Бездротова гарнітура Molar Mic передає звукові сигнали через зуби
13 Вересня , 2018
Harley-Davidson прямує в Кремнієву долину
13 Вересня , 2018

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, лише за 20 років. Обидва об’єкти знаходяться більше ніж в чотирьох світлових роках від нас.

Однак проектування світлових вітрил — складне інженерне завдання, що вимагає майже неможливого: ідеальне світлове вітрило повинно 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.

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 звичайне вітрило — силою вітру. Замість цього тиск народжується тому що світлове вітрило відбиває випромінювання. Тому оптимальне вітрило має 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 Етуотер з Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені показали, що нанофотонні структури можуть володіти потенціалом задоволення суворих вимог до матеріалу, з якого будуть робити вітрило, здатне 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 (відбивання) і розподілу тепла (випромінювання). В якості прикладу вчені показали подвійний сендвіч з кремнію та діоксиду кремнію, які володіють заданими властивостями. Кремній володіє високим індексом відбивання — що виливається в ефективний рух, але погано охолоджується, а діоксид кремнію чудово остигає, але гірше відбиває.

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

Джерело

LEU
LEU

Залишити відповідь

Увійти за допомогою: