Оптическая тяга — это способ перемещения объекта на определённое расстояние. Эта концепция часто встречается в научной фантастике. В реальности такой принцип применим в очень малом масштабе: оптические пинцеты, например, управляют микроскопическими частицами с помощью лазеров. Учёные сейчас утверждают, что им удалось создать притягивающий луч, способный перемещать крупные объекты.
Свет обладает энергией и импульсом, которые можно применить для оптических манипуляций, например, левитации и вращения. За последнее десятилетие оптическая тяга микро- и нанообъектов (клеток, атомов, наночастиц и так далее) была продемонстрирована неоднократно. Сейчас ее применяют в биологии и нанотехнологиях. Оптическая тяга макроскопических объектов, с другой стороны, сложнее осуществить, поскольку требует значительно большей мощности.
Учёные из Университета науки и технологии Циндао (Китай) сообщили о достижении результата и опубликовали информацию об этом в журнале. . «Предыдущие исследования показывали недостаточную силу притяжения света для макроскопических объектов. Новая методика обладает куда более сильной тягой, превосходящей давление света солнечного паруса на три порядка величины. Последний использует импульс фотонов для слабой толкающей силы. — заявил Лей Ванг, ведущий автор исследования.
Вангом и его коллегами был разработан притягивающий луч, который успешно перемещал композитный объект из графена и кремнезема: передняя часть была изготовлена из сшитого графена, а задняя — из SiO2. Исследователи использовали этот материал на торсионном маятнике, демонстрируя явление лазерной тяги видимым невооружённому глазу способом. Гравитационный маятник применялся для количественного измерения силы притяжения лазера; оба устройства были около пяти сантиметров в длину.
Облучение объекта лазерным лучом приводит к тому, что молекулы газа в его задней части поглощают больше энергии и «толкают» объект к источнику света. В условиях низкого давления (5 Па) среда способствует смещению объекта. Действие силы тяги (0,8 мкН) превосходит давление излучения (около 0,28 нН) и поддаётся регулировке изменением мощности лазера.
Важно заметить, что композитный объект создавался именно для эксперимента и испытания проходили в особенных лабораторных условиях при пониженном давлении атмосферы.
Несмотря на сомнения в его эффективности на Земле, этот притягивающий луч может быть полезен на других планетах. Газовая среда, использованная нами для показа метода, напоминает марсианскую атмосферу. В будущем ее можно использовать для управления транспортом на Марсе. «, — объясняет Ванг.
Техника, которая все еще нуждается в совершенствовании
Усовершенствовать методику предстоит во многих аспектах до её реального применения. Сначала команде нужно сделать свой притягивающий луч работоспособным в более широком диапазоне давлений воздуха. Также необходима теоретическая модель для точного прогнозирования тягового усилия лазера как функции различных параметров, таких как геометрия объекта, энергия лазера и окружающая среда.
В то же время, работа учёных – убедительное подтверждение данной концепции. Мы показали, что можно управлять крупными предметами с помощью света, если точно регулировать связь света, объекта и окружающей среды. — заметил Ванг. Изучение также выявило сложность взаимодействия лазера с веществом и то, что многие явления ещё далеко от полного понимания, как на макро-, так и на микроуровне, добавил он.
Американское НАСА уже обсуждало возможность применения притягивающих лучей для сбора образцов с Марса, пишет Universe Today. Ровер Curiosity оборудован прибором ChemCam: лазер испаряет породу, а образовавшаяся плазма анализируется удаленно с помощью спектроскопии. Притягивающий луч мог бы забирать частицы реголита непосредственно в марсоход, что позволит провести более полное исследование.
Эти лучи применяются для сбора частиц из хвостов комет, а также из облаков атмосферы Земли и других планет. Эта концепция существенно влияет на освоение космоса.