Drobná zařízení poháněná slunečním světlem by mohla prozkoumat záhadnou oblast zemské atmosféry
Samoficiální zařízení poháněná slunečním světlem byla poprvé testována v podmínkách téměř vakuum podobných těm v horní atmosféře Země a připravila cestu pro revoluci v atmosférické vědě.
Drobné, lehké membrány – které jsou vyrobeny z oxidu hliníku a vrstvy chromu – využívají jev známý jako fotoforéza, ke kterému dochází, když se jedna strana tenkého materiálu zahřeje než druhá. Když se molekuly plynu odrazí od teplejší strany, tlačí membránu nahoru. Účinek je však velmi slabý, a proto lze pozorovat pouze ve velmi nízkotlakých prostředích, jako jsou prostředí blízkého prostoru.
V nedávném experimentu, popsaném v příspěvku zveřejněném 13. srpna v časopise PřírodaVědci vytvořili ve vakuové komoře, když byli vystaveni světlu asi 55%, jako přirozené sluneční světlo.
„To je velký výsledek, který ukazuje, že by to ve skutečnosti fungovalo ve stejných podmínkách, jaké máte v horní atmosféře,“ řekl Ben Schafer, hlavní autor příspěvku a výzkumný pracovník na Harvardu John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (Seas).
„Mluvíme (o A) oblasti atmosféry, která se někdy nazývá ignorosféra, protože tam není nic, co by tam mohlo létat. Schopnost poslat něco tam by nám umožnilo vzít mnohem přesnější údaje, než v současné době můžeme,“ řekl Space.com.
Související: Nepolapitelná „ignorosféra“ Země by mohla vrhnout nové světlo na Auroras
Ignorosféra zahrnuje mezosféru – vrstvu Atmosféra Země ve výškách mezi 30 a 53 mil (50 až 85 kilometrů) – plus část termosféry do výšky 100 mil (160 km). Ignorosféra je příliš vysoká na to, aby se letadla dosáhla, ale příliš nízká na nástroje na palubě satelitů s nízkým obsahem země, které mají být vzorkovány. Senzory umístěné na znějících raketách provádějí příležitostná měření v regionu, ale většina procesů, které se odehrávají, je málo pochopeno.
Ignorosféra tvoří hranici mezi plynným krytem Země a vesmírem. Když Ejekce koronálních hmot – Obrovské vyhoštění nabité plazmy ze slunce – zasáhly Zemi, ukládají většinu své energie do ignorosféry. Aurorální záři se vyskytují v ignorosféře, stejně jako energetické výměny, které vedou k geomagnetickým bouřím, které mohou vyřadit energetické mřížky a vyhodit satelity z jejich oběžné dráhy. Tyto neprozkoumané nadmořské výšky jsou také místo, kde se během jejich reentries hoří satelity a kde Znečištění ovzduší produkované během jejich spalování akumuluje.
„Získání přesných údajů z této oblasti o větru, teplotách, tlacích atd. By skutečně zvýšilo přesnost stávajících globálních klimatických modelů,“ řekl Schafer. „Vyplňovalo by to mezeru, kterou máme.“
Shafer a jeho kolegyně Angela Feldhaus vyřadili společnost z Harvardova moře zvanou vzácné technologie. Cílem spuštění je provádět realistické atmosférické experimenty s takovými zařízeními v naději, že je komercializují.
Aby se zvedly miniaturní senzory a antény do ignorosféry, musely by být membrány poněkud větší, široké kolem 2,4 palce (6 cm). „Byl by to disk, který by mohl do blízkého prostoru loftovat asi 10 miligramů (0,0004 unce),“ řekl Schafer.
Zařízení by byla uvolněna ze stratosférického balónu asi 30 km (50 km) nad Země. Odtamtud by se prosazovali do nadmořských výšek až 60 mil (100 km), kde by během dne zůstali. V noci by se zařízení v atmosféře poklesla, ale pokud by byla dostatečně lehká, nespadla by až na Zemi a po východu slunce by vzrostla, vysvětlil Schafer.
Vědci se chtějí zaměřit na zlepšení materiálu a jeho struktury, aby snížili jeho hmotnost, což by umožnilo větší zařízení.
Budování na dřívějších nápadech
Fotoforéza byla objevena v 19. století, ale donedávna byla většinou přehlížena. Pokroky v oblasti materiální vědy a technologie nanofabrikace v posledních několika desetiletích konečně umožnily uvažovat o svých praktických aplikacích.
Schafer a jeho kolegové se inspirovali a teoretický papír David Keith, tehdejší profesor aplikované fyziky na Seas a nyní na University of Chicago. Keith navrhl, že reflexní membrány poháněné fotoforézou by mohly být použity jako geoinženýrský zásah ke snížení teploty Země, pokud se svět nepodařilo zadržet změna klimatu Snížením jeho emisí uhlíku.
Keith dohlížel na Schaferovu práci až do roku 2023.
„Je to poprvé, co někdo ukázal, že můžete stavět větší fotoforetické struktury a skutečně je přimět k létat v atmosféře,“ řekl Keith v a prohlášení. „Otevírá to zcela novou třídu zařízení: ta, která je pasivní, poháněná slunečním světlem a jedinečně vhodná k prozkoumání naší horní atmosféry.“
Schafer si myslí, že technologie by mohla najít mnoho použití. Mohlo by to pomoci studovat Marsovu tenkou atmosféru nebo dokonce soutěžit Satelitní širokopásmové megakonstellace SpaceX SpaceX.
„Pokud byste měli dát na palubu těchto věcí malé komunikační balíčky a vyvolávat je do mezosféry, mohli byste ve skutečnosti soupeřit s datovými datovými konstelacemi,“ řekl Schafer.
Přiznal, že zařízení by se musela dostat poměrně lehčí a větší, aby hostovala velká užitečná užitečná zatížení a navigační jednotky, aby se udržela stabilní poloha nad pevnými místy na Zemi.
