Encontrar agua en la Luna podría ser más fácil con una tecnología desarrollada por el centro Goddard de la Nasa, que usa un efecto llamado túnel cuántico para generar un láser de terahercios de alta potencia, llenando un vacío en la tecnología láser existente.
Localizar agua y otros recursos es una prioridad de la Nasa crucial para explorar el satélite natural de la Tierra y otros objetos en el sistema solar y más allá. Experimentos anteriores infirieron y luego confirmaron la existencia de pequeñas cantidades de agua en la Luna. Sin embargo, la mayoría de las tecnologías no distinguen entre agua, iones de hidrógeno libres e hidroxilo, ya que los detectores de banda ancha utilizados no pueden distinguir entre los diferentes volátiles.
El ingeniero de Goddard Berhanu Bulcha dijo que un tipo de instrumento llamado espectrómetro heterodino podría acercarse a frecuencias particulares para identificar y localizar definitivamente las fuentes de agua en la Luna. Necesitaría un láser de terahercios estable y de alta potencia, que fue creado en colaboración con Longwave Photonics a través del programa Small Business Innovation Research (SBIR) de la Nasa.
“Este láser nos permite abrir una nueva ventana para estudiar este espectro de frecuencias”, dijo. “Otras misiones encontraron hidratación en la Luna, pero eso podría indicar hidroxilo o agua. Si es agua, ¿de dónde vino? ¿Es originario de la formación de la Luna, o llegó más tarde por impactos de cometas? ¿Cuánta agua hay ahí? Necesitamos responder a estas preguntas porque el agua es fundamental para la supervivencia y se puede utilizar para producir combustible para futuras exploraciones”.
Como su nombre indica, los espectrómetros detectan espectros o longitudes de onda de luz para revelar las propiedades químicas de la materia que ha tocado la luz. La mayoría de los espectrómetros tienden a operar en amplias secciones del espectro. Los instrumentos heterodinos marcan frecuencias de luz muy específicas, como infrarrojos o terahercios. Los compuestos que contienen hidrógeno, como el agua, emiten fotones en el rango de frecuencia de terahercios (de dos a 10 billones de ciclos por segundo) entre microondas e infrarrojos.
Como un microscopio para diferencias sutiles dentro de un ancho de banda como terahercios, los espectrómetros heterodinos combinan una fuente de láser local con luz entrante. La medición de la diferencia entre la fuente láser y la longitud de onda combinada proporciona lecturas precisas entre los anchos de banda del espectro.
Los láseres tradicionales generan luz al excitar un electrón dentro de la capa externa de un átomo, que luego emite un solo fotón a medida que hace la transición o regresa a su nivel de energía en reposo. Diferentes átomos producen diferentes frecuencias de luz en función de la cantidad fija de energía que se necesita para excitar un electrón. Sin embargo, los láseres se quedan cortos en una porción particular del espectro entre el infrarrojo y las microondas conocida como brecha de terahercios.
“El problema con la tecnología láser existente”, dijo Bulcha, “es que ningún material tiene las propiedades adecuadas para producir una onda de terahercios”. Los osciladores electromagnéticos, como los que generan frecuencias de radio o microondas, producen pulsos de terahercios de baja potencia mediante el uso de una serie de amplificadores y multiplicadores de frecuencia para extender la señal al rango de los terahercios. Sin embargo, este proceso consume mucho voltaje y los materiales utilizados para amplificar y multiplicar el pulso tienen una eficiencia limitada. Esto significa que pierden potencia a medida que se acercan a las frecuencias de terahercios.
Desde el otro lado de la brecha de terahercios, los láseres ópticos bombean energía a un gas para generar fotones. Sin embargo, los láseres de banda de terahercios de alta potencia son grandes, consumen mucha energía y no son adecuados para fines de exploración espacial donde la masa y la potencia son limitadas, en particular las aplicaciones portátiles o de satélites pequeños. La potencia del pulso también cae a medida que los láseres ópticos avanzan hacia los anchos de banda de terahercios.
