پرندگان مینیاتوری که تنها با انرژی خورشید معلق می‌زنند!
یک پدیده فیزیکی که حدود ۱۵۰ سال پیش شناسایی شد، به اجسام کوچک این امکان را می‌دهد که فقط با استفاده از نور خورشید به حالت شناور درآیند و اکنون دانشمندان موفق به ساخت چنین دستگاهی شده‌اند.
طبق گزارش خبرآنلاین و به نقل از زومیت، آیا می‌توانید تصور کنید یک ورق فلزی با نیروی نور خورشید در آسمان پرواز کند؟ این تصور به نظر داستانی علمی تخیلی می‌آید؛ اما پژوهشگران به‌واقع موفق به طراحی محصولی مشابه شده‌اند: غشاءهای میکرو سوراخ که به اندازه‌ی دست هستند و می‌توانند تنها با استفاده از اختلاف دما به‌طور بی‌وقفه در جو بالایی زمین معلق بمانند. امید می‌رود که نسخه‌های پیشرفته این “بشقاب‌های پرنده کوچک” نقش مهمی در پایش اثرات تغییرات اقلیمی در ارتفاعات بالا ایفا کنند و حتی برای پیمایش جو مریخ مورد استفاده قرار بگیرند.
روت لیبرمن، یک فیزیکدان خورشیدی که در طراحی‌های اولیه این فناوری نقش داشته، لیکن در این تحقیق جدید مشارکت نداشته است، به‌صورت قاطع دستاوردهای این پژوهشگران را انقلابی می‌داند. او اذعان می‌کند: «این غشاءها به عنوان کارآمدترین اشیاء پرنده‌ای که تاکنون با این اصول فیزیکی نادر ساخته شده‌اند، در واقع دستگاه‌های سبز نوعی “حرکت دائمی” به شمار می‌آیند.»
بن شفر، مهندس مواد دانشگاه هاروارد و نویسنده اصلی این تحقیق، به‌دنبال راهی بود تا بتواند مزوسفر را مورد مطالعه قرار دهد؛ لایه‌ای از جو زمین که در ارتفاع ۵۰ تا ۸۰ کیلومتری قرار دارد و به دلیل مشکلات دسترسی و نگهداری تجهیزات در آن به “لایه‌ی نادیده گرفته شده” مشهور است. مزوسفر برای ماهواره‌ها بیش از حد متراکم است و برای پرواز هواپیماها یا بالن‌ها هم به اندازه کافی چگالی ندارد. با وجود عدم شناخت کافی از این لایه، مزوسفر به‌عنوان “قناری در معدن” برای پیگیری تغییرات اقلیمی شناخته می‌شود؛ چرا که ابرهای سرد موجود در این منطقه، به شدت به تغییرات دما و بخار آب حساس هستند.
چند سال پیش، تیمی به رهبری ایگور بارگاتین، مهندس مواد دانشگاه پنسیلوانیا، روشی را برای حرکت در مزوسفر با استفاده از یک پدیده فیزیکی کمتر شناخته شده به نام “فوتوفورز” یا “حرکت اثر نور” پیشنهاد کردند. این پدیده که بیشتر به خاطر رادیومتر کروکس (ابزاری علمی منحصربه‌فرد که پره‌های فلزی درگیر در حباب شیشه‌ای را می‌چرخاند) شناخته می‌شود، از نور برای ایجاد اختلاف دما بین دو سوی سطحی نازک استفاده می‌کند. در شرایط جوی رقیق، این اختلاف دما می‌تواند مولکول‌های هوا را در اطراف سطح جابه‌جا و نیروی کافی برای حرکت ایجاد کند.
در سال ۲۰۲۱، گروه بارگاتین وسیله‌ای کوچک معرفی کرد که قابلیت پرواز به‌وسیله فوتوفورز را داشت؛ اما این دستگاه که به اندازه‌ی یک مداد و نازک‌تر از نایلون بود، به حدی سبک بود که نمی‌توانست بار سنگین‌تری را جابه‌جا کند.
