Свет заставил полимерные диски левитировать в условиях мезосферы
Ученые изготовили сантиметровые полимерные диски, противоположные поверхности которых по-разному взаимодействуют с налетающими молекулами газа при нагреве со стороны излучения, и пронаблюдали их левитацию в вакуумной камере при давлении порядка 10 паскалей и интенсивности облучения около 0,5 ватт на квадратный сантиметр (того же порядка, что у солнечного света). Результаты опыта и предсказания теоретической модели помогут в создании компактных аппаратов для полетов в мезосфере — например, предназначенных для изучения погодных и климатических явлений. Статья опубликована в журнале Science Advances.
На сегодняшний день мезосфера (слой атмосферы на высоте 50–80 километров) — проблемная зона для летательных аппаратов. Воздух на такой высоте уже недостаточно плотный, чтобы надежно удерживать воздушные шары и самолеты, но в то же время слишком плотный, чтобы мешать орбитальному движению космических аппаратов, нагревая и затормаживая последние. В недавних исследованиях ученые неоднократно обращались к вопросу о полетах в этом пространстве — в частности, обсуждали возможность длительного удержания в ней микрочастиц для геоинженерных проектов (подробнее о них можно узнать в материале «Я тучи разведу руками»).
Тем не менее этого недостаточно для проведения измерений — изучают мезосферу обычно с помощью метеорологических ракет, которые летят по баллистической траектории — то есть как очень высоко подброшенное тело, падающее после набора высоты. Устойчивый же полет макроскопических аппаратов в мезосфере сегодня по-прежнему остается неразрешенной задачей.
Ученые под руководством Мохсена Азади (Mohsen Azadi) из Пенсильванского университета теоретически оценили возможность левитации небольших (размером около сантиметра) макроскопических тел в условиях мезосферы и экспериментально проверили ее в вакуумной камере. Исследователи воспользовались явлением фотофореза — возникновением движущей силы за счет взаимодействия облучаемого светом тела с окружающим его газом. Эффект состоит в том, что если сталкивающиеся с телом молекулы газа отскакивают от поверхности одной из его сторон в среднем с большей скоростью (по сравнению с молекулами, отскакивающими с других поверхностей того же тела), то на эту сторону оказывается избыточное