الأجهزة الصغيرة التي تدفعها أشعة الشمس يمكن أن تستكشف منطقة غامضة من جو الأرض

عند الشراء من خلال روابط على مقالاتنا ، قد يكسب المستقبل وشركاء المشاركة في العمولة.

تم اختبار الأجهزة ذاتية الأذواق التي تدفعها أشعة الشمس لأول مرة في ظروف قريبة من الفاكومات المرتبطة بأولئك الموجودين في الغلاف الجوي العلوي للأرض ، مما يمهد الطريق لثورة في العلوم في الغلاف الجوي.

تستفيد الأغشية الصغيرة وخفيفة الوزن – مصنوعة من أكسيد الألومنيوم وطبقة من الكروم – من ظاهرة معروفة باسم الضوئي ، والتي تحدث عندما يصبح جانب واحد من شريحة من المواد الرقيقة أكثر دفئًا من الآخر. بينما ترتد جزيئات الغاز من الجانب الأكثر دفئًا ، فإنها تدفع الغشاء إلى الأعلى. ومع ذلك ، فإن التأثير ضعيف للغاية ، وبالتالي يمكن ملاحظته فقط في بيئات الضغط المنخفض للغاية ، مثل تلك القريبة من حافة الفضاء.

في التجربة الحديثة ، الموصوفة في ورقة نشرت في 13 أغسطس في مجلة Nature ، قام الباحثون بعمل بقع 0.4 بوصة (1 سم) يطفو في غرفة فراغ عندما يتعرضون للضوء حوالي 55 ٪ مثل أشعة الشمس الطبيعية.

وقال بن شيفر ، مؤلف صحيفة The Paper وباحث في كلية الهندسة في هارفارد جون أ. بولسون للعلوم (البحار): “هذه نتيجة كبيرة توضح أن هذا سيعمل فعليًا في نفس الظروف التي تواجهها في الغلاف الجوي العلوي”.

“نحن نتحدث [about a] منطقة الغلاف الجوي التي تسمى أحيانًا الجهل ، لأنه لا يوجد شيء يمكن أن يطير هناك. وقال لموقع Space.com: “إن القدرة على إرسال شيء ما هناك من شأنه أن يمكّننا من أخذ بيانات أكثر دقة مما نستطيع حاليًا”.

متعلق ب: يمكن أن تحسن مهمة ناسا المخطط لها إلى “الجهل” تنبؤات الطقس الفضائية

يتضمن الجهلوسفير الميسوسفير – طبقة الغلاف الجوي للأرض على ارتفاعات تتراوح بين 30 و 53 ميلًا (50 إلى 85 كيلومترًا) – بالإضافة إلى قسم من الغلاف الحراري يصل إلى 100 ميل (160 كيلومتر). يعد الجهل مرتفعًا جدًا بحيث لا يمكن الوصول إلى الطائرات ولكنه منخفض جدًا بالنسبة للأدوات الموجودة على متن الأقمار الصناعية ذات المدار المنخفضة الأرض. أجهزة الاستشعار الموضوعة على الصواريخ السبر تجعل قياسات عرضية للمنطقة ، ولكن معظم العمليات التي تحدث هناك القليل مفهومة.

يشكل الجهل حدود بين الكفن الغازي للأرض والفضاء الخارجي. عندما تنقص القذف الكتلي – عمليات الطرد الشاسع للبلازما المشحونة من الشمس – فإنها تودع معظم طاقتهم في الجهل. تحدث الأورال في الجينوسفير ، وكذلك التبادلات النشطة التي تؤدي إلى عواصف مغنطيسية يمكن أن تطرد شبكات السلطة ورمي الأقمار الصناعية من مداراتها. هذه الارتفاعات غير المستكشفة هي أيضًا حيث تحترق الأقمار الصناعية أثناء إعادة إدخالها وحيث يتراكم تلوث الهواء أثناء تراكمها.

وقال شيفر: “الحصول على بيانات دقيقة من هذه المنطقة حول الرياح ودرجات الحرارة والضغوط ، وما إلى ذلك ، من شأنه أن يزيد من دقة نماذج المناخ العالمية الحالية”. “من شأنه أن يملأ تلك الفجوة التي لدينا.”

