Como um relógio atómico miniaturizado poderá revolucionar a exploração espacial

Perguntem a qualquer navegador do espaço profundo, como Jill Seubert, o que torna tão difícil dirigir uma nave espacial, e dir-vos-ão que é a cronometragem; uma fração de segundo pode decidir o êxito ou o fracasso da missão. Então o que fazer, quando uma nave espacial tem dificuldade em dizer as horas? Damos-lhe um relógio — um relógio atómico, obviamente. Seubert vai espantar-vos com o potencial revolucionário de um futuro em que poderemos receber direções estelares, parecidas com as de um GPS —qualquer que seja o local onde estivermos no universo.

Há seis meses,

assisti com grande expetativa

à aterragem da sonda InSight da NASA
na superfície de Marte.

Duzentos metros,

80 metros,

60, 40, 20, 17 metros.

Receber a confirmação
da aterragem com êxito

foi um dos momentos
mais felizes da minha vida.

E ouvir essa notícia foi possível
graças a dois pequenos grupos de cubos

que seguiram para Marte
com a InSight.

Esses dois cubos transmitiram
ao vivo a telemetria da Insight

para a Terra

de forma a assistirmos
quase em tempo real

a sonda InSight a avançar na direção
da superfície do planeta vermelho,

e a entrar na atmosfera de Marte

a uma velocidade de ponta
de 19 300 km por hora.

Este evento foi transmitido
ao vivo para nós

a mais de 145 milhões
de quilómetros de distância.

Foi transmitido ao vivo de Marte.

Entretanto,

as duas naves espaciais Voyager

— estes são dois exploradores
incrivelmente intrépidos

que foram lançados

no mesmo ano em que nos
apresentaram o Han Solo

pela primeira vez.

E ainda estão a enviar dados
do espaço interestelar

há mais de 40 anos.

Nós estamos a enviar
mais naves para o espaço

a uma distância nunca dantes vista.

Mas todas essas naves no espaço

dependem da execução da sua navegação

aqui na Terra

para perceberem onde estão
e, mais importante ainda,

para onde estão a ir.

E nós temos de fazer essa navegação
aqui na Terra por uma simples razão:

as naves espaciais
são péssimas a contar o tempo.

Mas, se conseguirmos mudar isso,

podemos transformar a forma
como exploramos o espaço.

Neste momento, eu sou navegadora
do espaço profundo.

e sei que, provavelmente,
estão a pensar: "Que profissão é essa?"

É uma profissão muito especial
e também muito divertida.

Eu dirijo naves espaciais,

desde o momento em que se separam
de seu veículo de lançamento

até quando chegam
ao seu destino no espaço.

E esses destinos
— Marte, por exemplo, ou Júpiter —

estão realmente muito longe.

Para pôr o meu trabalho
em contexto para vocês:

é tipo eu parada aqui, em Los Angeles,
a atirar uma flecha

e com essa flecha, eu acerto num alvo
do tamanho de uma moeda,

que está situado na Times Square,
em Nova Iorque.

Agora, eu tenho a oportunidade
de ajustar o curso da minha nave

algumas vezes ao longo da trajetória,

mas, para fazer isso,
preciso de saber onde ela está.

E rastrear uma nave espacial
enquanto ela atravessa o espaço profundo

é fundamentalmente um problema
de medição do tempo.

Eu não posso pegar numa régua e medir
a distância a que está a minha nave.

mas posso medir quanto demora

um sinal a lá chegar e a regressar.

O conceito é exatamente
o mesmo de um eco.

Se eu me puser em frente
duma montanha e gritar,

quanto mais tempo demora
eu ouvir o eco voltar para mim,

mais longe aquela montanha está.

Então nós medimos o tempo
do sinal com muita precisão,

porque errar,
apenas por uma fração de segundo,

pode definir a diferença entre
a nave pousar segura e suavemente

na superfície de outro planeta

ou criar outra cratera nessa superfície.

Basta uma pequena fração de segundo

e isso pode ser a diferença
entre a morte e a vida da missão.

Assim, nós medimos meticulosamente
o tempo do sinal, aqui na Terra,

até ao milésimo de milionésimo de segundo.

Mas tem de ser medido aqui na Terra.

Há um grande desequilíbrio de escala
na exploração espacial.

Historicamente, temos conseguido
mandar pequenas coisas para muito longe,

graças a coisas muito grandes
aqui no nosso planeta natal.

Por exemplo, este é o tamanho
de uma antena parabólica

que usamos para falar
com as naves no espaço profundo.

Os relógios atómicos que usamos
para navegação também são grandes.

Os relógios e todos
os seus aparelhos de suporte

podem atingir o tamanho
de um frigorífico.

Agora, se quisermos falar em colocar
essa capacidade no espaço,

esse frigorífico precisa de encolher

até a um tamanho que caiba
dentro da gaveta de produção.

Porque é que isso é importante?

Bom, vamos revisitar um dos nossos
corajosos exploradores, o Voyager 1.

O Voyager 1 está a 20 mil milhões
de quilómetros de distância agora.

Como sabem, levou
mais de 40 anos para lá chegar,

e um sinal, a viajar à velocidade da luz,

demora mais de 40 horas
para lá chegar e regressar.

O que se passa com estas naves

é que se movem realmente depressa.

O Voyager 1 não fica à espera
que enviemos direções da Terra.

O Voyager 1 continua a mover-se.

Nessas 40 horas
em que ficamos à espera

de ouvir o eco do sinal, aqui na Terra,

o Voyager 1 deslocou-se
cerca de 2,5 milhões de quilómetros.

São 2,5 milhões de milhas de distância
em território amplamente desconhecido.

Então, seria ótimo

se pudéssemos medir o tempo do sinal
diretamente na nave.

Mas a miniaturização
da tecnologia do relógio atómico...

é difícil.

Não só a tecnologia dos relógios
e de todos os aparelhos de apoio

precisa de encolher,

mas também tem de funcionar.

O espaço é um ambiente
excecionalmente hostil,

e se uma peça se partir
neste instrumento,

não podemos mandar
o técnico substitui-la

e continuar o caminho.

As viagens que estas naves fazem
podem durar meses, anos,

até décadas.

Conceber e construir um instrumento
de precisão que aguente isso

é uma arte, e é também
uma ciência e uma engenharia.

Mas há boas notícias: estamos
a fazer progressos surpreendentes,

e estamos em vias de dar
os primeiros passos

para uma nova era
de relógios atómicos espaciais.

Em breve estaremos a lançar

um relógio atómico com base em iões,
adequado para o espaço.

Esse relógio tem o potencial de mudar
totalmente a forma como navegamos.

O relógio é tão estável

e mede o tempo tão bem

que, se eu o colocar aqui,
o ligar, e afastar-me,

quando voltasse,
nove milhões de anos depois,

a medição do relógio
pode estar errada num segundo.

O que podemos fazer
com um relógio destes?

Em vez de fazer toda a navegação da nave

aqui na Terra,

que tal se deixarmos
que a nave espacial navegue por si só?

A navegação autónoma a bordo,
ou uma nave auto dirigível

é uma das tecnologias
mais necessárias

se quisermos sobreviver
no espaço profundo.

Quando inevitavelmente mandarmos
pessoas a Marte ou até mais longe,

precisamos de navegar nessa nave
em tempo real,

sem ter de esperar instruções da Terra.

E a medição incorreta do tempo
mesmo por uma pequena fração de segundo

pode significar a diferença
entre a vida e a morte da missão,

o que já é muito mau
para uma missão robótica,

mas pensem nas consequências,
se houver uma tripulação humana a bordo.

Mas vamos assumir que podemos
colocar os nossos astronautas

em segurança na superfície
do seu destino.

Logo que lá chegarem, acho que gostariam
de uma forma de reconhecerem o local.

Com esta tecnologia de relógio,

podemos agora construir
sistemas de navegação tipo GPS

noutros planetas e luas.

Imaginem ter um GPS na Lua ou em Marte.

Estão a ver uma astronauta
na superfície de Marte

com o Monte Olimpo ao fundo,

a olhar para o Google Maps,
na edição de Marte,

para ver onde está

e para traçar o caminho
para chegar onde tem de ir?

Deixem-me sonhar por momentos,

e vamos falar sobre uma coisa
bem longe no futuro,

quando estivermos a enviar pessoas
para lugares mais distantes que Marte,

lugares onde esperar por um sinal
da Terra para navegar

não é realista.

Imaginem nesse cenário
que podemos ter uma constelação,

uma rede de satélites de comunicação
espalhados pelo espaço profundo

transmitindo sinais de navegação,

e qualquer nave recebendo aquele sinal

pode navegar de destino
em destino, em destino,

sem qualquer ligação direta com a Terra.

A capacidade para medirmos
com rigor o tempo no espaço profundo

pode mudar para sempre
o modo de navegarmos.

Mas também tem o potencial
de nos dar uma ciência muito útil.

Vejam, o mesmo sinal
que usamos para a navegação

diz-nos algo sobre a sua origem

e o caminho que percorreu
enquanto viajava de antena em antena.

Essa jornada, que nos dá dados,
informações para criar modelos melhores,

modelos melhores de atmosferas planetárias
através do nosso sistema solar.

Nós podemos detetar oceanos abaixo
da superfície em distantes luas geladas,

talvez até detetar pequenas ondulações
no espaço devido à gravidade relativa.

Navegação autónoma a bordo
significa que podemos sustentar,

mais naves espaciais e mais sensores
para explorar o universo,

e também liberta os navegadores
— pessoas como eu —

para trabalhar e encontrar respostas
para outras questões.

E ainda temos muitas questões a responder.

Nós sabemos muito pouco
sobre o universo à nossa volta.

Recentemente, descobrimos
cerca de 3000 sistemas planetários

fora do nosso sistema solar.

Esses sistemas albergam
quase 4000 exoplanetas.

Colocando isto em contexto:

quando eu aprendi os planetas
pela primeira vez, quando criança,

havia nove,

ou oito, se não contasse com Plutão.

Mas agora há 4000.

Calcula-se que a matéria escura

compõe cerca de 96%
do nosso universo,

e nós nem sabemos o que é.

Toda a ciência que proveio

de todas as nossas missões
do espaço profundo em conjunto,

é só uma simples gota de conhecimentos

num vasto oceano de perguntas.

E se queremos aprender mais,

descobrir mais, compreender mais,

precisamos de explorar mais.

A capacidade de gerir rigorosamente
o tempo no espaço profundo

vai revolucionar o modo
como podemos explorar este universo,

e pode ser mais uma das chaves
para revelar alguns desses segredos

que ela guarda tão ciosamente.

Obrigada.

(Aplausos)