Laser treibt Raumfahrzeuge der Zukunft an
US-Wissenschaftler lassen größere Objekte allein mit der Kraft des Lichtes in die Höhe steigen
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So könnte es aussehen, wenn Licht Objekte antreibt (Animation: Harry Atwater) |
Pasadena (pte034/20.03.2019/12:30) Allein mit der Kraft des Lichtes lassen Forscher des California Institute of Technology (Caltech) http://caltech.edu Objekte schweben. Das gelingt, indem die Oberfläche mit Mustern im Nanobereich versehen wird. Muster und Licht beeinflussen einander dergestalt, dass sich das Objekt aufrichtet, wenn dessen Fluss gestört wird. Es entsteht ein Drehmoment, der das Objekt fortbewegt, und zwar in Richtung des Lichtstrahls. Aufgrund des Oberflächenmusters stabilisiert es sich selbst.
Metergroße Objekte fliegen
"Wir haben eine Technik entwickelt, die es erlaubt, makroskopisch große Objekte steigen zu lassen", sagt Harry Atwater, Pofessor für angewandte Physik und Materialwissenschaften am Caltech. Sie könnten Dimensionen zwischen Mikrometern und Metern haben. "Es gibt die kühne Vorstellung, diese Technik zu nutzen, um eine neue Generation von Raumfahrzeugen anzutreiben." Doch der Weg dahin sei noch weit.
In der Theorie wird das nanogemusterte Raumfahrzeug wird von einem Laserstrahl angetrieben, der auf der Erde steht. Da es keinen Sprit braucht, kann es sehr große Höhen erreichen und auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Das würde reichen, um in vertretbarer Zeit Sterne in anderen Galaxien zu erreichen. Das Raumschiff müsste allerdings auf konventionellem Weg so weit ins All befördert werden, dass es die Schwerelosigkeit erreicht. In diesem Zustand genügen winzigste Kräfte für eine Beschleunigung.
Bisher bewegte Licht nur Moleküle und Nanoteilchen
Fernab futuristischer Visionen glaubt Atwater aber, dass sich diese Technik auch auf der Erde nutzen lässt, etwa zur schnellen Herstellung immer kleiner werdender elektronischer Bauteile. Schon vor vielen Jahren sind optische Pinzetten entwickelt worden, mit denen sich einzelne Atome und Moleküle bewegen lassen. Dabei wird der Strahlungsdruck eines starken Lasers wirksam. Die jetzt per Licht bewegten Objekte sind weit größer als Moleküle und Nanopartikel.
Ognjen Ilic, der promoviert hat und zu Atwaters Team gehört, vergleicht die Bewegung von Objekten mit Licht mit der eines Tischtennisballs, der auf dem Luftstrom eines Haarföhns tanzt. "Das funktioniert nicht mehr, wenn der Ball zu groß ist oder von der Austrittsöffnung des Föhns zu weit entfernt ist." Bei der neuen Technik spiele die Entfernung vom Laser keine Rolle. Außerdem seien die Teilchen weitaus größer, die sich im Laserstrahl tanzend fortbewegen.
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