Dispositivos auto-supostos impulsionados pela luz photo voltaic foram testados pela primeira vez em condições de quase vácuo semelhantes às da atmosfera superior da Terra, abrindo caminho para uma revolução na ciência atmosférica.
As pequenas membranas leves – que são feitas de óxido de alumínio e uma camada de cromo – aproveitam um fenômeno conhecido como fotoforese, que ocorre quando um lado de uma fatia de materials fino fica mais quente que o outro. À medida que as moléculas de gás saltam do lado mais quente, elas empurram a membrana para cima. No entanto, o efeito é muito fraco e, portanto, pode ser observado apenas em ambientes de baixa pressão, como os próximos à borda do espaço.
No experimento recente, descrito em um artigo publicado em 13 de agosto na revista Naturezaos pesquisadores fizeram manchas de 0,4 polegadas de largura (1 centímetros) flutuando em uma câmara de vácuo quando expostas à luz cerca de 55% tão intensas quanto a luz photo voltaic pure.
“Esse é um grande resultado que isso realmente funcionaria nas mesmas condições que você tem na atmosfera superior”, disse Ben Schafer, principal autor do artigo e pesquisador da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS).
“Estamos falando (sobre uma) região da atmosfera que às vezes é chamada de ignorosfera, porque não há nada que possa voar para lá. Ser capaz de enviar algo lá fora nos permitiria tomar muito mais dados precisos do que atualmente”, disse ele ao Area.com.
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A ignorosfera inclui a mesosfera – a camada de Atmosfera da Terra Em altitudes entre 50 e 53 milhas (50 a 85 quilômetros) – mais uma seção da termosfera até uma altitude de 160 km. A ignorosfera é muito alta para a aeronave atingir, mas muito baixa para instrumentos a bordo de satélites de baixa terra-da-terra. Os sensores colocados em foguetes em som fazem medições ocasionais da região, mas a maioria dos processos que ocorrem lá são pouco compreendidos.
A ignorosfera forma um limite entre a mortalha gasosa da Terra e o espaço sideral. Quando Ejeções de massa coronal – vastas expulsões do plasma carregado do sol – atingiram a Terra, eles depositam a maior parte de sua energia na ignorosfera. Os brilhos aurorais ocorrem na ignorosfera, assim como as trocas energéticas que levam a tempestades geomagnéticas que podem eliminar grades de energia e jogar satélites de suas órbitas. Essas altitudes inexploradas também são onde os satélites queimam durante seus reentrados e onde o Poluição do ar produzido durante sua incineração se acumula.
“Obter dados precisos desta região sobre ventos, temperaturas, pressões and so on. realmente aumentariam a precisão dos modelos climáticos globais existentes”, disse Schafer. “Isso preencheria essa lacuna que temos.”
Shafer e sua colega Angela Feldhaus lançaram uma empresa do mar de Harvard chamado Rarefeito Applied sciences. O objetivo da startup é realizar experimentos atmosféricos realistas com esses dispositivos na esperança de comercializá -los.
Para levantar sensores e antenas em miniatura na ignorosfera, as membranas teriam que ser um pouco maiores, com cerca de 6 cm de largura. “Seria um disco que pudesse loft cerca de 10 miligramas (0,0004 onças) no espaço próximo”, disse Schafer.
Os dispositivos seriam liberados de um balão estratosférico a cerca de 50 quilômetros (50 km) acima Terra. De lá, eles se autopropram a altitudes de até 100 quilômetros (100 km), onde permaneceriam durante o dia. À noite, os dispositivos afundariam na atmosfera, mas se fossem leves o suficiente, não voltariam a voltar para a Terra e subiriam de volta após o nascer do sol, explicou Schafer.
Os pesquisadores desejam se concentrar em melhorar o materials e sua estrutura para diminuir seu peso, o que tornaria os dispositivos maiores possíveis.
Construindo em idéias anteriores
A fotoforese foi descoberta no século XIX, mas permaneceu principalmente negligenciada até recentemente. Os avanços na ciência materials e na tecnologia de nanofabricação nas últimas duas décadas finalmente tornaram possível contemplar suas aplicações práticas.
Schafer e seus colegas se inspiraram por um artigo teórico por David Keith, então professor de física aplicada em mares e agora na Universidade de Chicago. Keith propôs que as membranas reflexivas alimentadas por fotoforese poderiam ser usadas como uma intervenção de geoengenharia para reduzir a temperatura da Terra se o mundo não conseguisse conter mudança climática reduzindo suas emissões de carbono.
Keith supervisionou o trabalho de Schafer até 2023.
“Esta é a primeira vez que alguém mostra que você pode construir estruturas fotoforéticas maiores e realmente fazê -las voar na atmosfera”, disse Keith em um declaração. “Ele abre uma classe totalmente nova de dispositivo: uma que é passiva, com luz photo voltaic e adequada para explorar nossa atmosfera superior”.
Schafer acha que a tecnologia pode encontrar muitos usos. Poderia ajudar a estudar a atmosfera fina de Marte ou até mesmo competir com Megaconstellations de banda larga de banda larga Starlink da SpaceX.
“Se você colocasse pequenos pacotes de comunicações a bordo dessas coisas e as elevou à mesosfera, você poderia realmente rivalizar com as taxas de dados de constelações de baixa terra-da-terra”, disse Schafer.
Ele admitiu que os dispositivos teriam que ficar um pouco mais leves e maiores para hospedar cargas úteis de comunicação e unidades de navegação para manter uma posição estável acima de pontos fixos na Terra.
