Fora da atmosfera da Terra, os sistemas de cronometragem que dão origem à estrutura da vida entram em colapso. Se você, como um astronauta na Estação Espacial Internacional, completa uma órbita ao redor da Terra a cada 90 minutos (portanto, há 16 nasceres e entardeceres a cada 24 horas), o significado da palavra “noite” é fundamentalmente diferente.
O corpo humano e os seus ritmos circadianos (padrões de sono e vigília regulados pelo relógio interno do corpo) evoluíram na Terra, por isso não estamos preparados para outros ambientes. No mundo acelerado do tempo extraterrestre, os astronautas não podem contar com o amanhecer e o anoitecer para manter um horário normal, por isso devem seguir um horário rigoroso de sono e trabalho. Desvios do ciclo natural levam rapidamente a problemas como: problemas de saúde física e mental.
Continue sua rotina no espaço
A vida de um astronauta no espaço é quase inteiramente planejada com antecedência, pois as rotinas planejadas mantêm a missão no caminho certo. Das refeições aos exercícios e à manutenção, as atividades na ISS ocorrem em incrementos de cinco minutos. E tudo deve estar perfeitamente alinhado com o relógio da pátria.
“Para fazer as coisas, precisamos ser capazes de saber as horas, não importa onde estejamos”, disse Todd Ely, engenheiro sênior do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA.
Usando relógios atômicos precisos, os astronautas permanecem sincronizados. Tempo Universal Coordenado (UTC), o padrão global para o qual todos os relógios são definidos.
claro, Teoria da relatividade de Einstein o tempo é não tem Universal: Diferentes condições requerem diferentes métodos de passagem. Se uma pessoa estiver se movendo mais rápido que outra ou se aproximando de um objeto enorme, o tempo diminuirá para essa pessoa. Esses efeitos relativísticos não são muito grandes em nosso sistema solar (e nas velocidades atuais das espaçonaves), mas devem ser levados em consideração nos cálculos de tempo e órbita sempre que for necessário aventurar-se além da órbita baixa da Terra.
“Se não tivéssemos levado em conta a teoria da relatividade, não teríamos obtido a resposta certa”, diz Ely.
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Problemas em contar o tempo no espaço
Mais perto da Terra, a principal dificuldade reside na adaptação a um ambiente sem pistas temporais familiares. Mas à medida que você se afasta, a comunicação com o controle da missão se torna um problema maior.
Como as mensagens (na forma de ondas de rádio) só podem viajar tão rápido quanto a velocidade da luz, levará até 14 minutos para que as notícias de Houston cheguem à espaçonave perto de Marte. Escusado será dizer que pode atingir partes ainda mais distantes do sistema solar. Esse atraso representa um desafio significativo para tarefas que exigem tempo preciso.
Relógios que usamos na vida diária – a maioria deles usamos cristal — funciona suficientemente bem para os nossos propósitos, mas é lamentavelmente inadequado para os astronautas porque não mede o tempo de forma consistente. Mesmo os melhores desaparecem rapidamente.
De acordo com a NASA, depois de apenas 6 semanas, seu relógio de quartzo pode atrasar 1 milissegundo. Pode não parecer grande coisa, mas quando somado, pode levar a grandes erros de navegação. À medida que as viagens espaciais em geral, e os astronautas em particular, começam a viajar para mais longe da Terra, serão necessárias as seguintes melhorias de precisão: relógio atômico.
relógio atômico
Todos os relógios contam com um mecanismo para marcar o tempo, literal ou figurativamente chamado de pêndulo. No caso de um relógio de quartzo, o mecanismo é um cristal que ressoa em uma frequência específica e produz uma corrente elétrica quando pressionado.
No entanto, devido às tolerâncias de fabricação e a fatores ambientais, o desempenho do cristal deteriora-se com o tempo. Os átomos, por outro lado, são extremamente estáveis. Coisas do mesmo elemento ressoam na mesma frequência cada vez que absorvem ou emitem energia. Na verdade, são “pêndulos” perfeitos.
Os relógios atômicos ainda contêm cristais, mas suas vibrações são comparadas com átomos mais estáveis. Se a frequência do cristal permanecer precisa, os átomos farão a transição para um estado de energia mais elevado, como um cantor de ópera quebrando uma taça de vinho na nota certa. Se houver um ligeiro desvio, a eletricidade é transmitida ao oscilador como um sinal para ajustar a frequência.
consulte Mais informação: Como a NASA está preparando os astronautas de Marte para lidar com o isolamento e outras condições extremas
Navegação no espaço profundo
Usamos relógios atômicos para aplicações onde a precisão é mais importante. de Sistema de Posicionamento Global Por exemplo, o (GPS) depende deles para rastrear nossos movimentos segundo a segundo. Nossos telefones celulares recebem sinais de satélites com carimbos de data e hora retirados de relógios atômicos e calculam quanto tempo levou para os sinais chegarem até nós. Usando essas informações, nossos celulares podem identificar nossa localização na Terra.
Princípios semelhantes se aplicam à navegação no espaço profundo. Os cientistas podem calcular a distância da Terra medindo o tempo que as ondas de rádio levam para viajar entre as espaçonaves. Medindo o tempo desses sinais bidirecionais, um após o outro, também podemos determinar sua velocidade e trajetória. Combinando todos esses dados, será possível identificar a localização de um rover em Marte com precisão de apenas alguns metros.
Mesmo depois de mais de 20 anos trabalhando na NASA, diz Ely, “Sempre fico impressionado com isso.”
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Nova tecnologia para saber o tempo no espaço
Desde o início da década de 2010, Ely vem projetando o próximo salto em tecnologia de navegação: relógios atômicos do espaço profundo. Os relógios atômicos do espaço profundo são dispositivos extremamente estáveis que usam átomos de mercúrio e têm uma fração do peso de seus equivalentes terrestres.
O DSAC funciona tão bem que uma espaçonave pode calcular sua posição e velocidade com base apenas em um sinal unidirecional da Terra, sem ter que esperar até 30 minutos por atrasos nas comunicações de ida e volta. Isso permite a navegação quase em tempo real e é útil para operações de alto risco, como pousar em outro planeta ou entrar em sua órbita.
Até agora, a DSAC testado experimentalmente. No entanto, durante um teste de um ano de 2019 a 2020, o desempenho do protótipo foi uma ordem de magnitude melhor do que os relógios espaciais atuais. Isso poderá rapidamente tornar-se o padrão, especialmente à medida que os astronautas iniciam a sua viagem além da Lua até Marte e talvez mais além.
Sem relógios altamente precisos, não seríamos capazes de explorar o sistema solar, diz Ely. A chegada a estes destinos não pode ser garantida. ”
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Cody Cottier é um escritor colaborador da Discover que adora explorar grandes questões sobre o universo e nosso planeta natal, a natureza da consciência, as implicações éticas da ciência e muito mais. Ele é bacharel em jornalismo e produção de mídia pela Washington State University.
