मेटासर्फेस ‘मेटाजेट्स’ प्रकाश पालों को नियंत्रित करने का नया तरीका दे सकते हैं

अंतरतारकीय यात्रा के लिए एक propulsion विचार को अब steering concept मिल गया है

Light sails लंबे समय से अंतरिक्ष में अत्यधिक दूरियों तक पहुंचने के सबसे आकर्षक विचारों में से एक रहे हैं। भारी propellant ले जाने के बजाय, एक sail को स्वयं प्रकाश, खासकर शक्तिशाली lasers, द्वारा धकेला जा सकता है। इसका आकर्षण सरल है: बहुत लंबी यात्राओं के लिए, onboard mass को घटाना सार्थक गति पाने के कुछ ही वास्तविक रास्तों में से एक हो सकता है।

समस्या कभी केवल गति की नहीं रही। यह नियंत्रण की भी रही है। जिसे धक्का दिया जा सके, वह उपयोगी है; लेकिन जिसे निर्देशित किया जा सके, वह कहीं अधिक मूल्यवान है। New Scientist की रिपोर्ट के अनुसार, शोधकर्ताओं ने अब उस लक्ष्य की दिशा में एक छोटा लेकिन उल्लेखनीय कदम उठाया हो सकता है, tiny devices विकसित करके जिन्हें metajets कहा जाता है, जो केवल हिलने के लिए ही नहीं बल्कि दिशा प्रभावित करने के लिए भी प्रकाश का उपयोग कर सकते हैं।

यह काम Texas A&M University के Kaushik Kudtarkar सहित शोधकर्ताओं से आया है। उनका केंद्रीय विचार यह है कि प्रकाश केवल reflection के माध्यम से momentum transfer करने से अधिक कर सकता है। एक ऐसा structured material डिज़ाइन करके जो प्रकाश को सावधानीपूर्वक नियंत्रित तरीकों से refract करता है, वे एक साथ एक से अधिक दिशाओं में बल उत्पन्न कर सकते हैं।

Metajet कैसे काम करता है

रिपोर्ट में वर्णित device एक metasurface है, एक अत्यंत पतली सामग्री जिसे प्रकाश को manipulate करने के लिए engineered किया गया है। इस मामले में, शोधकर्ताओं ने मूल framing को उलट दिया। केवल यह देखने के बजाय कि material प्रकाश को कैसे बदलता है, उन्होंने यह देखा कि प्रकाश material की गति को कैसे बदलता है।

Metajet में छोटे-छोटे pillars की एक श्रृंखला की texture है। उन structures का आकार और pattern तय करता है कि आने वाला प्रकाश surface से गुजरते या उससे interaction करते समय कैसे steer होता है। क्योंकि इस प्रक्रिया में momentum का आदान-प्रदान होता है, इसलिए प्रकाश का रास्ता बदलने से material पर लगने वाला बल भी बदल जाता है।

यही बात इस concept को steering के लिए दिलचस्प बनाती है। अगर surface की geometry अलग-अलग directional responses पैदा कर सकती है, तो light-driven object को सिर्फ आगे accelerate करने से अधिक के लिए design किया जा सकता है। यह conventional moving parts के बिना correction, orientation, या maneuvering भी कर सकता है।

Device स्वयं असाधारण रूप से छोटा है, रिपोर्ट के अनुसार लगभग 0.01 millimetres across। उस scale पर, यह प्रयोग किसी starship sail का prototype नहीं है। यह एक proof of principle है, जो दिखाता है कि engineered surfaces illumination को नियंत्रित motion में बदल सकती हैं।

टीम ने क्या दिखाया

इस विचार को परखने के लिए, शोधकर्ताओं ने silicon device को पानी में रखा और उस पर laser चमकाकर microscope के नीचे उसकी movement track की। परिणाम था एक साथ दो तरह की गति: metajet ने levitate भी किया और horizontally भी चला। New Scientist की रिपोर्ट के अनुसार maximum speed लगभग 0.07 millimetres per second थी।

ये संख्याएँ modest हैं, लेकिन असली कहानी नहीं हैं। महत्व lift और lateral movement के उस संयोजन का है जो surface design के माध्यम से उत्पन्न हुआ। दूसरे शब्दों में, experiment दिखाता है कि material के optical properties से नियंत्रित व्यवहार उभर सकता है।

