با نور می‌توان اجسام را به پرواز درآورد؟!

از ارتفاع ۵۰ کیلومتری از سطح زمین غلظت اتمسفر چنان کم می‌شود که هواپیما قادر به پرواز نیست. محسن آزادی و همکارانش در دانشگاه پنسیلوانیا می‌گویند می‌توان با نیروی نور اجسامی را در این لایه از اتمسفر هم به پرواز درآورد.

در زیرزمین دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه پنسیلوانیا، محسن آزادی و همکارانش به مجموعه‌ای از ال‌ای‌دی‌ها که در یک محفظه خلا کار گذاشته شده، جمع شده بودند.

آن‌ها به دو جسم نازک پلاستیکی درون مخفظه خیره شده بودند که در کف قرار داشتند و بی‌صبرانه منتظر بودند ببینند با شروع آزمایش چه اتفاقی می‌افتد. آزادی، دانشجوی دکترای رشته مهندسی مکانیک این دانشگاه می‌گوید، «نمی‌دانستیم چه اتفاقی روی می‌دهد، اما امیدوار بودیم چیزی ببینیم.»

و آن اتفاق افتاد. اجسامی بسیار نازک و کوچک با نیروی نور حرکت کرده و شناور شدند.

اگر سرتان را بالا بگیرید، از ۵۰ کیلومتر بالای سر شما تا حدود ۸۰ کیلومتر بالاتر، لایه‌ای جو را تشکیل داده که به آن مزوسفر (میان‌سپهر) می‌گوییم. به دلیل ویژگی‌های میان‌سپهر، دسترسی به این لایه برای پژوهشگران دشوار است و به تبع آن یافته‌های بشر هم در این مورد کم.

برای پرکردن این خلا اکنون پژوهشگران دانشگاه پنسیلوانیا نوعی قالیچه جادویی یا قالیچه پرنده را پیشنهاد می‌کنند که مجهز به حسگر است و می‌تواند در فشار بسیار پایین هوا هم با کمک پرتو‌های نور در هوا شناور بماند.

ایگور بارگتین، پرفسور در رشته مهندسی مکانیک و استاد راهنمای محسن آزادی که سرپرستی این تحقیق را بر عهده دارد، می‌خواهد در عمق ۵۰ تا ۱۰۰ کیلومتری اتمسفر نفوذ کند؛ در لایه‌ای که تراکم ملکول‌های هوا به قدری پایین است که هواپیمای عادی قادر به پرواز در آن نیست.

بارگتین می‌گوید: «گاهی به شوخی این لایه جو را" جو نادیده گرفته شده ignorosphere "می نامند. ما به این لایه دسترسی نداریم. می‌توان هر چند دقیقه یکبار موشک فرستاد، اما این بسیار متفاوت است از اندازه گیری با استفاده از هواپیما یا یک بالن.».

اما میان‌سپهر (مزوسفر) برای پژوهشگران جذاب‌تر و مهم‌تر از آن است که نادیده‌اش بگیرند. مزوسفر پر است از پدیده‌های جالب؛ پدیده‌هایی، چون آذرخش‌های عجیب و غریب آبی و سرخ و ترکش‌های میکروسکوپی میلیون‌ها شهاب‌سنگ که روزانه در آن گداخته می‌شوند.

ویژگی‌های شیمیایی موجود در این لایه هم برای دانشمندان جالب است به ویژه محققانی که در زمینه آسیب‌های لایه‌ی اوزن پژوهش می‌کنند.

تیم آزادی و بارگتین سرانجام به یک طرح رسید. یک دیسک تخت با دو رویه متفاوت. آن‌ها برای رویه فوقانی از نوعی پلی‌اتیلن ترفتالات، رزین‌های پلیمری ترموپلاستیک از خانواده پلی‌استر استفاده کردند موسوم به میلر، یک نوع پلاستیک بسیار نازک. از ویژگی‌های این ماده این است که سبک است، شفاف و صاف است و برخی نمونه‌ها به شدت نازک هستد یعنی تنها ۵۰۰ نانومتر ضخامت دارند.

برای پوشاندن رویه این - تیم تحقیقاتی از نانولوله‌های کربنی استفاده کرد. هر نانولوله کربنی تنها از چند اتم در عرض تشکیل شده و پهنایش تقریباً به اندازه یک تار موست.

نانولوله‌های به کار رفته، نور را جذب و این پرنده‌های کوچک یا میکروفلایر‌ها را گرم می‌کنند. نیروی بالابرنده این دیسک پرنده را ملکول‌های هوا تأمین می‌کنند که در قسمت زیرین این صفحه شناور نسبت به بخش فوقانی آن شدیدتر گرم می‌شوند.

پژوهشگران بر این باورند که چندین کاوشگر شناور که با پرتاب موشک به مزوسفر می‌رسند، در پرواز جمعی قادر به کشف این لایه از جو خواهند بود.

محققان شرکت‌کننده در این پروژه می‌گویند، نخستین آزمایش‌ها موفقیت‌آمیز بوده‌اند. ویدیو‌های منتشرشده نشان می‌دهند که در آزمایش‌ها نور ساطع شده از چندین ال‌ای‌دی این صفحه‌های نازک کوچک را به پرواز (به حالت تعلیق) درمی‌آورد.

پژوهشگران می‌گویند، در عمل از اشعه‌های فشرده لیزر برای به حرکت درآوردن آن‌ها استفاده خواهند کرد؛ اشعه‌هایی که به گفته محققان از پایین به سطح زیرین این قالیچه‌های پرنده تابانده خواهد شد. این دیسک‌های شناور به گفته محققان می‌توانند به طور تئوری، ۱۰ میلی‌گرم بار با خود حمل کنند.

انتشار گزارش‌های مربوط به این آزمایش‌ها و حتی پیش از اینکه موفقیت این شناور‌ها در عمل ثابت شود، باعث شده برای نمونه ناسا علاقمندی خود را نسبت به این پروژه اعلام کند. پل نیومن دانشمند مرکز پرواز فضایی ناسا می‌گوید، می‌تواند تصور کند که این اجسام پرنده را حتی به مریخ بفرستند یا دیگر سیاره‌هایی که اتمسفر بسیار رقیق و نامناسب پرواز دارند.

تازه‌ترین کاوشگر مریخ که روز جمعه (۱۹ فوریه) بر سطح مریخ نشست هم برای نخستین بار بالگرد کوچکی با وزنی کمتر از دو کیلو با خود داشت که قرار است در اتمسفر بسیار رقیق مریخ کمی از سطح ارتفاع بگیرد و با پرواز‌های نه چندان طولانی، اطلاعات به زمین مخابره کند.

اما صرف نظر از علاقمندی‌ها به این پروژه پرسش مهم دیگری که در رابطه با این قالیچه‌های پرنده پیش می‌آید این است که چه کسی آن‌ها را از جو جمع‌آوری می‌کند اگر عمر کارآیی‌شان به پایان رسد یا از کنترل خارج شوند؟ آیا آن‌ها هم تبدیل به مشکلی خواهند شد در کنار مشکل شناخته شده زباله‌های فضایی؟

زباله‌های فضایی، بقایای به جامانده از فعالیت بشر در فضا هستند که در مدار زمین در حال گردشند و امکان آسیب دیدن ماهواره‌ها و سفینه‌های فضایی در اثر برخورد با آن‌ها کم نیست.

منبع: دویچه وله