A fény erejével repülhetnek ezek az eszközök

A Föld felszíne felett 50-100 kilométerrel egy olyan légköri réteg található, amelyről elég hiányosak az ismereteink. A mezoszféra ahhoz már túl magasan van, hogy például ballonokkal elérjük, ahhoz viszont túl alacsonyan, hogy űreszközök keringhessenek benne. Ezt a szerencsétlen helyzetet hidalhatja át az a fejlesztés, amelyről a Harvard Egyetem kutatói számoltak be nemrégiben a Nature folyóiratban. 

A mezoszféra az az 50-85 kilométeres magasságú légköri réteg, ahol például a légkörfény vagy az éjszakai világító felhő kialakulhat, e légrétegben égnek el a világűrből érkező meteorok. E légréteg teteje a leghidegebb az egész földi légkörben, rendkívül száraz, és rendkívül kis nyomású itt a levegő. Megértésével jobbá tehetnénk az időjárás-előrejelzést és a klímamodelleket.

A Harvard Mérnöki és Alkalmazott Tudományi Karának (SEAS) kutatói és munkatársaik olyan szerkezeteket fejlesztettek és teszteltek, amelyek mindennemű üzemanyag nélkül képesek a mezoszféra körülményei közt lebegni.

Ennek a fotoforézis nevű fizikai jelenség ad lehetőséget, ami a fény erejének köszönhető elmozdulásból adódik. A fény hatására a kisebb méretű szemcsék, apró tárgyak egyik oldala felmelegedik, és ennek köszönhetően ezt a melegebb oldalt elérő gázmolekulák nagyobb erővel fognak lepattanni, mint a hidegebb oldalt érők.

Ha ez kellően ritka légköri körülmények közt zajlik, ahol a közegellenállás nem jelentős tényező, akkor így a tárgy egyszerűen lebeghet. A mezoszféra ritka levegője pedig tökéletes helyszín ehhez!

Az efféle tárgyak esetében az egyetlen követelmény, hogy igazán pehelysúlyúak legyenek. A kutatók centis nagyságú, egészen vékony, hártyaszerű repülő szerkezeteket készítettek. Ezek anyaga átlátszó alumínium-oxid tartalmú kerámia, a hártya alsó felét pedig krómbevonattal látták el. Ez utóbbi fogja a napfényt elnyelni, s így a fotoforézis révén a szerkentyűk repülni tudnak.

Ez az erő ugyan minden tárgyra hat, ám csak azokra képes valódi hatást is kifejteni, amelyek elég könnyűek ehhez. Könnyen érthető, hogy egy nehezebb tárgy esetében a gravitáció már túl nagy erőt képvisel.

A lebegő miniatűr eszközök ötlete évtizedes múltú, eredetileg arra gondolt a kiötlő szakember, hogy a segítségükkel esetleg a légköri árnyékolás révén klímamérnöki megoldás születhet. Ennek vizsgálatába vágtak akkor bele azok a kutatók, akik végül most az egészen más célú eszközt kikísérletezték. A speciális, alacsony légnyomású környezetben működő eszközt a nanotechnológiában a közeli múltban lezajlott fejlődés tette lehetővé.

A tanulmányban ismertetett legfontosabb kísérletben egy egy centis eszközzel dolgoztak. A természetes napfény alig több mint felét kitevő fényben, és 0,27 hektopascal nyomáson (ez a tengerszinti nyomás mintegy 3750-ed része) az eszköz képes volt levitálni. E körülmények nagyjából a 60 kilométeres légköri magasságnak felelnek meg. Ez volt az első olyan alkalom, hogy egy viszonylag nagy szerkezet képes volt a fotoforézis segítségével a levegőbe emelkedni.

Az efféle eszközöket a földi légkör kutatásában, ultrakönnyű szenzorok révén időjárási adatok mérésre lehetne használni, ezzel megismerhetnénk a mezoszféránk eddig rejtett tulajdonságait. Emellett azonban efféle mikroeszközök hálózatából épülhetne a légkörben lebegő antenna is, amely a Starlink műholdakkal vetekedő adatátviteli lehetőséget nyújtana, azonban még rövidebb időre volna szüksége a jeltovábbításra a felszínhez közelebbi elhelyezkedése miatt.

Mivel a földi mezoszféra fizikai tulajdonságaiban nagyon hasonlít a marsi légkörhöz, így efféle eszközöket a bolygókutatók is használhatnak majd akár mérésekre, akár a már említett távközlési célra. A kutatók a munka következő fázisában mini jeltovábítókkal szerelik majd fel a lebegő eszközöket, és felmérik a valós képességeiket.