Kudtarkar ने New Scientist से कहा कि अब जब device पर लगने वाले forces समझ में आ गए हैं, शोधकर्ता metasurface design को बदलकर उसे किसी भी दिशा में steer कर सकते हैं। यह वही तरह का engineering statement है जो raw speed figure से अधिक महत्वपूर्ण है। यह एक one-off effect नहीं बल्कि एक design space का संकेत देता है।

Light-sail समर्थकों को क्यों ध्यान देना चाहिए

Light sails के लिए steering एक केंद्रीय चुनौती है। किसी craft को विशाल दूरियों तक भेजने के लिए thrust से अधिक की जरूरत होती है। समय के साथ छोटी orientation errors भी भारी navigational deviations में बदल सकती हैं। कोई भी तरीका जो sail को light pressure पर predictable ढंग से प्रतिक्रिया करने दे, खासकर बिना भारी control hardware जोड़े, महत्वपूर्ण हो सकता है।

रिपोर्ट बताती है कि समय के साथ shape बदलने वाली metasurfaces पहले से मौजूद हैं। यदि उस क्षमता को light-driven steering के साथ जोड़ा जाए, तो भविष्य की sails illumination पर अपनी प्रतिक्रिया को सक्रिय रूप से बदल सकती हैं। इससे acceleration या course correction के दौरान अधिक precise handling संभव हो सकती है।

अभी पानी में किए गए microscopic demonstration और पूर्ण scale space application के बीच एक बड़ा अंतर है। Space में vacuum conditions, extreme temperature swings, radiation, और लंबी अवधि की stability की जरूरत आती है। लेख यह दावा नहीं करता कि वे समस्याएं हल हो गई हैं। यह केवल इतना सुझाता है कि पहेली के एक हिस्से, अर्थात structured optical response के जरिए directional control, के लिए अब अधिक ठोस experimental आधार मौजूद है।

इसके प्रभाव अंतरिक्ष से परे भी हैं

शोधकर्ताओं को संभावित biomedical applications भी दिखती हैं। New Scientist के अनुसार, ऐसे devices दवाओं को विशिष्ट स्थानों तक धकेलने में मदद कर सकते हैं। कुछ संदर्भों में lasers पहले से targeted manipulation के लिए उपयोग होते हैं, लेकिन सीधा heating संवेदनशील molecules को नुकसान पहुंचा सकता है। Metajet concept में, direct optical interaction payload के बजाय structured device पर होगी, जिससे यह समस्या कम हो सकती है।

Advanced materials research में ऐसा dual-use चरित्र आम है। अंतरिक्ष यात्रा की बड़ी महत्वाकांक्षा के संदर्भ में विकसित concept, चिकित्सा या microscale engineering में भी उपयोगी निकल सकता है। दोनों मामलों में core capability एक ही है: carefully shaped light-matter interactions को नियंत्रित mechanical behavior में बदलना।

टीम अब device को अलग-अलग wavelengths of light, विशेषकर sunlight के broad spectrum, के साथ काम करने योग्य बनाने की कोशिश कर रही है। यह लक्ष्य महत्वपूर्ण है, क्योंकि एक practical light sail हमेशा एक highly controlled laser environment पर निर्भर नहीं रह सकती। Sunlight के साथ compatibility future propulsion systems की संभावित architectures को बढ़ा देगी।

इसे immediate interstellar travel समझना गलती होगी। लेकिन यह उस तरह की enabling advance जरूर है, जिस पर बड़े विचार निर्भर करते हैं। Spaceflight revolutions छोटे, विशिष्ट breakthroughs से बनती हैं, जो control, materials, और energy transfer में आते हैं। Metajets ऐसे ही building blocks में से एक हो सकते हैं: छोटी संरचनाएँ जो उस भविष्य की ओर इशारा करती हैं, जहां प्रकाश से धकेली गई sails केवल तेज़ ही नहीं, बल्कि steerable भी होंगी।

• शोधकर्ताओं ने एक छोटा metasurface device बनाया जो laser light लगने पर levitate भी कर सकता है और horizontally भी जा सकता है।
• यह परिणाम संकेत देता है कि light-driven objects को केवल आगे धकेला ही नहीं, बल्कि निर्देशित भी किया जा सकता है।
• यह concept अंतरतारकीय light sails और लक्षित biomedical applications, दोनों के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है।

यह लेख New Scientist की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें.