رؤیای سفر میان ستاره‌ای به تحقق نزدیک می‌شود

به گزارش ایسنا، پروژه تحقیقاتی Breakthrough Starshot با حمایت فیزیکدان نظری استیون هاوکینگ و دانشمند یوری میلنر تاسیس شد و هدف از آن ارسال یک فضاپیمای مینیاتوری به ستاره آلفاقنطورس  به عنوان نزدیکترین منظومه ستاره‌ای به ما بوده است.

به نقل از آی‌ای، جالب اینجاست که این فضاپیما از یک پیشران ابتکاری استفاده می‌کند و آن بادبان‌های نوری هستند. این نوع بادبان‌های بازتابنده از فشار لیزر یا نور ستارگان برای به حرکت درآوردن فضاپیماها استفاده می‌کنند.

این بادبان‌های بسیار نازک می‌توانند به سرعت‌هایی دست پیدا کنند که پیش از این تصورش ممکن نبود. اما ساخت و آزمایش این بادبان‌ها یک کار پیچیده است.

این بادبان نوری سریع‌تر از هر فضاپیمای قبلی سفر می‌کند و در نهایت می‌تواند سفر در فواصل بین‌ستاره‌ای را برای کاوش مستقیم فضاپیما ممکن کند که اکنون فقط با رصد از راه دور قابل دسترسی هستند.

آزمایش بادبان نوری کوچک

محققان در Caltech به رهبری اتواتر (Atwater)، سیستمی را برای مطالعه مواد بسیار نازک که برای ساخت بادبان‌های نوری استفاده می‌شوند، آغاز کرده‌اند.

بادبان نوری مینیاتوری آنها که از نیترید سیلیکون با ضخامت فقط ۵۰ نانومتر ساخته شده است، برای اندازه‌گیری نیروی اعمال شده توسط لیزر طراحی شده است. این شامل اندازه‌گیری حرکات فوق‌العاده ظریف بادبان در هنگام برخورد پرتو لیزر است.

این آزمایش‌ها، اولین گام مهم برای توسعه بادبان نوری از نظریه و طراحی تا آزمایش عملی و تجزیه و تحلیل مواد است.

چالش‌های متعددی در توسعه‌ غشایی وجود دارد که می‌تواند در نهایت به عنوان بادبان نوری مورد استفاده قرار گیرد. آتواتر می‌گوید: این غشاء باید گرما را تحمل کند، شکل خود را تحت فشار حفظ کند و به طور پایدار در امتداد محور پرتو لیزر حرکت کند.

اما قبل از اینکه بتوانیم ساخت چنین بادبانی را شروع کنیم، باید بدانیم که چگونه مواد به فشار تشعشع لیزر پاسخ می‌دهند. می‌خواستیم بدانیم که آیا می‌توانیم تنها با اندازه‌گیری حرکات غشاء، نیروی وارد شده به غشاء را تعیین کنیم. به نظر می‌رسد که ما می‌توانیم.

برای شروع تحقیقات خود، این گروه یک بادبان نوری کوچک و متصل در یک غشای بزرگتر ساختند.

سپس یک لیزر آرگون مرئی بر روی آن تابیدند تا فشار تشعشع را اندازه‌گیری کنند.

اتصال یک بادبان سبک، آن را از نظر دینامیکی پیچیده می‌کند. بادبان هنگام برخورد نور مانند ترامپولین می‌لرزد. این ارتعاشات عمدتا توسط گرمای لیزر هدایت می‌شوند و جداسازی اثر فشار تشعشع، تبدیل به کاری دشوار می‌شود.

پاسخ بادبان به لیزر

یک نوآوری مهم استفاده از تداخل‌سنج مسیر مشترک است. این ابزار پیچیده به دانشمندان اجازه می‌دهد تا حرکات ریز بادبان را اندازه‌گیری کنند، در حالی که صدای محیط را به حداقل می‌رسانند.

آنها یک تداخل‌سنج بسیار حساس را در میکروسکوپ خود ادغام کردند و دستگاه را در یک محفظه خلأ قرار دادند. این به آنها اجازه داد تا حرکات بسیار کوچک یک بادبان مینیاتوری و همچنین سختی بادبان در هنگام برخورد لیزر را اندازه‌گیری کنند.

این تیم همچنین پاسخ بادبان به لیزر را در زوایای مختلف آزمایش کردند و شرایطی را که یک بادبان واقعی در فضا با آن مواجه می‌شود، شبیه‌سازی کردند.

آنها متوجه شدند زمانی که لیزر در یک زاویه هدایت می‌شود که نیرویی که بر بادبان وارد می‌شود، کمتر از حد پیش‌بینی‌شده است. محققان معتقدند این به این دلیل است که مقداری از پرتو زاویه‌دار به لبه بادبان برخورد می‌کند و مقداری از نور را پراکنده می‌کند و نیروی رو به جلو را کاهش می‌دهد.

این گروه قصد دارند از علم نانو و فرامواد برای کنترل حرکت پهلو به پهلو و چرخش یک بادبان نوری مینیاتوری استفاده کنند.

این یافته‌ها در مجله Nature Photonics منتشر شده است.