How a miniaturized atomic clock could revolutionize space exploration | Jill Seubert

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

Tradutor: Carolinna R M Revisora: Margarida Ferreira

Six months ago,

Há seis meses,

I watched with bated breath

assisti com grande expetativa

as NASA's InSight lander descended towards the surface of Mars.

à aterragem da sonda InSight da NASA na superfície de Marte.

Two hundred meters,

Duzentos metros,

80 meters,

80 metros,

60, 40, 20, 17 meters.

60, 40, 20, 17 metros.

Receiving confirmation of successful touchdown

Receber a confirmação da aterragem com êxito

was one of the most ecstatic moments of my life.

foi um dos momentos mais felizes da minha vida.

And hearing that news was possible because of two small cube sets

E ouvir essa notícia foi possível graças a dois pequenos grupos de cubos

that went along to Mars with InSight.

que seguiram para Marte com a InSight.

Those two cube sets essentially livestreamed InSight's telemetry

Esses dois cubos transmitiram ao vivo a telemetria da Insight

back to Earth,

para a Terra

so that we could watch in near-real time

de forma a assistirmos quase em tempo real

as that InSight lander went screaming towards the surface of the red planet,

a sonda InSight a avançar na direção da superfície do planeta vermelho,

hitting the atmosphere of Mars

e a entrar na atmosfera de Marte

at a top speed of about 12,000 miles per hour.

a uma velocidade de ponta de 19 300 km por hora.

Now, that event was livestreamed to us

Este evento foi transmitido ao vivo para nós

from over 90 million miles away.

a mais de 145 milhões de quilómetros de distância.

Foi transmitido ao vivo de Marte.

It was livestreamed from Mars.

Meanwhile,

Entretanto,

the two Voyager spacecraft --

as duas naves espaciais Voyager

now, these are these two almost unbelievably intrepid explorers.

— estes são dois exploradores incrivelmente intrépidos

They were launched

que foram lançados

the same year that all of us here were being introduced to Han Solo

no mesmo ano em que nos apresentaram o Han Solo

for the first time.

pela primeira vez.

And they are still sending back data from interstellar space

E ainda estão a enviar dados do espaço interestelar

over 40 years later.

há mais de 40 anos.

We are sending more spacecraft further into deep space

Nós estamos a enviar mais naves para o espaço

than ever before.

a uma distância nunca dantes vista.

But every one of those spacecraft out there

Mas todas essas naves no espaço

depends on its navigation being performed

dependem da execução da sua navegação

right here at Earth

aqui na Terra

to tell it where it is and, far more importantly,

para perceberem onde estão e, mais importante ainda,

where it is going.

para onde estão a ir.

And we have to do that navigation here on Earth for one simple reason:

E nós temos de fazer essa navegação aqui na Terra por uma simples razão:

spacecraft are really bad at telling the time.

as naves espaciais são péssimas a contar o tempo.

Mas, se conseguirmos mudar isso,

But if we can change that,

we can revolutionize the way we explore deep space.

podemos transformar a forma como exploramos o espaço.

Now, I am a deep space navigator,

Neste momento, eu sou navegadora do espaço profundo.

and I know you're probably thinking, "What is that job?"

e sei que, provavelmente, estão a pensar: "Que profissão é essa?"

Well, it is an extremely unique and also very fun job.

É uma profissão muito especial e também muito divertida.

I steer spacecraft,

Eu dirijo naves espaciais,

from the moment they separate from their launch vehicle

desde o momento em que se separam de seu veículo de lançamento

to when they reach their destination in space.

até quando chegam ao seu destino no espaço.

And these destinations -- say Mars for example, or Jupiter --

E esses destinos — Marte, por exemplo, ou Júpiter —

they are really far away.

estão realmente muito longe.

To put my job in context for you:

Para pôr o meu trabalho em contexto para vocês:

it's like me standing here in Los Angeles and shooting an arrow,

é tipo eu parada aqui, em Los Angeles, a atirar uma flecha

and with that arrow, I hit a target that's the size of a quarter,

e com essa flecha, eu acerto num alvo do tamanho de uma moeda,

and that target the size of a quarter is sitting in Times Square, New York.

que está situado na Times Square, em Nova Iorque.

Now, I have the opportunity to adjust the course of my spacecraft

Agora, eu tenho a oportunidade de ajustar o curso da minha nave

a few times along that trajectory,

algumas vezes ao longo da trajetória,

but in order to do that, I need to know where it is.

mas, para fazer isso, preciso de saber onde ela está.

