Может
быть, солнечные паруса, которые сегодня уже испытывают в космосе,
получат и «руль», который в будущем позволит космическим кораблям
перемещаться в межзвездном пространстве только за счет неиссякаемой
энергии Солнца?
Фотоны —
кванты света — создают световое давление, когда отражаются от объекта.
Поэтому солнечные паруса должны обладать уникальными отражательными
способностями, чтобы давление было максимальным. Но как ими управлять?
А что, если фотоны будут не только отражаться от поверхности материала,
но и проходить сквозь него? Тогда угол, под которым свет падает
на материал и выходит из него, будет определять направление движение
объекта, предположил Гровер Шварцлендер из Рочестерского
технологического института в Нью-Йорке (the Rochester Institute
of Technology). Вместе с коллегами он создал компьютерную модель
«светового крыла», рассчитал его оптимальные характеристики и проверил
свою работу в лабораторных условиях. Объект полетел!
В работе,
опубликованной в журнале Nature Photonics, ученые рассказывают о своих
опытах с оптической подъемной силой. Они изготовили стержень в несколько
микрометров из прозрачного пластика. Плоский с одной стороны и округлый
с другой, он напоминает по форме крыло аэроплана. Они поместили
стержень в камеру с водой и освещали его снизу ультрафиолетовым лазерным
светом. Как и было предсказано, стержень не только поднимался, но, что
более важно, двигался в направлении, перпендикулярном направлению
лазерного света.
С симметричными
микросферами такой фокус не получается. В случае аэродинамики,
подъемная сила возникает из-за формы крыла, будь то птица или Боинг:
воздух под ним движется медленнее и при большем давлении, чем над
крылом. Оптическая подъемная сила создается внутри прозрачного объекта,
так как свет проходит сквозь него и преломляется. Во время эксперимента
ученые получили рекордные оптические подъемные углы — около 60 градусов.
Если бы вы взлетали при таких условиях, ваш желудок точно бы оказался
в пятках, замечает Шварцлендер.
Следующая
задача — проверить подъемную силу света в воздухе, использовать
материалы с различными коэффициентами отражения и преломления и свет
разных длин волн.
Шварцлендер
утверждает, что движением солнечного паруса можно будет полностью
управлять в 3D, если использовать два поперечных набора полукруглых
стержней. Правда, Дин Альхорн, ведущий инженер недавно запущенного
эксперимента НАСА (NanoSail-D solar sail experiment) считает, что
солнечный свет слишком слабый, чтобы осуществить этот проект
на практике.
