پرواز با پرتوهای نور ممكن شد
پرواز با پرتوهای نور ممكن شد
فیزیكدانان به شكلی شبیه به مقطع بالهای هواپیما رسیدهاند كه با تاباندن پرتوهای نور به آن حركت میكند. این كشف به تولید فضاپیماهایی كمك میكند كه با استفاده از نور خورشید برای همیشه سرعت بگیرند. فیزیكدانان آمریكایی موفق شدهاند نمونهای از یك مقطع آیرودینامیكی جدید را بسازند ؛ یك بال نوری كه نیروی بالابر خود را هنگام عبور از میان پرتوهای لیزر تامین میكند.
این موفقیت كه یك قرن پس از اختراع نخستین هواپیما به دست آمده، نویدبخش آن است كه بالهای نوری میتوانند روزی برای هدایت اجسام در فضای خارج از جو زمین و تنها با استفاده از پرتوهای خورشید استفاده شوند. دكتر گروور فیزیكدان در این باره میگوید: «این تقریبا مشابه كاری است كه برادران رایت در نخستین مرحله از كار خود انجام دادند.»
اصول كار بال نوری مشابه یك بال هوایی است. در هر دو حالت فشار در یك طرف بال باید بیش از طرف دیگر باشد، در نتیجه نیرویی از مقطع پرفشار به سوی مقطع كمفشار ایجاد میشود كه باعث حركت در آن سمت میشود. در یك بال هوایی، اختلاف فشار به این دلیل ایجاد میشود كه هوا برای اینكه بتواند پس از عبور از روی قسمت خمیده مجددا به هوای عبوری از زیر بال بپیوندد، مجبور است با سرعت بیشتری در سمت طولانیتر بال حركت كند و درنتیجه طبق قانون برنولی، فشار در مقطع فوقانی كاهش مییابد.
در بال نوری، عامل ایجاد فشار به جای هوا، نور لیزر است.
اصول كار آن نیز مشابه فشار تشعشعی است، نظریهای كه توسط جیمز كلارك ماكسول و آدولفو بارتولی در اواخر قرن نوزدهم ارائه شد. براساس این نظریه، فوتونها هنگامیكه از سطح یك جسم بازتاب میشوند یا از میان آن عبور میكنند، اندازه حركتی را به آن انتقال میدهند. مثال بارز در این زمینه، قرارگیری دنباله غبار دنبالهدارها در خلاف جهت خورشید است، زیرا پرتوهای خورشید آنها را به آن سمت هل میدهد.
آنها پیشبینی كردند فشار تشعشعی میتواند در یك بال نوری نیروی بالابر ایجاد كند. آنها برای اینكه دریابند هنگامیكه پرتوهای نور وارد اجسامی با اشكال مختلف میشوند چطور شكسته یا منعكس میشوند، از تحلیلهای رایانهای استفاده كردند. تحلیلها نشان میداد اگر میلهای نیمه استوانهای داشته باشیم، بخش اعظمی از پرتوهای نور تابشی در یك جهت عمودی جسم را ترك میكنند. سمتی كه پرتوها جسم را ترك میكنند، فشار تشعشعی بیشتری را تجربه میكند و به همین دلیل باید به سمت بالا برود.
رای آزمایش این پیشبینی، گروور و همكارانش میلههای نیمه استوانهای پلاستیكی را كه تنها چند میكرومتر طول داشتند، درون آب قرار دادند. وقتی كه پرتو لیزر از زیر به این میلهها تابانده شد، میلهها علاوه بر حركت به سمت بالا ـ كه به دلیل نیروی بالابر ناشی از تابش مستقیم لیزر بود ـ به سمت پهلو نیز حركت كردند. این حركت ثانویه، عمود بر همان جهتی بود كه محققان پیشبینی میكردند، مدركی كه ثابت میكرد نیروی بالابر نوری وجود دارد.
یكی از كاربردهای بال نوری كنترل جهت فضاپیماهایی است كه به فشار تشعشعی برای پیشرانش وابسته هستند. انجمن سیارهای كه یك سازمان فضایی عمومی واقع در پاسادنای آمریكاست، قصد دارد تا اواخر امسال فضاپیمای تحقیقاتی پیشرانش خورشیدی لایتسیل خود را كه با فشار تشعشعی كار میكند، به فضا بفرستد. بال نوری همچنین میتواند برای به راه انداختن میكروماشینها یا جابهجایی ذرات در مایعات استفاده شود.پ
درخصوص كاربرد آخر، فیزیكدانان متخصص در سیستمهای مكانیكی و نوری نانومقیاس در موسسه فناوری كالیفرنیا معتقدند كه ایجاد نیروی بالابر در اجسام شفاف مفیدتر است. اگر از جنبه دیگری به مساله نگاه كنیم، این كار ممكن است امكانپذیر باشد. در این حالت به جای شكل جسم، باید شكل پرتوی لیزر را تغییر دهیم. ایكنفیلد میگوید: «این اثر جالبی است. نكته كلیدی این است كه این میدان نانومكانیزم در تركیب با نورشناسی اهمیت بیشتری دارد، زیرا در این مقیاس ما با سادهترین پدیدهها سر و كار داریم.»
NEWS
مترجم: آزاده سید میرزایی