برای پیشرفت بخش‌های ابتدایی فناوری، شفر و همکارانش دستگاهی ابداع کردند که از دو ورق سوراخ‌دار آلومینیوم اکسید تشکیل شده است. این ورق‌ها به کمک ستون‌های ریز به یکدیگر متصل می‌شوند، با یک طرف که نور را جذب کرده و طرف دیگر را عبور می‌دهد. این اختلاف دما برای جابه‌جایی هوای رقیق در ارتفاعات بالا و حتی از طریق سوراخ‌های کوچک دستگاه کافی به‌نظر می‌رسد و آن را در آسمان معلق می‌سازد. مزوسفر به‌خوبی برای چنین دستگاه‌هایی طراحی شده است: نور خورشید به‌طوری مناسب در دسترس است و چگالی هوا در حد مطلوب است.
تیم تحقیق با مدل‌سازی دقیق نیروهای وارد بر دستگاه در مزوسفر، آن را برای باربری حداکثری بهینه‌سازی کردند؛ فرآیندی که شفر می‌گوید، به مراتب دشوارتر از طراحی ابتدایی دستگاه بوده است. نسخه‌ی بهینه‌سازی شده برای مزوسفر حدود ۶ سانتی‌متر قطر دارد و پژوهشگران محاسبه کرده‌اند که قادر است در تابستان و در عرض‌های جغرافیایی قطبی به‌طور نامحدود پرواز کند و در شب با استفاده از نور فروسرخ منعکس شده از سطح گرم زمین در حالت پایدار باقی بماند. این دستگاه همچنین در نزدیکی استوا کارایی دارد؛ اما تنها در روز.
دستگاه ابداعی می‌تواند تنها ۱۰ میلی‌گرم بار را حمل کند؛ که وزنی معادل چند دانه شن است. اما این وزن برای یک سیستم مخابراتی کوچک با آنتن رادیویی و پنل خورشیدی، یا یک حسگر کوچکی برای پایش تغییرات آب‌وهوایی کافی به‌نظر می‌رسد. لیبرمن بیان می‌کند: «من می‌توانم ناوگانی جهانی از این دستگاه‌ها را تصور کنم که برای اهداف پیش‌بینی‌های روزانه آب‌وهوایی، روزانه چند بار به آسمان پرتاب می‌شوند.»
تیم تحقیق همچنین به ایده ارسال پرنده‌های کوچک به مریخ می‌اندیشد؛ جایی که جو رقیق آن مشابه با مزوسفر زمین می‌باشد. ادوین کایت، ژئوفیزیکدان دانشگاه شیکاگو که در این مطالعه هیچ نقشی نداشته است، ذکر می‌کند که مدارگردهای موجود مریخ نتوانسته‌اند جو پایین این سیاره را به‌خوبی بررسی کنند. گروهی از پرنده‌های فوق‌سبک می‌توانند این شکاف را پر کرده و اطلاعات مستمر از آب‌وهوای مریخ، از جمله سرعت باد، بخار آب و سایر شرایط اقلیمی را انتقال دهند.
هرچند دستگاه توسعه‌یافته از سوی پژوهشگران در زمین با چالش‌هایی روبه‌رو است. ماه‌ها پیش، دولت دونالد ترامپ از ناسا خواسته بود تا چندین مأموریت ماهواره‌ای را که مزوسفر را برای ارزیابی نقش گازهای گلخانه‌ای در تغییرات اقلیمی پایش می‌کردند، متوقف کند. همانند بسیاری دیگر از دانشمندان که دچار کاهش بودجه در پژوهش‌های اقلیمی و سیاره‌ای شده‌اند، شفر نیز به بخش خصوصی توجه نشان داده است. او در سال ۲۰۲۳ شرکتی با نام Rarefied تأسیس کرد که امیدوار است دستگاه‌های خود را به مزوسفر زمین بفرستد و به توسعه آن‌ها برای مقاصد تجاری بپردازد.
۵۸۵۸