قام شيفر وزميله أنجيلا فيلدهاوس بتفكيك شركة من بحار هارفارد تسمى “نورفيد تايف”. الهدف من بدء التشغيل هو إجراء تجارب في الجو واقعية مع مثل هذه الأجهزة على أمل تسويقها.

لرفع أجهزة الاستشعار المصغرة والهوائيات في الجهل ، يجب أن تكون الأغشية أكبر إلى حد ما ، حوالي 2.4 بوصة (6 سم). “سيكون قرصًا يمكن أن يدور حول حوالي 10 ملليغرام [0.0004 ounce] في الفضاء القريب ، “قال شيفر.

سيتم إطلاق الأجهزة من بالون الستراتوسفير على بعد حوالي 30 ميلًا (50 كم) فوق الأرض. من هناك ، كانوا يحصلون على أنفسهم إلى ارتفاعات تصل إلى 60 ميلًا (100 كم) ، حيث سيبقون خلال اليوم. في الليل ، كانت الأجهزة ستغرق في الجو ، ولكن إذا كانت خفيفة الوزن بما فيه الكفاية ، فلن تسقط على طول الطريق إلى الأرض وستتراجع بعد شروق الشمس ، كما أوضح شيفر.

يريد الباحثون التركيز على تحسين المواد وهيكلها لتقليل وزنها ، مما يجعل الأجهزة الأكبر ممكنة.

بناء على الأفكار السابقة

تم اكتشاف الضوئي في القرن التاسع عشر ، لكنه ظل في الغالب يتم تجاهله حتى وقت قريب. لقد جعل التقدم في العلوم المادية وتكنولوجيا التصنيع النانوي في العقدين الماضيين أخيرًا من الممكن التفكير في تطبيقاتها العملية.

استلهم شيفر وزملاؤه من ورقة نظرية من قبل ديفيد كيث ، ثم أستاذ الفيزياء التطبيقية في البحار والآن في جامعة شيكاغو. اقترح كيث أن الأغشية العاكسة التي تعمل بالضوء الضوئي يمكن استخدامها كتدخل جغرافي للهندسة الجغرافية لتقليل درجة حرارة الأرض إذا فشل العالم في احتواء تغير المناخ عن طريق تقليل انبعاثات الكربون.

أشرف كيث على عمل شيفر حتى عام 2023.

وقال كيث في بيان “هذه هي المرة الأولى التي يظهر فيها أي شخص أنه يمكنك بناء هياكل ضوئية أكبر وجعلها تطير في الجو”. “إنه يفتح فئة جديدة تمامًا من الأجهزة: واحدة سلبية ، تعمل بأشعة الشمس ، ومناسبة بشكل فريد لاستكشاف أجواءنا العلوية.”

يعتقد شيفر أن التكنولوجيا يمكن أن تجد العديد من الاستخدامات. يمكن أن يساعد ذلك في دراسة أجواء المريخ الرقيقة أو حتى التنافس مع STARLINK STARLINT SARELLITE MEGACONSTELLS.

قصص ذات صلة

– يمكن أن يلقي “الجهل” بعيد المنال من Earth ضوءًا جديدًا على Auroras

-تطلق Near Space Labs أسطولًا من روبوتات البالون التي تعمل بالطاقة من الذكاء الاصطناعي لتتبع مخاطر مناخ الأرض

– يمكن أن يحمل الجو العلوي من Earth جزءًا مفقودًا من الكون ، وتلميحات جديدة للدراسة

وقال شيفر: “إذا كنت ستضع حزم اتصالات صغيرة على متن هذه الأشياء وأدخلتها في الميسوسفير ، فيمكنك في الواقع منافسة معدلات البيانات من كوكب الأوراق المنخفضة”.

واعترف أنه سيتعين على الأجهزة أن تصبح أخف وزناً وأكبر لاستضافة حمولات الاتصال ووحدات التنقل الكبيرة بما يكفي للحفاظ على وضع مستقر فوق البقع الثابتة على الأرض.