Cientistas demonstram sustentação gerada pela luz

Com informações da New Scientist - 07/02/2011

O formato e as propriedades internas de uma minúscula estrutura de plástico mudam a direção da luz. Os ângulos da luz que entra e que sai (vermelho) determinam a direção na qual o objeto se move (azul).
[Imagem: New Scientist/Dave Johnston]

Quase tudo o que voa na Terra - de insetos a aviões - voa graças à sustentação aerodinâmica - uma sustentação fornecida pela dinâmica do ar atmosférico.

Agora, cientistas demonstraram a possibilidade de geração de uma "sustentação fotodinâmica", um efeito parecido com a aerodinâmica, mas gerado pela luz.

Velas solares

A técnica, que aproveita o fato de que a luz se curva, ou refrata, ao passar de um meio para outro, poderá ser usada para criar espaçonaves movidas por velas solares que poderão ser manobradas usando a própria luz.

Os fótons exercem uma pressão quando atingem os objetos. Os protótipos de velas solares são feitos de materiais altamente reflexivos para maximizar este impulso.

Mas mudar uma espaçonave a vela solar de direção não é algo muito fácil.

O veleiro espacial Ikaros, por exemplo, usa um engenhoso sistema de cristais líquidos para "desligar" o empuxo dos fótons da luz do Sol de algumas partes da vela solar, permitindo que ela vire lentamente.

Mas mecanismos mais eficientes ainda estão por ser desenvolvidos.

Guiado pela luz

Grover Swartzlander e seus colegas do Instituto de Tecnologia de Rochester, nos Estados Unidos, afirmam que as velas solares do futuro poderão ser manobradas se os fótons não apenas ricochetearem da superfície do material, mas também se passarem através da vela solar.

Conforme entrarem e saírem da vela, os fótons podem mudar de direção em uma magnitude ditada pela forma da superfície da vela e do seu índice de refração.

Os ângulos de entrada e de saída da luz poderiam controlar a direção do movimento da vela.

Os pesquisadores demonstraram o efeito em laboratório com cilindros semi-circulares de plástico, cada um com apenas uma fração do diâmetro de um fio de cabelo humano.

Eles colocaram os bastões em um recipiente de água e, por baixo, dispararam um laser sobre eles. Os bastões flutuaram devido à chamada pressão radiante, exercida pela luz, como aconteceria com qualquer objeto de massa semelhante.

Mas, fundamentalmente, eles também derivaram lateralmente - um sinal de que foram dirigidos pela luz refratada.

Fotografia com sobre-exposição mostra o deslocamento da barra - a flutuação e o deslocamento foram induzidos pela luz.
[Imagem: Swartzlander et al./Nature Photonics]

Sustentação gerada pela luz

Segundo os pesquisadores, o fato de que o formato assimétrico dos bastões afetou seu movimento os torna o equivalente óptico das asas de um avião, ou aerofólios.

As asas mantêm um avião no ar porque o ar se move mais rapidamente sobre o seu lado superior, reduzindo a pressão acima delas. A pressão relativamente elevada abaixo empurra a asa para cima, proporcionando a sustentação.

Swartzlander afirma que as velas solares poderão ser totalmente controladas em 3D usando-se duas matrizes perpendiculares de hastes com formato semi-circular.

Mas nem todos concordam. Dean Alhorn, engenheiro-chefe da recém-lançada sonda NanoSail-D, da NASA, acredita que a luz solar pode ser fraca demais para fazer isso na prática.

Será? É bom lembrar que, às vésperas do lançamento do primeiro experimento de uma vela solar, feito pela Sociedade Planetária, cientistas renomados lançaram manifestos afirmando que velas solares eram uma bobagem e não funcionariam - veja Espaçonave impulsionada pela luz solar.

Hoje, NASA, ESA e JAXA já possuem seus próprios veleiros solares.

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