And tracking a spacecraft as it travels through deep space

E rastrear uma nave espacial enquanto ela atravessa o espaço profundo

is fundamentally a problem of measuring time.

é fundamentalmente um problema de medição do tempo.

You see, I can't just pull out my ruler and measure how far away my spacecraft is.

Eu não posso pegar numa régua e medir a distância a que está a minha nave.

mas posso medir quanto demora

But I can measure

how long it takes a signal to get there and back again.

um sinal a lá chegar e a regressar.

And the concept is exactly the same as an echo.

O conceito é exatamente o mesmo de um eco.

Se eu me puser em frente duma montanha e gritar,

If I stand in front of a mountain and I shout,

the longer it takes for me to hear my echo back at me,

quanto mais tempo demora eu ouvir o eco voltar para mim,

mais longe aquela montanha está.

the further away that mountain is.

So we measure that signal time very, very accurately,

Então nós medimos o tempo do sinal com muita precisão,

because getting it wrong by just a tiny fraction of a second

porque errar, apenas por uma fração de segundo,

might mean the difference between your spacecraft safely and gently landing

pode definir a diferença entre a nave pousar segura e suavemente

na superfície de outro planeta

on the surface of another planet

or creating yet another crater on that surface.

ou criar outra cratera nessa superfície.

Just a tiny fraction of a second,

Basta uma pequena fração de segundo

and it can be the difference between a mission's life or death.

e isso pode ser a diferença entre a morte e a vida da missão.

Assim, nós medimos meticulosamente o tempo do sinal, aqui na Terra,

So we measure that signal time very, very accurately here on Earth,

down to better than one-billionth of a second.

até ao milésimo de milionésimo de segundo.

But it has to be measured here on Earth.

Mas tem de ser medido aqui na Terra.

There's this great imbalance of scale when it comes to deep space exploration.

Há um grande desequilíbrio de escala na exploração espacial.

Historically, we have been able to send smallish things extremely far away,

Historicamente, temos conseguido mandar pequenas coisas para muito longe,

thanks to very large things here on our home planet.

graças a coisas muito grandes aqui no nosso planeta natal.

As an example, this is the size of a satellite dish

Por exemplo, este é o tamanho de uma antena parabólica

that we use to talk to these spacecraft in deep space.

que usamos para falar com as naves no espaço profundo.

And the atomic clocks that we use for navigation are also large.

Os relógios atómicos que usamos para navegação também são grandes.

The clocks and all of their supporting hardware

Os relógios e todos os seus aparelhos de suporte

can be up to the size of a refrigerator.

podem atingir o tamanho de um frigorífico.

Now, if we even want to talk about sending that capability into deep space,

Agora, se quisermos falar em colocar essa capacidade no espaço,

that refrigerator needs to shrink down

esse frigorífico precisa de encolher

into something that can fit inside the produce drawer.

até a um tamanho que caiba dentro da gaveta de produção.

So why does this matter?

Porque é que isso é importante?

Well, let's revisit one of our intrepid explorers, Voyager 1.

Bom, vamos revisitar um dos nossos corajosos exploradores, o Voyager 1.

O Voyager 1 está a 20 mil milhões de quilómetros de distância agora.

Voyager 1 is just over 13 billion miles away right now.

As you know, it took over 40 years to get there,

Como sabem, levou mais de 40 anos para lá chegar,

and it takes a signal traveling at the speed of light over 40 hours

e um sinal, a viajar à velocidade da luz,

to get there and back again.

demora mais de 40 horas para lá chegar e regressar.

And here's the thing about these spacecraft:

O que se passa com estas naves

they move really fast.

é que se movem realmente depressa.

And Voyager 1 doesn't stop and wait for us to send directions from Earth.

O Voyager 1 não fica à espera que enviemos direções da Terra.

Voyager 1 keeps moving.

O Voyager 1 continua a mover-se.

In that 40 hours that we are waiting

Nessas 40 horas em que ficamos à espera

to hear that echo signal here on the Earth,

de ouvir o eco do sinal, aqui na Terra,

Voyager 1 has moved on by about 1.5 million miles.

o Voyager 1 deslocou-se cerca de 2,5 milhões de quilómetros.

It's 1.5 million miles further into largely uncharted territory.

São 2,5 milhões de milhas de distância em território amplamente desconhecido.

So it would be great

Então, seria ótimo

if we could measure that signal time directly at the spacecraft.

se pudéssemos medir o tempo do sinal diretamente na nave.

But the miniaturization of atomic clock technology is ...

Mas a miniaturização da tecnologia do relógio atómico...

well, it's difficult.

é difícil.

Not only does the clock technology and all the supporting hardware

Não só a tecnologia dos relógios e de todos os aparelhos de apoio

need to shrink down,

precisa de encolher,

but you also need to make it work.

mas também tem de funcionar.

O espaço é um ambiente excecionalmente hostil,

Space is an exceptionally harsh environment,

and if one piece breaks on this instrument,

e se uma peça se partir neste instrumento,

it's not like we can just send a technician out to replace the piece

não podemos mandar o técnico substitui-la

e continuar o caminho.

and continue on our way.

The journeys that these spacecraft take can last months, years,

As viagens que estas naves fazem podem durar meses, anos,

even decades.

até décadas.

And designing and building a precision instrument that can support that

Conceber e construir um instrumento de precisão que aguente isso

is as much an art as it is a science and an engineering.

é uma arte, e é também uma ciência e uma engenharia.

But there is good news: we are making some amazing progress,

Mas há boas notícias: estamos a fazer progressos surpreendentes,

and we're about to take our very first baby steps

e estamos em vias de dar os primeiros passos

into a new age of atomic space clocks.

para uma nova era de relógios atómicos espaciais.

Soon we will be launching

Em breve estaremos a lançar

an ion-based atomic clock that is space-suitable.

um relógio atómico com base em iões, adequado para o espaço.

And this clock has the potential to completely flip the way we navigate.

Esse relógio tem o potencial de mudar totalmente a forma como navegamos.

This clock is so stable,

O relógio é tão estável

it measures time so well,

e mede o tempo tão bem

that if I put it right here and I turned it on,

que, se eu o colocar aqui, o ligar, e afastar-me,

and I walked away,

I would have to come back nine million years later

quando voltasse, nove milhões de anos depois,

for that clock's measurement to be off by one second.

a medição do relógio pode estar errada num segundo.

So what can we do with a clock like this?

O que podemos fazer com um relógio destes?

Well, instead of doing all of the spacecraft navigation

Em vez de fazer toda a navegação da nave

here on the Earth,

aqui na Terra,

what if we let the spacecraft navigate themselves?

que tal se deixarmos que a nave espacial navegue por si só?

Onboard autonomous navigation, or a self-driving spacecraft, if you will,

A navegação autónoma a bordo, ou uma nave auto dirigível

is one of the top technologies needed

é uma das tecnologias mais necessárias

if we are going to survive in deep space.

se quisermos sobreviver no espaço profundo.

When we inevitably send humans to Mars or even further,

Quando inevitavelmente mandarmos pessoas a Marte ou até mais longe,

we need to be navigating that ship in real time,

precisamos de navegar nessa nave em tempo real,

not waiting for directions to come from Earth.

sem ter de esperar instruções da Terra.

And measuring that time wrong by just a tiny fraction of a second

E a medição incorreta do tempo mesmo por uma pequena fração de segundo

can mean the difference between a mission's life or death,

pode significar a diferença entre a vida e a morte da missão,

which is bad enough for a robotic mission,

o que já é muito mau para uma missão robótica,

but just think about the consequences if there was a human crew on board.

mas pensem nas consequências, se houver uma tripulação humana a bordo.

Mas vamos assumir que podemos colocar os nossos astronautas

But let's assume that we can get our astronauts

safely to the surface of their destination.

em segurança na superfície do seu destino.

Once they're there, I imagine they'd like a way to find their way around.

Logo que lá chegarem, acho que gostariam de uma forma de reconhecerem o local.

Well, with this clock technology,

Com esta tecnologia de relógio,

we can now build GPS-like navigation systems

podemos agora construir sistemas de navegação tipo GPS

noutros planetas e luas.

at other planets and moons.

Imagine having GPS on the Moon or Mars.

Imaginem ter um GPS na Lua ou em Marte.

Can you see an astronaut standing on the surface of Mars

Estão a ver uma astronauta na superfície de Marte

with Olympus Mons rising in the background,

com o Monte Olimpo ao fundo,

and she's looking down at her Google Maps Mars Edition

a olhar para o Google Maps, na edição de Marte,

to see where she is

para ver onde está

and to chart a course to get where she needs to go?

e para traçar o caminho para chegar onde tem de ir?

