地球大气层非常庞大，从地表向外延伸约1万公里。事实上，它非常庞大，以至于科学家将其分成五个独立的部分。其中一个部分由于难以在那里维护任何航天器而没有引起太多关注。
飞机和气球可以访问距离地面最近的两个层级——对流层和平流层，而卫星则可以在热层和外层轨道运行，从而为持续观测提供平台。但中间层——位于大气中间的部分——距离地面太近，无法形成稳定的轨道，而且空气密度又太稀薄，传统的飞机或气球无法飞行。
因此，我们并没有太多关于它的数据，但它影响着气候和天气预报，所以科学家们不得不对那里的情况做出很多假设。现在，哈佛大学和芝加哥大学的研究人员开展的一项新研究可能找到了一种将稳定的传感平台放置在中间层的方法，利用一种名为“光泳”的新型飞行机制。
中间层本身位于50至85公里高空，虽然严格来说它不算是“太空”，但它与我们更熟悉的低层大气截然不同。它既受到上下层天气的影响，对太阳风暴的反应频率与飓风一样频繁。由于它充当着这种界面层，因此它对其上下层的反应也起着至关重要的作用。
但由于我们现有的两种持续监测系统——气球和卫星——难以在其中放置任何稳定的监测设备。这导致了“无知层”这个绰号的出现，因为由于缺乏数据，科学家们被迫基本忽略了这层大气的存在。
光泳为新型大气传感器提供动力
这篇新论文于8月13日发表在《自然》杂志上，探讨了中间层的长期传感器。光泳现象是指当气体分子从物体“温暖”的一侧反射回“凉爽”的一侧时，产生的能量比从“凉爽”的一侧反射回的更多。在这种情况下，温暖的一侧是物体面向太阳的一侧，而凉爽的一侧是面向地球的背面。这种效应仅在低压环境中才明显，而中间层正是低压环境。
诚然，光泳作用产生的力非常微小，因此研究人员必须开发出非常微小的部件才能有机会利用它。他们聘请了纳米制造技术专家，制作了一个厘米级的结构作为概念验证，并在一个设计成与中间层压力相同的真空室中对其进行了测试。
原型机的反应符合预期，仅利用55%的阳光，在与中间层相当的压力下，成功悬浮了结构。这标志着有史以来首次有人演示光泳驱动飞行器的功能性原型，这主要是因为该结构本身非常轻。
利用这种技术驱动的设备可以用于监测中间层，但它们也可能在更远的地方发挥作用。火星是一个显而易见的候选目标，因为它的低压和稀薄大气既是其标志性特征，又在其他层面上尚未被探索。其他行星和卫星也可能是潜在的目标——任何拥有足够稀薄大气以支撑悬浮航天器的星球，都可以由这些飞行器提供服务。
不幸的是，还有一些先进的工程工作要做。用于建造飞行结构的纳米制造技术并不包含任何功能性硬件，例如传感器或无线通信设备。一个仅仅漂浮而不传输数据的结构在科学上是没有用的，因此，为了让这些设备开始产生它们所希望的那种科学影响，需要改进纳米制造技术，以制造出一个功能性的有效载荷。
然而，研究人员对此深信不疑，并已创建了一家名为Rarefied Technologies的初创公司，该公司去年被纳入“突破能源研究员”计划。凭借这项支持，以及一些正在进行的纳米制造研究，我们希望看到厘米级传感器遍布“无界层”乃至更广阔的空间只是时间问题。
原文： https://spectrum.ieee.org/atmospheric-sensors-mesosphere-photophoresis