Незаметный ритм, крошечное, но революционное колебание: al Калифорнийский технологический институт очень тонкая мембрана вибрировала под давлением лазера. Это может показаться просто очередным физическим экспериментом, но за этим танцем света скрывается необычайное открытие. Это шаг вперед в фотонная тяга, принцип, который может позволить космическим зондам достигать других звезд без топлива, двигаясь только за счет давления света.
Что такое фотонное движение и почему оно важно?
Фотонное движение использует давление света на отражающую поверхность. Несмотря на то, что фотоны не имеют массы, при столкновении с объектом они передают очень небольшой импульс. Если сфокусировать поток фотонов на сверхлегком парусе, он сможет разогнаться до космоса без необходимости использования топлива.
Идея не нова: солнечные паруса, использующие солнечный свет для движения, уже были успешно испытаны, как в случае с Световой Парус 2, запущенный в 2019 году Планетарным обществом. Однако для межзвездных путешествий солнечного света недостаточно. Вот где лазер высокой мощности, что может разогнать зонды до невиданных ранее скоростей.
Эксперимент Калтеха: батут-парус света
Команда Калифорнийский технологический институт испытали микроскопический парус из нитрида кремния, чрезвычайно легкого и прочного материала. Исследование, опубликованное в Nature Photonics (Я связываю это здесь), описывает квадратное устройство размером всего 40 микрометров с каждой стороны и толщина 50 нанометров: меньше человеческого волоса.
Эксперимент имел одну ключевую цель: точно измерить силу, оказываемую лазерным лучом на сверхлегкий парус. Для этого исследователи подвесили парус с помощью микроскопических пружин и направили лазерный луч на его поверхность. Наблюдаемый эффект представлял собой вибрацию, похожую на вибрацию трамплина. Анализируя эти движения, команда смогла рассчитать тягу, создаваемую лазером.
Почему это шаг вперед?
До сих пор фотонное движение изучалось в основном в теории или с помощью крупномасштабных экспериментов, таких как солнечные паруса. Вместо этого проведите следующий тест:
- Демонстрирует возможность создания очень тонких и легких парусов. для космических путешествий;
- Обеспечивает прямое измерение тяги лазера, полезно для будущих практических применений;
- Подтверждает, что такие материалы, как нитрид кремния, могут выдерживать лазерное излучение. без деформации и ухудшения качества.
Это исследование прокладывает путь к проектированию космических зондов. очень маленькая масса, способный развивать необычайную скорость благодаря лазерным лучам.
К звездам: прорывной Starshot и мечта об Альфе Центавра
Самый амбициозный проект, посвященный фотонному движению, — это Прорыв Starshot, запущенный в 2016 году Стивеном Хокингом и миллиардером Юрием Мильнером. Цель состоит в том, чтобы направить микрозонды в направлении Альфа Центавра, ближайшая к Земле звездная система, расположенная примерно 4,37 световых лет от нас.
Как? С 100-гигаваттный наземный лазер, который подтолкнет парус весом в несколько граммов вверх 20% скорости света. При такой скорости микрозонду потребуется всего лишь 20 лет чтобы достичь Альфы Центавра, вместо тысяч лет, необходимых при использовании современных технологий.
Эксперимент Калифорнийского технологического института имеет решающее значение, поскольку он помогает заполнить один из главных пробелов проекта: понять, как паруса реагируют на лазерное излучение. Предстоит еще решить множество проблем, в том числе:
- Устойчивость паруса: Он должен сохранять курс без отклонений.
- Сопротивление повреждениям: Интенсивность лазера не должна его разрушить.
- Точность лазера: Его необходимо направлять на огромные расстояния без рассеивания.
Что теперь? Будущее фотонного движения
Следующие шаги в исследовании включают разработку современные материалы, способный поглощать меньше тепла и сохранять структурную устойчивость под воздействием лазерного луча. Кроме того, необходимо будет усовершенствовать методы автокоррекция паруса, чтобы он мог оставаться совмещенным с лазерным лучом во время длительных межзвездных путешествий.
Если эти препятствия будут преодолены, мы сможем увидеть запуск первых зондов уже через несколько десятилетий. за пределами Солнечной системы, превращая межзвездные исследования из мечты в реальность.
Эксперимент Калифорнийского технологического института показывает, что первый шаг уже сделан. Свет действительно может стать топливом будущего для безграничных космических путешествий.
