O Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, a agência espacial norte-americana, lançou para o espaço, a bordo de um foguetão Falcon Heavy da SpaceX, um relógio atómico tão preciso que precisa de 10 milhões de anos para atrasar um segundo. Enquanto viaja pelo espaço profundo, este relógio — o Deep Space Atomic Clock — vai ser testado para, se tudo correr como planeado, vir a ser usado em missões tripuladas pelo espaço.

O objetivo é ajudar na determinação da posição dos astronautas no espaço e tornar os veículos espaciais mais autónomos. Com ele, talvez seja possível viajar para lá de Marte sem necessidade de manter comunicação constante com a Terra.

O Deep Space Atomic Clock é feito de cristais de quartzo e átomos de mercúrio, uma combinação que lhe permite uma margem de erro temporal de apenas um nanossegundo a cada quatro dias, um microssegundo ao fim de 10 anos e um segundo ao fim de 10 milhões de anos.

Se fosse feito apenas de cristais de quartzo, como a maioria dos relógios modernos, esta invenção da NASA não podia ser usada para viagens pelo espaço fora. Até agora, para determinar as distâncias entre a Terra e os veículos espaciais, os astrónomos lançavam um sinal para essa nave, que depois a “devolvia” ao nosso planeta. Como esses sinais viajam a uma velocidade constante — a da luz — bastava determinar o tempo que esse sinal demorava a chegar à nave e a voltar à Terra para determinar a distância entre as duas.

No entanto, a margem de erro com este método seria demasiado grande. Tão grande que podia tornar-se fatal para os astronautas que se aventurassem no espaço profundo, onde a possibilidade de comunicação com a Terra é muito ténue.

Por isso, a NASA desenvolveu um relógio atómico virtualmente infalível: tem cristais de quartzo que vibram a uma frequência muito precisa quando uma determinada voltagem os atinge; e tem átomos de mercúrio para estabilizarem esses cristais. Sem esses átomos, o relógio atrasar-se-ia um milissegundo a cada seis semanas. Como as naves que andam pelo espaço profundo viajam a velocidades muito altas, esse milissegundo seria o suficiente para perder os astronautas de vista.

Para entender de onde vem essa precisão, é necessário olhar para dentro dos átomos. Os átomos são feitos de um núcleo em redor do qual andam os eletrões. Os núcleos têm neutrões, que têm carga elétrica neutra, e protões, que têm carga elétrica positiva. Os eletrões que os rodeiam têm carga elétrica negativa e orbitam o núcleo em níveis de energia — uns mais afastados do núcleo e outros mais perto deles. Se um eletrão for atingido por uma certa quantidade de energia, ele pode saltar para um nível de energia superior.

Essa quantidade de energia depende do átomo de cada elemento e do nível de energia em que o eletrão se encontra. É precisamente essa estabilidade que os átomos de mercúrio empregam no relógio atómico da NASA. Eric Burt, físico da NASA e um dos criadores do relógio, explica: “O facto de a diferença de energia entre essas órbitas ser um valor tão preciso e estável é realmente o ingrediente chave para os relógios atómicos. É a razão pela qual eles conseguem alcançar performances muito melhores do que os relógios mecânicos”.