Cientistas chineses avançaram na navegação sem satélites ao criar um novo cristal para relógios atómicos de tório.

Relógios nucleares de tório-229 e navegação autónoma: 10–1000 vezes mais precisos do que os relógios atómicos modernos

Investigadores da Universidade de Xinjiang, na China, criaram um novo cristal que pode vir a ajudar no desenvolvimento de relógios nucleares de tório-229. No futuro, estes relógios poderão ser 10–1000 vezes mais precisos do que os relógios atómicos atuais e ser úteis em locais onde os sistemas GPS funcionam mal ou simplesmente não funcionam.

Trata-se de uma tecnologia pensada прежде de tudo para a medição ultrafina do tempo. O tempo é a base da navegação: smartphones, sistemas por satélite e outras soluções de orientação determinam a posição pela velocidade com que os sinais chegam das fontes. Quanto mais exatos forem os relógios, mais precisa será também a navegação.

Quando se navega sem GPS, o essencial é ter pelo menos coordenadas iniciais. Num submarino, por exemplo, podem ser as coordenadas da base ou do ponto de lançamento. Os giroscópios e acelerómetros instalados a bordo medem a velocidade e a direção. Para perceber quanto o submarino se deslocou, é preciso conhecer a velocidade e o tempo; só assim se calcula a distância. Isto é decisivo, porque, se o tempo estiver errado, o erro cresce depressa nas contas, enquanto um tempo extremamente preciso mantém a margem de erro muito pequena.

Um sistema autónomo está sempre a recalcular as coordenadas e a determinar por si próprio para onde o objeto se deslocou, durante quanto tempo e onde se encontra no momento. A navegação inercial funciona dessa forma. Numa solução deste tipo, até um erro temporal mínimo, por exemplo de um segundo, pode transformar-se em quilómetros de desvio ao longo de horas ou dias, algo particularmente típico em sistemas como submarinos ou veículos espaciais. Os relógios nucleares resolvem este problema graças à estabilidade do cálculo do tempo - assim, o erro acumula-se muito mais lentamente e é possível permanecer longos períodos sem GPS.

O GPS não funciona debaixo de água, por isso os submarinos emergem periodicamente para corrigir os parâmetros do sistema. Com relógios nucleares, um submarino poderia passar semanas sem vir à superfície e, ainda assim, manter-se com conhecimento preciso da sua posição. No caso dos satélites, os relógios nucleares proporcionam uma navegação quase autónoma.

A nova solução é particularmente interessante porque o GPS é vulnerável a interferências, bloqueio e substituição de sinais, além de não ser adequado para utilização debaixo de água e no subsolo. Para submarinos, mísseis e veículos de grande profundidade ou espaciais, isto representa uma limitação séria. Os relógios nucleares, ao contrário dos relógios atómicos comuns, deverão ser menos sensíveis à temperatura, às vibrações e aos campos magnéticos, porque dependem das oscilações do núcleo do átomo.

O principal desafio continuava a ser criar uma fonte de radiação ultravioleta extremamente precisa com comprimento de onda de cerca de 148,3 nm, necessária para trabalhar com tório-229. O novo cristal, segundo é afirmado, consegue converter a luz laser em ultravioleta com comprimento de onda de 145,2 nm, o que constitui um novo recorde e aproxima a tecnologia da sua aplicação prática.

Se estes relógios nucleares conseguirem evoluir até um dispositivo funcional, poderão oferecer uma navegação autónoma mais fiável para submarinos, mísseis e veículos espaciais que precisam de se orientar sem ligação permanente à Terra. Estes sistemas não substituirão totalmente o GPS, mas poderão reduzir de forma significativa a dependência dele.