Entre a estratosfera e a termosfera existe uma região da atmosfera que permanece praticamente fora do alcance da ciência. Aviões e balões não conseguem chegar até lá, enquanto satélites encontram ar suficiente para perder altitude rapidamente. Agora, pesquisadores acreditam ter encontrado uma solução surpreendentemente simples: pequenas estruturas capazes de “surfar” na luz solar.
A região da atmosfera que quase não conseguimos explorar
A mesosfera se estende aproximadamente entre 50 e 85 quilômetros acima da superfície terrestre. Sua parte superior, especialmente em torno dos 70 quilômetros de altitude, é tão difícil de estudar que ganhou informalmente o apelido de “ignorosfera”.
O problema está nas condições físicas dessa região. O ar é rarefeito demais para sustentar aviões convencionais ou balões, mas ainda é suficientemente denso para produzir arrasto e impedir que satélites permaneçam em órbita.
Por isso, boa parte das observações depende de instrumentos remotos ou de foguetes de sondagem. Estes atravessam a região rapidamente e oferecem apenas alguns minutos para realizar medições.
Pesquisadores, porém, propõem uma alternativa radical: construir estruturas minúsculas e extremamente leves capazes de permanecer suspensas usando apenas energia solar.
Uma aeronave sem motor que levita com a luz do Sol
Em estudos publicados na revista Nature, pesquisadores apresentaram estruturas voadoras em formato de disco, com poucos centímetros de tamanho, praticamente sem peso e sem nenhuma peça móvel.
Elas não utilizariam hélices, motores ou combustível. A própria luz solar produziria a força necessária para mantê-las suspensas.
Segundo os cálculos dos pesquisadores, um pequeno disco poderia transportar aproximadamente 10 miligramas. Parece pouco, mas seria suficiente para carregar uma célula solar, sensores minúsculos e um sistema de comunicação capaz de transmitir informações para a Terra.
Simulações também indicam que uma estrutura desse tipo poderia permanecer estável durante cerca de um dia a aproximadamente 75 quilômetros de altitude.
O segredo está em um fenômeno chamado fotoforese
O mecanismo responsável pela levitação é conhecido como fotoforese, fenômeno no qual partículas ou estruturas podem se movimentar devido à interação entre luz, temperatura e moléculas de gás.
O dispositivo proposto pelos cientistas utiliza duas lâminas extremamente finas, feitas de materiais como cerâmica e cromo. Elas ficam separadas por uma pequena camada de ar e conectadas por estruturas microscópicas.
Milhares de pequenos poros atravessam as superfícies. A parte superior permite a passagem da luz, enquanto a inferior absorve mais radiação e aquece.
Quando a luz solar atinge o disco, a superfície inferior fica mais quente. As moléculas de gás interagem de maneira diferente com as duas faces e também atravessam os pequenos poros por um processo conhecido como transpiração térmica.
Isso cria uma diferença de pressão capaz de produzir um pequeno impulso para cima.
A força é extremamente pequena. Mas, como o ar nessa região é muito rarefeito e a estrutura pesa quase nada, o impulso pode ser suficiente para mantê-la suspensa.
Experimento em laboratório já conseguiu produzir levitação
A tecnologia ainda está longe de voar livremente pela mesosfera, mas os pesquisadores já demonstraram o princípio em laboratório.
O grupo testou uma estrutura de aproximadamente um centímetro dentro de uma câmara com pressão de apenas 26,7 pascais — cerca de 0,026% da pressão atmosférica ao nível do mar.
Um laser reproduziu aproximadamente a intensidade média da luz solar. Nessas condições, a estrutura conseguiu levitar.
Por enquanto, essa é a principal demonstração experimental. Previsões como transportar 10 miligramas e permanecer suspensa a 75 quilômetros de altitude ainda dependem de modelos matemáticos e simulações.
A tecnologia poderia estudar o clima e até ajudar na exploração de Marte
Se funcionar fora do laboratório, a tecnologia poderá abrir uma nova janela para estudar uma região da atmosfera que permanece pouco conhecida.
Sensores transportados por essas estruturas poderiam medir temperatura, pressão e ventos, além de observar fenômenos atmosféricos difíceis de acompanhar atualmente.
Existe ainda outra possibilidade: Marte.
A pressão atmosférica próxima à superfície marciana apresenta características semelhantes às encontradas nas regiões superiores da atmosfera terrestre. Isso significa que estruturas baseadas em fotoforese também poderiam ser consideradas para futuras missões de exploração do planeta.
Mas existem obstáculos importantes. Ainda não se sabe por quanto tempo esses dispositivos sobreviveriam às variações de pressão, temperatura e iluminação. Também é necessário descobrir se seria possível controlar sua altitude ou trajetória.
Outro desafio é aumentar a escala da tecnologia para transportar instrumentos científicos mais pesados.
NASA também estuda estruturas que poderiam permanecer meses no céu
O conceito já despertou interesse comercial e científico. A startup Rarefied Technologies trabalha no desenvolvimento de estruturas impulsionadas por fotoforese e pretende transformar a tecnologia em aplicações práticas.
A NASA também investiga o conceito.
A agência descreveu estruturas ultraleves que poderiam utilizar a luz solar para permanecer suspensas durante meses em altitudes entre 30 e 100 quilômetros.
A proposta é equipá-las com sensores rastreáveis por satélites para medir vento, temperatura e pressão em regiões da atmosfera onde atualmente existem poucas observações diretas.
Esses dispositivos provavelmente nem precisariam retornar ao solo. Uma das possibilidades estudadas é construí-los com materiais capazes de se desintegrar depois do fim de sua vida útil.
Se a tecnologia superar os desafios atuais, pequenos discos praticamente sem peso poderão ocupar uma das últimas regiões pouco exploradas da atmosfera terrestre — usando apenas a luz do Sol para permanecer no céu.
[ Fonte: Xataka ]
