پرواز با پرتوهاي نور ممكن شد

کد خبر: ۱۴۵۸۹۵

تاریخ: ۱۴ بهمن ۱۳۸۹ - ۱۰:۲۵

فيزيكدانان به شكلي شبيه به مقطع بال‌هاي هواپيما رسيده‌اند كه با تاباندن پرتوهاي نور به آن حركت مي‌كند. اين كشف به توليد فضاپيماهايي كمك مي‌كند كه با استفاده از نور خورشيد براي هميشه سرعت بگيرند. فيزيكدانان آمريكايي موفق شده‌اند نمونه‌اي از يك مقطع آيروديناميكي جديد را بسازند ؛ يك بال نوري كه نيروي بالابر خود را هنگام عبور از ميان پرتوهاي ليزر تامين مي‌كند.

اين موفقيت كه يك قرن پس از اختراع نخستين هواپيما به دست آمده، نويدبخش آن است كه بال‌هاي نوري مي‌توانند روزي براي هدايت اجسام در فضاي خارج از جو زمين و تنها با استفاده از پرتوهاي خورشيد استفاده شوند. دكتر گروور فيزيكدان در اين باره مي‌گويد: «اين تقريبا مشابه كاري است كه برادران رايت در نخستين مرحله از كار خود انجام دادند.»

اصول كار بال نوري مشابه يك بال هوايي است. در هر دو حالت فشار در يك طرف بال بايد بيش از طرف ديگر باشد، در نتيجه نيرويي از مقطع پرفشار به سوي مقطع كم‌فشار ايجاد مي‌شود كه باعث حركت در آن سمت مي‌شود. در يك بال هوايي، اختلاف فشار به اين دليل ايجاد مي‌شود كه هوا براي اين‌كه بتواند پس از عبور از روي قسمت خميده مجددا به هواي عبوري از زير بال بپيوندد، مجبور است با سرعت بيشتري در سمت طولاني‌تر بال حركت كند و درنتيجه طبق قانون برنولي، فشار در مقطع فوقاني كاهش مي‌يابد.

در بال نوري، عامل ايجاد فشار به جاي هوا، نور ليزر است. اصول كار آن نيز مشابه فشار تشعشعي است، نظريه‌اي كه توسط جيمز كلارك ماكسول و آدولفو بارتولي در اواخر قرن نوزدهم ارائه شد. براساس اين نظريه، فوتون‌ها هنگامي‌كه از سطح يك جسم بازتاب مي‌شوند يا از ميان آن عبور مي‌كنند، اندازه حركتي را به آن انتقال مي‌دهند. مثال بارز در اين زمينه، قرارگيري دنباله غبار دنباله‌دارها در خلاف جهت خورشيد است، زيرا پرتوهاي خورشيد آنها را به آن سمت هل مي‌دهد.

آنها پيش‌بيني كردند فشار تشعشعي مي‌تواند در يك بال نوري نيروي بالابر ايجاد كند. آنها براي اين‌كه دريابند هنگامي‌كه پرتوهاي نور وارد اجسامي با اشكال مختلف مي‌شوند چطور شكسته يا منعكس مي‌شوند، از تحليل‌هاي رايانه‌اي استفاده كردند. تحليل‌ها نشان مي‌داد اگر ميله‌اي نيمه استوانه‌اي داشته باشيم، بخش اعظمي از پرتوهاي نور تابشي در يك جهت عمودي جسم را ترك مي‌كنند. سمتي كه پرتوها جسم را ترك مي‌كنند، فشار تشعشعي بيشتري را تجربه مي‌كند و به همين دليل بايد به سمت بالا برود.

براي آزمايش اين پيش‌بيني، گروور و همكارانش ميله‌هاي نيمه استوانه‌اي پلاستيكي را كه تنها چند ميكرومتر طول داشتند، درون آب قرار دادند. وقتي كه پرتو ليزر از زير به اين ميله‌ها تابانده شد، ميله‌ها علاوه بر حركت به سمت بالا ـ كه به دليل نيروي بالابر ناشي از تابش مستقيم ليزر بود ـ به سمت پهلو نيز حركت كردند. اين حركت ثانويه، عمود بر همان جهتي بود كه محققان پيش‌بيني مي‌كردند، مدركي كه ثابت مي‌كرد نيروي بالابر نوري وجود دارد.

يكي از كاربردهاي بال نوري كنترل جهت فضاپيماهايي است كه به فشار تشعشعي براي پيشرانش وابسته هستند. انجمن سياره‌اي كه يك سازمان فضايي عمومي واقع در پاسادناي آمريكاست، قصد دارد تا اواخر امسال فضاپيماي تحقيقاتي پيش‌رانش خورشيدي لايت‌سيل خود را كه با فشار تشعشعي كار مي‌كند، به فضا بفرستد. بال نوري همچنين مي‌تواند براي به راه انداختن ميكروماشين‌ها يا جابه‌جايي ذرات در مايعات استفاده شود.

درخصوص كاربرد آخر، فيزيكدانان متخصص در سيستم‌هاي مكانيكي و نوري نانومقياس در موسسه فناوري كاليفرنيا معتقدند كه ايجاد نيروي بالابر در اجسام شفاف مفيدتر است. اگر از جنبه ديگري به مساله نگاه كنيم، اين كار ممكن است امكان‌پذير باشد. در اين حالت به جاي شكل جسم، بايد شكل پرتوي ليزر را تغيير دهيم. ايكنفيلد مي‌گويد: «اين اثر جالبي است. نكته كليدي اين است كه اين ميدان نانومكانيزم در تركيب با نورشناسي اهميت بيشتري دارد، زيرا در اين مقياس ما با ساده‌ترين پديده‌ها سر و كار داريم.»