Представете си огромно, почти невидимо море“ точно над главите ни.

Представете си голямо, съвсем невидимо „ море “ тъкмо над главите ни. То стартира там, където самолетите към този момент не могат да летят, а спътниците към момента не се движат в орбита. Този пласт, прочут като мезосфера, се простира на височина сред 50 и 100 км и остава едно от най-големите „ бели петна “ в нашето схващане за планетата. Изпращаме роувъри до Марс и телескопи до границите на Вселената, само че тази неуловима област от личната ни атмосфера до момента беше значително недостъпна за нас. Защо? Защото просто няма метод да стигнем до такава степен.

До наскоро. Екип от учени от Харвардския и Чикагския университет предложи решение, което е толкоз елегантно, че наподобява като извадено от научната фантастика: дребни, свръхлеки транспортни средства, които се носят в атмосферата без мотори, без гориво и без нито една движеща се част. Единствената им движеща мощ е слънчевата светлина.

Отговор от предишното: магията на фотофорезата

Как да накарате нещо да лети без мотор? Отговорът лежи на прашните лавици на науката към този момент съвсем век и половина. Феноменът се назовава фотофореза – резултат, открит още през XIX в., само че дълго време считан единствено за лабораторен куриоз.

Нека се спрем малко по-подробно. В мощно разредения въздух, какъвто е мезосферата, газовите молекули се държат по друг метод. Когато светлинен лъч нагрява едната страна на дребен обект, молекулите, които се сблъскват с тази топла повърхнина, отскачат от нея с повече сила, в сравнение с тези от студената страна. Представете си милиони микроскопични ръце, които непрекъснато и със мощ натискат един обект от едната му страна. Ако обектът е задоволително лек, общият подтик от тези конфликти основава подемна мощ, която може да победи гравитацията.

Именно този на пръв взор нищожен резултат откривателите вземат решение да употребяват по подобаващ метод.

„ Ние учим тази странна физика – споделя водещият създател Бен Шафър, – нейната дарба да кара доста леките обекти да левитират. Ключовата дума тук е „ доста леки “. В края на краищата на Земята, при обикновено налягане, силата на фотофорезата е толкоз слаба, че ние просто не я виждаме “.

От една концепция до летящото вълшебно чердже

Но по какъв начин да превърнем тази концепция в действително устройство? Тук влизат в деяние чудесата на актуалните технологии. Учените са основали най-тънките дискове с дебелина сантиметри, същински летящи „ килимчета “. Те са направени въз основата на лека керамика от алуминиев оксид. Долната им страна е покрита с тъничък пласт хром, който дейно гълтам слънчевата светлина и се нагрява.

Когато слънцето освети подобен диск в разредената атмосфера, долната страна става по-топла от горната. Тази температурна разлика е задоволителна, с цел да провокира фотофореза и да сътвори подемна мощ. И ето кое е най-удивителното: с помощта на достиженията в региона на нанопроизводството тези структури са толкоз леки, че силата на фотофорезата надвишава личното им тегло.

В лабораторията екипът пресъздава изискванията, които доминират на височина 60 км. Във вакуумна камера при налягане от едвам 26,7 паскала (нищожна стойност спрямо това, с което сме свикнали) и със светлина, която е единствено 55% от силата на директната слънчева светлина, едносантиметров диск решително се издига нагоре. Това е успех: за пръв път е потвърдено, че е допустимо да се основат обекти, които са задоволително огромни и могат да летят единствено с помощта на светлината.

„ Това открива цялостен нов клас устройства – отбелязва професор Дейвид Кийт, – пасивни, захранвани от слънчевата сила и неповторимо подобаващи за проучване на горните пластове на нашата атмосфера “.

Дивият запад на приложната физика: какво следва?

Успешният опит е освен научно достижение, само че и ключ към заключена до момента врата. Зад нея се крие целия свят от благоприятни условия, който самите откриватели шеговито назовават „ Дивият запад на приложната физика “.

Времето и климатът: попълване на пропуските. Основната цел е най-сетне да се изучи мезосферата. С стартирането на флотилия от сходни апарати с дребни датчици учените ще могат да събират в действително време данни за вятъра, налягането и температурата. Тази информация е скъпа. Съвременните климатични модели и прогнози за времето се основават на големи количества данни, а мезосферата до момента беше голяма „ дупка “ в тях, която внасяше грешки и неточности. Като запълним тази празнота, можем да създадем прогнозите си доста по-точни. Комуникации от последващо потомство. Представете си рой от такива висящи платформи, които работят като единна антенна решетка. Това би могло да бъде опция на сателитните системи като Starlink, само че с едно значимо преимущество: намирайки се доста по-близо до Земята, тези „ атмосферни спътници “ биха обезпечили транспорт на данните с минимално забавяне. Това е от решаващо значение за военните, избавителните интервенции и други области, в които всяка милисекунда е от голяма важност. Здравей, Марс! Атмосферата на Марс е доста разредена и има сходни характерности с мезосферата на Земята. Това значи, че технологията, основана за проучване на нашето „ близко пространство “, е идеална за Червената планета. Безшумните, безконечни (докато грее слънцето) летателни апарати могат да висят над марсианските каньони в продължение на часове, да правят разузнаване и да служат като ретранслатори за марсоходите на повърхността. Това е напълно нов, грациозен метод за проучване на други светове.

Заключение

Историята на тези витаещи дискове е отличен образец за това по какъв начин фундаменталната просвета, търпението и софтуерните пробиви се сплотяват, с цел да доведат до нещо революционно. Една концепция, която е чакана повече от десетилетие, най-сетне става действителност с помощта на нанотехнологиите.

Екипът към този момент е основал компанията Rarefied Technologies, с цел да премине към идващото равнище на развиване. Следващата им цел е да оборудват транспортните средства с информационни системи за транспорт на данни по време на полет. На прага сме на проучването на последната неразучена област от нашата атмосфера. И може би точно тези дребни, носещи се структури ще бъдат нашите водачи освен в нея, само че и в небето на другите планети.