Գիտնականներն առաջին անգամ փորձարկել են փոքրիկ սարքեր, որոնք օգտագործում են արևի լույս՝ Երկրի մթնոլորտի վերին շերտերի մոտ վակուումային պայմաններում թռչելու համար: Այս թեթև թաղանթները, որոնք աշխատում են ֆոտոֆորեզի (photophoresis) սկզբունքով, կարող են հեղափոխություն կատարել մթնոլորտային հետազոտություններում՝ հնարավորություն տալով ճշգրիտ տվյալներ հավաքել այսպես կոչված «իգնորոսֆերայից»՝ մեզոսֆերայի և թերմոսֆերայի միջև գտնվող առեղծվածային շրջանից: 2025 թվականի օգոստոսի 13-ին Nature ամսագրում հրապարակված հետազոտությունը բացում է նոր հեռանկարներ գիտության և տեխնոլոգիաների համար:

Ի՞նչ է իգնորոսֆերան և ինչու՞ է այն կարևոր

Իգնորոսֆերան մթնոլորտի այն շրջանն է, որը գտնվում է 50-ից 160 կմ բարձրությունների վրա՝ ներառյալ մեզոսֆերան (50–85 կմ) և թերմոսֆերայի մի մասը (մինչև 160 կմ): Այն մնում է քիչ ուսումնասիրված, քանի որ այն չափազանց բարձր է ինքնաթիռների և օդերևութաբանական զոնդերի համար, բայց չափազանց ցածր՝ ցածր Երկրի ուղեծրի արբանյակների համար: Այս գոտուց տվյալները հավաքվում են միայն ժամանակ առ ժամանակ՝ օդերևութաբանական հրթիռների միջոցով, և դրա շատ գործընթացներ առեղծված են մնում:

Իգնորոսֆերան առանցքային դեր է խաղում.

  • Տիեզերական եղանակ. Այստեղ է նստում Արևի կորոնային զանգվածի արտանետումներից առաջացող էներգիան, որոնք առաջացնում են գեոմագնիսական փոթորիկներ, որոնք կարող են խաթարել էլեկտրացանցերի աշխատանքը և անջատել արբանյակները:
  • Բևեռային հյուսիսափայլեր. Այս գոտում են առաջանում ավրորաները:
  • Արբանյակների վերադարձ. Իգնորոսֆերան այն վայրն է, որտեղ արբանյակները այրվում են մթնոլորտ մտնելիս՝ թողնելով աղտոտման հետքեր:

«Այս գոտու քամիների, ջերմաստիճանների և ճնշման մասին ճշգրիտ տվյալները զգալիորեն կբարելավեն գլոբալ կլիմայական մոդելները», - նշել է հետազոտության առաջատար հեղինակ Բեն Շաֆերը Հարվարդի ճարտարագիտական և կիրառական գիտությունների դպրոցից (SEAS):

Ինչպե՞ս են աշխատում արևային սարքերը

Սարքերը ներկայացնում են ալյումինի օքսիդից պատրաստված բարակ թաղանթներ՝ քրոմի ծածկույթով, որոնք օգտագործում են ֆոտոֆորեզի երևույթը: Այս գործընթացը տեղի է ունենում, երբ թաղանթի մի կողմն ավելի ուժեղ է տաքանում արևի լույսից, քան մյուսը, ինչը առաջացնում է գազի մոլեկուլների հաշմանդամ և ստեղծում բարձրացնող ուժ: Էֆեկտը դրսևորվում է միայն ցածր ճնշման պայմաններում, ինչպիսիք են մթնոլորտի վերին շերտերը:

Nature-ում նկարագրված փորձի ընթացքում հետազոտողները ստիպել են 1 սմ տրամագծով թաղանթները լևիտացնել վակուումային խցում՝ լուսավորելով դրանք արևային լույսի 55%-ի ինտենսիվությամբ: «Սա կարևոր արդյունք է, որը ապացուցում է, որ տեխնոլոգիան աշխատում է մթնոլորտի վերին շերտերի պայմաններում», - ասել է Շաֆերը:

Իրական առաքելությունների համար թաղանթները պետք է լինեն ավելի մեծ՝ մոտ 6 սմ տրամագծով, որպեսզի կարողանան բարձրացնել մինչև 10 մգ օգտակար բեռ, ներառյալ մանրանկարչական սենսորներ և ալեհավաքներ: Սարքերը կգործարկվեն բարձր բարձրության օդապարիկից՝ մոտ 50 կմ բարձրությունից, որտեղից նրանք ինքնուրույն կբարձրանան մինչև 100 կմ: Ցերեկը նրանք կպահպանվեն բարձրության վրա արևի լույսի հաշվին, իսկ գիշերը կիջնեն, բայց բավարար թեթևության դեպքում կարող են նորից բարձրանալ արևածագի հետ:

Տեխնոլոգիա և հեռանկարներ

Ֆոտոֆորեզը հայտնաբերվել է XIX դարում, սակայն դրա գործնական կիրառումը հնարավոր է դարձել միայն նանոտեխնոլոգիաների և նյութագիտության առաջընթացի շնորհիվ: Ֆոտոֆորեզի օգտագործման գաղափարը մթնոլորտային հետազոտությունների համար ոգեշնչվել է SEAS-ի նախկին պրոֆեսոր Դեյվիդ Քիթի տեսական աշխատանքներից, ով ներկայումս աշխատում է Չիկագոյի համալսարանում: Քիթը նաև առաջարկել է օգտագործել նման թաղանթներ գեոինժեներիայի համար՝ Երկրի ջերմաստիճանը նվազեցնելու համար՝ արևի լույսը արտացոլելով:

«Սա առաջին դեպքն է, երբ հաջողվել է ստեղծել խոշոր ֆոտոֆորեզային կառուցվածքներ և ստիպել դրանք թռչել մթնոլորտում», - նշել է Քիթը: «Սա բացում է սարքերի նոր դաս՝ պասիվ, արևի լույսով աշխատող և իդեալական մթնոլորտի վերին շերտերի ուսումնասիրության համար»:

Բեն Շաֆերն ու իր գործընկեր Անջելա Ֆելդհաուսը հիմնել են Rarefied Technologies ստարտափը՝ հետագա փորձերի և տեխնոլոգիայի կոմերցիոնացման համար: Հնարավոր կիրառությունների շարքում.

  • Մարսի ուսումնասիրություն. Մարսի բարակ մթնոլորտը նման է Երկրի մեզոսֆերային, ինչը սարքերը դարձնում է իդեալական Կարմիր մոլորակի ուսումնասիրության համար:
  • Մրցակցություն արբանյակների հետ. Այս սարքերին կապի մոդուլներ տեղադրելը կարող է ստեղծել արբանյակային ցանցերի, ինչպիսին է Starlink-ը, այլընտրանք՝ համեմատելի տվյալների փոխանցման արագություններով:
  • Կլիմայական հետազոտություններ. Սարքերը կհնարավորություն տան հավաքել տվյալներ քամիների, ջերմաստիճանի և ճնշման մասին՝ բարելավելով կլիմայական մոդելները:

Մարտահրավերներ և հետագա աշխատանք

Տեխնոլոգիայի ներուժն իրացնելու համար գիտնականները պետք է.

  • Նվազեցնեն թաղանթների քաշը՝ դրանց չափերն ու բեռնատարողությունը մեծացնելու համար:
  • Մշակեն նավիգացիոն համակարգեր՝ սարքերը Երկրի վրա ֆիքսված կետերի վերևում պահելու համար:
  • Իրական մթնոլորտային պայմաններում փորձարկումներ անցկացնեն:

Շաֆերը ընդունում է, որ կապի խնդիրների համար սարքերը պետք է դառնան զգալիորեն ավելի թեթև և խոշոր՝ ալեհավաքներ և նավիգացիոն մոդուլներ կրելու համար: Այնուամենայնիվ, հաջող լաբորատոր փորձարկումները կարևոր քայլ են դեպի այդ նպատակները:

Հակիրճ…

Հարվարդի գիտնականներն առաջին անգամ փորձարկել են սարքեր, որոնք օգտագործում են ֆոտոֆորեզ՝ մթնոլորտի վերին շերտերում թռչելու համար՝ ճանապարհ բացելով 50–160 կմ բարձրություններում գտնվող իգնորոսֆերայի ուսումնասիրության համար: Արևի լույսով աշխատող թաղանթները կարող են կրել սենսորներ՝ կլիմայի, տիեզերական եղանակի և նույնիսկ Մարսի ուսումնասիրության տվյալներ հավաքելու համար: 2025 թվականի օգոստոսի 13-ին Nature-ում հրապարակված հետազոտությունը ցույց է տալիս տեխնոլոգիայի ներուժը, որը կարող է մրցակցել արբանյակների հետ և բարելավել մեր գիտելիքները մթնոլորտի մասին: Rarefied Technologies ստարտափն արդեն աշխատում է դրա կոմերցիոնացման վրա՝ խոստանալով նոր հորիզոններ գիտության և տեխնոլոգիաների համար: