Was wäre, wenn ein Raumschiff durch unser Sonnensystem fahren könnte, das nur mit Licht angetrieben und beschleunigt wird? Das ist das Ziel von neue Forschung kommt aus Caltech.
Forscher haben dort eine Möglichkeit entwickelt, Objekte nur mit Licht zu schweben und anzutreiben, indem sie ihrer Oberfläche spezifische nanoskalige Muster hinzufügen. Wissenschaftler haben die Möglichkeit, winzige Objekte mithilfe einer 'optischen Pinzette' zu bewegen und zu manipulieren.
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Die Pinzette bewegt Objekte über den Strahlungsdruck eines scharf fokussierten Laserlichtstrahls. Dieses beeindruckende Werkzeug kann jedoch nur kleine, sehr kleine Objekte über eine sehr begrenzte Entfernung bewegen.
Ognjen Ilic, Postdoktorand und Erstautor der Studie, gibt eine Analogie: "Man kann einen Tischtennisball mit einem stetigen Luftstrom aus einem Haartrockner schweben lassen. Aber es würde nicht funktionieren, wenn der Tischtennisball zu groß wäreoder wenn es zu weit vom Fön entfernt wäre und so weiter. "
Präzises Muster führt zur Levitation
Neue Forschungen arbeiten nun daran, Objekte in verschiedenen Größen und Formen nur mit Lichtstrahlen zu bewegen. Der Trick besteht darin, sehr spezifische Muster auf der Objektoberfläche zu erstellen.
Diese nanoskaligen Muster interagieren mit dem Licht, so dass sich das Objekt bei Störungen selbst wieder aufrichtet, sodass es ein Rückstelldrehmoment erzeugt, das es durch das Licht schwimmfähig hält.
Dies bedeutet, dass sich ein Objekt stabil halten kann und nicht auf stark fokussierte Strahlen angewiesen ist. Die Muster können sogar bedeuten, dass die Lichtquelle Millionen von Meilen vom Objekt entfernt ist.
Lichtbasierter Antrieb eine Möglichkeit
"Wir haben eine Methode entwickelt, mit der makroskopische Objekte schweben können", sagt Atwater, der auch Direktor des Gemeinsamen Zentrums für künstliche Photosynthese ist.
"Es gibt eine kühn interessante Anwendung, um diese Technik als Mittel zum Antrieb einer neuen Generation von Raumfahrzeugen zu verwenden. Wir sind weit davon entfernt, dies tatsächlich zu tun, aber wir sind dabei, die Prinzipien zu testen."
Diese Forschung liefert die konzeptionelle Theorie, dass ein Raumschiff durch erdgestütztes Laserlicht durch den Weltraum "angetrieben" werden könnte. Das Raumschiff müsste keinen Treibstoff transportieren, um relativistische Geschwindigkeiten zu erreichen und möglicherweise zu anderen Sternen zu gelangen.
Mögliche Anwendung für die Herstellung
Raumfahrzeuge, die keinen Treibstoff für den Antrieb benötigen, wären ein enormer Schub für die Zukunft der Weltraumkolonien. Das fülllose Fahrzeug könnte für Reisen innerhalb des Planeten oder als Aufklärungsfahrzeuge verwendet werden.
Die Technologieentwickler untersuchen auch Möglichkeiten, mit denen immer kleinere Objekte wie Leiterplatten schnell hergestellt werden können. Die Studie wurde in der Ausgabe der Zeitschrift Nature Photonics vom 18. März veröffentlicht.