Onderzoekers van Harvard's John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hebben met succes lichtgewicht, op zonlicht aangedreven apparaten getest die kunnen zweven in de mesosfeer van de aarde, op ongeveer 72 kilometer boven het aardoppervlak. Deze apparaten maken gebruik van fotoforesis, een fenomeen waarbij door licht veroorzaakte verwarming gasmoleculen momentum verleent, wat zorgt voor lift in omgevingen met lage druk. Deze doorbraak, gedetailleerd in een studie gepubliceerd op 13 augustus 2025 in het tijdschrift Nature, opent nieuwe wegen voor atmosferisch onderzoek.
De apparaten zijn vervaardigd uit dunne membranen van keramisch aluminiumoxide met een chroomlaag om zonlicht te absorberen. Wanneer deze membranen worden blootgesteld aan licht met 55% van de natuurlijke zonlichtintensiteit, zweven ze in een vacuümkamer, wat de omstandigheden in de mesosfeer nabootst. Deze succesvolle demonstratie wijst op het potentieel voor het inzetten van dergelijke apparaten in de bovenste atmosfeer om kritieke gegevens te verzamelen over windsnelheden, temperaturen en drukken – parameters die essentieel zijn voor het verfijnen van klimaatmodellen en het verbeteren van weersvoorspellingen. De mesosfeer, gelegen tussen 50 en 100 kilometer boven het aardoppervlak, is al lange tijd een uitdaging om te bestuderen vanwege de hoogte en de beperkingen van bestaande technologie. Traditionele methoden, zoals meetraketten, leveren intermitterende gegevens op, waardoor er aanzienlijke hiaten in ons begrip van deze atmosferische laag blijven. De introductie van deze op zonlicht aangedreven apparaten biedt een continue en duurzame methode om dit gebied te monitoren, wat potentieel onze kennis van atmosferische dynamiek transformeert.
Naast atmosferische studies belooft de technologie ook voor planetaire exploratie. De ijle atmosferen van planeten zoals Mars vertonen overeenkomsten met de mesosfeer van de aarde, wat suggereert dat deze apparaten kunnen worden aangepast voor gebruik in buitenaardse omgevingen. Deze aanpasbaarheid kan de studie van Mars' weerpatronen vergemakkelijken en bijdragen aan toekomstige missies gericht op het begrijpen van planetaire atmosferen. Het onderzoeksteam, geleid door Ben Schafer, een voormalige promovendus aan Harvard, werkte samen met David Keith, nu professor aan de Universiteit van Chicago, en Joost Vlassak, professor Materials Engineering aan SEAS. Hun werk vormt de basis voor Rarefied Technologies, een startup gericht op het bevorderen van atmosferisch onderzoek door middel van innovatieve technologieën. De technologie is gebaseerd op het principe van fotoforesis, een fenomeen dat al meer dan 150 jaar bekend is, maar nu, dankzij moderne nanotechnologie, praktisch toepasbaar is gemaakt voor het creëren van zwevende structuren. Eerdere pogingen met fotoforesis waren beperkt tot extreem kleine deeltjes of krachtige kunstmatige verlichting, maar deze nieuwe apparaten, gemaakt van keramisch aluminiumoxide met een chroomlaag, kunnen natuurlijk zonlicht benutten. Een apparaat met een straal van 3 centimeter zou naar schatting een lading van 10 milligram kunnen dragen, wat voldoende is voor eenvoudige metingen en communicatie met de grond, en zelfs voor het verkennen van de ijle atmosfeer van Mars.