Radiatiedruk

Radiatiedruk is de druk die elektromagnetische straling uitoefent op materie doordat fotonen momentum dragen en dit momentum aan het oppervlak overdragen bij interactie. Bij invallende straling met energieflux F (W/m^2) op een vlak oppervlak loodrecht op de invalssnelheid is de kracht per eenheidsoppervlak die wordt uitgeoefend p_rad afhankelijk van de reflectiviteit R van het oppervlak: p_rad = (1+R) F / c, waarbij c de lichtsnelheid is. Voor volledig absorberend oppervlak (R = 0) geldt p = F/c; voor volledig reflecterend oppervlak (R = 1) geldt p = 2F/c. In een isotroop stralingsveld is de gemiddelde radiatiedruk P_rad gelijk aan de stralingsenergie-dichtheid u gedeeld door 3, P_rad = u/3.

Betekenis en toepassingen: Radiatiedruk speelt een rol in zowel de fundamentele astrophysica als in technologie. In sterren levert stralingsdruk een bijdrage aan het hydrostatisch evenwicht en kan het bij hoge luminositeiten indirect materie uit de ster of omgeving wegdrijven. In de ruimtevaart wordt radiatiedruk benut voor voortstuwing met zonnesails: zelfs de geringe druk van zonlicht kan over lange perioden een subtiele maar constante versnelling geven aan een lichtgewicht zeil. Aan 1 astronomische eenheid bedraagt de zonnestraling ongeveer 1361 W/m^2; de bijpassende radiatiedruk is circa 4,5 micro Pascal bij absorptie en circa 9 micro Pascal bij volledige reflectie.

Voorbeelden en praktijk: de maximale luminositeit van een ster wordt begrensd door de evenwichtskracht van radiatiedruk ten opzichte van zwaartekracht (de Eddington-limiet). Technologisch zijn proefprojecten zoals IKAROS en LightSail ontwerpen en testen die de praktijk van voortstuwing door stralingsdruk demonstreren.