La nanofabrication permet des capteurs atmosphériques de mésosphère

L’atmosphère de la Terre est grande, s’étendant à environ 10 000 kilomètres de la surface de la planète. Il est si grand, en fait, que les scientifiques le divisent en cinq sections distinctes. Il y a une section particulière qui n’a pas reçu beaucoup d’attention en raison de la difficulté de maintenir un métier là-bas.

Avions et ballons Peut visiter la troposphère et la stratosphère, les deux sections les plus proches du sol, tandis que satellites Peut s’asseoir en orbite dans la thermosphère et l’exosphère, permettant une plate-forme d’observations cohérentes. Mais la mésosphère, la section au milieu, est trop proche pour avoir une orbite stable mais trop clairsemée dans la densité d’air pour les avions ou les ballons traditionnels pour fonctionner.

En conséquence, nous n’avons pas beaucoup de données à ce sujet, mais cela a un impact sur le climat et prévision météodonc les scientifiques ont simplement dû faire beaucoup d’hypothèses sur ce que c’est que là-haut. Maintenant, une nouvelle étude de chercheurs à Harvard et le Université de Chicago aurait pu trouver un moyen de Mettez des plates-formes de détection stables dans la mésosphère, en utilisant un nouveau mécanisme de vol appelé photophorèse.

La mésosphère elle-même est située entre 50 et 85 km, et bien qu’elle ne soit pas techniquement considérée comme «l’espace», elle est très différente des niveaux inférieurs de l’atmosphère auquel nous sommes plus habitués. Il est affecté à la fois par les conditions météorologiques en dessous et au-dessus, réagissant à tempêtes solaires aussi souvent que ouragans. Puisqu’il sert de niveau d’interface, il joue un rôle essentiel dans la façon dont les couches au-dessus et en dessous réagissent également.

Mais nous n’avons pas été en mesure de placer aucun équipement de surveillance stable en raison de la difficulté des deux types de systèmes de surveillance continus dont nous disposons – des coulées et satellites. Cela a conduit au surnom “ignorosphère», Parce que les scientifiques ont été forcés d’ignorer essentiellement l’existence de cette couche d’atmosphère en raison du manque de données.

La photophorèse alimente un nouveau capteur atmosphérique

Entrez dans nouveau papierpublié le 13 août Nature, sur les capteurs à long terme dans la mésosphère. La photophorèse est un processus où plus d’énergie est créée lorsque les molécules de gaz rebondissent sur le côté «chaud» d’un objet que son côté «cool». Dans ce cas, le côté chaud est le côté de l’objet face au soleil, tandis que le côté frais est le dessous face à la Terre. L’effet n’est perceptible que dans les environnements à basse pression, ce qui est exactement ce que la mésosphère est.

Certes, la force de la photophorèse est minuscule, les chercheurs ont donc dû développer des parties vraiment minuscules pour avoir une chance d’en profiter. Ils ont recruté des experts dans nanofabrication Techniques pour fabriquer des structures à l’échelle des centimètres comme une preuve de concept et les tester dans une chambre à vide conçue pour avoir la même pression que la mésosphère.

Les prototypes ont réagi comme prévu et ont réussi à léviter une structure avec seulement 55% de la lumière du soleil à une pression comparable à celle de la mésosphère. Cela marque une première que quiconque a jamais démontré un prototype fonctionnel d’un vol alimenté par la photophorèse, principalement en raison de la lumière de la structure elle-même.

Les appareils alimentés par cette technique peuvent être envoyés pour surveiller la mésosphère, mais ils pourraient également être utiles plus loin. Mars est un candidat évident, car son atmosphère à basse pression et clairsemée est toutes deux caractéristiques de la planète mais également largement inexplorées à différentes couches. D’autres planètes et lunes pourraient également être des cibles potentielles – tout ce qui a une atmosphère suffisamment épuisée pour soutenir un vaisseau spatial en lévitation pourrait être servi par l’un de ces dépliants.

Malheureusement, il reste encore une ingénierie avancée à faire. La technique de nanofabrication utilisée pour construire la structure de vol n’incluait aucun matériel fonctionnel, tel que des capteurs ou communication sans fil équipement. Une structure qui flotte simplement sans transmettre de données n’est pas scientifiquement utile, donc pour que ces appareils commencent à faire le type d’impact scientifique qu’ils espèrent, les techniques de nanofabrication devront être améliorées pour créer une charge utile fonctionnelle.

Les chercheurs n’ont aucun doute que cela est possible, et ont déjà créé une start-up appelée Technologies raréfiéesqui a été accepté dans le programme Breakthrough Energy Fellows l’année dernière. Avec ce soutien et certaines recherches en cours en nanofabrication, j’espère que ce ne sera qu’une question de temps avant de voir des capteurs de taille de centimètre dispersés dans tout «l’ignorosphère» et au-delà.