کلید بازگشایی دروازه‌های کهکشان | سفر به ستاره‌ها با بادبان‌های نوری؛ از تخیل علمی تا واقعیت!
همشهری آنلاین – یکتا فراهانی : فضاپیمایی را تصور کنید که نه تنها با سوخت معمولی بلکه با فشار نور حرکت می‌کند! این فناوری که با نام بادبان نوری شناخته می‌شود، نویدبخش آینده‌ای است که در آن می‌توان فضاپیماهای کوچک را با سرعتی باورنکردنی به سوی ستارگان فرستاد. اما چگونه این ایده به مرحله اجرا خواهد رسید؟ گروهی از دانشمندان در دانشگاه کلتک در تلاش‌اند تا با استفاده از فناوری بادبان‌های نوری، فضاپیماهایی را با سرعتی بی‌سابقه به اعماق کهکشان بفرستند.
ابتکار شکست نور
در سال ۲۰۱۶، استیون هاوکینگ و یوری میلنر، فیزیکدان و کارآفرین مشهور، پروژه‌ای جاه‌طلبانه به نام “ابتکار شکست نور” را آغاز کردند. هدف این پروژه، توسعه فناوری بادبان‌های نوری بود که بتواند فضاپیماهای کوچک را با استفاده از لیزرهای پرقدرت به سرعت‌های بی‌سابقه رسانده و آن‌ها را به سوی ستاره‌های دیگر ارسال کند.
اکنون دانشمندان در دانشگاه کلتک گامی مهم در این مسیر برداشته‌اند. آن‌ها در تلاش‌اند تا با بررسی نحوه تأثیر فشار تابشی بر مواد فوق نازک به درک بهتری از پایداری و عملکرد این بادبان‌های نوری دست یابند.
ببشتر بخوانید :
- شکست قوانین بازتاب و شکست نور از ماده جدید
- فراتر از سرعت نور | اولین لیزری که قوانین فیزیک را زیر پا گذاشت!
فشار تابشی
تحولی بزرگ در کاوش‌های فضایی فناوری بادبان‌های نوری به عنوان یکی از روش‌های نوین پیشبرد کاوش‌های فضایی مطرح شده است. این ایده بر اساس نیرویی موسوم به “فشار تابشی” کار می‌کند، یعنی نیرویی که فوتون‌های نور هنگام برخورد به یک سطح ایجاد می‌کنند. به کمک این فناوری، فضاپیماهای کوچک می‌توانند بدون نیاز به سوخت سنتی و با استفاده از نور لیزر، با سرعت‌های بسیار بالا در فضا حرکت کنند.
چگونگی حرکت بادبان‌های نوری
اما بادبان‌های نوری چگونه حرکت می‌کنند؟ فشار تابشی به معنای اثر نور بر اجسام است. وقتی یک پرتو لیزر قدرتمند به بادبان نازک فضاپیما برخورد می‌کند، انرژی آن باعث حرکت فضاپیما می‌شود. این روش برخلاف روش‌های سنتی که به سوخت‌های شیمیایی نیاز دارند، بدون مصرف سوخت و تنها با استفاده از نور، می‌تواند فضاپیما را در فضا به حرکت درآورد.
آزمایش‌های پیشگامانه در دانشگاه کلتک دانشمندان کلتک اخیراً آزمایش‌هایی را روی غشاهای فوق‌العاده نازک انجام داده‌اند که می‌توانند به عنوان بادبان‌های نوری مورد استفاده قرار گیرند. این غشاها باید بتوانند در برابر گرما مقاومت کنند، شکل خود را حفظ و در مسیر لیزر به صورت پایدار حرکت کنند. در این آزمایش‌ها، پژوهشگران یک بادبان مینیاتوری طراحی کردند که در گوشه‌های خود ثابت شده و تحت تابش لیزر قرار گرفت تا فشار تابشی را مستقیماً اندازه‌گیری کنند.
ترامپولین میکروسکوپی
فناوری نانویی در خدمت سفرهای فضایی دانشمندان از تکنیک‌های نانوفناوری برای ساخت این بادبان‌های نوری استفاده کرده‌اند. یکی از تکنیک‌های مورد استفاده، لیتوگرافی پرتو الکترونی است که به آن‌ها اجازه می‌دهد غشاهایی با ضخامت تنها ۵۰ نانومتر تولید کنند. این غشاها مانند یک “ترامپولین میکروسکوپی” عمل می‌کنند و تحت‌تأثیر فشار تابشی به حرکت درمی‌آیند.
اندازه‌گیری نیروی نور بادقت بی‌سابقه یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های این تحقیق، اندازه‌گیری نیروی بسیار ضعیف تابش لیزر بر روی این غشاهای نازک بود. برای حل این مشکل، پژوهشگران از یک روش جدید به نام “تداخل‌سنجی مسیر مشترک” استفاده کردند. این روش امکان تشخیص تغییرات حرکتی غشا را با دقتی در حد تریلیونیم متر فراهم می‌کند.
شبیه‌سازی شرایط واقعی در فضا
باتوجه‌به اینکه یک بادبان نوری در فضا ممکن است همیشه به طور کامل در برابر لیزر قرار نگیرد، دانشمندان این شرایط را در آزمایشگاه بازسازی کردند. آن‌ها پرتو لیزر را از زوایای مختلف به بادبان تاباندند و دریافتند این شرایط باعث تغییر در میزان نیروی وارد شده به بادبان می‌شود. نتایج نشان داد بعضی از قسمت‌های بادبان ممکن است نور را در جهات مختلف پراکنده کنند و این موضوع می‌تواند بر عملکرد نهایی تأثیر بگذارد.
کنترل حرکت بادبان‌ها در فضا
پژوهشگران در حال حاضر به دنبال راه‌هایی هستند تا بتوانند حرکت بادبان‌های نوری را در فضای باز به شکلی پایدار کنترل کنند. یکی از راه‌حل‌های پیشنهادی، استفاده از نانوساختارهای مهندسی‌شده‌ای است که می‌توانند نیروی لازم برای بازگرداندن بادبان به مسیر صحیح را تأمین کنند.
آغاز یک عصر جدید برای سفرهای فضایی
تحقیقات اخیر در دانشگاه کلتک نشان داده است فناوری بادبان‌های نوری می‌تواند به عنوان یک روش عملی برای ارسال فضاپیماها به اعماق کهکشان مورد استفاده قرار گیرد. هرچند هنوز چالش‌های زیادی در مسیر توسعه این فناوری وجود دارد، اما این پیشرفت‌ها امیدها را برای تحقق رویای سفرهای بین‌ستاره‌ای زنده نگه داشته است. شاید در آینده‌ای نه‌چندان دور، اولین فضاپیماهای بادبانی ما به‌سوی ستارگان حرکت کنند و درهای جدیدی به روی اکتشافات کیهانی بگشایند.
