Luonto: Maan mesosfäärin tutkimiseen on kehitetty fotoforeettinen laite
Harvardin teknillisen ja sovelletun tieteen tiedekunnan, Chicagon yliopiston ja useiden tutkimuskeskusten tutkijat ovat esitelleet teknologian, joka voi mullistaa ilmakehätutkimuksen, Nature raportoi.
He ovat onnistuneet luomaan ultrakevyitä nanorakenteita, jotka nousevat ilmaan auringonvalon energian avulla. Tämä vaikutus perustuu fotoforeesi-ilmiöön, fysikaaliseen prosessiin, jossa matalapaineiset kaasumolekyylit hylkivät aktiivisemmin kappaleen kuumennetun pinnan, mikä luo nostovoiman.
Teknologia on erityisen kiinnostavaa mesosfäärin tutkimisessa. Mesosfääri on ilmakehän kerros 50–90 kilometrin korkeudessa. Tätä aluetta pidetään tieteen ”valkona pisteenä”: lentokoneet ja ilmapallot eivät yllä sinne, ja satelliitit lentävät paljon korkeammalle.
Mahdollisuus pysyä mesosfäärissä pitkään mahdollistaa lämpötila-, paine- ja tuulivirtaustietojen keräämisen, mikä on ratkaisevan tärkeää ilmastomallien ja sääennusteiden tarkkuudelle.
Nanorakenteet ovat ohuita keraamisesta alumiinioksidista valmistettuja kalvoja, jotka on päällystetty kromikerroksella. Auringonvalossa alempi kerros lämpenee enemmän kuin ylempi kerros, ja syntyvä lämpötilaero luo nostovoiman, joka riittää voittamaan rakenteen painon. Nanoteknologian ansiosta kalvoista saatiin niin kevyitä, että fotoforeettinen vaikutus pystyy nostamaan ne ilmaan.
Hypoteesin testaamiseen käytettiin tyhjiökammiota, jossa toistettiin olosuhteet noin 90 kilometrin korkeudessa. Matalassa paineessa ja osittaisessa valaistuksessa laitteet nousivat onnistuneesti, mikä vahvisti menetelmän toimivuuden. Tämä on ensimmäinen kerta, kun suuria fotoforeettisia rakenteita on saatu lentämään olosuhteissa, jotka ovat lähellä todellisia ilmakehän olosuhteita.
Uuden teknologian käyttömahdollisuudet ovat laajat. Tällaiset laitteet voidaan varustaa antureilla ja ne voivat toimia tutkimusluotaimina, jotka tallentavat mesosfäärin tilaa. Niitä harkitaan myös vaihtoehtona satelliittiviestintäjärjestelmille: koska ne ovat lähempänä Maata, ne pystyvät lähettämään dataa suuremmalla nopeudella. Tutkijat työskentelevät jo viestintälaitteiden integroimiseksi näihin miniatyyri”ilmalaivoihin”.
Tutkijoiden mukaan löytö avaa täysin uusia horisontteja sovelletulle fysiikalle: ensimmäistä kertaa on mahdollista tutkia ilmakehän aluetta, joka on tähän asti ollut lähes saavuttamaton.
