Коротко
Дослідники розробили легкі пристрої, які можуть парити на висоті до 100 км, використовуючи лише сонячну енергію. Ці мініатюрні літаючі апарати дозволять вивчати мезосферу – шар атмосфери між 50 і 85 км над поверхнею Землі, який важкодоступний для сучасних методів моніторингу. Пристрої використовують явище фотофорезу для створення підйомної сили в умовах низького тиску та можуть мати велике значення для кліматології.
Дослідники з Гарвардської школи інженерії і прикладних наук імені Джона А. Полсона створили інноваційні мініатюрні літаючі апарати, здатні досліджувати мезосферу — один із найменш вивчених шарів атмосфери Землі, розташований між 50 і 85 км над поверхнею. Завдяки використанню сонячної енергії та унікального фізичного явища, пристрої можуть левітувати в умовах, де не діють ані літаки, ані супутники. Про це пише Interesting Engineering.
Мезосфера залишається практично недосяжною для сучасних методів моніторингу. Вона знаходиться вище рівня, до якого можуть піднятись аеростати чи літаки, але нижче орбіти супутників. Саме через це вивчення її динаміки — виклик, який інженери намагаються подолати вже десятиліттями.
Покращене розуміння цього шару атмосфери може мати велике значення для кліматології, зокрема у прогнозуванні змін погоди та глобального потепління.
Розроблений пристрій має форму диска діаметром близько одного сантиметра й важить надзвичайно мало. Його основна особливість — здатність левітувати завдяки фотофорезу — фізичному явищу, за якого світло створює тягу в умовах низького тиску.
Фотофорез виникає тоді, коли молекули повітря взаємодіють з об’єктом, який освітлений з одного боку: тепла сторона отримує більший імпульс, ніж холодна, що й створює підйомну силу. У нормальних умовах цей ефект надто слабкий, але в мезосфері, де тиск низький, а пристрої — надлегкі, він цілком здатен забезпечити левітацію.
«Це абсолютно новий клас пристроїв: пасивних, сонячно-енергетичних і придатних для дослідження верхніх шарів атмосфери», — зазначає професор Девід Кіт із Університету Чикаго, один з учасників проєкту.
Завдяки сучасним технологіям нанофабрикації, команда змогла створити надлегкі структури з керамічної алюмінієвої плівки та хромового шару, який ефективно поглинає світло. Саме ця конструкція дозволяє пристрою левітувати під впливом сонячного випромінювання.
У спеціально створеній камері з імітацією умов мезосфери вчені змогли змусити 1-см пристрій левітувати при тиску 26,7 паскалів — що відповідає висоті близько 60 км над Землею — при освітленні, що становило лише 55% інтенсивності сонячного світла.
«Це перше успішне випробування фотофоретичних структур такого розміру у повітрі», — підкреслює Бен Шафер, головний автор дослідження.
