Las observaciones de la Tierra son una de las funciones más esenciales de nuestra actual flota de satélites.
por Andy Tomaswick, Universe Today
Normalmente, cada satélite se especializa en un tipo de detección remota: monitorear los niveles del océano, por ejemplo, o observar el desarrollo y movimiento de las nubes. Esto se debe principalmente a las limitaciones de sus sensores, en particular el radar.
Sin embargo, un nuevo tipo de sensor en desarrollo podría cambiar las reglas del juego en la detección remota de la Tierra.
Esa nueva tecnología de sensores se conoce como sensor Rydberg y utiliza la teoría cuántica para detectar una amplia banda de señales de radar al mismo tiempo. Darmindra Arumugam del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, que se especializa en teledetección y ha trabajado con esta tecnología durante años, trabajará en el desarrollo.
Entonces, ¿por qué son tan especiales los sensores Rydberg?
En una aplicación típica de teledetección , se lanza un sensor a un satélite que es muy bueno para detectar una frecuencia particular de luz. En términos de radar, estos se dividen en varias «bandas» diferentes, cada una de las cuales cubre desde unos pocos megahercios hasta unos pocos gigahercios. Algunas son más familiares que otras, como UHF (frecuencia ultraalta: 300 a 1000 MHz), pero algunas son más esotéricas, como la banda Ku de 12 a 18 GHz.
Cada una de estas bandas es buena para monitorear un sistema particular en la Tierra. Por ejemplo, la NASA utiliza la banda VHF (30–300 MHz) para estudiar la tomografía de la Tierra y la banda UHF para estudiar la nieve y las precipitaciones.
Sin embargo, cada una de estas frecuencias requeriría su propia antena especialmente diseñada para detectar, por lo que cualquier sistema que intentara tener capacidades de detección en una amplia gama de frecuencias y, por lo tanto, monitorear una amplia gama de sistemas diferentes, sería cada vez más costoso. a medida que se agregaron bandas adicionales al sistema.
Ahí es donde entran los sensores Rydberg. Son un tipo novedoso de sensor que utiliza el estado cuántico de un solo átomo para detectar una amplia banda de diferentes ondas electromagnéticas. Por ejemplo, un solo sensor Rydberg podría detectar señales desde la banda HF hasta la banda Ka en el extremo más rápido del espectro del radar. Esto permitiría que un satélite con un solo sensor monitoreara todos los diferentes sistemas que el radar puede detectar de forma remota.
Explicar el funcionamiento de un sensor Rydberg requiere una comprensión relativamente completa de la mecánica cuántica. Los sensores Rydberg llevan el nombre de un estado cuántico conocido como estado de Rydberg, que es extraordinariamente sensible a su entorno.
Para llegar al estado de Rydberg, los ingenieros tienen que atacar un solo átomo de Rubidio o Cesio con un láser para hacerlo crecer hasta un estado extraordinariamente grande, casi hasta el tamaño de una bacteria. Luego monitorean ópticamente los cambios en el átomo, que se ve afectado por las señales en las bandas de radar mencionadas anteriormente.
Luego, el sistema óptico de soporte analiza los cambios en el átomo y puede correlacionar esos cambios con cambios en la señal en una banda de frecuencia particular.
Ya se han mostrado varias pruebas de conceptos, como las proporcionadas por los Institutos Nacionales de Estándares y Tecnología. Pero aún no se han aplicado al espacio, y ahí es donde entra en juego la investigación del Dr. Arumugam. Su proyecto consiste en desarrollar un sensor Rydberg que pueda lanzarse en un satélite y detectar una amplia banda de señales de radar, incluidas aquellas que monitorean el criosfera, donde hay hielo y nieve en la tierra.
Con un solo sensor Rydberg, el Dr. Arumugam espera capturar todos los datos para obtener una imagen completa de cómo los glaciares, la nieve y la capa de hielo de la Tierra cambian con el tiempo.
Eso todavía está muy lejos, ya que los viajes al espacio no son conocidos por ser suaves y, hasta ahora, solo se ha demostrado que los sensores Rydberg funcionan en un laboratorio. Pero, dado que la tecnología tiene sólo diez años, hay mucho margen de mejora.
Como dice el Dr. Arumugam al final del artículo de su propuesta, esta tecnología «[tiene un gran] potencial para generar interés dentro de la NASA, el público y la industria…» Si funciona como los teóricos esperan, se demostrará que tiene razón.
