Komet Hale-Bopp
: utjecaji tlaka elektromagnetskog zra?enja i
sun?evog vjetra
na repove pra?ine i plina jasno se vide.
Sun?eva jedrilica
je predlagan oblik pogona svemirskih letjelica, gdje bi tlak elektromagnetskog zra?enja Sunca slu?io za pogon
Tlak elektromagnetskog zra?enja
ili
tlak svetlosti
je
tlak
koji priti??e
povr?inu
izlo?enu
elektromagnetskom zra?enju
.
Svetlost
vr?i fizi?ki pritisak na predmete na svom putu. Ovaj fenomen se mo?e izvesti iz
Maksvelovih jedna?ina
, mada se mo?e jednostavnije objasniti ?esti?nom prirodom svetlosti:
fotoni
se sudaraju sa materijom i prenose svoj
momenat
.
Ako ga povr?ina upije, onda je tlak svetlosti jednak snazi svetlosnog zraka podeljenoj sa
c
, brzinom svetlosti.
Ako je zra?enje potpuno odbijeno (reflektirano), onda je tlak elektromagnetskog zra?enja dvostruk. Tako na primjer,
Sun?evo
zra?enje ima snagu 1370 W/m
2
, pa je onda tlak elektromagnetskog zra?enja 4,6 x 10
-6
Pa
(upijeno).
Usled velike magnitude brzine
c
, efekat pritiska svetlosti je zanemarljiv u kontekstu svakodnevnih objekata.
Na primer,
laserski pointer
snage jednog
milivata
vr?i silu od oko 3,3
piko njutna
na osvetljeni objekat; stoga je u principu mogu?e podignuti nov?i? od jedne
US cente
pomo?u laserskih pointera, ali je za to neophodno upotrebiti oko 30 milijardi pointera snage 1 mW.
[1]
Za razliku od toga, u aplikacijama na
nanometarskoj
skali, kao ?to su
nanoelektromehani?ki sistemi
(NEMS), efekat pritiska svetla mo?e da bude zna?ajan, i stoga se istra?uje mogu?a eksploatacija pritiska svetlosti kao pogonske sile NEMS mehanizama i fizi?kih prekida?a nanometarske veli?ine u integrisanim kolima.
[2]
Na ve?im razmerama, pritisak svetlosti mo?e da uzrokuje ubrzavanje obrtanja
asteroida
,
[3]
putem delovanja na njihove iregularne oblike poput lopatica na
vetrenja?i
.
Mogu?nost pravljenja
solarnih jedara
koja bi pokretala svemirske brodove se takođe istra?uje.
[4]
[5]
Svetlosni pritisak je prvi opisao
J. Kepler
(1619.) tuma?e?i za?to je rep
kometa
uvijek usmjeren popre?no (radijalno) od Sunca.
[6]
Efekat da elektromagnetsko zra?enje vr?i tlak na izlo?enu povr?inu je teoretski predvidio
James Clerk Maxwell
1871. Ruski fizi?ar
P. N. Lebedev
prvi je pokusom dokazao postojanje postojanje tlaka zra?enja (1899.) i izmjerio njegovo djelovanje na
molekule
plina
(1909.),
[6]
a potom i drugi znanstvenici.
[7]
Tlak je jako slab, ali se mo?e otkriti sa osjetljivim i uravnote?enim vjetrokazom, koji se sastoji od reflektivnog metala u Nicholsovom radiometru.
Mada je kretanje
Kruksovog radiometra
originalno pripisivano pritisku svetlosti, ta interpretacija nije korektna; karakteristi?na Kruksova rotacija je posledica nepotpunog vakuuma.
[8]
S druge strane, kod
Nikolsovog radiometra
gde je je blago pomeranje uzrokovano momentom (mada je to nedovoljno za potpunu rotaciju uz prevladavanje sile trenja)
je
direktna posledica pritiska svetlosti.
[9]
Kod toplinskog zra?enja crnog tijela, kada je u ravnote?i sa ozra?enom povr?inom, gusto?a energije je prema
Stefan-Boltzmannovom zakonu
jednaka to 4σT
4
/c; gdje je '
σ
- Stefan-Boltzmannova konstanta,
c
je
brzina svjetlosti
u vakuumu i
T
je apsolutna
temperatura
.
Tlak elektromagnetskog zra?enja je oko 4,6 x 10
-6
Pa, na udaljenosti
Zemlje
od
Sunca
i smanjuje se kvadratom udaljenosti od Sunca. Iako je taj tlak vrlo malen u usporedbi sa kemijskim raketnim pogonima, on se ipak mo?e primjeniti i nije potrebno gorivo. Ako bi se primjenio na putovanju od Zemlje do
Plutona
, trebalo bi samo 25 ? 50 % vi?e vremena od kemijskih
svemirskih letjelica
.
Tablica tlaka elektromagnetskog zra?enja
AJ =
Astronomska jedinica
|
μPa (μN/m²)
|
N/km²
|
lbf/mi²
|
0,10 AJ = Blizu
Sunca
|
915
|
915
|
526
|
0,46 AJ =
Merkur
|
43,3
|
43,3
|
24,9
|
0.72 AJ =
Venera
|
17,7
|
17,7
|
10,2
|
1,00 AJ =
Zemlja
|
9,15
|
9,15
|
5,26
|
1,52 AJ =
Mars
|
3,96
|
3,96
|
2,28
|
5,22 AJ =
Jupiter
|
0,34
|
0,34
|
0,19
|
Tablica pokazuje da je sila ubrzanja dosta velika u blizini Sunca, a u blizini Jupitera vrlo slaba. Ve?ina sondi koje su putovale u blizinu Sunca su bile gurane prema vani zbog tog tlaka. Osim toga, smatra se da je tlaka elektromagnetskog zra?enja dosta utjecao na razvoj vanjskih prstenova na Saturnu.
Prosje?ni iznos elektromagnetskog zra?enja
na neku povr?inu, podijeljen sa brzinom svjetla daje iznos tlaka elektromagnetskog zra?enja:
U jezgri zvijezda
superdivova
je temperature oko 1 GK, pa tlaka elektromagnetskog zra?enja je prili?no zna?ajan za oblikovanje zvijezda.
[10]
Sun?eva jedrilica
je predlagan oblik pogona svemirskih letjelica, gdje bi tlak elektromagnetskog zra?enja Sunca, slu?io za pogon. Ideju je predlagao ruski znanstvenik Friedrich Zander 1924. Svemirska letjelica Cosmos 1 je trebala koristiti taj pogon. Japanska svemirska agencija JAXA je uspjela razviti Sun?evo jedro i koristila ga je na letjelici IKAROS.
- ↑
Tang, Hong (1 October 2009).
?May The Force of Light Be With You”
.
IEEE Spectrum
46
(10): 46?51.
DOI
:
10.1109/MSPEC.2009.5268000
.
- ↑
See, for example,
nano-opto-mechanical systems research at Yale University
.
- ↑
Kathy A. (2004-02-05).
?Asteroids Get Spun By the Sun”
.
Discover Magazine
.
- ↑
?Solar Sails Could Send Spacecraft 'Sailing' Through Space”
.
NASA
. 2004-08-31. Arhivirano iz
originala
na datum 2012-10-21
. Pristupljeno 2020-08-25
.
- ↑
?NASA team successfully deploys two solar sail systems”
.
NASA
. 2004-08-09. Arhivirano iz
originala
na datum 2012-06-14
. Pristupljeno 2020-08-25
.
- ↑
6,0
6,1
radijacijski tlak (svjetlosni tlak)
,
[1]
"Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krle?a, www.enciklopedija.hr, 2019.
- ↑
P. Lebedev, 1901, "Untersuchungen uber die Druckkrafte des Lichtes", Annalen der Physik, 1901
- ↑
P. Lebedev, Untersuchungen uber die Druckkrafte des Lichtes, Ann. Phys. 6, 433 (1901).
- ↑
Nichols, E.F; Hull, G.F. (1903).
?The Pressure due to Radiation”
.
The Astrophysical Journal
17
(5): 315?351.
Bibcode
1903ApJ....17..315N
.
DOI
:
10.1086/141035
.
- ↑
Dale A. Ostlie i Bradley W. Carroll,
An Introduction to Modern Astrophysics
(2. izd.), Pearson, San Francisco, 2007, str. 341.