مفهوم

ضغط الضوء

قوة يمارسها الإشعاع الكهرومغناطيسي على سطح ما، وغالبًا ما تدفع الرياح النجمية.
3 مقالات ذات صلة

الوصف

الضغط الضوئي، المعروف أيضًا بضغط الإشعاع، هو القوة التي يمارسها الإشعاع الكهرومغناطيسي على سطح ما. على الرغم من أن الضوء لا يمتلك كتلة، إلا أنه يحمل زخمًا حركيًا، وعندما تصطدم الفوتونات بسطح، فإنها تنقل هذا الزخم، مما ينتج دفعًا صغيرًا لكنه قابل للقياس. هذا الضغط حاسم في الفيزياء الفلكية، حيث يدفع الرياح النجمية ويمكنه حتى أن يزيل الطبقات الخارجية للنجوم، وهو المبدأ الكامن وراء الأشرعة الشمسية لدفع المركبات الفضائية.

التاريخ

اقتُرح هذا المفهوم لأول مرة من قبل يوهانس كيبلر في القرن السابع عشر لتفسير سبب توجيه ذيول المذنبات دائمًا بعيدًا عن الشمس، ثم اشتُق نظريًا لاحقًا من قبل جيمس كليرك ماكسويل في عام 1873 من معادلاته للكهرومغناطيسية.

كيف يعمل

عندما يصطدم فوتون بسطح، يمكن أن يُمتص أو ينعكس. إذا امتُص، ينتقل زخمه بالكامل إلى السطح؛ وإذا انعكس، يكون انتقال الزخم مضاعفًا لأن اتجاه زخم الفوتون ينعكس. القوة الكلية هي معدل انتقال الزخم لكل وحدة مساحة. بالنسبة لضوء الشمس على مسافة الأرض من الشمس، يبلغ الضغط حوالي 4.5 × 10⁻⁶ نيوتن لكل متر مربع — وهو ضئيل، لكنه على مساحات كبيرة وأزمنة طويلة يمكن أن يكون له تأثيرات كبيرة.

في التطبيق

يُستخدم الضغط الضوئي في تقنية الأشرعة الشمسية لدفع المركبات الفضائية، ويجب أخذه في الحسبان في مدارات الأقمار الصناعية وفي تصميم أنظمة الليزر عالية الطاقة.

حقيقة طريفة

شراع شمسي بحجم ملعب كرة قدم سيتعرض لقوة تبلغ حوالي 0.01 نيوتن من ضوء الشمس — وهي كافية لتسريع مركبة فضائية صغيرة ببطء إلى سرعات عالية على مدى أشهر.

Concept graph →

مقالات ذات صلة · 3

الضوء الكمومي يطرد الإلكترونات بطريقة مختلفة: دور الحالات المضغوطة
عندما يصطدم نبض ليزري بذرة، فإنه يقتلع إلكترونًا. في الصورة الكلاسيكية، الضوء هو موجة كهرومغناطيسية ناعمة، وكلما زادت شدته، زاد تسارع الإلكترون. لكن الليزرات الحديثة قادرة على إنتاج ضوء في حالات كمومية خاصة، مثل الضوء المضغوط، حيث يخضع المجال لتقلبات كمومية — انحرافات عشوائية عن القيمة المتوسطة، تشبه اهتزاز وتر مشدود.
رقصة الفوتونات: حين يصبح الشراع الضوئي كابحًا لنفسه
تخيل راقصًا بثلاثة وجوه على قمة موجة ضوئية. وجه ماسك يلتقط الفوتونات الساقطة. ووجه مرآة مثالية تعكس الضوء للخلف. ووجه زجاج معتم ينثر الأشعة في كل الاتجاهات. ما دامت السرعة صغيرة، يبقى الرقص متناغمًا. لكن عند سرعات قريبة من سرعة الضوء، تختل تصميم الرقصة. يشبه الأمر راكب الأمواج الذي يطارد الموجة. في البداية، تدفعه المياه بقوة إلى الأمام.
الرياح الشبحية للفجر الكوني: كيف يحطم لايمان-ألفا حاضنات النجوم
في قلب سحابة جزيئية، يولد نجم ضخم. ضوءه فوق البنفسجي يؤين الهيدروجين، فتتوهج السحابة في خط لايمان-ألفا. لكن بالنسبة للفوتون، هذا التوهج ليس تحرراً، بل سجن في متاهة مرايا. بعد انعكاسه عن الذرات ملايين المرات، يتحول إلى مدقة خفية قادرة على تشتيت كل ما حوله. تخيل قاعة بجدران مرآوية تماماً، مليئة بكرات البلياردو.