ناسا امیدوار است با لیزر آبشاری کوچک و پرقدرت در ماه آب پیدا کند

پس از چندین دهه رها شدن، ماه دوباره در انتظار بازدیدکنندگانی از زمین است تا شاید بتوانند با ابزار لیزر آب را در آن بیابند.

به گزارش تک ناک، ناسا چند روز با اولین پرتاب آرتمیس فاصله دارد که نوید دهنده عصر جدیدی از اکتشافات در ماه است.اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، بشریت در سال های آینده حضور دائمی در ماه خواهد داشت. علاوه بر ذخایر آب ، ماه می‌تواند منابع مهمی را برای حفظ فضانوردان و سوخت اکتشاف ماه و فراتر از آن فراهم کند، اما ابتدا باید بدانیم که آن آب دقیقاً کجاست.

برای این منظور، یک مهندس در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا یک لیزر آبشاری کوچک ساخته است که می تواند کلید ردیابی این رسوبات یخ آب باشد.دانشمندان مدتها تردید داشتند که آیا روی ماه آب وجود دارد یا نه .در این زمینه آزمایشات متعددی صورت گرفت و این موضوع را تأیید کرد. با این حال، فناوری‌های پهنای باند آشکارساز مورد استفاده برای اسکن سطح ماه فقط می‌توانند هیدراسیون را تأیید کنند. آنها نمی توانند تفاوت بین آب، یون هیدروژن آزاد و هیدروکسیل را تشخیص دهند.

به گفته دکتر برهانو بولچا از گودارد، یک طیف‌سنج هتروداین می‌تواند فرکانس‌های لازم برای تشخیص تفاوت بین این مولکول‌ها، بزرگ‌نمایی (zooming) کند. با این حال، یک سیستم فضایی که قادر به انجام آن باشد، به یک لیزر تراهرتز پایدار و پرقدرت نیاز دارد. این دستگاه وجود نداشت، اما اکنون به لطف Bulcha و همکاری با Longwave Photonics از طریق برنامه تحقیقات نوآوری کسب و کارهای کوچک ناسا (SBIR) وجود دارد.

طیف‌سنج‌ها انواع مختلفی دارند، اما همه آنها بر اساس ایده تشخیص طول موج نور برای تحلیل خواص شیمیایی یک ماده عمل می‌کنند. اکثر طیف‌سنج‌ها در گستره وسیعی از فرکانس‌ها (مثلاً پهنای بند ) کار می‌کنند، اما یک طیف‌سنج هتروداین می‌تواند محدوده‌های فرکانسی خاصی مانند مادون قرمز یا تراهرتز را شماره گیری کند.
ترکیبی مانند آب که حاوی اتم‌های هیدروژن است، فوتون‌هایی را در محدوده فرکانس تراهرتز ساطع می‌کند، بنابراین اینجاست که ابزار باید تمرکز کند. لیزر جدید توسعه یافته در گدارد می تواند این کار را انجام دهد و در عین حال از اشکالات طرح های دیگر را نداشته باشد.

امکان تولید لیزرهای تراهرتز  قبل از این آخرین پیشرفت وجود داشت، اما برای استفاده در فضا نامناسب بودند. فرکانس های رادیویی یا مایکروویو را می توان برای تولید پالس های تراهرتز کم توان تقویت کرد، اما بازده پایین است و تقویت کننده های لازم با نزدیک شدن به محدوده تراهرتز دو تریلیون تا 10 تریلیون سیکل در ثانیه، توان خود را از دست می دهند. از سوی دیگر، لیزرهای نوری می توانند انرژی را به گازها پمپاژ کنند تا فوتون هایی در محدوده تراهرتز تولید کنند، اما این سیستم ها بسیار زیاد و تشنه انرژی هستند و آنها را در عملیات فعلی ماه بی استفاده می کند.
برای پر کردن این شکاف، تیم دکتر بولچا در حال توسعه یک لیزر آبشاری کوانتومی است که هم بسیار کوچک است و هم می‌تواند در محدوده فرکانسی لازم کار کند. همچنین از برخی از پیچیدگی های مکانیک کوانتومی برای دور زدن محدودیت های ساطع کننده های لیزر قبلی بهره می برد.

ضخامت لایه های نیمه هادی در این لیزر به جای عناصر موجود در ماده، فرکانس را تعیین می کند. بنابراین، یک ژنراتور با 80-100 لایه، که کمتر از 10 میکرومتر ضخامت دارد، می‌تواند تمام فوتون‌های انرژی تراهرتز را که برای یک طیف‌سنج هترودین نیاز دارید، تولید کند. بولچا امیدوار است که کار بر روی این لیزر آبشاری بتواند به موقع به پایان برسد تا به برنامه آرتمیس کمک کند، برنامه ای که می تواند انسان را در اسرع وقت در سال 2025 روی ماه فرود آورد.