Experimentele methoden van stof opladen en mobilisatie op oppervlakken met blootstelling aan ultraviolette straling of plasma 's

Airless planetaire lichamen, zoals de maan en asteroïden zijn bedekt met fijne stofdeeltjes regoliet genoemd. Deze airless organismen, in tegenstelling tot de aarde, zijn rechtstreeks blootgesteld aan plasma van de zonnewind en zonne-ultraviolette (UV) straling, waardoor de stof regoliet ten laste. Deze stofdeeltjes kunnen dus worden gemobiliseerd, lofted, getransporteerd, of zelfs uitgeworpen en verloren van het oppervlak door elektrostatische krachten in rekening gebracht. De eerste suggereerde bewijs van deze elektrostatische proces was de zogenaamde “lunar horizon gloeien”, een aparte gloed boven de westelijke horizon waargenomen kort na zonsondergang door Surveyor 5, 6 en 7 ruimtevaartuig vijf decennia geleden (Figuur 1a)^{1, 2,3}. Het heeft zijn veronderstelde dat dit gloed werd veroorzaakt door zonlicht verstrooid uit uit via een elektrostatisch proces lofted stofdeeltjes (5 μm radius) tot een hoogte < 1 m boven het oppervlak in de buurt van de maan terminator^1,2,3. Elektrostatisch vrijgegeven fijn stof werd geopperd dat verantwoordelijk is voor de ray-achtige wimpels een hooggelegen gemeld door de Apollo-astronauten^4,5te bereiken.

Sinds deze opmerkingen van Apollo, een aantal opmerkingen over andere airless lichaam ook gekoppeld aan de mechanismen van elektrostatische stof mobilisatie of lofting waren, ringen zoals de radiaal spaken in de Saturnus^{6,7, 8}, de stof vijvers op asteroïde Eros (Figuur 1b)⁹ en de Komeet 67 P¹⁰, de poreuze oppervlakken aangegeven van de main-riem asteroïde spectra¹¹, het ongebruikelijk gladde oppervlak van Saturnus van ijzige maan Atlas¹², en de regoliet op de maan wervelingen¹³. Bovendien, kan de afbraak van de retroflectoren van de laser op het maanoppervlak ook worden veroorzaakt door de opeenhoping van stof via een elektrostatisch proces lofted¹⁴.

Laboratoriumonderzoek grotendeels voort uit de opmerkingen van deze ongebruikelijke ruimte om te begrijpen van de fysische processen van het opladen van de stof en transport. Mobilisatie van de stof is waargenomen in verschillende plasma-omstandigheden, waarin zijn stofdeeltjes schuur uit van een glazen bol oppervlakte^15,16, levitated in plasma omhulsels¹⁷, en opgenomen om verder te gaan als dirigent en isolerend oppervlakken^18,19,20,21. Het bleef echter slecht begrepen hoe stofdeeltjes krijgen groot genoeg kosten worden lofted of gemobiliseerd. De metingen van de heffingen op individuele stofdeeltjes op een glad oppervlakte²² en de gemiddelde dichtheid van de lading op een stoffige oppervlak²³ ondergedompeld in plasma’s blijkt dat de kosten veel te klein voor stofdeeltjes worden lofted of gemobiliseerd.

In de voorafgaande theorieën^16,24,25, was het opladen alleen overwogen optreden op de bovenste oppervlakte laag die rechtstreeks is blootgesteld aan UV- of plasma. Kosten worden vaak beschouwd als gelijkmatig worden verdeeld over het gehele oppervlak van de stoffige, dwz., elke afzonderlijke stof deeltjes verwerft de dezelfde hoeveelheid lading, beschreven door de zogenaamde “gedeelde kosten model”¹⁶. Echter, de kosten berekend op basis van dit model zijn veel kleiner dan de zwaartekracht alleen. Een gratis schommelingen theorie die goed is voor de stochastisch proces ten opzichte van de lichtstromen van elektronen en ionen aan het oppervlak^16,24 een tijdelijke verbetering in de elektrostatische force geeft, maar het blijft klein in vergelijking met de zwaartekracht.

In deze paper, wordt elektrostatische stof lofting en mobilisatie gedemonstreerd met behulp van drie onlangs ontwikkeld experimenten²⁶, die van belang zijn voor het begrijpen van de stof vervoer op de regoliet van airless planetaire lichamen zijn. Deze experimenten worden uitgevoerd in de voorwaarden van thermisch plasma met bundel elektronen, bundel elektronen alleen of UV-straling alleen. Deze experimenten tonen de geldigheid van de onlangs ontwikkelde “gepatched gratis model”^26,27, in welke microcavities gevormd tussen naburige stofdeeltjes onder het oppervlak kan opnieuw absorberen de uitgestoten foto en/of secundaire elektronen, het genereren van grote negatieve kosten op de oppervlakken van de naburige stofdeeltjes. De weerzinwekkende krachten tussen deze negatieve ladingen kunnen groot genoeg te mobiliseren of op te heffen uit de stofdeeltjes worden.