Τα διαστρικά ταξίδια, που μέχρι σήμερα ανήκαν κυρίως στη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας, ίσως πλησιάζουν λίγο περισσότερο στην πραγματικότητα. Ερευνητές από το Texas A&M University ανακοίνωσαν ότι ανέπτυξαν μια νέα τεχνολογία μικροσκοπικών «μετα-οχημάτων» που μπορούν να αιωρούνται και να κατευθύνονται χρησιμοποιώντας αποκλειστικά το φως.
Η τεχνολογία βασίζεται στα λεγόμενα φωτονικά ή «ηλιακά» ιστία, γιγαντιαίες εξαιρετικά λεπτές επιφάνειες που κινούνται από την πίεση του φωτός. Η ιδέα δεν είναι καινούρια: εδώ και χρόνια οργανισμοί όπως η NASA και ερευνητικά προγράμματα όπως το Breakthrough Starshot εξετάζουν το ενδεχόμενο να σταλούν μικροσκοπικά διαστημόπλοια προς το σύστημα του Άλφα του Κενταύρου με τη βοήθεια πανίσχυρων λέιζερ. Το μεγάλο πρόβλημα όμως ήταν πάντα το ίδιο: πώς ελέγχεις και κατευθύνεις ένα τέτοιο ιστίο μέσα στο διάστημα χωρίς κινητήρες ή καύσιμα.
Η απάντηση ίσως βρίσκεται στα νέα «metajets».
Ο επικεφαλής της μελέτης, Kaushik Kudtarkar, εξηγεί πως μέχρι σήμερα οι επιστήμονες γνώριζαν ότι το φως μπορεί να μεταφέρει ορμή και να σπρώχνει αντικείμενα. «Τώρα όμως μπορούμε να ελέγξουμε και την κατεύθυνση αυτής της δύναμης», αναφέρει.
Τα metajets είναι κατασκευασμένα από μια εξαιρετικά λεπτή μεταεπιφάνεια — ένα υλικό σχεδιασμένο σε νανοκλίμακα ώστε να ελέγχει με ακρίβεια τη συμπεριφορά του φωτός. Πάνω στην επιφάνειά τους υπάρχουν χιλιάδες μικροσκοπικοί πυλώνες από πυρίτιο, μικρότεροι ακόμη και από το μήκος κύματος του φωτός. Αυτές οι νανοδομές «στρίβουν» το φως που πέφτει επάνω τους και μετατρέπουν τη φωτεινή ενέργεια σε ελεγχόμενη κίνηση.
Το εντυπωσιακό είναι ότι οι ερευνητές δεν χρησιμοποίησαν το φως μόνο για ώθηση προς μία κατεύθυνση, αλλά πέτυχαν τρισδιάστατη κίνηση: το αντικείμενο μπορούσε ταυτόχρονα να αιωρείται και να μετακινείται οριζόντια. Σύμφωνα με τη μελέτη, πρόκειται για την πρώτη πειραματική επίδειξη τέτοιου είδους ελέγχου μέσω μεταεπιφανειών.
Η συσκευή έχει μέγεθος μόλις 0,01 χιλιοστά. Για τη δοκιμή της, οι επιστήμονες την τοποθέτησαν μέσα σε νερό και φώτισαν την επιφάνειά της με λέιζερ, παρακολουθώντας την κίνησή της με μικροσκόπιο. Το αποτέλεσμα ήταν θεαματικό: το metajet άρχισε να αιωρείται και να κινείται προς τα εμπρός, φτάνοντας ταχύτητα περίπου 0,07 χιλιοστά ανά δευτερόλεπτο.
Η βασική αρχή πίσω από τη λειτουργία του είναι η διάθλαση του φωτός. Μέχρι σήμερα, οι περισσότερες τεχνολογίες φωτονικής πρόωσης βασίζονταν στην ανάκλαση, δηλαδή στο «χτύπημα» του φωτός πάνω σε μια επιφάνεια σαν καθρέφτη. Τα metajets όμως χρησιμοποιούν τη δομή τους ώστε να λυγίζουν το φως σε διαφορετικές γωνίες, παράγοντας πλευρικές και κατακόρυφες δυνάμεις. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι ένα μελλοντικό διαστημικό ιστίο θα μπορούσε να αλλάζει πορεία χωρίς μηχανικά συστήματα.
Οι επιστήμονες θεωρούν ότι η τεχνολογία μπορεί να εξελιχθεί δραματικά τα επόμενα χρόνια. Ήδη υπάρχουν πειραματικές μεταεπιφάνειες που αλλάζουν σχήμα δυναμικά, κάτι που στο μέλλον θα μπορούσε να επιτρέψει σε ένα διαστημικό ιστίο να «οδηγείται» σχεδόν σαν κανονικό όχημα μέσα στο διαστρικό κενό.
Η σημασία αυτής της τεχνολογίας γίνεται ακόμη μεγαλύτερη αν αναλογιστεί κανείς τις αποστάσεις στο σύμπαν. Με τα σημερινά χημικά καύσιμα, ένα ταξίδι στο πλησιέστερο αστρικό σύστημα, τον Άλφα του Κενταύρου, θα χρειαζόταν δεκάδες χιλιάδες χρόνια. Τα φωτονικά ιστία θεωρούνται από πολλούς επιστήμονες η μοναδική ρεαλιστική λύση για να επιτευχθούν ταχύτητες που θα επιτρέψουν διαστρικά ταξίδια μέσα σε ανθρώπινες χρονικές κλίμακες.
Και όμως, οι εφαρμογές δεν περιορίζονται στο διάστημα.
Ο Kudtarkar υποστηρίζει ότι η ίδια τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί και στη βιοϊατρική. Στο μέλλον, μικροσκοπικές συσκευές θα μπορούσαν να μεταφέρουν φάρμακα ακριβώς στο σημείο του σώματος όπου χρειάζονται, χρησιμοποιώντας φως αντί για μηχανική επαφή. Σε αντίθεση με τις υπάρχουσες τεχνικές λέιζερ, όπου η θερμότητα μπορεί να προκαλέσει βλάβες στα μόρια, τα metajets προστατεύουν το υλικό επειδή το ίδιο το φάρμακο δεν εκτίθεται άμεσα στη δέσμη φωτός.
Η ερευνητική ομάδα εργάζεται τώρα ώστε οι συσκευές να λειτουργούν όχι μόνο με συγκεκριμένα λέιζερ αλλά και με το ευρύ φάσμα του ηλιακού φωτός. Αν αυτό επιτευχθεί, τότε τα μελλοντικά φωτονικά ιστία ίσως μπορέσουν πραγματικά να αξιοποιούν την ενέργεια του Ήλιου για να ταξιδεύουν στο Διάστημα χωρίς καύσιμα.
«Όλα αυτά μοιάζουν λίγο επιστημονική φαντασία», παραδέχεται ο Kudtarkar. Για πρώτη φορά όμως, η επιστημονική φαντασία αρχίζει να αποκτά πραγματική φυσική υπόσταση.
Με πληροφορίες από New Scientist / Phys / Arxiv / Sciencedirect / CELL
