Wissenschaftler am California Institute of Technology (Caltech) haben bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung von Lichtsegeln erzielt, einer Technologie, die es eines Tages winzigen Raumschiffen ermöglichen könnte, zu fernen Sternensystemen zu reisen. Der Durchbruch beinhaltet eine neue Methode zur Messung der Kraft von Laserlicht auf ultradünnen Membranen, was für den Erfolg der Breakthrough Starshot-Initiative entscheidend ist.
Breakthrough Starshot, das 2016 vom verstorbenen Stephen Hawking und dem Technologieinvestor Yuri Milner ins Leben gerufen wurde, zielt darauf ab, Miniatursonden zu Alpha Centauri zu schicken, dem der Erde nächsten Sternensystem. Der Plan beruht auf leistungsstarken Lasern auf der Erde, die empfindliche segelgetriebene Sonden durch den Weltraum treiben und so beispiellose Geschwindigkeiten erreichen, ohne dass chemische Treibstoffe erforderlich sind.
Harry Atwater von Caltech, Inhaber des Otis Booth Leadership Chair der Abteilung für Ingenieurwesen und Angewandte Wissenschaften, erklärt, dass das Lichtsegel schneller als jedes bisherige Raumschiff fliegen wird und möglicherweise interstellaren Raum für die direkte Erforschung von Raumschiffen erschließt. Sein Team entwickelte eine Testplattform, um die Kraft von Lasern auf einer mikroskopischen Membran aus Siliziumnitrid zu messen, die nur 50 Nanometer dick ist. Dieses Miniatursegel, eine quadratische Platte mit einer Seite von 40 Mikrometern, vibriert, wenn es von einem Laser getroffen wird, sodass Forscher die Kraft und Leistung des Laserstrahls durch die Erkennung dieser winzigen Bewegungen berechnen können.
Die Hauptautoren der Studie, der Postdoktorand Lior Michaeli und der Doktorand Ramon Gao, haben eine spezielle Einrichtung namens Common-Path-Interferometer gebaut. Diese Einrichtung ermöglicht eine präzise Messung der Bewegung der Membran, indem sie Hintergrundgeräusche herausfiltert, was genaue Kraftberechnungen ermöglicht. Die Plattform kann auch seitliche Bewegungen und Rotationen messen, was den Weg für zukünftige Lichtsegelkonstruktionen ebnet, die sich selbst korrigieren können.
Das Team strebt an, fortschrittliche Nanomaterialien und Metamaterialien zu integrieren, um Lichtsegel während ihrer Reise zu stabilisieren. Diese Forschung ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Beobachtung von optischen Kräften und Drehmomenten, die so konzipiert sind, dass ein frei beschleunigendes Lichtsegel dem Laserstrahl folgen kann und so den Weg für die interstellaren Erkundung ebnet.