Ultra nazik yelkənlərlə hərəkət edən kosmik gəmilərdən istifadə edərək ulduzlararası kosmosda səyahət etmək ideyası elmi-fantastik romanlar kimi səslənə bilər. Ancaq əslində, Stiven Hokinq və Yuri Milner tərəfindən 2016-cı ildə başlanmış və “Bakthrough Starshot Initiative” kimi tanınan bir proqram bu ideyanı araşdırır. Konsepsiya, ultra sürətli sürətlərə və nəhayət, ən yaxın ulduz sistemimiz olan Alpha Centauri-yə çatmaq üçün “işıq yelkənlərinə” qoşulmuş miniatür kosmik zondları hərəkət etdirmək üçün lazerlərdən istifadə etməkdir.

Caltech bu cəsarətli məqsədə nail olmaq üçün çalışan dünya ictimaiyyətinə rəhbərlik edir.

Otis Booth Mühəndislik və Tətbiqi Elmlər Bölməsinin Rəhbərlik Direktoru Harry Atwater izah edir: ” İşıq yelkəni əvvəlki kosmik gəmilərdən daha sürətli hərəkət edəcək və nəhayət kosmik gəmilərin kəşfiyyatı üçün ulduzlararası məsafələr açmaq potensialı ilə indi yalnız uzaqdan müşahidə ilə əldə edilə bilər” dedi Howard Hughes Caltech-də Tətbiqi Fizika və Material Elmləri Professoru.

İndi Atwater və onun Caltech-dəki həmkarları bir gün bu işıq yelkənlərini hazırlamaq üçün istifadə oluna biləcək ultra nazik membranları xarakterizə etmək üçün bir platforma hazırladılar. Onların sınaq platformasına lazerlərin yelkənlərə vurduğu və kosmik gəmini kosmosda fırlatmaq üçün istifadə ediləcək gücü ölçmək üçün bir üsul daxildir. Komandanın təcrübələri işıq yelkənlərinin nəzəri təklifləri və dizaynlarından əsas anlayışların və potensial materialların faktiki müşahidələrinə və ölçmələrinə keçmək üçün ilk addımı qeyd edir.

Atwater deyir: “Nəticədə işıq yelkəni kimi istifadə oluna bilən membranın yaradılması ilə bağlı çoxsaylı çətinliklər var. O, istiliyə tab gətirməli, təzyiq altında formasını saxlamalı və lazer şüasının oxu boyunca sabit şəkildə hərəkət etməlidir”. “Ancaq belə bir yelkən yaratmağa başlamazdan əvvəl, materialların lazerlərdən gələn radiasiya təzyiqinə necə reaksiya verdiyini başa düşməliyik. Membrana təsir edən qüvvəni yalnız onun hərəkətlərini ölçməklə müəyyən edə biləcəyimizi bilmək istəyirdik. Belə çıxır ki, biz bilər.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1738310979&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-01-interstellar-lightsails.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xNjAiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90IEEoQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMi4wLjY4MzQuMTYwIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xNjAiXV0sMF0.&dt=1738310978978&bpp=1&bdt=72&idt=145&shv=r20250129&mjsv=m202501270101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1738310886%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1738310886%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1738310886%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=7889373794850&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=1867&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95348683%2C95349948%2C31090071%2C31090072%2C42532523%2C95350548%2C31090016%2C95347432&oid=2&pvsid=3159161053668500&tmod=2122221295&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=148

İşi təsvir edən bir məqalə Nature Photonics jurnalında görünür . Məqalənin aparıcı müəllifləri tətbiqi fizika üzrə postdoktoral alim Lior Michaeli və tətbiqi fizika üzrə aspirant Ramon Qao, hər ikisi Caltech-dəndir.

Məqsəd sərbəst hərəkət edən işıq yelkəninin davranışını xarakterizə etməkdir. Lakin ilk addım olaraq, laboratoriyada materialları və itələyici qüvvələri öyrənməyə başlamaq üçün komanda daha böyük bir membranın içərisində künclərdə bağlanmış miniatür işıq yelkəni yaratdı.

Tədqiqatçılar Caltech-dəki Kavli Nano Elm İnstitutundakı avadanlıqdan və elektron şüa litoqrafiyası adlanan texnikadan istifadə edərək , cəmi 50 nanometr qalınlığında silikon nitridin membranını diqqətlə naxışlandıraraq mikroskopik batut kimi görünən bir şey yaratdılar.

Cəmi 40 mikron eni və 40 mikron uzunluğunda kvadrat olan mini trambolin künclərdə silikon nitrid yayları ilə asılır. Daha sonra komanda görünən dalğa uzunluğunda arqon lazer işığı ilə membranı vurdu. Məqsəd miniatür işıq yelkəninin yuxarı və aşağı hərəkət edərkən batutun hərəkətlərini ölçməklə onun məruz qaldığı radiasiya təzyiqini ölçmək idi.

Lakin fizika baxımından mənzərə yelkən bağlandıqda dəyişir, – aparıcı müəllif Michaeli deyir: “Bu halda dinamika kifayət qədər mürəkkəbləşir.”

Yelkən mexaniki rezonator rolunu oynayır, işığa dəydikdə batut kimi titrəyir. Əsas problem ondan ibarətdir ki, bu vibrasiyalar əsasən radiasiya təzyiqinin birbaşa təsirini maskalaya bilən lazer şüasından gələn istiliklə idarə olunur. Michaeli, komandanın bu çətinliyi üstünlüyə çevirdiyini söyləyərək, “Biz yalnız istənməyən istilik təsirlərindən qaçmadıq, həm də cihazın davranışı haqqında öyrəndiklərimizi işığın gücünü ölçmək üçün yeni bir üsul yaratmaq üçün istifadə etdik” dedi.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

Yeni üsul cihaza lazer şüasının həm gücünü, həm də gücünü ölçmək üçün əlavə olaraq güc ölçən kimi fəaliyyət göstərməyə imkan verir.

