X mont

Лазерный луч притянул макроскопический объект.

Китайские физики сообщили о том, что им удалось заставить лазерный луч видимого диапазона притягивать макроскопический объект в условиях низкого давления. В основе продемонстрированного эффекта лежит сила Кнудсена, которая возникает из-за разности температур в тонкой пленке. Ученые смогли добиться микроньютоновой тяги, приложенной к миллиграммовому объекту. По их мнению, новая технология будет полезна в условиях ближнего космоса или атмосферы Марса. 

А в XX веке физики даже нашли этому эффекту практическое применение — они создали оптический пинцет. Суть его работы заключается в фокусировке лазерного луча в точку пространства, вокруг которой возникает градиентная сила, удерживающая тела вблизи нее. Это изобретение было удостоено Нобелевской премии по физике 2018 года.

Оптические пинцеты совершили революцию в биологии, химии и физике благодаря своей способности к манипуляции атомами, нано- и микрообъектами. Однако более массивные тела свет удерживать не способен. Тем не менее, в условиях невесомости давление света может быть ощутимым. На этом основана технология солнечного паруса.

Передача импульса от фотонов к парусу при поглощении или отражении — не единственный механизм, который может заставить массивные тела двигаться. В 2021 году Азади с коллегами смогли оказать световое давление на полимерный диск диаметром шесть миллиметров и толщиной в полмикрометра за счет силы Кнудсена, которая возникает из-за разницы температур по обе стороны тонкой пленки. Теперь же физики из Университета науки и технологий в Циндао во главе с Лэй Ваном (Lei Wang) заставили макроскопический объект таким же способом притянуться под действием лазера, реализовав, по сути, концепцию притягивающего луча.

Температура характеризует среднюю кинетическую энергию молекул в газе. Если с одной стороны пленки температура больше, чем с другой, передача ей импульса будет несимметричной, и может возникнуть сила Кнудсена. Однако для этого толщина пленки должна быть сопоставима с длиной свободного пробега молекул газа, которая, в свою очередь, связана с давлением. Если давление слишком большое, этот эффект незаметен на фоне флуктуаций передаваемого импульса. Если, наоборот, слишком маленькое — количество соударений окажется слишком мало, чтобы создать ощутимую тягу. Ранее авторы исследовали этот эффект для пористых графеновых губок и обнаружили максимум кнудсенновской тяги при пяти паскалях.

Чтобы заставить тягу работать против направления луча, ученые размещали кусочек пористого графена размерами 5×3×0,5 миллиметра на стеклянной подложке толщиной 0,17 миллиметра. Стекло прозрачно для видимого излучения и потому остается холодным, в то время как графен хорошо его поглощает и нагревается. Таким образом, если светить на образец лазером со стороны стекла при низком давлении, луч должен его притягивать.

На первом этапе физики качественно исследовали эффект с помощью крутильного маятника в прозрачной вакуумной камере. Они наблюдали притяжение при облучении образца несфокусированными лазерными лучами на длинах волн 360, 488 и 532 нанометра мощностями в десятки милливатт. Для 488 нанометров физики увидели линейное увеличение отклонения с 1 до 8,3 градуса с ростом мощности с 17 до 85 милливатт. Эксперименты с давлением также подтвердили, что при пяти паскалях сила Кнудсена максимальна.

Авторы не смогли измерить непосредственно силу с помощью крутильного маятника, поэтому во второй части работы использовали более традиционный гравитационный маятник. Он представлял собой медную пластину, подвешенную на медной жерди, к концу которой был присоединен образец. Для контроля отклонения они напыляли небольшую золотую пленку, которая играла роль зеркала, отражающего дополнительный измеряющий луч на экран с линейкой, расположенный в трех метрах от вакуумной камеры. Механический анализ связал показания линейки с силой тяги.

В результате физики узнали, что 488-нанометровый луч мощностью 85 милливатт притягивает образец с силой 0,8 микроньютона. Примечательно, что это на три порядка больше, чем сила светового давления, которая в условиях эксперимента составила 0,28 наноньютона. Авторы уверены, что лазерные лучи, работающие по такому принципу, могут быть полезны в условиях разреженной атмосферы, например, в ближнем космосе или на Марсе.

Обнаружено рентгеновское эхо излучения, испущенного Стрельцом A* 200 лет назад.

Международная группа ученых обнаружила, что Стрелец A* (Sgr A*), сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, ненадолго пробудилась после длительного периода покоя около 200 лет назад.

Команда, возглавляемая Фредериком Марином, исследователем CNRS из Астрономической Страсбургской обсерватории (CNRS /Страсбургский университет), обнаружила прошлое пробуждение этого гигантского объекта, который в четыре миллиона раз массивнее Солнца. Их работа была опубликована в журнале Nature 21 июня.

В начале 19-го века в течение одного года черная дыра поглощала космические объекты, которые подходили к ней слишком близко, прежде чем снова вошла в состояние покоя. На Земле никакого эффекта не ощущалось, так как расстояние между Sgr A* и нашей планетой слишком велико (примерно в 2 миллиарда раз больше расстояния от Земли до Солнца). Однако обнаруженное рентгеновское эхо, которое было испущено около 200 лет назад, показывает, что первоначальная интенсивность была по меньшей мере в миллион раз больше, чем та, которую в настоящее время излучает Sgr A*.

Эти результаты объясняют, почему галактические молекулярные облака вблизи Sgr A* сияют так ярко: они отражают рентгеновские лучи, испущенные Sgr A* 200 лет назад.

Для проведения своих исследований ученые использовали спутник НАСА IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), который впервые смог с большой точностью определить поляризацию этого рентгеновского излучения, а также определить его источник, что ранее оказалось невозможным. Подобно компасу, поляризованный рентгеновский луч указывает прямо на свой источник, Sgr A*, хотя последний в настоящее время практически исчез. Ученые продолжают свою работу над Sgr A*, пытаясь определить физические механизмы, необходимые для перехода черной дыры из состояния покоя в активное.

https://aboutspacejornal.net/2023/06/22/астрономы-обнаружили-рентгеновское/