До самой труднодоступной части атмосферы решили добраться с помощью солнечного света

❋ 4.7

Инженеры предложили решение давно назревшей проблемы исследования мезосферы — того слоя атмосферы, где для авиации воздух слишком разреженный, а для космических аппаратов слишком плотный. По задумке, запустить туда измерительные приборы и задержать их там надолго можно будет с помощью солнечного света благодаря особой конструкции зондов.

Технологии

# атмосфера

# зонды

# мезосфера

# мезосферные облака

Зонды, удерживаемые в мезосфере солнечным светом, в представлении художника / © Schafer et al, 2025

На высотах примерно от 50 до 80-100 километров над Землей гораздо холоднее, чем в Антарктиде: температура опускается до минус 150 градусов Цельсия. Даже в расположенной выше термосфере теплее: там солнечная радиация уже может выбивать из атмосферных частиц электроны и такой бомбардировкой нагревает их. Этот пограничный слой называется мезосферой.

Живописные облака, которые светятся в небе уже после захода солнца, возникают именно там. Кстати, в последние годы на них все больше обращают внимание исследователи изменений климата, в основном из-за одного интересного парадокса: когда на Земле становится теплее от парникового эффекта, в мезосфере, наоборот, происходит охлаждение.

Это потому, что попадающее туда переизлученное тепло не перехватывается другими молекулами и почти беспрепятственно уходит в космос. От потепления на поверхности мезосфера больше заполняется водяным паром, который немедленно замерзает и превращается в такие самые высокие на Земле облака. Поэтому, если их часто замечают на сравнительно низкой высоте, это считается тревожным знаком для климатологов.

Мезосферные облака (вид из космоса) / © NASA

Пока мезосфера — самая малоизученная часть атмосферы. Она даже получила прозвище «игноросфера». Трудность в том, что самолету туда не подняться, а для спутников это, наоборот, слишком низко, ведь частицы будут чрезмерно сильно «тормозить» аппарат и быстро сведут его с орбиты. Напомним, даже на высоте 400 с лишним километров атмосферные частицы все время снижают Международную космическую станцию, поэтому приходится регулярно «приподнимать» ее с помощью двигательных импульсов.

Мезосферу, конечно, пытаются изучать с помощью космических аппаратов: к примеру, в 2007-2023 годах ее исследовал зонд NASA AIM, но он наблюдал целевой воздушный слой сверху — с высоты 600 километров. Непосредственно внутри мезосферы удается побывать разве что суборбитальным ракетам, однако их полет длится всего 15-20 минут. За это время датчики успевают собрать довольно скудный объем данных.

Именно эту проблему недавно попытались решить ученые из США, Южной Кореи и Бразилии. В статье для издания Nature они изложили концепцию миниатюрных зондов, которые должны подняться в мезосферу и курсировать в ней, возможно, много дней подряд. Летать они, по замыслу, будут под действием солнечного нагрева.

Предполагается закрепить датчики и средства связи на сверхтонкой и легкой мембране шестисантиметровой ширины. Под действием Солнца она будет нагреваться, и ближайшие к освещенной поверхности мезосферные частицы будут с силой отталкиваться от этой мембраны. Это и приводит ее в движение. Эффект называется фотофорезом. Правда, в обычной ситуации движение идет по направлению от источника света, в описываемом случае — вниз.

Хитрость в том, что мембрану предлагают сделать перфорированной, то есть с многочисленными отверстиями. Благодаря этому нагретые частицы будут поступать под нее и тем самым усиливать «давление» на атмосферу, которая окажет этому равноценное сопротивление снизу и начнет «толкать» конструкцию вверх.

Предложенные варианты использования зондов для исследования мезосферы / © Benjamin C. Schafer et al, 2025

Ученые успешно добились поднятия подобных дисков с помощью лазера в вакуумной камере, в которой воссоздали условия мезосферы. Мембраны имели ширину около сантиметра и были как минимум в тысячу раз тоньше человеческого волоса. В качестве материала использовали оксид алюминия, покрытый с одной стороны слоем хрома.

По расчетам, такие зонды можно будет сбросить в околоземное пространство на высоте примерно 50 километров с помощью аэростата, затем они полетят самостоятельно. Аппараты продолжат подниматься весь световой день, а после заката снова спустятся. Но это не обязательно означает завершение миссии: ученые надеются сделать зонды достаточно легкими для того, чтобы за ночь они не упали на нашу планету, а с рассветом их полет повторится по той же схеме.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Окончила факультет журналистики МГУ имени М.В. Ломоносова. Начинала в 2002 году как корреспондент и редактор новостного вещания на различных телеканалах, позже стала автором новостей науки и технологий в сетевых изданиях.