Нанофотонні світлові вітрила можна буде розігнати до релятивістських швидкостей

Одного разу, в не настільки віддаленому майбутньому, світлові вітрила будуть мчати крізь космос на швидкості близько 20% від світлової (або 60 000 км/с), підштовхувані не паливом, а тиском випромінювання потужних лазерів на Землі. Рухаючись з цими релятивістськими швидкостями, світлові вітрила на лазерах могли б досягти найближчої сусідньої зірки (до Сонця) Альфи Центавра, або найближчої потенційно населеної планети Проксими Центавра b, всього за 20 років. Обидва об’єкти знаходяться більш ніж в чотирьох світлових роках від нас.

 

Однак проектування світлових вітрил — складна інженерна завдання, що вимагає майже неможливого: ідеальний світловий парус повинен мати ширину в кілька метрів і бути механічно достатньо міцним, щоб витримувати інтенсивний тиск випромінювання, проте товщина його повинна бути 100 нанометрів і вага — кілька грамів.

Що таке світловий парус і у чому складність його створення

Інші вимоги випливають з механізмів роботи цих світлових вітрил. Відповідно до рівнянь Максвелла, світло володіє імпульсом і може чинити тиск на об’єкти. Але світлові вітрила не просто підштовхуються тиском випромінювання, як звичайний парус — силою вітру. Замість цього тиск народжується тому, що світловий парус відбиває випромінювання. Тому оптимальний парус повинен відбивати більшу частину випромінювання в лазерному промені ближнього інфрачервоного спектру і одночасно з цим випромінювати в середньому інфрачервоному спектрі для ефективного охолодження.

У новому дослідженні, опублікованому в Nano Letters, вчені Огньен Ілик, Кора Вент і Гаррі Этуотер з Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені показали, що нанофотонные структури можуть володіти потенціалом задоволення суворих вимог до матеріалу, з якого будуть робити парус, здатний подорожувати на близькосвітлових швидкостях.

Якщо в попередніх конструкціях використовувалися такі матеріали, як надтонкий алюміній, різні полімери і вуглецеве волокно, нанофотонні структури можуть маніпулювати світлом на субхвильових масштабах, а отже одночасно вирішують питання ефективного відштовхування (відображення) і розподілу тепла (випромінювання). В якості прикладу вчені показали подвійний сендвіч з кремнію та діоксиду кремнію, які володіють заданими властивостями. Кремній володіє високим індексом відображення — що виливається в ефективний рух, але погано охолоджується, а діоксид кремнію чудово остигає, але гірше відображає.

Читайте також  AlphaZero самостійно вчиться грати в ігри на найвищому рівні

В майбутньому цю концепцію можна використовувати для мінімізації обмежень потужності лазера і розміру лазерного масиву.

Готові встати під такий парус? Розкажіть в коментарях.

Степан Лютий

Обожнюю технології в сучасному світі. Хоча частенько і замислююся над тим, як далеко вони нас заведуть. Не те, щоб я прям і знаюся на ядрах, пікселях, коллайдерах і інших парсеках. Просто приходжу в захват від того, що може в творчому пориві вигадати людський розум.

You may also like...

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *