Zespół z John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences opracował coś, co brzmi jak scenariusz z powieści science fiction: milimetrowej wielkości dyski lewitujące wyłącznie dzięki energii słonecznej. Ich technologia wykorzystująca światło słoneczne opiera się na fizycznym zjawisku znanym od XIX wieku, ale dopiero teraz udało się je praktycznie zastosować. Sercem rozwiązania jest fotofereza – mechanizm działający szczególnie efektywnie w warunkach ekstremalnie niskiego ciśnienia panującego w mezosferze.
Zasada działania jest zdumiewająco prosta. Specjalnie skonstruowane urządzenie (dolna warstwa z chromu, górna z tlenku glinu) nierównomiernie nagrzewa się pod wpływem promieni słonecznych. W środowisku o znikomym ciśnieniu cząsteczki gazu mocniej odbijają się od cieplejszej strony, generując siłę nośną. Podczas eksperymentów z lewitacją przy ciśnieniu 26,7 paskali – odpowiadającym warunkom na 60 km nad Ziemią – wystarczyło już 55 proc. pełnego nasłonecznienia, by utrzymać w powietrzu centymetrowe struktury wytworzone technikami nanofabrykacji. To sprytne wykorzystanie praw fizyki, choć sceptycznie można zapytać, jak urządzenia poradzą sobie z realnymi turbulencjami atmosferycznymi.
Czytaj także: Zadziwiające ustalenia na temat ziemskiej atmosfery. Naukowcy dostrzegli coś, co ją kształtuje
Dlaczego poznanie mezosfery jest tak istotne? Ta graniczna strefa między ziemską atmosferą a przestrzenią kosmiczną wpływa na procesy meteorologiczne i klimatyczne, których dokładny mechanizm wciąż pozostaje niejasny. Lepsze zrozumienie górnych warstw atmosfery mogłoby znacząco poprawić modele pogodowe i klimatyczne. Dotychczasowe luki w danych utrudniały precyzyjne prognozowanie, a pomysł z lewitującymi sensorami wydaje się obiecującym rozwiązaniem tego problemu.
Potencjalne zastosowania wykraczają poza samo monitorowanie atmosfery. Miniaturowe czujniki mogłyby mierzyć kluczowe parametry jak temperatura, ciśnienie czy prędkość wiatru. Rozważana jest też koncepcja tworzenia sieci telekomunikacyjnych – floty takich urządzeń mogłyby działać jak pływające anteny oferujące mniejsze opóźnienia niż satelity. Najciekawsza perspektywa dotyczy eksploracji kosmosu: podobieństwo górnej atmosfery Ziemi do marsjańskiej sugeruje możliwość adaptacji technologii podczas misji na Czerwoną Planetę.
Czytaj także: Kapsuła czasu zamknięta w skale przez 815 milionów lat. Jej zawartość zmienia historię Ziemi
Niewątpliwą zaletą rozwiązania jest jego zrównoważony charakter – brak potrzeby stosowania paliwa, baterii czy paneli fotowoltaicznych. Trwają prace nad integracją systemów komunikacyjnych dla przesyłu danych w czasie rzeczywistym. Powstały już startup Rarefied Technologies komercjalizujący tę technologię. Choć opublikowane w Nature wyniki dają solidne podstawy naukowe, realne wdrożenie wymagać będzie pokonania praktycznych wyzwań, takich jak stabilność urządzeń w zmiennych warunkach atmosferycznych czy efektywna transmisja danych.
Bezemisyjne urządzenia zasilane wyłącznie światłem otwierają nowy rozdział w badaniu trudno dostępnych rejonów atmosfery. Jeśli koncepcja sprawdzi się w praktyce, zyskamy bezprecedensowe narzędzie do monitorowania naszej planety. To krok w dobrym kierunku, choć do pełnego sukcesu droga jeszcze daleka.