Pesquisadores desenvolvem aeronaves ultraleves para explorar região quase inacessível da Terra: o segredo é "surfar na luz solar"

Bem acima de nós, muito além de onde qualquer avião convencional consegue chegar, existe uma camada atmosférica fascinante. Embora faça parte da Terra, essa fronteira é letal para qualquer ser vivo e praticamente inacessível para as nossas máquinas. Agora, um grupo de cientistas desenvolveu um tipo de veículo completamente novo: ele flutua aproveitando a luz do Sol, sem gastar combustível nem eletricidade.

Fotoforese: quando planar sobre a luz solar vira realidade

Imagine estruturas macroscópicas ultraleves, criadas em nanoescala, capazes de flutuar na parte mais alta da atmosfera terrestre sem motores, peças mecânicas móveis ou uma gota de combustível. Parece ficção científica, mas é pura física.

O segredo por trás dessa façanha atende pelo nome de forças fotoforéticas. Para entender como o fenômeno funciona, basta analisar a própria palavra "fotoforese": o prefixo foto vem do grego e significa luz, enquanto forese quer dizer transporte ou sustentação. Em termos literais, significa ser impulsionado ou sustentado pela própria luz.

Do ponto de vista físico, o mecanismo funciona gerando empuxo a partir de um aquecimento desigual da estrutura. A fabricação desses minúsculos discos voadores de alguns centímetros de diâmetro segue este processo engenhoso:

• Estruturas extremamente finas e leves são feitas de óxido de alumínio (cerâmica de alumina) e cromo.
• Duas membranas ultrafinas desses materiais são montadas uma sobre a outra, deixando uma pequena camada de ar entre elas.
• Elementos verticais (ligamentos) separam as camadas e garantem a rigidez necessária da estrutura.
• As membranas contam com microperfurações. Esse arranjo intensifica o efeito, já que a troca gasosa ocorre por meio de minúsculos poros — um processo conhecido na física como transpiração térmica.
• A parte superior do dispositivo é transparente à radiação solar.
• A parte inferior, ao contrário, absorve a luz intensamente.
• Com isso, a face de baixo aquece muito mais do que a de cima.
• Por causa desse diferencial térmico, as moléculas de gás se movem preferencialmente do topo frio para a base quente através das microporosidades. Esse fluxo contínuo cria um desbalanceamento de pressão.
• Essa diferença de pressão gera a sustentação necessária para vencer a gravidade: o pequeno veículo simplesmente levita.

Vale lembrar que a fotoforese gera uma força muito sutil, funcionando principalmente em condições de pressão atmosférica extremamente reduzida. Ainda assim, técnicas modernas de nanofabricação e materiais ultraleves estão viabilizando aplicações que antes eram impensáveis.

Testado com sucesso em laboratório

Em condições laboratoriais, a equipe de cientistas testou com sucesso uma estrutura de um centímetro sob uma pressão de apenas 26,7 Pa — o equivalente a cerca de 0,026% da pressão ao nível do mar. Para simular a luz do Sol, os pesquisadores utilizaram um laser ajustado com metade da intensidade solar média.

Os cálculos apontam que um disco de seis centímetros de diâmetro seria capaz de carregar até 10 miligramas de carga útil. Pode parecer pouco, mas é peso suficiente para incluir uma célula solar microscópica e um transmissor para enviar dados coletados por microcircuitos integrados. Segundo as simulações, o aparelho conseguiria se manter flutuando estavelmente a cerca de 75 km de altitude durante o dia todo.

Ao unir essa inovação a novos materiais sintéticos e processos modernos de fabricação, a ciência dá um passo decisivo para desbravar uma das últimas fronteiras inexploradas do nosso planeta.

Rumo à conquista da "ignorosfera"

O infográfico mostra esquematicamente as camadas da atmosfera, incluindo a órbita terrestre baixa. Justamente nesse vazio entre aviões e satélites é onde essas microestruturas atuarão. (Crédito da imagem: https://www.nature.com/articles/s41586-025-09281-8)

Qual é o verdadeiro objetivo desses discos voadores? Eles conseguem alcançar uma faixa atmosférica muito específica e, acima de tudo, permanecer lá por períodos prolongados. A alta mesosfera (localizada entre 65 e 85 quilômetros de altitude) apresenta condições únicas na Terra. No jargão científico, ela costuma ser chamada ironicamente de "ignorosfera", justamente porque a humanidade é obrigada a ignorá-la por falta de ferramentas capazes de explorá-la.

Mesosfera: um território único na atmosfera terrestre

A mesosfera começa a cerca de 50 quilômetros do solo, logo acima da troposfera e da estratosfera, e se estende até perto dos 80 quilômetros, onde fica a mesopausa. Acima dela surgem a termosfera (que vai de 400 a 800 km, dependendo da classificação adotada) e, por fim, a exosfera.
Na termosfera orbitam centenas de satélites — o que traz riscos ecológicos em potencial — e também a Estação Espacial Internacional (ISS). Dessa forma, a mesosfera pode ser considerada a última camada com ar da atmosfera clássica antes do domínio dos veículos espaciais. É ali que a maioria dos meteoros e fragmentos espaciais se incendeia, criando as estrelas cadentes.
Além disso, as temperaturas por lá variam de 0 °C na marca dos 50 km até congelantes –90 °C na mesopausa (segundo dados da eskp).

O grande problema dessa altitude é um paradoxo aerodinâmico: o ar é simultaneamente rarefeito demais e denso demais:

• Satélites não sobrevivem abaixo da órbita terrestre baixa (LEO, acima de 200 km), pois o atrito contínuo com as partículas de gás reduz sua velocidade e os faz reentrar e queimar na atmosfera em pouco tempo. 
• Aviões e balões estratosféricos enfrentam o problema oposto: a pressão na alta mesosfera é baixa demais. Aeronaves com asas não encontram sustentação suficiente para planar, e os balões não conseguem subir por falta de densidade do ar ao redor.

Ao aproveitar as forças fotoforéticas, a humanidade finalmente tem a chance de desbravar esse ambiente inóspito. As potenciais missões para esses novos dispositivos incluem:

• Pesquisas avançadas sobre clima e previsões meteorológicas
• Redes alternativas de comunicação e transmissão de dados
• Fotografia e monitoramento da Terra fora do espectro de luz visível

Outro campo promissor está fora do nosso planeta. Em Marte, por exemplo, a atmosfera na superfície é muito parecida com a alta mesosfera terrestre: extremamente rarefeita, fria e sob intensa incidência de luz solar, quase sem nuvens para bloquear a radiação.

Conceito comprovado, mas com desafios pela frente

Como acontece com qualquer tecnologia disruptiva, restam desafios fundamentais a serem superados antes que a novidade ganhe os céus em larga escala:

• Escalabilidade: o design e os materiais aguentariam estruturas com dimensões de metros? Se sim, isso aumentaria expressivamente a capacidade de carga.
• Durabilidade: qual é a vida útil dessas estruturas sob radiação solar contínua?
• Estabilidade: como elas se comportam diante de ventos e turbulências? Seriam capazes de subir e descer conforme a necessidade, ou funcionarão inicialmente como sensores descartáveis de um único voo diurno?

Ainda serão necessários diversos testes práticos para responder a essas dúvidas e consolidar a exploração da mesosfera. A equipe por trás da inovação já deu o próximo passo: a startup Rarefied Technologies foi fundada para aperfeiçoar a tecnologia e levá-la do laboratório para o mercado.

Matéria traduzida de GameStar*