Sulla gigantesca luna di Saturno Titano, piovono metano liquido e altri idrocarburi, scolpire fiumi, laghi e mari in un paesaggio di acqua ghiacciata. La complessa chimica di questo mondo ghiacciato potrebbe essere analoga al periodo in cui la vita emerse per la prima volta sulla Terra, oppure potrebbe produrre un tipo di vita completamente nuovo. E ancora più lontano, anni luce nello spazio profondo, un buco nero fa a pezzi il nucleo ultra-denso di una stella morta, deformando il tessuto dello spazio stesso e inviando onde di spazio-tempo che volano attraverso l'universo.

Presso lo Space Laser Assembly Cleanroom (SLAC) presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, il ramo laser ed elettro-ottica sta costruendo laser per la missione Dragonfly della NASA su Titano e l'antenna spaziale interferometrica laser (LISA) dell'Agenzia spaziale europea (ESA), che misurerà le onde nello spazio-tempo causate da massicce collisioni.

Lo SLAC di Goddard è un centro di competenza per l'arte e la scienza della costruzione di laser per strumenti avanzati per esplorare ambienti esotici ed estremi come quelli studiati da Dragonfly e LISA.

I laser sono difficili:non "vogliono" funzionare, dice Barry Coyle, fisico della NASA Goddard.

"Tutto deve essere perfetto, "Coyle ha detto.

Ecco perché assemblarli in un unico posto è così fondamentale per l'efficienza, sia in termini di produzione che di costi. Questa è l'idea alla base dello SLAC, ed è stato concepito poco dopo il lancio di ICESat-1. ICESat-1 ospitava il sistema altimetro laser Geoscience, che è stato prodotto in una struttura congiunta dell'Università del Maryland e di Goddard. Anche se il laser ha funzionato bene, Coyle ha detto, produrre sistemi laser per il volo spaziale al di fuori della NASA potrebbe essere costoso e inefficiente.

Coyle ha detto che lui e altri si sono resi conto che queste spese potrebbero essere ridotte se i laser fossero prodotti in un laboratorio interno. Inoltre, tempo ed energia potrebbero essere risparmiati.

Pamela Millar, capo dell'Ufficio Tecnologie per le Scienze della Terra, era il capo della filiale del telerilevamento all'epoca e guidava lo sforzo per garantire i finanziamenti per lo SLAC, disse Coyle. Da allora, il laboratorio ha sfornato laser.

Attualmente, il team Goddard sta sviluppando un laser ultravioletto (UV) nello SLAC, il laser Dragonfly Mass Spectrometer (DraMS), per la missione Dragonfly. La missione prevede un lander ad ala rotante progettato per più soste sulla superficie di Titano. Il lander, in fase di progettazione e costruzione presso il Laboratorio di Fisica Applicata Johns Hopkins a Laurel, Maryland, porterà una suite completa di strumenti per campionare materiali e sviluppare ulteriori conoscenze sulla composizione della superficie lunare e altre proprietà.

L'ingegnere laser Goddard Matt Mullin sta attualmente lavorando al laser DraMS, dove il suo lavoro quotidiano prevede la costruzione o l'allineamento dell'hardware, costruire il laser, o eseguire test sui sottocomponenti.

"Fondamentalmente, il raggio laser UV sarà focalizzato verso il basso in una coppetta per campioni, che contiene alcuni dei materiali di superficie di Titano. Il raggio desorbirà i composti molecolari dal campione ed ecciterà ioni (atomi e molecole con una carica elettrica netta) da ingerire nello spettrometro di massa che gli scienziati possono utilizzare per rilevare di cosa è composto quel campione, " Egli ha detto.

Il laser è eccitante perché sta volando in una missione di New Frontiers, ha detto Mullin. Il programma New Frontiers è un'iniziativa della NASA che mira a finanziare missioni che esploreranno parti del sistema solare considerate prioritarie nella scienza planetaria.

"Abbiamo inviato una sonda su Titano in passato, ma questo strumento e questa missione sono destinati a risolvere molti dei misteri legati a questa luna davvero interessante in seguito a precedenti esplorazioni, " ha detto Mullin. "E vedere se questa luna potrebbe potenzialmente ospitare qualsiasi forma di vita sarebbe molto interessante."

Però, temperature estremamente fredde e metano nell'atmosfera di Titano e sulla sua superficie rappresentano ostacoli.

"Come si ottiene un laser lì e come si fa a farlo funzionare lì?" disse Coyle. "Queste sono le due sfide".

È fondamentale che lo strumento sia il più piccolo possibile e che il peso e il consumo di energia siano ridotti al minimo. Oltre a ciò, i laser hanno bisogno delle condizioni perfette per funzionare correttamente.

"Sei come bilanciare un uovo sulla sua estremità, vuole sempre non funzionare. Stai sfruttando i fotoni (particelle di luce) per fare ciò che vuoi, è molto difficile, "Coyle ha detto.

Ecco perché lo SLAC aiuta. Senza SLAC, produrre il laser comporterebbe molti spostamenti tra gli edifici con team separati che ci lavorano.

"Aiuta ad avere una posizione centrale dove possiamo fare l'incollaggio delle ottiche, il gruppo di pulizia, tutte le infrastrutture qui:è fantastico, "Coyle ha detto.

Oltre al suo lavoro su Dragonfly, laser progettati dalla NASA, contributi alla missione LISA guidata dall'ESA, sarà costruito in laboratorio. LISA sarà il primo osservatorio spaziale delle onde spazio-temporali, chiamate onde gravitazionali. L'ESA cerca di testare la teoria della gravità di Einstein misurando le onde gravitazionali nello spazio generate da eventi estremamente violenti come le collisioni di buchi neri.

"Lo SLAC è un luogo perfetto per noi per costruire i laser LISA, "Antonio Yu, il capo dello sviluppo del prodotto per il laser LISA, disse. "I laser LISA hanno molti requisiti rigorosi e abbiamo bisogno di allestire stazioni di test in situ per verificare le prestazioni del laser durante il processo di costruzione. Lo SLAC ci consente di creare stazioni di test specializzate per testare il laser in tempo reale e anche quando viene sottoposto a test di ciclo termico del vuoto dopo l'assemblaggio."

Paul Stisley, Il capo del ramo associato di Goddard di laser ed elettro-ottica, e responsabile dello sviluppo del prodotto per il laser DraMS, ha detto che il cuore e l'anima di SLAC è nel modo in cui ottimizza lo sviluppo tecnologico e la produzione di laser.

"Ciò che rende unico lo SLAC è avere una posizione centralizzata da sviluppare, costruire e testare sistemi laser per voli spaziali, " Stysley ha detto. "Sono in atto un flusso di prodotti e un'infrastruttura per lo sviluppo, testare e monitorare dal punto di vista ambientale un progetto laser dalla culla alla tomba per una missione di volo spaziale che porta a una significativa riduzione del rischio tecnico e dei costi".

Mullin ha detto che lavorare su Dragonfly e con il team è stato fantastico.

"Il vero piacere e la parte eccitante è stata lavorare con alcuni dei migliori ingegneri e scienziati del mondo su questo progetto, "Ha detto Mullin. "Ricordo di aver guardato Discovery Channel sull'esplorazione futura di lune esterne come Europa o Titano, ma non avrei mai immaginato che sarei stato in una delle squadre per aiutarlo a esplorarlo."