放射圧
宇宙機の推進機構の一種として提案されているソーラーセイルは太陽からの放射圧を動力として用いる。2005年に惑星協会によって打ち上げられたコスモス1号はソーラーセイルを搭載していた(打ち上げは失敗に終わっている)。2010年にJAXAで打ち上げたIKAROSは世界初のソーラーセイル実証機となった。
一様・等方な放射で満たされた空間の中に置かれた物体の表面に働く放射圧の大きさは、その空間の単位体積当たりの全放射エネルギーの 1/3 に等しい。これは電磁気学・量子力学・熱力学のいずれを用いても、放射自身の性質を仮定することなしに示すことができる。またこれより、放射圧は放射のエネルギー密度と同じ次元を持つことが分かる。
物体が黒体放射にさらされていて放射と物体表面が熱平衡状態にある場合、その放射のエネルギー密度はシュテファン=ボルツマンの法則より、σT / 3c に等しい(ここで σ はシュテファン=ボルツマン定数、c は光速、T は空間の絶対温度)。このエネルギー密度の 1/3 は国際単位系では 6.305×10 T J/(mK) となる。これがパスカルで表した黒体放射の放射圧の大きさとなる。
太陽系を運行する彗星は、核の周囲を取り巻くコマとコマから太陽と反対方向に伸びる尾の構造を持つ。彗星の尾の形成には太陽からの輻射圧が寄与している。通常、彗星の尾には、太陽光の輻射圧で生じる塵の尾と太陽風で生じるイオンの尾(プラズマの尾)の二つが存在する。場合によっては、これらに加えて中性ナトリウムの尾が存在する。
塵の尾は彗星核から放出される塵で形成される。太陽からの重力は塵に引力作用するが、これは塵の体積(質量)、すなわち、塵のサイズのおよそ3乗に比例する。他方、太陽輻射は塵への入射方向に作用するが、これは入射する断面積、すなわち、塵のサイズのおよそ2乗に比例する。したがって、塵のサイズが小さいほど、重力よりも輻射圧が支配的になる。塵は輻射圧で等価的に太陽からの重力が弱まったかのように振舞い、彗星の軌道とは異なる軌道を運動する。そのため、イオンの尾が太陽と反対方向にまっすぐ伸びるのに対し、塵の尾は曲がった形状をとる。
一方、ナトリウムの尾は、彗星核から中性ナトリウム原子が放出された場合、強い輻射圧を受けることによって生じる。ナトリウム原子にはD線と呼ばれる波長589nm付近のスペクトル構造が存在し、この波長の光の吸収、放出を行う。D線は太陽光の吸収スペクトルに相当するため、太陽光中ではD線のスペクトル強度は低下している。したがって、彗星と太陽の相対速度がゼロであるときは、D線による輻射圧は小さい。しかしながら、彗星が太陽に対し、相対速度をもって運動するとき、ドップラー効果により、彗星から見た太陽光の波長はシフトする。そのため、波長がシフトしたD線スペクトルにより、中性ナトリウム原子は強い輻射圧を受ける。