Солнце поднимет крошечные зонды в загадочную область земной атмосферы
Ученые изобрели зонды, которые будут подниматься над Землей самостоятельно под действием Солнца, пишет Nature. По замыслу, это станет долгожданным решением проблемы качественного исследования самой труднодоступной части атмосферы.
Речь идет прежде всего о мезосфере, расположенной на высотах примерно от 50 до 90 километров. Именно там сгорают летящие к Земле метеоры во время звездопадов. И там же начинают гореть сводимые с орбиты старые космические аппараты, модули станций, падающие ракетные ступени. А еще там возникают великолепные светящиеся ночью «серебристые облака» — они так высоко, что подсвечиваются уже давно зашедшим за горизонт Солнцем.
По мнению ученых, это не просто некая граница между земной средой и космическим пространством: происходящее в мезосфере позволяет судить о глобальных изменениях во всей атмосфере планеты, ученые считают события там неким «индикатором». К примеру, те же вышеупомянутые «серебристые облака» — прямое следствие охлаждения в этих воздушных слоях, и нужно разбираться в его причинах.
Обычные самолеты туда подняться не могут, потому что воздух там слишком разреженный. Но в то же время он слишком плотен для спутников. Поэтому мезосферу и слой еще на несколько десятков километров выше очень трудно изучать. Ученые даже прозвали эту область «игноросферой».
Единственное, что доступно на сегодняшний день для полетов в этой «мертвой зоне» — суборбитальные ракеты с измерительными приборами на борту. Но такие полеты кратковременные и притом весьма дорогостоящие.
Именно это натолкнуло инженеров на идею крошечных исследовательских аппаратов, которые могут долго летать в мезосфере без всяких двигателей: их будет приводить в движение эффект под названием фотофорез.
В целом он заключается в том, что Солнце нагревает какой-то очень легкий материал в условиях разреженной атмосферы, и молекулы газов на освещенной стороне начинают отскакивать от поверхности. На самом деле это толкает материал вниз, то есть от источника нагрева. Но ученые придумали хитроумный способ «перевернуть» этот эффект и заставить зонд вместе этого, наоборот, подниматься.
Они решили, что зонд весом всего в 10 миллиграммов должен лететь на тончайшей пластинке шириной всего в несколько сантиметров, и она должна быть испещрена многочисленными отверстиями. За счет перфорации тепло с нагреваемой стороны передается вниз, то есть под мембрану. Это уже снижает давление сверху и создает некоторое давление снизу.
Но главное, что это дополнительно «дает свободу» для сопротивления атмосферы давящему на нее сверху солнечному нагреву. Она, конечно, будет противиться и давлению на сплошную пластинку, но это будет неэффективно, а вот перфорированная как раз от этого начнет подниматься.
Замысел в том, чтобы создать целую россыпь таких мембран, закрепить на них крошечные датчики для сбора и передачи данных о мезосфере и сбросить со стратосферного аэростата на максимально доступной для него высоте — около 50 километров. А дальше все сделает Солнце: зонды плавно будут подниматься вплоть до 100-километровой высоте и таким образом проведут в этой части атмосферы как минимум целый световой день. После заката они снова спустятся в нижние слои, но, по расчетам, при достаточной легкости не должны упасть на Землю, а значит, с рассветом снова начнут подъем.
Предполагают, что в качестве материала для таких сверхлегких мембран могут подойти ультратонкие полимерные пленки, графеновые наномембраны, углеродные нанотрубки.
