Dette nanofotoniske materiale kunne skubbe interstellare fartøjer tættere på lyshastigheden

IKAROS solsejl (Andrzej Mirecki / Wikimedia commons)

Hvis mennesker skal sende bittesmå sonder hen over de store afstande i rummet, bliver deres sejls design nødt til at skabe en delikat balance mellem masse, styrke og reflektivitet. Nu har ingeniører opfundet et nanomateriale, der måske bare gør tricket og hjælper os med at skubbe rumsonder tættere på lysets hastighed.

Det nye materiale, opfundet af ingeniører fra California Institute of Technology, er lavet af silicium og dets oxid, silica.

Holdet har fundet ud af, at supertynde strukturer lavet af disse to materialer kunne konvertere bølger af infrarødt lys til et momentum, der ville accelerere en sonde til hastigheder på omkring 60.000 kilometer (37.000 miles) i sekundet.



Det er forbløffende 20 procent af lysets hastighed, som kunne føre en lille sonde til vores nærmeste stjernenaboer, en klynge af stjerner kaldet Ved siden af ​​kentauren inden for årtier snarere end årtusinder.

Det ligger i vores natur at række ud og røre ved. Selvom vi ved meget om fjerne stjerner fra det lys, de udsender, er vi drevet til at komme stadig tættere på for at få et bedre udseende.

At sende mennesker ind i et nærliggende solsystem kommer bare ikke til at ske snart. Men videnskaben kan være inden for rækkevidde af at bruge fotonernes inerti til at få små stykker teknologi op til de hastigheder, der kræves for at tilbagelægge store afstande på relativt kort tid.

I modsætning til tykke luftmolekyler har lys ikke en hvilemasse. Så det 'blæser' ikke på samme måde som vinden gør.Men flyvende fotoner giver stadig et slagved at udøve tryk via deres momentum, i henhold til Maxwells ligninger på elektromagnetisk stråling.

Ideen er at bruge en laser til sammenhængende at skyde en strøm af fotoner ved infrarøde bølgelængder på et 'lysnet' eller sejl, der er knyttet til et objekt, vi ønsker at transportere gennem rummet.

Selv for små genstande ville det betyde at kaste et stort sejl, hvilket igen betyder at tilføje mere masse. Så dette sejl skal være så let som muligt, hvilket kan gøre det let til skade.

Allerede nu kan du se, at problemerne begynder at stige.

Så er der spørgsmålet om varme. Fotoner, der påvirker molekylerne, der udgør dette lysindsamlingsnet, vil blive absorberet, hvilket får dem til at rykke med ekstra energi.

Så det perfekte materiale skulle være i stand til at håndtere de høje temperaturer ved hurtigt at afgive den varme som stråling.

De fleste stridende materialer, såsom aluminium og grafen , har problemer med den måde, de fanger eller udsender lys, eller er for tunge eller for svage.

Ved at vende sig til nanomaterialer har ingeniører fordelen af ​​at tilpasse den måde, lys absorberes og udsendes på, så de kan finjustere den delikate balance med at fange nok lys til at opbygge hastighed uden overophedning.

Et supertyndt lag lavet af silicium og siliciumdioxid – eller silica – kunne være lige hvad vi har brug for.

Siliciumkomponenten ville have det rigtige brydningsindeks, et mål for den måde, lys rammer og genudsendes på. Det giver sejlet det skub, det skal bruge for at opbygge fart.

Men silicium er ikke særlig god til at udsende varme som stråling, så ville risikere at gå i opløsning.

Silica deler ikke siliciums evne til brydning. Men det konverterer varmeenergi til stråling mere effektivt end silicium alene, hvilket giver bedre afkøling.

Hvorvidt denne præcise opskrift viser sig at være optimal eller ej, kræver eksperimentering.

Men holdet kom også med en ny standard, vi kan bruge til at teste effektiviteten af ​​potentielle sejl som et mål for deres reflektivitet i forhold til nyttelastmasse, kaldet en refleksionsjusteret områdetæthed eller RAAD.

Ved at bruge dette mål kan vi sammenligne forskellige materialers reflektivitet og få et bedre skøn over deres potentielle hastigheder.

Tiden vil vise, om en blanding af silica og silicium vil fungere som håbet. Selvom det gør, er derstadig masser af udfordringer forudefør vi kan forvente postkort uden for vores solsystem.

IKAROS , et solar-sejldrevet fartøj lanceret af Japan Aerospace Exploration Agency i maj 2010, havde sejl lavet af en imidpolymer .

Den klarede en imponerende hastighed på omkring 100 meter i sekundet – hurtigt nok til at komme til Venus december samme år, men langt fra hurtigt nok til interstellar rejse.

Alligevel viser det, at vi er på vej.

Med denne form for forskning er det muligt, at disse udfordringer kan fortsætte med at skrumpe i de kommende år. Disse stjerner kan bare være inden for rækkevidde endnu.

Denne forskning blev offentliggjort i Nano bogstaver .

Populære Kategorier: Ukategoriseret , Miljø , Mennesker , Sundhed , Plads , Mening , Tech , Forklarer , Natur , Fysik ,

Om Os

Offentliggørelse Af Uafhængige, Beviste Fakta Om Rapporter Om Sundhed, Rum, Natur, Teknologi Og Miljøet.