Energia e quantità di moto della luce

La pressione della luce: la vela solare

Un’onda elettromagnetica trasporta non solo energia ma anche quantità di moto: quando la luce viene assorbita o riflessa esercita una pressione. Sulla Terra è impercettibile, ma nello spazio, senza attrito, una grande vela leggera spinta dalla luce del Sole può accelerare continuamente. Più ci si allontana dal Sole, più l’intensità e quindi la spinta calano.

Intensità della luce solare —
Campo elettrico massimo —
Pressione —
Forza sulla vela —
I = LSole / (4π d²)
pressione = I / c (assorbita), 2I / c (riflessa)

La luce del Sole, a una unità astronomica (la distanza della Terra), ha un’intensità di circa 1361 W/m². La potenza si distribuisce su sfere sempre più grandi: a distanza doppia l’intensità è un quarto.

Un’onda che trasporta energia U porta anche la quantità di moto U / c. Se la vela la assorbe, riceve la pressione I / c; se la riflette, la quantità di moto della luce si inverte e la pressione raddoppia, 2I / c. Alla distanza della Terra sono pochi milionesimi di pascal.

Una vela di 1000 m² riceve meno di un centesimo di newton, ma nel vuoto la spinta non si esaurisce mai: nel 2010 la sonda giapponese IKAROS ha viaggiato verso Venere usando una vela solare. La stessa pressione piega le code delle comete in direzione opposta al Sole.

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