햇빛은 왜 우주에서 얇은 돛을 밀 수 있을까?

How can sunlight push a thin sail in space?

바람도 없는 우주에서 햇빛만으로 얇은 돛을 밀어 우주선을 움직일 수 있을까요?

무슨 일이 일어났나

빛 알갱이는 운동량(p = h/λ)을 가져서, 돛에 부딪히거나 되비칠 때 아주 작은 힘으로 돛을 밉니다.

NASA 는 태양 돛이 햇빛의 압력으로 나아가고, 그 압력이 작아서 돛을 아주 크게 만들어야 한다고 설명합니다.

시뮬레이터에서 1361 W/m² 햇빛이 거울 돛 1 m² 를 미는 힘은 9.08 µN 이고, 빛을 모두 흡수하는 검은 돛이면 그 절반입니다.

2024 년 4 월 23 일 발사한 NASA ACS3 의 돛 넓이 80 m² 를 넣으면 거울 돛은 726 µN 을 받는데, 시뮬레이터의 10 kg 은 예로 든 질량입니다.

햇볕 아래 서 있어도 빛에 밀리는 느낌이 없는 것은, 몸이 받는 햇빛의 압력이 공기의 압력보다 터무니없이 작기 때문입니다.
빙판 위에서 친구 등을 아주 살짝 계속 밀면 처음엔 꿈쩍 않는 듯해도 점점 빨라지는 것처럼, 우주의 돛도 작은 힘을 쉬지 않고 받아 빨라집니다.