Allow me to dream for a moment,

Deixem-me sonhar por momentos,

and let's talk about something far, far in the future,

e vamos falar sobre uma coisa bem longe no futuro,

when we are sending humans to places much further away than Mars,

quando estivermos a enviar pessoas para lugares mais distantes que Marte,

places where waiting for a signal from the Earth in order to navigate

lugares onde esperar por um sinal da Terra para navegar

is just not realistic.

não é realista.

Imaginem nesse cenário que podemos ter uma constelação,

Imagine in this scenario that we can have a constellation,

a network of communication satellites scattered throughout deep space

uma rede de satélites de comunicação espalhados pelo espaço profundo

transmitindo sinais de navegação,

broadcasting navigation signals,

and any spacecraft picking up that signal

e qualquer nave recebendo aquele sinal

can travel from destination to destination to destination

pode navegar de destino em destino, em destino,

with no direct tie to the Earth at all.

sem qualquer ligação direta com a Terra.

The ability to accurately measure time in deep space

A capacidade para medirmos com rigor o tempo no espaço profundo

can forever change the way we navigate.

pode mudar para sempre o modo de navegarmos.

But it also has the potential to give us some pretty cool science.

Mas também tem o potencial de nos dar uma ciência muito útil.

You see, that same signal that we use for navigation

Vejam, o mesmo sinal que usamos para a navegação

tells us something about where it came from

diz-nos algo sobre a sua origem

and the journey that it took as it traveled from antenna to antenna.

e o caminho que percorreu enquanto viajava de antena em antena.

And that journey, that gives us data, data to build better models,

Essa jornada, que nos dá dados, informações para criar modelos melhores,

better models of planetary atmospheres throughout our solar system.

modelos melhores de atmosferas planetárias através do nosso sistema solar.

We can detect subsurface oceans on far-off icy moons,

Nós podemos detetar oceanos abaixo da superfície em distantes luas geladas,

maybe even detect tiny ripples in space due to relativistic gravity.

talvez até detetar pequenas ondulações no espaço devido à gravidade relativa.

Onboard autonomous navigation means we can support more spacecraft,

Navegação autónoma a bordo significa que podemos sustentar,

mais naves espaciais e mais sensores para explorar o universo,

more sensors to explore the universe,

and it also frees up navigators -- people like me --

e também liberta os navegadores — pessoas como eu —

to work on finding the answers to other questions.

para trabalhar e encontrar respostas para outras questões.

And we still have a lot of questions to answer.

E ainda temos muitas questões a responder.

Nós sabemos muito pouco sobre o universo à nossa volta.

We know such precious little about this universe around us.

In recent years, we have discovered nearly 3,000 planetary systems

Recentemente, descobrimos cerca de 3000 sistemas planetários

outside of our own solar system,

fora do nosso sistema solar.

and those systems are home to almost 4,000 exoplanets.

Esses sistemas albergam quase 4000 exoplanetas.

To put that number in context for you:

Colocando isto em contexto:

when I was learning about planets for the first time as a child,

quando eu aprendi os planetas pela primeira vez, quando criança,

there were nine,

havia nove,

or eight if you didn't count Pluto.

ou oito, se não contasse com Plutão.

But now there are 4,000.

Mas agora há 4000.

It is estimated that dark matter

Calcula-se que a matéria escura

makes up about 96 percent of our universe,

compõe cerca de 96% do nosso universo,

e nós nem sabemos o que é.

and we don't even know what it is.

All of the science returned

Toda a ciência que proveio

from all of our deep space missions combined

de todas as nossas missões do espaço profundo em conjunto,

is just this single drop of knowledge

é só uma simples gota de conhecimentos

in a vast ocean of questions.

num vasto oceano de perguntas.

And if we want to learn more,

E se queremos aprender mais,

to discover more, to understand more,

descobrir mais, compreender mais,

then we need to explore more.

precisamos de explorar mais.

A capacidade de gerir rigorosamente o tempo no espaço profundo

The ability to accurately keep time in deep space

will revolutionize the way that we can explore this universe,

vai revolucionar o modo como podemos explorar este universo,

and it might just be one of the keys to unlocking some of those secrets

e pode ser mais uma das chaves para revelar alguns desses segredos

that she holds so dear.

que ela guarda tão ciosamente.

Obrigada.

Thank you.

(Applause)

(Aplausos)