Експеримент Калтеху наближає міжзоряні подорожі

Група дослідників з Каліфорнійського технологічного інституту розробила спосіб вимірювання тонких мембран світлового вітрила, допомагаючи підтвердити футуристичну концепцію подорожей, яку вперше уявив Йоганн Кеплер понад 400 років тому.

Дослідження команди, опубліковане цього місяця в журналі Nature Photonics, описує мініатюрний світловий парус в лабораторних умовах. Дослідники виміряли тиск випромінювання на вітрило від лазерного променя, виявивши, як матеріал реагує на лазерний промінь. Зрештою, ці результати допоможуть розробити готові до космосу світлові вітрила – один з найперспективніших транспортних засобів для міжзоряних подорожей, оскільки вони покладаються на практично безмежне джерело енергії: світло.

“Розробка мембрани, яка в кінцевому підсумку може бути використана в якості світлового вітрила, пов’язана з численними проблемами. Вона повинна витримувати високу температуру, зберігати форму під тиском і стабільно рухатися вздовж осі лазерного променя”, – сказав Гаррі Етуотер, фізик з Каліфорнійського технологічного інституту і автор статті, в прес-релізі Каліфорнійського технологічного інституту.

“Ми хотіли дізнатися, чи можемо ми визначити силу, яка діє на мембрану, просто вимірюючи її рух, – додав Етуотер. “Виявляється, можемо”.

В ході дослідження команда досліджувала мініатюрне світлове вітрило, виготовлене з нітриду кремнію, розміром всього 40 на 40 мікрон. Команда спрямувала аргоновий лазер з видимою довжиною хвилі на прив’язане вітрило, щоб побачити, як воно коливається і реагує на тепло, що генерується лазером. Команда вимірювала рухи вітрила за допомогою пікометра з точністю до трильйонних часток метра (3,4 фути).

“Ми не тільки уникнули небажаних ефектів нагрівання, але й використали те, що ми дізналися про поведінку пристрою, щоб створити новий спосіб вимірювання сили світла”, – сказав співавтор дослідження Ліор Міхаелі, фізик з Каліфорнійського технологічного інституту (Caltech).

Команда повідомила про вимірювання рухів з боку в бік і обертання світлового вітрила, що є важливою можливістю, коли такий пристрій рухає транспортний засіб у космосі. Космос може бути вакуумом, але в ньому багато чого плаває, від мікрометеороїдів до поривів сонячного вітру. Ці зовнішні явища можуть вплинути на роботу світлового вітрила і потенційно поставити під загрозу місію.

У 2016 році група Breakthrough Initiatives запропонувала створити флот космічних апаратів на світлових вітрилах, які можна було б розігнати до 20% швидкості світла – дуже, дуже швидко. На таких швидкостях космічні апарати могли б досягти Альфи Центавра, найближчої до Землі зірки, окрім Сонця, всього за пару десятиліть. Відповідно, поява космічних кораблів на світлових вітрилах може зробити відстань у світлові роки менш нездоланною перешкодою для космічних подорожей.

Хоча нещодавній експеримент проводився в лабораторії, він робить невеликі, але важливі кроки на шляху до функціонального світлового вітрила, яке могло б забезпечити тривалі космічні подорожі.