Deasupra avioanelor, dar sub sateliți, se află un strat misterios al atmosferei noastre, aproape imposibil de studiat: mezosfera. Situată între 50 și 100 de kilometri altitudine, această regiune a rămas un punct mort pentru știință, însă înțelegerea ei ar putea revoluționa prognozele meteo și modelele climatice. Acum, o echipă de cercetători a dezvoltat o soluție SF: structuri ultra-ușoare care pot pluti în acest strat neexplorat, propulsate exclusiv de lumina Soarelui.
Într-un nou studiu publicat în revista științifică Nature, ingineri de la Universitatea Harvard și Universitatea din Chicago prezintă un dispozitiv care folosește un fenomen fizic rar, numit fotoforeză, pentru a levita.
„Studiem acest mecanism fizic ciudat numit fotoforeză și capacitatea sa de a levita obiecte foarte ușoare atunci când sunt expuse la lumină”, explică Ben Schafer, autorul principal al studiului, conform Phys.org.
Discuri care plutesc folosind doar Soarele
Fotoforeza apare doar în medii cu presiune extrem de scăzută, exact ca în mezosferă. Fenomenul se produce atunci când moleculele de gaz lovesc mai puternic partea caldă a unui obiect decât cea rece, generând o forță de ridicare constantă. Deși acest efect este de obicei insesizabil, echipa a reușit să construiască structuri atât de ușoare, încât forța generată de Soare depășește propria lor greutate.
Cercetătorii au fabricat membrane subțiri, de dimensiunea unui centimetru, dintr-o ceramică specială, acoperită pe partea inferioară cu un strat de crom care absoarbe lumina. Când Soarele lovește discul, diferența de temperatură dintre cele două fețe îl face să se înalțe.
„Suntem capabili să realizăm structuri atât de ușoare încât forța fotoforetică este mai mare decât greutatea lor, așa că pur și simplu zboară”, adaugă Schafer.
Conceptul, propus acum un deceniu, a devenit realitate datorită progreselor recente în nanofabricație, care permit construcția de dispozitive extrem de precise și cu o masă redusă.
De la laborator la marginea spațiului
Pentru a demonstra că teoria funcționează, echipa a testat structurile într-o cameră de vid care simulează condițiile din mezosferă. Un disc de un centimetru a reușit să leviteze la o presiune echivalentă cu cea de la 60 de kilometri altitudine, fiind expus la o lumină cu doar 55% din intensitatea soarelui.
„Este pentru prima dată când cineva demonstrează că se pot construi structuri fotoforeze mai mari și că acestea pot zbura efectiv în atmosferă. Aceasta deschide o clasă complet nouă de dispozitive: pasive, alimentate cu energie solară și adaptate unic pentru explorarea atmosferei superioare.”, declară David Keith, profesor la Universitatea din Chicago și unul dintre inițiatorii proiectului.
O nouă eră a explorării atmosferice și planetare
Aplicațiile acestei tehnologii sunt vaste. Echipate cu senzori, aceste dispozitive ar putea colecta date esențiale despre vânt, presiune și temperatură din mezosferă, îmbunătățind dramatic acuratețea modelelor climatice.
Mai mult, o flotă de astfel de discuri ar putea crea o rețea de telecomunicații plutitoare, similară cu Starlink, dar cu o latență mult mai mică datorită apropierii de Pământ, fiind ideală pentru situații de urgență. Deoarece atmosfera lui Marte este similară cu mezosfera terestră, tehnologia ar putea deschide noi orizonturi pentru explorarea și comunicarea pe Planeta Roșie.
Următorul pas este integrarea unor sisteme de comunicații pentru a transmite date în timp real.
„Cred că ceea ce face această cercetare interesantă este faptul că tehnologia ar putea fi utilizată pentru a explora o regiune complet neexplorată a atmosferei. Anterior, nimic nu putea zbura în mod durabil acolo sus. Este un pic ca în Vestul Sălbatic în ceea ce privește fizica aplicată.”, mai spune Schafer.
Cercetarea a dus deja la înființarea unui start-up, Rarefied Technologies, pentru a dezvolta comercial această tehnologie revoluționară.
