Cientistas dizem que este “estranho mecanismo físico” pode permitir que objetos levitem com a luz solar

Como pequenos «discos» movidos pela luz podem abrir uma janela inédita na MESOSFERA

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Cientistas dizem que este “estranho mecanismo físico” pode permitir que objetos levitem com a luz solar

Um novo estudo mostra discos ultraleves nanofabricados que, alimentados só pela luz solar via fotoforese, podem operar na mesosfera

Projetada para **voar a ~72 km** acima da superfície terrestre, uma equipe liderada por pesquisadores do Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) desenvolveu uma estrutura leve, nanofabricada, capaz de propulsão acionada apenas pela luz do Sol por meio de um processo físico chamado **fotoforese** — um mecanismo que pode finalmente permitir o monitoramento direto de uma das camadas mais enigmáticas e inacessíveis da atmosfera terrestre.

Por que a mesosfera é tão difícil de estudar — e por que isso importa

A mesosfera estende-se aproximadamente entre **50 e 85 km** acima da superfície (limites variam conforme latitude e estação) e fica numa faixa que é simultaneamente muito alta para aviões e balões — e muito baixa para satélites se manterem em órbita. Esse “vazio prático” obriga os cientistas a dependerem de foguetes-sonda, que só amostram a região por minutos, deixando lacunas importantes que afetam previsões meteorológicas e modelos climáticos. A possibilidade de acesso direto e sustentado a essa faixa pode transformar a observação da circulação atmosférica, ondas de gravidade, nuvens noturnas e muito mais.

Agora, um avanço tecnológico promissor sugere que estruturas ultraleves podem permanecer em suspensão nessa região usando **apenas a energia solar**. A novidade: membranas nanofabricadas em formato de disco — leves e perfuradas de maneira controlada — que exploram a diferença de impacto das moléculas de gás entre lados mais quentes e mais frios da estrutura, gerando uma força ascendente contínua. Essa força é a chamada **fotoforese** ou força fotoforética, e foi demonstrada experimentalmente em condições que imitam a alta atmosfera.

Fotoforese — o que é (e por que funciona na mesosfera)

Ilustração do mecanismo físico que pode permitir que objetos levitem com a luz solar.

A fotoforese é um efeito físico onde moléculas de gás rebatem com mais intensidade do lado mais quente de um objeto do que do lado mais frio — o que, em pressões extremamente baixas como as da mesosfera, cria um impulso líquido em direção oposta à gravidade. Em condições normais próximas à superfície o efeito é irrelevante; porém, quando a estrutura é **levíssima** e o aquecimento solar é localizado (por exemplo, uma camada inferior metálica que absorve luz), a força pode superar o peso do objeto e mantê-lo em voo. Pesquisadores demonstraram tanto o modelo teórico quanto o voo em câmara simulando essas condições.

O conceito moderno foi idealizado por David Keith há mais de uma década; para transformar a ideia em dispositivo real ele recrutou Ben Schafer (então estudante de pós-graduação em Harvard) e o professor Joost Vlassak (SEAS). Avanços recentes em nanofabricação permitiram construir membranas de alumina cerâmica com um revestimento inferior de crômio — o crômio absorve a luz solar e aquece mais que a camada superior, criando o gradiente térmico necessário para a fotoforese. As estruturas são projetadas como “sanduíches” ultrafinos e podem ser escaladas até dezenas de centímetros com as técnicas apresentadas.

Para validar o conceito, a equipe fabricou protótipos centimétricos e os testou numa câmara de baixa pressão regulada para ~26,7 Pascal — pressão semelhante à encontrada na faixa superior da mesosfera — e iluminou os protótipos com intensidade equivalente a ~55% da luz solar no solo (ajustada para simular geometria e espectro). Os resultados mostraram que a força fotoforética gerada era suficiente para vencer o peso das estruturas e produzir uma sustentação estável — a primeira demonstração prática que aproxima a ideia de uma aplicação real.

Aplicações potenciais — do ajuste fino de modelos climáticos à conectividade em baixa latência

Uma ilustração dos casos de uso dos dispositivos. Crédito: Ben Schafer e Jong-hyoung Kim.

Segundo os autores e a cobertura da imprensa especializada, as possibilidades são vastas: ao equipar esses discos ultraleves com sensores de pressão, temperatura e velocidade do vento, cientistas poderiam obter observações contínuas e localizadas da mesosfera, melhorando previsões meteorológicas e reduzindo incertezas em modelos climáticos. Pesquisadores também apontam que — devido à sua altitude intermediária — plataformas desse tipo poderiam oferecer comunicações de baixa latência complementares a constelações de satélites como alternativas regionais, e até mesmo operar em atmosferas raras de outros planetas, como Marte.

Embora promissor, o caminho para operações práticas exige resolver desafios de integração de cargas úteis (sensores, rádio, painéis de energia, sistemas de posicionamento), resistência a micro-meteoroides e controle de orientação/estabilidade em escalas maiores. A equipe já trabalha em formas de incorporar comunicações a bordo e cargas funcionais, e ressalta que a tecnologia abre perguntas sobre regulação do espaço próximo e segurança de frequências — tópicos que precisarão ser debatidos com agências reguladoras e a comunidade científica.

O estudo original que descreve esses dispositivos e os testes experimentais foi publicado na Nature — artigo intitulado “Photophoretic flight of perforated structures in near-space conditions”, Volume 644, 14 de agosto de 2025.

Perguntas Frequentes (FAQ) — formato visível ao leitor

O que é fotoforese (fotoforética)?

A fotoforese (ou força fotoforética) é um fenômeno físico em que um corpo assimétrico, exposto a uma fonte de calor localizada, experimenta um empuxo devido ao choque molecular diferencial entre lados mais quentes e mais frios. Em pressões muito baixas — como as encontradas na mesosfera — esse efeito pode gerar força suficiente para suspender estruturas extremamente leves.

Esta tecnologia funciona na Terra e em outros planetas como Marte?

Sim — o princípio físico é geral, mas a eficácia depende de parâmetros atmosféricos como pressão, composição gasosa e intensidade da radiação solar. Na Terra, a mesosfera oferece condições favoráveis; em Marte, a atmosfera rarefeita e a radiação solar mais fraca exigiriam ajustes de projeto (materiais, área superficial e massa) para obter sustentação eficaz.

Quais sensores e cargas úteis podem ser acoplados a esses discos?

Sensores ultraleves para medir pressão, temperatura, velocidade do vento, campos elétricos e composição química podem ser integrados. Além disso, pequenos radios de baixa potência, transponders e módulos fotovoltaicos flexíveis (para armazenamento ou sistemas híbridos) são candidatos prováveis — desde que a massa total permaneça compatível com a força fotoforética.

Quando esses dispositivos poderão operar rotineiramente na mesosfera?

Ainda há um caminho de desenvolvimento: testes em escala maior, integração de cargas úteis e sistemas de comunicação, validação em voo real e avaliação regulatória. Se o progresso laboratorial e de fabricação for rápido, demos demonstráveis em escala regional podem ocorrer em alguns anos, mas operações comerciais e científicas rotineiras dependerão de certificação e de solução dos desafios técnicos listados.

Existem questões de regulamentação e ética a considerar?

Sim. A operação de plataformas na mesosfera levanta questões sobre uso de frequências de rádio, segurança de tráfego aéreo/espacial, impacto ambiental e responsabilidade por falhas. É importante que pesquisadores, agências reguladoras e a comunidade internacional debatam normas e limites de operação antes de implantações em larga escala.