A velocidade da luz é o limite com o qual um objeto material pode se mover no espaço, a menos, é claro, que levemos em consideração buracos de minhoca hipotéticos, com a ajuda dos quais, de acordo com suposições, os objetos podem se mover no espaço ainda mais rápido. Em um vácuo ideal, uma partícula de luz, um fóton, pode se mover a uma velocidade de 299.792 quilômetros por segundo, ou cerca de 1,079 bilhão de quilômetros por hora. À primeira vista, pode parecer surpreendentemente rápido. Não, é realmente rápido. Mas em uma escala cósmica, essa velocidade pode ser terrivelmente lenta, especialmente quando se trata de comunicações de rádio e voos para outros planetas, em particular aqueles fora do nosso sistema solar.
Para tornar mais fácil para qualquer pessoa entender as possibilidades limitadas da velocidade da luz, o cientista planetário do Goddard Space Flight Center da NASA, James O'Donoghue, criou uma série de vídeos animados.
Em uma conversa com o Business Insider, O'Donoghue disse que só recentemente aprendeu a fazer essas animações. Seu primeiro trabalho para a NASA foi preparar um vídeo sobre os anéis de Saturno. Depois disso, ele começou a animar outros conceitos espaciais de difícil compreensão, por exemplo, uma comparação visual dos tamanhos e velocidades de rotação dos planetas do sistema solar. Segundo ele, esse trabalho, publicado em sua página pessoal no Twitter, despertou muito interesse.
Seu trabalho mais recente é uma tentativa de demonstrar claramente o quão rápido e ao mesmo tempo os fótons podem ser lentos.
Demonstração visual do movimento dos fótons ao redor da Terra
Na primeira animação, O'Donoghue mostrou como a luz pode se mover rapidamente em relação à Terra.
Vídeo promocional:
O equador do nosso planeta tem aproximadamente 40 mil quilômetros de extensão. Se não tivesse uma atmosfera (as partículas que contém podem diminuir um pouco a luz), então um fóton deslizando ao longo de sua superfície faria quase 7,5 revoluções completas em 1 segundo (ou 0,13 segundos por revolução).
Embora a velocidade da luz pareça incrivelmente rápida nesse cenário, o vídeo também demonstra que ela é finita.
A rapidez com que a luz viaja entre a Terra e a Lua
No segundo vídeo, O'Donoghue cobre uma distância maior - da Terra à Lua.
Em média, a distância entre nosso planeta e seu satélite natural é de 384.000 quilômetros. Isso significa que o luar visto no céu percorre essa distância em 1,255 segundos, e a viagem de ida e volta, por exemplo, ao transmitir mensagens de rádio entre a Terra e a espaçonave, levará 2,51 segundos.
Deve-se notar que este tempo aumenta a cada dia, já que a cada ano a Lua se afasta da Terra em cerca de 3,8 centímetros (a Lua esgota constantemente a energia de rotação da Terra por meio da interação gravitacional-maré. As consequências desse efeito são uma mudança na órbita do satélite).
A rapidez com que a luz viaja a distância entre a Terra e Marte
No terceiro vídeo, O'Donoghue demonstrou um problema que muitos cientistas planetários enfrentam diariamente.
Quando funcionários da agência aeroespacial da NASA tentam baixar e receber dados de uma espaçonave, por exemplo, a mesma sonda InSight operando atualmente em Marte, as mensagens são transmitidas na velocidade da luz. Porém, não basta controlar o aparelho em "tempo real". Portanto, as equipes devem ser pensadas com cuidado, o mais comprimidas possível e direcionadas na hora e no local exatos para não errar o alvo.
A transmissão mais rápida de mensagens entre a Terra e Marte é possível no momento em que os planetas estão no ponto de maior aproximação. No entanto, isso acontece apenas uma vez a cada dois anos. Além disso, mesmo neste caso, estamos separados por uma distância de cerca de 54,6 milhões de quilômetros. O vídeo de O'Donoghue mostra que, a essa distância, a luz leva 3 minutos e 2 segundos para ir de um planeta a outro, ou 6 minutos nas duas direções.
Em média, a Terra e Marte estão separados por uma distância de 254 milhões de quilômetros, então, em média, a transmissão de mensagem bidirecional leva cerca de 28 minutos e 12 segundos.
Quanto maior a distância, mais deprimente a "eficiência" da velocidade da luz
O limite de velocidade da luz cria ainda mais problemas para espaçonaves mais distantes da Terra. Por exemplo, a mesma sonda New Horizons, que está agora a 6,64 bilhões de quilômetros de nós, ou Voyager 1 e Voyager 2, que alcançaram a borda do sistema solar.
Ilustração do espaço Breakthrough Starshot "nanossonda" sendo acelerado por um feixe de laser muito poderoso e direcionado para o sistema estelar Alpha Centauri.
A situação torna-se bastante triste quando se trata de transmitir uma mensagem a outro sistema estelar. Por exemplo, o exoplaneta mais próximo que conhecemos, Proxima b, está a cerca de 4,2 anos-luz de distância (cerca de 39,7 trilhões de quilômetros). Mesmo se pegarmos a espaçonave mais rápida do momento, a Parker Solar Probe, capaz de atingir velocidades de 343.000 quilômetros por hora, levaria cerca de 13.211 anos apenas para chegar a Proxima b.
Nikolay Khizhnyak