Forscher der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) haben erfolgreich leichte, sonnenbetriebene Geräte getestet, die in der Erdatmosphäre levitieren können. Diese Geräte nutzen die Photophorese, ein Phänomen, bei dem lichtinduzierte Erwärmung Gasmoleküle dazu bringt, Impuls zu übertragen und so Auftrieb in Umgebungen mit geringem Druck zu erzeugen. Diese bahnbrechende Entwicklung, die am 13. August 2025 in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, eröffnet neue Wege für die atmosphärische Forschung.
Die Geräte bestehen aus dünnen, zentimetergroßen Membranen aus keramischem Aluminiumoxid mit einer Chromschicht zur Absorption von Sonnenlicht. Bei einer Lichtintensität von 55 % des natürlichen Sonnenlichts levitieren diese Membranen in einer Vakuumkammer, die Bedingungen in der Mesosphäre nachahmt. Die Mesosphäre, die sich zwischen 50 und 100 Kilometern über der Erdoberfläche befindet, ist aufgrund ihrer Höhe und der Einschränkungen bestehender Technologien seit langem schwer zu untersuchen. Herkömmliche Methoden wie Höhenforschungsraketen liefern nur intermittierende Daten, was zu erheblichen Lücken in unserem Verständnis dieser Atmosphärenschicht führt. Die Einführung dieser sonnenbetriebenen Geräte bietet eine kontinuierliche und nachhaltige Möglichkeit zur Überwachung dieser Region und könnte unser Verständnis der atmosphärischen Dynamik revolutionieren.
Die Technologie könnte auch für die planetare Erkundung genutzt werden, da die dünnen Atmosphären von Planeten wie dem Mars Ähnlichkeiten mit der Mesosphäre der Erde aufweisen. Dies deutet darauf hin, dass diese Geräte für den Einsatz in extraterrestrischen Umgebungen angepasst werden könnten, was die Untersuchung von Marswetterlagen erleichtern und zukünftige Missionen zur Erforschung planetarer Atmosphären unterstützen würde. Das Forschungsteam unter der Leitung von Ben Schafer, einem ehemaligen Doktoranden in Harvard, arbeitete mit David Keith, Professor an der University of Chicago, und Joost Vlassak, Professor für Materialtechnik in SEAS, zusammen. Ihre Arbeit hat die Grundlage für Rarefied Technologies gelegt, ein Startup, das sich auf die Weiterentwicklung der atmosphärischen Forschung durch innovative Technologien konzentriert. Die Forscher haben auch eine 6 Zentimeter durchmessende Scheibe entworfen, die voraussichtlich in einer Höhe von 75 Kilometern fliegen und eine Nutzlast von 10 Milligramm tragen könnte – genug für einen kleinen Sensor oder ein Kommunikationspaket. Diese Fähigkeit könnte für die hochalpine Klimaerfassung und die atmosphärische Erkundung von Planeten wie dem Mars genutzt werden. Die Forschung wurde durch den Star-Friedman Challenge for Promising Scientific Research an der Harvard University und den Harvard Grid Accelerator unterstützt. Die Geräte wurden am Harvard Center for Nanoscale Systems gefertigt.