Napfénnyel hajtott, a levegőben lebegő parányi eszközök segíthetnek a felsőlégkör kutatásában.
A szóban forgó eszköz prototípusát először próbálták ki a vákuumhoz közeli, a Föld felsőlégkörében uralkodóhoz hasonló fizikai körülmények közt. Ha beválik, forradalmasíthatja a légkörkutatást.
A pihekönnyű membránok krómréteggel bevont alumínium-oxidból készülnek, és a fotoforézisnek nevezett jelenséget használják ki. A jelenség olyankor lép fel, amikor egy nagyon vékony anyag egyik felülete jobban felmelegszik, mint a másik oldala. Ebben az esetben a melegebb oldalról a gázmolekulák átlagosan nagyobb sebességgel pattannak vissza, mint a kevésbé meleg oldalról, miáltal tolóerő hat a részecskére. Az effektus rendkívül gyenge, ezért csak nagyon alacsony nyomású környezetben figyelhető meg, például a felsőlégkör kellően nagy magasságban lévő rétegében. A fotoforézis jelenségét már a tizenkilencedik században felfedezték, de eddig nem fordítottak rá különösebb figyelmet.
Az eszköz működése a fotoforézisnek nevezett jelenségen alapul: ha egy vékony membrán két oldala eltérő hőmérsékletű, akkor ez az aszimmetria tolóerőt generál. (Kép: Ben Schafer és Jong-hyoung Kim)
A jelen kísérletben (amelynek eredményéről a szerzők az augusztus 13-i Nature-ben számoltak be, a kísérletezők 1 cm átmérőjű lapokat használtak, amelyek a napfény intenzitása 55%-ának megfelelő erősségű fény hatására lebegtek a vákuumkamrában. A kísérlet jelentősége az, hogy a lapkák lebegéséhez megfelelő környezet a Föld felsőlégkörében éppen abban a magasságban található, amely a repülőgépekkel végezhető vizsgálatokhoz túl magasan, műholdas vizsgálatokhoz viszont túl alacsonyan van. Ezért ezt az 50 km és 160 km közötti magasságban fekvő réteget egyfajta „senki földjének” tekinthetjük (ignorosphere). Az „ignoroszféra” a felsőlégkör hagyományos, hőmérsékleti gradiens szerint felosztása szerinti mezoszférát (50–85 km között) és a termoszféra alsó részét (85–160 km) foglalja magában. A senki földje kutatása csak kutatórakétákkal lehetséges, de az ilyen mérésekre csak ritkán nyílik lehetőség, ezért az ott lejátszódó folyamatok meglehetősen kevéssé ismertek.
Az „ignoroszféra” valójában a légkör és a világűr közötti határt jelenti, annál is inkább, hiszen a Kármán-vonal bármely definíciója szerint a fenti határok közé esik. A térség vizsgálata többek közt azért fontos, mert a Nap koronakidobódásaiból (CME, coronal mass ejection) érkező anyag éppen ebben a rétegben adja le energiája legnagyobb részét. Emiatt ehhez a réteghez köthető a sarki fény létrejötte éppúgy, mint a geomágneses zavarokat okozó energiaátadás. Fontos, hogy ebben a tartományban izzanak fel és semmisülnek meg a légkörbe belépő űreszközök (mint ahogy a meteorok felvillanása is ebben a magasságban történik), a légkör szennyeződését okozva.
A kutatást vezető Ben Schafer (Harvard Egyetem, John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences – SEAS) egy munkatársával sartup céget is létrehozott (Rarefied Technologies) légköri vizsgálatok és a technológia kereskedelmi alapú értékesítése céljából. Számításaik szerint, ha szenzorokat és antennákat akarnak a senki földjére juttatni, akkor a membránoknak az említett kísérletben alkalmazottaknál valamivel nagyobbaknak kell lenniük: mintegy 6 cm átmérővel számolnak. Ekkora mérettel mintegy 10 milligramm tömeg lenne lebegtethető az ignoroszférában. Az eszközöket 50 km magasságig emelkedő sztratoszféraballonokról engedhetnék szabadon, ahonnan azok fotoforézises hajtással emelkedhetnének 100 km körüli magasságig, ahol egész nap lebeghetnének. Éjszaka lesüllyednének ugyan, de megfelelő méretezéssel és megfelelő anyagok kikísérletezésével a kutatók reménye szerint elérhető, hogy ne hulljanak vissza a földre, hanem napkelte után újra emelkedni kezdjenek.
Schafer és munkatársai fejlesztését egy korábbi kollégájuk, David Keith egy elméleti cikke inspirálta. Schafer szerint a technológiának a Föld felsőlégköre kutatásán kívül is sokféle alkalmazása lehet, a Mars légkörének vizsgálatától kezdve egészen a műholdseregek egyes funkcióinak kiváltásáig.
Kapcsolódó cikkek: Kapcsolódó linkek:
Légszennyezés ellen
Sarki fények – fentről
Az űr a végső határ
A világűr határa
Apró lebegő membránokkal a felsőlégkör kutatására (Space.com)
Rarefied Technologies
A Gilmour Space vállalat Eris nevű rakétája nem tudta teljesítni első tesztrepülését Ausztráliából.
