Dünya yüzeyinin kırk beş mil üzerinde uçuş için tasarlanmış, Harvard Denizleri Araştırmacılar bir nanofabrik Güneş ışığına dayalı hafif yapı itme Fotoforez adı verilen bir süreçle, Dünya’nın gezinmek için en zorlu yerlerinden birini izleyebilen.
Dünya yüzeyinin 30 ila 60 mil üzerinde uzanan mezosfer Yükseklik ve balonlar için çok yüksek, ancak uydular için çok düşük olduğu için çalışmasının son derece zor olduğu kanıtlanmıştır. Atmosferin bu uzun süren uzun kısmına düzenli doğrudan erişim elde etmek, iyileştirmek için büyük bir nimet olabilir Hava Tahminleri Ve iklim modeli kesinlik.
Şimdi, yeni bir atılım teknolojisi, hafif yapıların sadece güneş ışığıyla güçlendirilen büyük ölçüde keşfedilmemiş yüksekliklere ulaşmasına izin vererek bunu mümkün kılabilir.
Fotoforez
Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’nda (Denizler), Chicago Üniversitesi ve diğer kurumlar, proje üzerinde çalıştı ve bu da yayınlanan yeni bir makalede açıklandı Doğa.
“Fotoforez adı verilen bu garip fizik mekanizmasını ve onlara ışık tuttuğunuzda çok hafif nesneleri kaldırma yeteneğini inceliyoruz” dedi baş yazar Ben Schaferşimdi Chicago Üniversitesi’nde profesör olan Seas’lerde eski bir Harvard yüksek lisans öğrencisi.
Fotoforez, gaz moleküllerinin bir nesnenin daha sıcak tarafından, son derece düşük basınçlı ortamlarda daha soğuk tarafından daha güçlü bir şekilde sıçradığı fiziksel bir süreçtir. Böyle bir ortam ulaşılması zor mezosferdir.
Mezosfer Probu Tasarlamak
Ortak yazar David Keith ilk olarak on yıl önce küresel ısınmaya karşı mücadelede bir araç olarak böyle bir fotoforetik cihaz tasarladı. Kavramı hayata geçirmek için Keith, daha sonra lisansüstü öğrencilerinden Schafer’e ve Joost Vlassak, Abbott ve James Lawrence Denizlerde Malzeme Mühendisliği Profesörü’ne katıldı. Son nanofabrikasyon gelişmeleri nihayet ekibe pratik bir fotoforetik uçuş cihazı yapmak için gerekli hassasiyeti sağladı.
Vlassak, “On santimetreye kadar ölçeklendirilebilecek bir nanofabrikasyon süreci geliştirdik” dedi. “Bu cihazlar oldukça esnektir ve sandviç yapıları için alışılmadık mekanik davranışlara sahiptir. Şu anda fonksiyonel yükleri cihazlara dahil etme yöntemleri üzerinde çalışıyoruz.”
Eski Harvard doktora sonrası arkadaşı Jong-Hyoung Kim cihaz tasarımını ve imalatını yönetti. Ekip, alt bir krom tabakası ile kaplı ince seramik alümina zarları üretti. Alttaki krom güneş ışığını emdiğinden, üst katmandan daha büyük bir sıcaklığa ısıtılır ve nesnenin ağırlığını aşacak kadar güçlü bir fotoforetik kaldırma kuvveti üretir.
Schafer, “Bu fenomen, genellikle fark etmediğimiz nesnenin boyutuna ve ağırlığına göre genellikle çok zayıf” dedi. “Ancak, yapılarımızı o kadar hafif hale getirebiliyoruz ki fotoforetik kuvvet ağırlıklarından daha büyük, bu yüzden uçuyorlar.”
Uçuş testi
Schafer, “Bu makale, bu kuvvetin gerçek cihazlarda nasıl hesaplandığını yeniden tasarladığımız ve daha sonra gerçek dünya koşullarına ölçümler uygulayarak bu kuvvetleri doğruladığımız anlamında hem teorik hem de deneysel” dedi.
Santimetre ölçekli cihazlarını test etmek için ekip, Vlassak’ın laboratuvarında Schafer ve Kim tarafından inşa edilmiş düşük basınçlı bir odayı kullandı. Odadaki hava basıncı, Dünya yüzeyinin 60 mil yukarısındaki 26.7 Pascal’a ayarlandı ve cihaz güneş ışığının yoğunluğunun% 55’inde ışığa maruz kaldı.
Keith, “Bu, ilk kez daha büyük fotoforetik yapılar oluşturabileceğinizi ve aslında atmosferde uçmasını sağlayabileceğinizi gösterdi” dedi. “Tamamen yeni bir cihaz sınıfı açıyor: pasif, güneş ışığı ile çalışan ve üst atmosferini keşfetmek için benzersiz bir şekilde uygun. Daha sonra Mars veya diğer gezegenlerde uçabilirler.”
Ekibe göre, yeniliklerinin kullanımları çoktur. Hafif sensörler eklemek nihayet mezosferin rüzgar hızını, basıncını ve sıcaklığını araştırmasına izin verecektir. Bu bölgeden daha fazla veri, iyileştirilmiş hava tahmini ve daha uzun vadeli iklim değişikliği tahminleri için iklim modellerinin ince ayarlanması için gerekli olacaktır.
Ayrıca, cihazlar, ağ hızlarını iyileştiren yüzeye çok daha yakın olan Starlink’e düşük gecikmeli bir rakip oluşturabilir. Cihazlar Mars gibi düşük basınçlı ortamları keşfetmek için mükemmel olabileceğinden, kullanımlar Dünya ile sınırlı değildir. Bununla birlikte, ekip şu anda küçük hava gemilerine yerleşik iletişim sistemleri eklemeye çalıştığı için bu tür potansiyel kullanımların geliştirilmesine ulaşmak bir sonraki adımdır.
Schafer, “Bu araştırmayı eğlenceli kılan şey, teknolojinin atmosferin tamamen keşfedilmemiş bir bölgesini keşfetmek için kullanılabileceğidir. Daha önce hiçbir şey sürdürülebilir bir şekilde oraya uçamaz” dedi. “Uygulamalı fizik açısından biraz Vahşi Batı gibi.”
Kağıt, “Galaktik Açık Kümelerde Değişken Yıldız Popülasyonları aracılığıyla Yıldız Evriminin Kuş Gözü Görünümü”Ortaya çıktı Astronomi ve astrofizik 13 Ağustos 2025’te.
Ryan Whalen, bilgilendirme için bilim ve teknolojiyi kapsar. Veri bilimi sertifikası ile tarihte bir MA ve kütüphane ve bilgi bilimi yüksek lisans derecesine sahiptir. Onunla iletişime geçilebilir [email protected]ve onu Twitter’da takip et @mdntwvlf.
Source link
