Il a déjà été conclu et confirmé que la Lune contient une certaine quantité d’eau. Cependant, les technologies qui ont indiqué la présence d’eau sont incapables de dire s’il s’agit d’eau, d’ions hydrogène ou d’hydroxyle. Pour combler cette lacune, un ingénieur de l’agence spatiale américaine NASA a mis au point un laser minuscule mais très puissant qui peut aider à localiser les sources d’eau sur notre voisin lunaire. Ce laser peut être utilisé pour développer un instrument appelé spectromètre hétérodyne, qui serait capable de zoomer sur des fréquences particulières et de confirmer la présence d’eau à la surface de la Lune. Les chercheurs pensent que le laser peut alimenter un appareil portatif qui pourra être utilisé lors de futures missions d’exploration de la Lune, de Mars, et même au-delà.
Les spectromètres peuvent révéler les propriétés chimiques de la matière en identifiant le spectre ou la longueur d’onde de la lumière qui la touche. Alors que la plupart de ces instruments travaillent dans de larges sections du spectre, le spectromètre hétérodyne se concentre sur une fréquence lumineuse spécifique telle que le terahertz ou l’infrarouge.
L’eau et d’autres composés qui contiennent de l’hydrogène émettent des photons dans la gamme de fréquences térahertz, soit 2 trillions à 10 trillions de cycles par seconde. Un spectromètre hétérodyne combine une source laser locale avec la lumière entrante et permet de mesurer la différence entre la source laser et la longueur d’onde combinée. Cette mesure donne à son tour des lectures précises entre les largeurs des sous-bandes du spectre.
Traditionnellement, les lasers utilisés excitent les électrons dans la coquille extérieure d’un atome pour générer de la lumière. La fréquence de la lumière dépend de l’atome et de l’énergie nécessaire pour exciter un électron. Mais ces lasers ne sont pas performants dans la zone térahertz ou le spectre entre l’infrarouge et les micro-ondes.
“Le problème de la technologie laser existante est qu’aucun matériau ne possède les propriétés nécessaires pour produire une onde térahertz”, a déclaré l’ingénieur Dr Bulcha.
Pour surmonter ce problème, l’équipe de chercheurs a utilisé la technologie Goddard. Ils travaillent à la mise au point de lasers à cascade quantique qui produisent des photons à chaque transition électronique en utilisant la physique unique à l’échelle quantique d’un matériau en couches d’une largeur de quelques atomes seulement.
Dans de tels matériaux, le laser produit des photons à une fréquence spécifique qui est déterminée par l’épaisseur des couches alternées de semi-conducteurs au lieu des éléments du matériau.
En outre, le laser a une taille considérablement réduite qui peut permettre aux chercheurs de l’insérer dans un CubeSat 1U de la taille d’une théière avec le processeur, le matériel du spectromètre et l’alimentation électrique.
