В погоне за данными: в верхних слоях атмосферы нашли новый способ полёта

Впервые миниатюрные устройства, движимые солнечным светом, смогли подняться в условиях, близких к вакууму. Это открытие сулит настоящую революцию в изучении атмосферы Земли.

Как это работает

Лёгкие мембраны из оксида алюминия и хрома используют явление фотофореза: одна сторона нагревается сильнее другой, и молекулы газа, отталкиваясь от горячей поверхности, подталкивают пластинку вверх. Эффект слабый и проявляется только на больших высотах, где давление воздуха минимально.

В эксперименте, описанном в журнале Nature, исследователи заставили сантиметровые частицы парить в вакуумной камере под светом, равным 55 % солнечного.

"Это важный результат, показывающий, что технология будет работать в условиях верхних слоёв атмосферы", — отметил автор работы Бен Шафер, из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук.

Таинственная "игноросфера"

Учёные хотят использовать такие устройства для изучения области атмосферы на высотах 50-160 км. Этот слой называют "игноросферой" — туда не долетают самолёты, но и спутники не могут работать так низко. Именно там рождаются полярные сияния, происходят геомагнитные бури и сгорают спутники, оставляя после себя загрязнение.

"Получение точных данных о ветре, давлении и температуре восполнит существующий пробел и сделает климатические модели надёжнее", — пояснил Шафер.

От эксперимента к применению

Чтобы устройства могли нести датчики и антенны, мембраны должны быть больше — около 6 см. Планируется запускать их с аэростатов на высоте 50 км, а дальше они будут подниматься сами до 100 км, оставаться там днём и опускаться ночью, чтобы снова подняться после восхода солнца.

Шафер и его коллега Анджела Фельдхаус создали стартап Rarefied Technologies, чтобы развивать эту технологию.

Возможности будущего

Фотофорез был известен ещё в XIX веке, но только достижения нанотехнологий сделали его практическое использование реальностью.

Идея вдохновлена работой Дэвида Кейта, предполагавшего, что такие мембраны могут даже помочь в борьбе с изменением климата.

"Это первый случай, когда удалось создать достаточно крупные фотофоретические структуры и заставить их летать. Это открывает совершенно новый класс устройств", — сказал Кейт.

Перспективы огромны: от исследований атмосферы Марса до создания альтернативы спутниковым системам связи.

"Если оснастить их модулями связи, они могут конкурировать со спутниковыми группировками", — добавил Шафер.

Уточнения

Мезосфе́ра (от греч. μεσο- - "средний" и σφαῖρα - "шар", "сфера") — слой атмосферы. Мезосфера отделяется от нижележащей стратосферы стратопаузой, а от вышележащей термосферы — мезопаузой. Мезопауза в основном совпадает с турбопаузой. Вместе со стратосферой и мезопаузой, мезосфера рассматривается как "средняя атмосфера". Термин принят Географическим и геофизическим союзом в 1951 году.

Атмосфе́ра (от др.-греч. ἀτμός — «пар» и σφαῖρα — «сфера») — газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией. Поскольку не существует резкой границы между атмосферой и межпланетным пространством, то обычно атмосферой принято считать область вокруг небесного тела, в которой газовая среда вращается вместе с ним как единое целое.