Ако извънземно от звездната система Алфа Кентавър има огромно желание да яде пица, доставката ѝ би отнела десетки хиляди години с днешната ракетна технология. Изследователи от Тексаския университет A&M са разработили технология, която един ден би могла да съкрати времето за доставка до едва 20 години, като за задвижване се използва единствено светлина.

Екипът успешно повдигна и маневрира миниатюрни устройства в различни посоки, използвайки единствено светлина – без гориво, двигатели или физически контакт. Въпреки че конкретният експеримент включваше микроскопични структури, а не космически кораби, изследователите твърдят, че същите физични принципи един ден могат да допринесат за разработването на усъвършенствани системи за задвижване, които биха могли драстично да съкратят времето за пътуване в космоса.

Концепцията за светлинно задвижване не е нова. От повече от век учените знаят, че светлината упражнява налягане – явление, често наричано радиационно налягане. Този принцип вече е демонстриран в няколко форми. В един от многото примери НАСА и JAXA са изстреляли космически кораби със слънчеви платна, които използват слънчевата светлина за леко, но непрекъснато ускорение.

Въпреки това едно от основните предизвикателства при светлинното задвижване е контролирането на генерираното движение. Да се тласка един обект напред е едно нещо; да се поддържа стабилен, да се управлява с точност и да се даде възможност за маневриране в различни посоки е съвсем друго. Това става особено важно за бъдещите светлинни платна, пътуващи с изключителни скорости, при които дори и най-малките колебания биха могли да отклонят апарат, първоначално насочен към Меркурий, направо към Юпитер.

В основата на концепцията стоят миниатюрни устройства, наречени „метадвигатели“, изработени от метаповърхности: ултратънки материали с наноразмерни структури, които могат прецизно да пренасочват падащата светлина. Когато лазерен лъч удари повърхността, структурите отклоняват или разсейват светлината в определени посоки. Тъй като светлината носи импулс, промяната на посоката ѝ създава равна и противоположна сила на въздействие върху самия обект. С прости думи, светлината изтласква устройството, докато се пренасочва.

Това, което прави системата забележителна, е, че движението е заложено в самия дизайн на материала, а не само в лазерния лъч. Чрез внимателно подреждане на наномащабните структури по повърхността на метаповърхността изследователите могат да генерират сили в няколко посоки едновременно. Това позволява на метаструите да се движат настрани, да се издигат нагоре или да се придвижват напред, като им осигурява пълна триизмерна маневреност.

При тестовете лазерното осветяване накара прототипите едновременно да левитират и да се придвижват странично. Това демонстрира ниво на оптичен контрол, надхвърлящо традиционните системи за манипулиране на светлината, които често само улавят или изтласкват обекти в една посока.

Значението на експеримента не е толкова в непосредствените приложения, колкото в доказването на принципа, че внимателно проектираните повърхности могат да преобразуват лазерната енергия в насочена, програмируема сила. Ако този принцип се мащабира според очакванията, това би могло да отвори вратата към системи, вариращи от микроскопични роботи до много по-големи превозни средства, задвижвани от светлина.

Тук дискусията се насочва към времето за пътуване. Най-близката звездна система, Алфа Центавър, се намира на около 4,37 светлинни години разстояние. Конвенционалните космически кораби с ракетно задвижване се движат твърде бавно, за да бъдат такива пътувания практични. При скоростите на днешните сонди за дълбокия космос едно пътуване би отнело десетки хиляди години. Концепциите за лазерно задвижване целят да променят това, като ускоряват изключително леки кораби до значителна част от скоростта на светлината. Ако една сонда може да достигне около 20% от скоростта на светлината, пътуването теоретично би могло да се съкрати до около две десетилетия вместо до много хилядолетия.

Преди да се възбудим прекалено, трябва да отбележим, че настоящите прототипи са микроскопични – по-малки от дебелината на човешки косъм. Разликата между тази лабораторна демонстрация и истински междузвезден апарат остава огромна. Мащабирането на концепцията би изисквало изключително мощни лазерни системи, съвременни материали, способни да издържат на интензивно осветяване, прецизен контрол на лъча на големи разстояния и навигационни системи за апарати, движещи се с безпрецедентна скорост. Никое от тези предизвикателства не е дори близо до разрешаване.

Все пак силата, генерирана в експериментите, се променя пропорционално на мощността на входящата светлина, вместо да бъде фундаментално ограничена от размера на устройството. Това означава, че същите принципи биха могли в крайна сметка да бъдат приложени далеч отвъд микромащабните системи.

Снимка: Unsplash/Dr. Shoufeng Lan

Виж още: Юпитер не се върти около Слънцето и Земята технически също не го прави понякога (ВИДЕО)