Naukowcy z California Technological Institute (CalTech) stworzyli stanowisko do badania materiałów na żagiel słoneczny (lekki), potencjalnie zdolny do dostarczania sond do innych gwiazd i systemów. Nauczyliśmy się już robić miniaturowe sondy, ale z żaglami problemem. Są one narzucone dość surowe wymagania, które wymagają głębokich badań naukowych. Stanowisko materiałów testowych utworzonych w Stanach Zjednoczonych pomoże pójść tą ścieżką.
Pomysł wykorzystania lekkiego żagla i potężnych laserów z ziemi lub poza kosmosem został ostatecznie utworzony w 2016 r., Kiedy małżonkowie Yuri i Julia Milner sfinansowali projekt przełomowych inicjatyw, cofając poparcie światowego fizyka Stephen Hawking. Prace naukowe nad projektem kierowali California Technological Institute. Utworzenie platformy na podstawie Kaltha do testowania materiałów na lekkie żagle było logiczną kontynuacją pracy w tym obszarze.
Dla badaczy ważne było odcięcie wpływu termicznego na próbki wiązki laserowej – zewnętrznego napędu żagla – z utworzonego przez niego promieniowania cieplnego, a także z zakłóceń zewnętrznych. Moc laserowego ciśnienia światła w ramach stojaka jest tak mała (będzie stosunkowo niewielka), że nawet prosta rozmowa w pobliżu instalacji zakłócała wymiary. Ostatecznie, używając lasera argonowego, możliwe było utworzenie platformy w komorze próżniowej, która wywarłaby wpływ fotonów na materiał próbek.
„Opracowując membranę, która ostatecznie może być używana jako żagiel lekki, pojawia się wiele problemów. Powinien wytrzymać ogrzewanie, utrzymując kształt pod ciśnieniem i stale poruszać się wzdłuż osi wiązki laserowej ” – mówią naukowcy. – Ale zanim zaczniemy tworzyć taki żagiel, musimy zrozumieć, w jaki sposób materiały reagują na wpływ promieniowania laserowego. Chcieliśmy wiedzieć, czy możemy określić siłę działającą na membranę, po prostu mierząc jej ruch. Okazuje się, że możemy.
Aby ocenić przemieszczenie próbek żagli pod wpływem ciśnienia światła, zastosowano dwa promienie – odchylenia podtrzymujące i pomiarowe. W tym celu naukowcy zebrali interferometr w mikroskopie. Dlaczego w mikroskopie? Rozmiary próbek wynoszą tylko 40 × 40 mikronów, więc nie można obejść się bez mikroskopu do pracy z nimi.
Próbka jest ustalona w ramce na wiosennych rozstępach. Próbkę można obrócić pod kątem prostym do promieni laserowych, naśladując różne warunki lotu i manewrów, a także otrzymywać informacje o rozmieszczeniu siły, która wywiera nacisk światła na żagiel. Oczywiście w locie żagiel może zmienić kąt w stosunku do wypychającego go promień. Ważne jest, aby zwrócić go do kursu, który, nawiasem mówiąc, można wykonać automatycznie, jeśli użyjesz metamatali na wewnętrznej powierzchni żagla, co na przykład da mu odwrotny obrót, aby powrócić do kursu światła.
Ciśnienie wytworzone przez laser na małej membranie azotku krzemu zmieniło go na kilka picklozy. Wcześniej azotek silikonowy był już uważany za obiecujący materiał do lekkiego żagla. Nowe prace wykazały, że jego właściwości można dosłownie zbadać pod mikroskopem, zbierając pełny zestaw danych niezbędnych do przyszłego wdrożenia projektu o dużej skali.
Nawiasem mówiąc, nie jest konieczne latanie do centrum alfa. Mała sonda z dzisiejszym żaglem słonecznym może służyć naukę, zapewniając pomoc w znalezieniu dziewiątej planety w Układzie Słonecznym gdzieś na odległych obrzeżach, na co sugeruje wiele pośrednich faktów. I to byłaby niesamowita historia.
