16 de mar de 2012

NASA quer redefinir o significado de "aqui"

Redação do Site Inovação Tecnológica

O que exatamente significa "aqui"?[Imagem: Harvard University]



Onde é aqui?

Os pequenos aparelhos de GPS usam uma constelação de satélites artificiais em órbita da Terra para dizer exatamente em qual esquina do mundo você se encontra a cada momento.

Mas você já parou para pensar como que é que os satélites sabem onde "eles" se encontram, para poder lhe dizer com tanta precisão onde "você" se encontra?

O início da resposta está aqui embaixo, em uma rede de antenas plantadas ao redor do mundo, que servem como pontos de referência para os satélites, do tipo "você está aqui agora".

Mas isto não é tudo, porque o nível de precisão exigido coloca em questão uma definição ainda mais básica: o que exatamente significa "aqui"?

Quando trocam informações com as antenas em terra, o que os satélites da constelação GPS estão perguntando continuamente é "onde exatamente é o 'aqui' que você está me apontando?"


Geodésia

Para entender tanta insistência com detalhes, é preciso lembrar que a Terra está longe de ser algo como uma esfera rígida e imutável navegando pelo espaço: a Terra muda de formato o tempo todo.

Os continentes se movem sobre as placas tectônicas. O equilíbrio da atmosfera muda constantemente. Os oceanos vão para lá e para cá.

Tudo isto muda não apenas o formato externo da Terra, o chamado geoide, mas também o centro de massa e a orientação do planeta no espaço.

Essas modificações podem ser detectadas no campo gravitacional da Terra e na variação da sua velocidade de rotação.

"Não podemos determinar uma localização hoje e esperar que ela seja precisa o suficiente amanhã." [Imagem: Aldebaran Robotics]


"Em termos práticos, nós não podemos determinar uma localização hoje e esperar que ela seja precisa o suficiente amanhã - muito menos ainda no ano que vem," explica o Dr. Herbert Frey, membro do Projeto Geodésia da NASA.

Geodésia é a ciência que trata da medição dessas propriedades da Terra, incluindo o levantamento e a representação da forma e da superfície do planeta.

Você já deve ter ouvido falar que, sobretudo durante a Idade Média, muitos acreditavam que a Terra era plana - de fato, ainda hoje é fácil encontrar pessoas que acreditam em coisas muito estranhas.

Mas a realidade é que o homem nunca perdeu a noção da esfericidade da Terra, principalmente depois que ela foi determinada com precisão pela primeira vez por Eratóstenes, por volta do ano 240 AC - ou seja, a Geodésia não é uma ciência da "era dos GPS".

Eratóstenes descobriu que, quando o Sol estava diretamente acima do Rio Nilo, na cidade de Assuã, seus raios incidiam em um ângulo de 7,2 graus (1/50 de um círculo) no norte da cidade de Alexandria. Por triangulação, ele calculou que a circunferência da Terra era de 40.200 quilômetros, bem próximo da medição moderna, que é de 40.075,16 quilômetros.

Rede de nova geração

Apesar das sofisticadas ferramentas disponíveis hoje para os cientistas, os cálculos continuam usando as mesmas regras de geometria aplicadas por Eratóstenes.

Mas a precisão exigida hoje chega a ser irritante, sobretudo porque não são apenas os aparelhos de GPS que dependem dela.

Todas as observações da Terra feitas do espaço dependem da precisa determinação de todos os "aquis" da Terra - seja para medir o quanto cada terremoto altera a Terra, mapear as camadas de gelo, verificar o nível global dos oceanos, monitorar o efeito de secas e inundações etc.

É por isto que a NASA verificou que é já é hora de fazer um upgrade em sua rede mundial de estações terrestres e antenas.

Entre 25 e 40 estações terrestres terão que ser atualizadas ou instaladas nos próximos anos, até atingir o que a NASA chama de "rede de nova geração".

Isso, é claro, não dependerá apenas da agência espacial norte-americana. Estão envolvidas também agências da Alemanha, França, Japão e Austrália, que estão se reunindo em comitê para determinar a melhor localização das diversas estações.

Em busca de um "aqui" universal

Uma das principais modificações dessa rede de nova geração é que cada estação terá instrumentos para utilizar simultaneamente três ou quatro técnicas de geodésia para determinar cada "aqui" com uma precisão ainda não alcançada hoje.


Determinar onde você se encontra é algo que começa bem mais longe do que se possa imaginar. 
[Imagem: Sean Carrol]



Por exemplo, a medição da posição de cada satélite artificial em órbita da Terra é geralmente feita com uma técnica chamada SLR (Satellite Laser Ranging), que dispara pulsos de laser em direção a cada satélite e mede o tempo que leva para a luz retornar.

Esta técnica permite também determinar com grande precisão o centro de massa da Terra, uma vez que os satélites sempre orbitam ao redor do centro de massa do planeta.

Outra forma de medir as altitudes de cada satélite é com uma técnica chamada DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite).

A técnica DORIS utiliza o efeito Doppler, avaliando a variação de frequência de um sinal de rádio emitido por uma estação e recebido pelo satélite - medindo a variação na frequência, os engenheiros podem descobrir a distância da estação até o satélite com muita precisão.

Mas, finalmente, é necessário colocar a Terra em seu contexto, ou seja, saber onde a Terra está no espaço.

Essa espécie de "GPS para planetas" é feita pela técnica VLBI (Very Long Baseline Interferometry).

Para calcular a orientação da Terra no espaço, além de pequenas variações na sua velocidade de rotação, as estações em terra observam dezenas de quasares, estrelas pulsantes que estão longe o suficiente para servirem como pontos de referência.

Ou seja, a VLBI diz onde a Terra está no Universo, a DORIS e a SLR dizem onde os satélites estão no espaço, e o GPS diz onde você está na Terra.

Compreendeu agora a importância de responder com precisão à pergunta "O que exatamente significa aqui"?





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