Uma estação na Terra dispara um pulso de laser para a Lua. Cerca de dois segundos e meio depois, instrumentos procuram os poucos fótons que conseguiram voltar. Entre a partida e a chegada, a luz encontrou um pequeno conjunto de prismas deixado no solo lunar. Medir esse intervalo permite calcular a distância até o refletor e acompanhar mudanças que seriam imperceptíveis numa fotografia.
O procedimento recebe o nome de telemetria laser lunar. Seu princípio cabe numa conta simples: multiplicar o tempo de ida e volta pela velocidade da luz e dividir o resultado por dois. A execução exige muito mais cuidado. O alvo está em movimento, a atmosfera interfere no caminho e apenas uma fração minúscula da luz enviada chega novamente ao telescópio.
Os dispositivos usados como alvos são retrorefletores. Seus prismas, chamados de cantos de cubo, devolvem a luz aproximadamente na direção de onde ela veio. Essa característica dispensa um espelho comum que precisaria ser orientado com enorme precisão para acertar a estação terrestre. Na Lua, o conjunto funciona de maneira passiva, sem bateria ou alimentação elétrica.
Painéis que atravessam décadas
A Apollo 11 levou um desses painéis em julho de 1969. Ele reúne cem prismas num suporte de aproximadamente 46 centímetros de lado. A Apollo 14 instalou outro conjunto com cem prismas em 1971; no mesmo ano, a Apollo 15 deixou um painel maior, com trezentos. Os veículos soviéticos Lunokhod 1 e 2 também transportaram retrorefletores, ampliando os pontos de observação disponíveis naquele período.
A ideia antecedia o pouso humano. O NIST conserva a história de um esboço escrito em 1962 pelo físico James Faller, então estudante de pós-graduação em Princeton. Ele propunha enviar luz à Lua e detectar seu retorno para medir a separação entre os dois astros. Em 1º de agosto de 1969, o Observatório Lick, na Califórnia, conseguiu atingir o refletor da Apollo 11 com um pulso de laser.
Medir repetidamente trouxe resultados que uma observação isolada não ofereceria. As séries de dados mostram que a Lua se afasta da Terra cerca de 3,8 centímetros por ano. Esse valor descreve uma tendência, não uma separação regular a cada dia. Ao longo da órbita, a distância varia em dezenas de milhares de quilômetros. A análise precisa distinguir essa oscilação das mudanças lentas acumuladas durante décadas.
O que a precisão permite investigar
O afastamento está ligado às interações de maré entre a Terra e a Lua. A transferência de energia e de momento angular altera tanto a órbita lunar quanto a rotação terrestre. Os mesmos registros ajudam a estudar a orientação da Lua, suas pequenas deformações e características de seu interior, além de permitir testes de teorias da gravidade.
A precisão alcançada é da ordem de milímetros, mas isso não significa que qualquer disparo produza sozinho uma medida perfeita. São necessários instrumentos especializados, repetição e modelos que levem em conta os movimentos e as condições da observação. Na chegada à superfície lunar, o feixe já se espalhou por uma área muito maior que o pequeno painel que se deseja atingir.
Os equipamentos antigos também apresentam dificuldades. A NASA descreveu em 2020 uma redução no sinal devolvido por alguns refletores e investigava a possibilidade de poeira e aquecimento prejudicarem seu desempenho. Essa explicação ainda era uma hipótese naquele estudo. Comparações com um refletor instalado na sonda Lunar Reconnaissance Orbiter ajudavam a examinar o problema. O experimento continua útil justamente porque cada nova medição pode ser comparada a um registro que começou há mais de meio século.
Imagem de destaque: retrorefletor instalado pelos astronautas da Apollo 14 na superfície lunar, fotografado em 5 de fevereiro de 1971. Crédito: NASA. Fotografia AS14-67-09386, sem alterações. Fonte da imagem. Uso editorial informativo conforme as diretrizes de mídia da NASA, com crédito e sem sugerir endosso.