“Cihaz kiçik bir işıq yelkənini təmsil edir, lakin işimizin böyük bir hissəsi uzun mənzilli optik qüvvələrin yaratdığı hərəkəti dəqiq ölçmək üçün bir sxem hazırlamaq və həyata keçirmək idi” dedi həmkar müəllif Gao.

Bunun üçün komanda ümumi yol interferometri adlanan bir cihaz qurdu. Ümumiyyətlə, hərəkət iki lazer şüasının müdaxiləsi ilə aşkar edilə bilər, burada biri titrəyən nümunəyə dəyir, digəri isə sərt yeri izləyir. Bununla belə, ümumi yollu interferometrdə, iki şüa demək olar ki, eyni yolu keçdiyi üçün, yaxınlıqda işləyən avadanlıq və ya hətta insanların danışması kimi eyni ekoloji səs-küy mənbələri ilə qarşılaşdılar və bu siqnallar aradan qaldırılır. Yalnız nümunənin hərəkətindən çox kiçik bir siqnal qalır.

Mühəndislər interferometri miniatür yelkəni öyrənmək üçün istifadə etdikləri mikroskopla birləşdirdilər və cihazı xüsusi hazırlanmış vakuum kamerasında yerləşdirdilər. Daha sonra onlar yelkənin pikometrlər (metrin trilyonda biri) qədər kiçik hərəkətlərini, eləcə də mexaniki sərtliyini, yəni lazerin şüa təzyiqi ilə yelkəni itələdiyi zaman yayların nə qədər deformasiyaya uğradığını ölçə bildilər.

Tədqiqatçılar kosmosdakı işıq yelkəninin həmişə Yerdəki lazer mənbəyinə dik qalmayacağını bildiklərinə görə, sonra bunu təqlid etmək üçün lazer şüasını bucaqla çevirdilər və lazerin mini yelkəni itələdiyi qüvvəni yenidən ölçdülər.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=3096487112&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1738311011&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-01-interstellar-lightsails.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xNjAiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90IEEoQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMi4wLjY4MzQuMTYwIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xNjAiXV0sMF0.&dt=1738310978979&bpp=1&bdt=72&idt=199&shv=r20250129&mjsv=m202501270101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1738310886%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1738310886%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1738310886%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C750x188%2C1005x124&nras=2&correlator=7889373794850&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=3980&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=200&eid=95348683%2C95349948%2C31090071%2C31090072%2C42532523%2C95350548%2C31090016%2C95347432&oid=2&psts=AOrYGsmXc3K8Gnau8gpeRgyFcGEuS79ZbjUm53lVUBNUSN_WVa0QGHPb1G9rPbA3V2dl8odH3M7V3x6RTk-2XyrbxiVh7dV0%2CAOrYGslJb0pqNFRWaaiZsUASAzSO0LvgfucSBGSjwjFEelcrtcGsuNwfWj_KhSYZBCKcdM7Q6E2BhL8cItgOG8EwMLS2j-h_g5i5Wv16vvL19mTKY4HrSg&pvsid=3159161053668500&tmod=2122221295&uas=1&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=32428

Əhəmiyyətli olan odur ki, tədqiqatçılar lazer şüasının bucaq altında yayılmasını və buna görə də nəticələrini cihazın özü tərəfindən ölçülmüş lazer gücünə kalibrləyərək bəzi sahələrdə nümunəni əldən vermələrini hesab etdilər. Lakin bu şəraitdə qüvvə gözləniləndən aşağı idi. Məqalədə tədqiqatçılar fərz edirlər ki, şüanın bir hissəsi bucaq altında yönəldildikdə, yelkənin kənarına dəyir və işığın bir hissəsinin səpələnməsinə və başqa istiqamətlərə göndərilməsinə səbəb olur.

İrəliyə baxaraq, komanda miniatür işıq yelkəninin yan-yan hərəkətini və fırlanmasını idarə etməyə kömək etmək üçün nanoelm və metamateriallardan – arzu olunan xüsusiyyətlərə sahib olmaq üçün diqqətlə hazırlanmış kiçik miqyasda hazırlanmış materiallardan istifadə etməyə ümid edir.

Gao deyir: “O zaman məqsəd, məsələn, işıq yelkəninə bərpaedici qüvvə və ya fırlanma momenti vermək üçün bu nanostrukturlu səthlərdən istifadə edə biləcəyimizi görmək olardı”. “Əgər işıq yelkəni lazer şüasından kənarda hərəkət etsə və ya fırlansaydı, biz onun özbaşına hərəkət etməsini və ya geri dönməsini istərdik.”

Tədqiqatçılar qeyd edirlər ki, onlar yazıda təsvir olunan platforma ilə yan-yana hərəkət və fırlanmanı ölçə bilirlər.

Qao deyir: “Bu, sərbəst sürətlənən işıq yelkəninin lazer şüası üzərində hərəkət etməsinə imkan vermək üçün nəzərdə tutulmuş optik qüvvələrin və fırlanma momentlərinin müşahidəsi istiqamətində mühüm addımdır”.

Daha çox məlumat: Lior Michaeli et al, Lightsail membranları üçün birbaşa radiasiya təzyiqinin ölçülməsi, Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-024-01605-w

Jurnal məlumatı: Nature Photonics 

Kaliforniya Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir