetos, então há uma espécie de precedente.
Mas projetar um raio trator real é algo diferente.
Um raio trator é um dispositivo que pode mover um objeto à distância. A ideia vem de uma história de ficção científica de 1931 chamada SpaceHounds of IPC:
“Existe algo como uma tela de raios, seu matador de alegria, e também existem raios de elevação ou tratores – duas coisas que tenho tentado eliminar e que você está me dando a torcida do Bronx. O Os titãs têm um raio trator há séculos – ele me mandou uma droga completa sobre isso – e os jovianos têm os dois. Teremos eles em três dias, e deve ser bastante simples dopar o oposto de um trator também – um empurrador ou feixe pressor.”
Se a ficção científica tivesse algo a dizer sobre isso, os raios trator já seriam comuns, e poderíamos agradecer a Star Trek e Star Wars por sua proliferação.
Mas os raios tratores já existem, embora seu alcance seja apenas microscópico.
Feixes tratores microscópicos são empregados em dispositivos chamados pinças ópticas. Pinças ópticas usam lasers para mover objetos microscópicos como átomos e nanopartículas. Eles são usados em biologia, nanotecnologia e na medicina.
Esses raios tratores funcionam em objetos microscópicos, mas não são fortes o suficiente para puxar objetos macroscópicos maiores.
Agora, uma equipe de pesquisadores demonstrou com sucesso um raio trator macroscópico. Eles publicaram o artigo explicando seu trabalho na revista Optics Express. Seu título é “Puxar laser macroscópico baseado na força de Knudsen em gás rarefeito”, e o principal autor é Lei Wang, da Universidade de Ciência e Tecnologia de QingDao, na China.
“Em estudos anteriores, a força de atração da luz era muito pequena para atrair um objeto macroscópico”, disse Wang.
“Com nossa nova abordagem, a força de atração da luz tem uma amplitude muito maior. Na verdade, é mais de três ordens de magnitude maior do que a pressão da luz usada para impulsionar uma vela solar, que usa o momento dos fótons para exercer um pequeno impulso. força.”
Este raio trator macroscópico só funciona em condições específicas de laboratório, por isso é uma demonstração, não um desenvolvimento prático. Pelo menos ainda não.
Em primeiro lugar, ele funciona em coisas construídas de propósito: objetos compostos macroscópicos de grafeno-SiO2 que os pesquisadores construíram para os experimentos.
Em segundo lugar, funciona em um ambiente gasoso rarefeito, que tem uma pressão muito menor do que a atmosfera da Terra. Embora isso limite sua eficácia aqui na Terra, nem todo mundo tem tanta pressão atmosférica quanto o nosso planeta.
“Nossa técnica fornece uma abordagem de tração sem contato e de longa distância, que pode ser útil para vários experimentos científicos”, disse Wang.
“O ambiente de gás rarefeito que usamos para demonstrar a técnica é semelhante ao encontrado em Marte. Portanto, pode ter potencial para um dia manipular veículos ou aeronaves em Marte.”
Seu dispositivo funciona com base no princípio do aquecimento a gás. Um laser aquece os objetos compostos, mas um lado é mais quente que o outro. As moléculas de gás na parte de trás recebem mais energia, o que puxa o objeto. Combinado com a pressão mais baixa no ambiente de gás rarefeito, o objeto se move.
Os pesquisadores construíram um dispositivo de pêndulo torcional – ou giratório – feito de sua estrutura composta de grafeno-SiO2 para demonstrar o fenômeno de puxar o laser. Essa demonstração tornou-o visível a olho nu. Eles usaram outro dispositivo para medir o efeito.
“Descobrimos que a força de tração era mais de três ordens de magnitude maior que a pressão leve”, disse Wang. “Além disso, a tração do laser é repetível e a força pode ser ajustada alterando a potência do laser.”
Outros pesquisadores abordaram raios tratores nos últimos anos com resultados mistos. A NASA estava interessada em perseguir a ideia de usar raios tratores para coletar amostras com o rover de superfície MSL Curiosity. Um dos instrumentos do Curiosity é o ChemCam.
Ele inclui um laser que vaporiza rocha ou regolito e, em seguida, um microimagem para medir seus componentes espectroscopicamente. Mas a NASA se perguntou se um raio trator poderia atrair pequenas partículas da amostra vaporizada para o rover para um estudo mais completo.
Uma apresentação da NASA NIAC de 2010 disse: “Se a tecnologia Tractor Beam fosse incluída em uma ‘ChemCam2’ para puxar partículas de poeira e plasma, os raios tratores poderiam adicionar um conjunto de recursos científicos adicionais:
– espectroscopia de íons dessortivos a laser;
– espectrometria de massa;
– espectroscopia RAMAN;
– Fluorescência de Raios-X.
A mesma apresentação dizia que raios trator poderiam ser usados para coletar partículas de caudas de cometas, plumas de gelo em Encélado e até mesmo nuvens na atmosfera da Terra ou em outras atmosferas.
Isso nunca se materializou, mas ilustra como a ideia é atraente.
Esta nova pesquisa produziu resultados interessantes, embora não esteja nem perto de uma implementação prática real. Há muito trabalho e engenharia necessários antes mesmo de se aproximar da praticidade.
Por um lado, é preciso haver uma base teórica bem compreendida que descreva como o efeito funciona em objetos com tamanhos e formas diferentes e com lasers de diferentes potências em diferentes atmosferas.
Os pesquisadores sabem disso, é claro, mas apontam que ainda é uma demonstração efetiva de viabilidade.
“Nosso trabalho demonstra que a manipulação de luz flexível de um objeto macroscópico é viável quando as interações entre a luz, o objeto e o meio são cuidadosamente controladas”, disse Wang.
“Também mostra a complexidade das interações laser-matéria e que muitos fenômenos estão longe de serem compreendidos em escalas macro e micro”.
A parte crítica é que este estudo move raios tratores do microscópico para o macroscópico. Esse é um limite significativo que é difícil de cruzar.
“Este trabalho expande o escopo da tração óptica da microescala para a macroescala, que tem grande potencial nas manipulações ópticas da macroescala”, escrevem os autores em sua conclusão.
As espaçonaves podem muito bem usar raios tratores um dia, mas é improvável que se pareçam com a ficção científica. Star Wars, Star Trek e Spacehounds of IPC apresentam raios tratores em combate e conflito.
Mas, na realidade, eles podem se tornar ferramentas científicas valiosas.
Publicado em 23/01/2023 12h18
Artigo original: