TIROS DE LASER CONTRA A LUA IRÃO TESTAR TEORIA DE GALILEU GALILEI
Tony Phillips, Patrick Barry
Da Nasa
Quatrocentos anos atrás -ou assim conta a história- Galileu Galilei começou a derrubar coisas da Torre de Pisa: bolas de canhão, bolas de mosquete, ouro, prata e madeira. Ele esperava que os objetos mais pesados caíssem mais rápido. Não foi assim. Todos atingiam o chão ao mesmo tempo, e então ele fez uma grande descoberta: a gravidade acelera todos os objetos na mesma taxa, independentemente de suas massas ou composição.
Reprodução
Desenho da experiência de Galileu
Atualmente isto é chamado de "Universalidade da Queda Livre", ou "Princípio da Equivalência", e é um dos pilares da física moderna. Em particular, Einstein desenvolveu sua teoria da gravidade (a Teoria Geral da Relatividade), assumindo que o princípio é verdadeiro.
Mas e se estiver errado?
"Algumas teorias modernas sugerem que na verdade a aceleração da gravidade depende da composição do material de uma maneira bem sutil", diz Jim William, físico do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da Nasa. Se for verdade, a teoria da relatividade precisaria ser rescrita, e haveria uma revolução na física.
Um grupo de pesquisadores apoiados pela Nasa irá testar o Princípio da Equivalência atirando com raios laser na Lua.
Um retrorefletor deixado na Lua pelos astronautas da Apollo 14. Espelhos similares foram colocados por astronautas da Apollo 11 e 15
"Atirar com laser na Lua é uma das mais importantes ferramentas de pesquisa que temos para descobrir falhas na teoria de Einstein", diz Slava Turyshev, pesquisadora do JPL.
O experimento é possível porque, há mais de 30 anos, astronautas da Apollo colocaram espelhos na Lua -pequenas rede de retrorefletores que podem rebater raios lasers da Terra. Usando lasers e espelhos, os pesquisadores podem medir com exatidão o movimento da Lua ao redor da Terra.
É uma versão moderna do experimento da Torre de Pisa. Em vez de derrubar bolas no chão, os pesquisadores irão observar a Terra e a Lua cair em direção ao sol. Tal como bolas de mosquete e bolas de canhão caindo da torre, a Terra e a Lua são feitas de uma mistura de elementos, e têm massas diferentes. Elas são aceleradas na mesma velocidade? Se sim, o Princípio da Equivalência se sustenta. Se não, a revolução começa.
Uma violação do Princípio da Equivalência revelaria-se como um desvio da órbita da Lua, tanto em direção ao ou contra o Sol. "Usando massas largas como a Terra e a Lua, poderemos detectar este efeito sutil, caso ele exista", diz Williams.
Cientistas têm feitos testes usando a Lua desde os dias da Apollo. Até agora, a teoria de Einstein sustentou-se com bastante precisão. Mas isto não é o suficiente para testar todas as teorias que visam derrubar Eistein.
A tecnologia atual pode medir a distância da Terra à Lua -cerca de 385 mil km- com um erro de apenas 1.7 cm. Um novo sistema criado pela Nasa irá aumentar essa exatidão em 10 vezes, para uma margem de apenas 1 a 2 mm. Este salto na eficácia significará que os cientistas irão detectar desvios muito mais sutis na teoria de Einstein, o que pode ser sensível o suficiente para encontrar as primeiras falhas.
O sistema de medição a laser trabalha atirando pulsos de laser em refletores instalados na superfície da Lua e medindo o tempo de retorno
Para atingir essa exatidão, o local, chamado de Operação de Laser Lunar do Observatório do Ponto Apache (Apollo, em inglês), precisa medir a viagem dos pulsos de laser indo e voltando da Lua com precisão de picosegundos, ou somente um trilionésimo de segundo (10-12). Como a velocidade da luz é conhecida -300.000 km por segundo-, medir o tempo de viagem do pulso de laser diz aos cientistas a distância entre o telescópio da Apollo e o espelho situado na superfície da Lua.
Mas como o sistema Apollo obteve um aumento de 10 vezes na precisão? Primeiramente, ele usa um telescópio maior do que o antigo sistema do Observatório McDonald no Texas -3.5 metros contra 0.72 metros. O espelho maior permite ao Apollo capturar mais fótons de luz que retornam da Lua, explica Tom Murphy, professor da Universidade da California, e um dos criadores do Apollo. O telescópio menor captura, na média, apenas um fóton retornante para cada 100 pulsos de laser disparados (cada pulso contém mais de mil fótons). Já o Apollo captura 5 fótons por pulso, o que aumenta dramaticamente a acurácia dos resultados.
Os locais dos retrorefletores lunares. Os marcados com "A" são locais de pouso da Apollo. Os com "L", de naves soviéticas.
Várias interferências têm de ser levadas em conta. A atmosfera terrestre, por exemplo, pode distorcer o caminho do laser, do mesmo modo que faz com que a luz das estrelas oscile. E pequenos movimentos tectônicos no solo abaixo doobservatório Apollo, algo como alguns centímetros por ano, podem distorcer resultados em um período longo. Para minimizar isso, a equipe do projeto escolheu o topo de uma montanha no Novo México (EUA) que tem uma atmosfera particularmente calma e um solo estável. Além disso, eles estão instalando um gravímetro supercondutor e sensores GPS de precisão ao redor do local, para detectar pequenos movimentos.
Levando-se em conta efeitos tão sutis, o princípio de Galileu pode cair.
Muitos físicos adorariam as novidades. Eles têm estado confusos por anos por uma curiosa incompatibilidade entre a relatividade geral e a mecânica quântica. As duas teorias, bem-sucedidas em seus próprios campos, são como linguagens descrevendo o Universo de maneiras fundamentalmente diferentes. Encontrar uma falha nas bases da relatividade pode levar a uma nova "Teoria de Tudo", finalmente combinando a física quântica e a gravidade em um quadro harmonioso.
24/05/2004 – Folha de São Paulo - Ciência
|
