يتيح التصنيع النانوي أجهزة استشعار الغلاف الجوي mesosphere

جو الأرض كبير ، ويمتد إلى حوالي 10000 كيلومتر من سطح الكوكب. في الواقع ، فإن العلماء يكسرونه إلى خمسة أقسام منفصلة. هناك قسم معين لم يحظى باهتمام كبير بسبب صعوبة الحفاظ على أي حرفة هناك.

يمكن للطائرات والبالونات زيارة التروبوسفير والستراتوسفير ، القسمان الأقرب إلى الأرض ، في حين أن الأقمار الصناعية يمكن أن تجلس في المدار في الغلاف الحراري والغوسفيري ، مما يسمح بمنصة للملاحظات المتسقة. لكن mesosphere ، القسم في الوسط ، قريب جدًا من أن يكون له مدار مستقر ولكنه متناثر للغاية في كثافة الهواء للطائرات التقليدية أو البالونات.

ونتيجة لذلك ، ليس لدينا الكثير من البيانات عليها ، ولكنه يؤثر على التنبؤ بالمناخ والتنبؤ بالطقس ، لذلك كان على العلماء ببساطة وضع الكثير من الافتراضات حول ما هو عليه هناك. الآن ، ربما وجدت دراسة جديدة من الباحثين في جامعة هارفارد وجامعة شيكاغو طريقة لوضع منصات استشعار مستقرة في الميسوسفير ، باستخدام آلية طيران جديدة تعرف باسم الضوئي.

يقع Mesosphere نفسه بين 50 و 85 كم ، وعلى الرغم من أنه لا يعتبر “مساحة” تقنيًا ، فهي مختلفة تمامًا عن المستويات المنخفضة في الغلاف الجوي ، إلا أننا اعتدنا على ذلك. يتأثر كل من الطقس من الأسفل وما فوقه ، ورد على العواصف الشمسية بقدر ما يعاني من الأعاصير. نظرًا لأنه بمثابة هذا النوع من مستوى الواجهة ، فإنه يلعب دورًا مهمًا في كيفية تفاعل الطبقات أعلاه وتحتها أيضًا.

لكننا لم نتمكن من وضع أي معدات مراقبة مستقرة فيها بسبب صعوبة نوعين من أنظمة المراقبة المستمرة التي لدينا – balloons والأقمار الصناعية. وقد أدى ذلك إلى “الجهل” ، لأن العلماء أُجبروا على تجاهل وجود هذه الطبقة من الجو بسبب نقص البيانات.

يعمل الفوتوفيات الضوئي على استشعار جوي جديد

أدخل الورقة الجديدة ، التي نشرت في 13 أغسطس في طبيعةو حول أجهزة استشعار طويلة الأجل في الميسوسفير. Photophoresis هي عملية يتم فيها إنشاء المزيد من الطاقة عندما ترتد جزيئات الغاز عن الجانب “الدافئ” من كائن أكثر من جانبه “بارد”. في هذه الحالة ، الجانب الدافئ هو جانب الكائن الذي يواجه الشمس ، في حين أن الجانب البارد هو الجانب السفلي الذي يواجه الأرض. التأثير ملحوظ فقط في البيئات ذات الضغط المنخفض ، وهو بالضبط ما هو mesosphere.

من المسلم به أن القوة من photophoresis ضئيلة ، لذلك كان على الباحثين تطوير أجزاء صغيرة حقًا للحصول على أي فرصة للاستفادة منها. قاموا بتجنيد خبراء في تقنيات التصنيع النانوي لجعل هياكل على نطاق سنتيمتر كدليل على المفهوم واختبارهم في غرفة فراغ تهدف إلى نفس الضغط مثل mesosphere.

كان رد فعل النماذج الأولية كما هو متوقع وتمكنت من رفع هيكل مع 55 في المائة فقط من أشعة الشمس عند ضغط مماثل لسيارة الميسوسفير. هذا يمثل أولاً أن أي شخص أظهر من أي وقت مضى نموذجًا أوليًا وظيفيًا لرحلة تعمل بالطاقة الضوئية ، ويرجع ذلك أساسًا إلى مدى إضاءة الهيكل نفسه.

يمكن إرسال الأجهزة التي تعمل بهذه التقنية لمراقبة الميسوسفير ، لكنها قد تكون أيضًا مفيدة في أماكن أبعد. يعد Mars مرشحًا واضحًا ، لأن أجواءها المنخفضة والضغط المتفرقة هما من السمات المميزة للكوكب ولكنها غير مستكشفة إلى حد كبير في طبقات مختلفة. يمكن أن تكون الكواكب والأقمار الأخرى أهدافًا محتملة أيضًا – أي شيء يحتوي على جو يوفر ما يكفي لدعم المركبات الفضائية المتقدمة يمكن تقديمها بواسطة أحد هذه المنشورات.

لسوء الحظ ، لا يزال هناك بعض الهندسة المتقدمة المتبقية للقيام بها. لم تتضمن تقنية التصنيع النانوي التي تم استخدامها لبناء هيكل الرحلة أي أجهزة وظيفية ، مثل أجهزة الاستشعار أو معدات الاتصالات اللاسلكية. الهيكل الذي يطفو ببساطة دون نقل البيانات ليس مفيدًا علميًا ، لذلك من أجل أن تبدأ هذه الأجهزة في جعل نوع التأثير العلمي الذي يأملون في ذلك ، ستحتاج تقنيات التصنيع النانوي إلى تحسين حمولة وظيفية.

لا شك أن الباحثين لا شك في أن هذا ممكن ، وقد أنشأوا بالفعل شركة ناشئة تسمى Rarefied Technologies ، والتي تم قبولها في برنامج Breakthrough Energy Fellows العام الماضي. مع هذا الدعم ، وبعض الأبحاث المستمرة في التصنيع النانوي ، نأمل أن تكون مسألة وقت فقط قبل أن نرى أجهزة استشعار بحجم المئوية منتشرة في جميع أنحاء “الجهل” وخارجها.