החומר הננו-פוטוני הזה יכול לדחוף את כלי השיט הבין-כוכביים קרוב יותר למהירות האור

מפרש שמש של IKAROS (אנדז'י מירקי / ויקימדיה קומונים)

אם בני אדם מתכוונים לשלוח בדיקות זעירות על פני המרחקים העצומים של החלל, עיצובי המפרשים שלהם יצטרכו להגיע לאיזון עדין של מסה, כוח והשתקפות. עכשיו המהנדסים המציאו ננו-חומר שעשוי לעשות את העבודה, שיעזור לנו לדחוף את בדיקות החלל קרוב יותר למהירות האור.

החומר החדש, שהומצא על ידי מהנדסים מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה, עשוי מסיליקון והתחמוצת שלו, סיליקה.

הצוות גילה שמבנים סופר דקים העשויים משני החומרים הללו יכולים להמיר גלים של אור אינפרא אדום למומנטום שיאיץ בדיקה למהירויות של כ-60,000 ק'מ (37,000 מייל) לשנייה.

זה 20 אחוז מדהימים ממהירות האור, שיכולה לשאת בדיקה קטנה לשכנינו הכוכבים הקרובים ביותר, צרור כוכבים הנקרא ליד הקנטאור , בתוך עשרות ולא אלפי שנים.

זה בטבע שלנו להושיט יד ולגעת. אמנם אנחנו יודעים הרבה על כוכבים רחוקים מהאור שהם פולטים, אבל אנחנו מונעים להתקרב יותר ויותר למראה טוב יותר.

שליחת בני אדם למערכת שמש קרובה פשוט לא יקרה בזמן הקרוב. אבל המדע עשוי להיות בהישג יד של שימוש באינרציה של פוטונים כדי להביא פיסות טכנולוגיה זעירות למהירויות הנדרשות כדי לכסות מרחקים גדולים בפרקי זמן קצרים יחסית.

בניגוד למולקולות אוויר שמנמנות, לאור אין מסת מנוחה. אז זה לא 'נושב' באותו אופן שבו הרוח נושבת.אבל פוטונים מעופפים עדיין חוטפים אגרוףעל ידי הפעלת לחץ באמצעות המומנטום שלהם, על פי משוואות מקסוול על קרינה אלקטרומגנטית.

הרעיון הוא להשתמש בלייזר כדי לצלם באופן קוהרנטי זרם של פוטונים באורכי גל אינפרא אדום ב'רשת אור', או מפרש, המחוברת לעצם שאנו רוצים להעביר בחלל.

אפילו עבור חפצים קטנים זה אומר יציקת מפרש גדול, אשר בתורו אומר להוסיף עוד מסה. אז המפרש הזה צריך להיות קל ככל האפשר, מה שעלול לגרום לו לנזק קל.

כבר אפשר לראות שהבעיות מתחילות לעלות.

ואז יש שאלת החום. פוטונים המשפיעים על המולקולות המרכיבות את רשת קציר האור הזו ייספגו, מה שגורם להם לנענע בתוספת אנרגיה.

אז החומר המושלם יצטרך להיות מסוגל להתמודד עם הטמפרטורות הגבוהות על ידי שפיכה מהירה של החום הזה כקרינה.

החומרים המתמודדים ביותר, כגון אלומיניום ו גרפן , יש בעיות עם האופן שבו הם תופסים או פולטים אור, או שהם כבדים מדי או חלשים מדי.

על ידי פנייה לננו-חומרים, למהנדסים יש את היתרון של להתאים את האופן שבו האור נספג ונפלט, ומאפשר להם לכוונן עדין את האיזון העדין של תפיסת מספיק אור כדי לבנות מהירות מבלי להתחמם יתר על המידה.

שכבה סופר דקה העשויה מסיליקון וסיליקון דו חמצני - או סיליקה - יכולה להיות בדיוק מה שאנחנו צריכים.

לרכיב הסיליקון יהיה מקדם השבירה הנכון, מדד לאופן שבו האור פוגע ונפלט מחדש. זה נותן למפרש את הדחיפה שהוא צריך כדי לבנות מהירות.

אבל הסיליקון אינו טוב במיוחד בפליטת חום כקרינה, ולכן עלול להסתכן בהתפוררות.

סיליקה אינה חולקת את כישרון השבירה של הסיליקון. אבל הוא ממיר אנרגיית חום לקרינה בצורה יעילה יותר מסיליקון בפני עצמו, ומספק קירור טוב יותר.

האם המתכון המדויק הזה יתברר כאופטימלי או לא דורש ניסוי.

אבל הצוות גם המציא סטנדרט חדש שאנו יכולים להשתמש בו כדי לבדוק את היעילות של מפרשים פוטנציאליים כמדד לרפלקטיביות שלהם לעומת מסת המטען, הנקרא צפיפות שטח מותאמת רפלקטיביות, או RAAD.

באמצעות מדד זה, אנו יכולים להשוות את ההחזר של חומרים שונים ולקבל הערכה טובה יותר על המהירויות הפוטנציאליות שלהם.

הזמן יגיד אם שילוב של סיליקה וסיליקון יפעל כמקווה. גם אם כן, ישעדיין הרבה אתגרים לפנינולפני שנוכל לצפות לגלויות מחוץ למערכת השמש שלנו.

איקרוס , כלי שיט מונע מפרש סולארי ששוגר על ידי הסוכנות לחיפושי אוויר וחלל ביפן במאי, 2010, היו בעלי מפרשים עשויים פולימר אימיד .

הוא הצליח במהירות מרשימה של כ-100 מטר לשנייה - מספיק מהר כדי להגיע אליו וֵנוּס עד דצמבר אותה שנה, אבל לא קרוב מספיק מהר לנסיעות בין כוכביות.

ובכל זאת, זה מראה שאנחנו בדרך.

עם סוג זה של מחקר, יתכן שהאתגרים הללו יכולים להמשיך ולהצטמצם בשנים הקרובות. הכוכבים האלה פשוט עשויים להיות בהישג יד עדיין.

מחקר זה פורסם ב אותיות ננו .

אודותינו

פרסום עובדות עצמאיות ומוכחות של דיווחים על בריאות, מרחב, טבע, טכנולוגיה וסביבה.