Méthodes expérimentales de charge de poussière et de mobilisation sur les Surfaces à l’exposition au rayonnement Ultraviolet ou Plasmas

Airless corps planétaires, comme la lune et les astéroïdes, sont recouvertes de fines particules de poussière appelées régolithe. Ces organes airless, contrairement à la terre, sont directement exposés au vent solaire plasmatique et solaires ultraviolets (UV), causant la poussière de régolithe qui seront pratiqués. Ces chargées de particules de poussière peuvent donc être mobilisés, lobées, transportés, voire éjectés et perdus de la surface en raison des forces électrostatiques. Le premier a proposé des preuves de ce procédé électrostatique a été ce qu’on appelle « lueur lunaire horizon », une lueur distincte au-dessus de l’horizon Ouest observé peu après le coucher du soleil, par sonde Surveyor 5, 6 et 7, il y a cinq ans (Figure 1 a)^{1, 2,3}. Il a émis l’hypothèse que cette lueur a été causée par le rayonnement solaire dispersé hors de particules de poussière électrostatiquement lobée (rayon de 5 μm) jusqu’à une hauteur de 1 m < au-dessus de la surface près du terminateur lunaire^1,2,3. Poussières fines électrostatiquement libéré a également été suggéré à l’origine pour les serpentins de ray-comme pour atteindre une altitude élevée, rapportée par les astronautes de Apollo^4,5.

Depuis ces observations Apollo, un certain nombre d’observations sur les autres plans airless ont été également liés aux mécanismes de mobilisation de poussière électrostatique ou traçage, tels que les rayons radiaux dans de la Saturne anneaux^{6,7, 8}, les étangs de la poussière sur l’astéroïde Eros (Figure 1 b)⁹ et comète 67P¹⁰, les surfaces poreuses indiquent de la ceinture principale spectres astéroïdes¹¹, la surface exceptionnellement lisse de Saturne icy moon Atlas¹²et le régolithe les tourbillons lunaire¹³. En outre, la dégradation de la rétroréflecteurs laser sur la surface lunaire peut être causée par l’accumulation de poussière électrostatiquement lobée¹⁴.

Des études en laboratoire ont été en grande partie motivées par ces observations inhabituelles de l’espace afin de comprendre les processus physiques de poussière de charge et de transport. Mobilisation de la poussière a été observée dans diverses conditions de plasma, dans lequel les particules de poussière sont jeter hors d’un verre sphère surface^15,16, fait de la lévitation à plasma gaines¹⁷et enregistré pour déplacer sur conduite et isolants surfaces^18,19,20,21. Cependant, comment les particules de poussière gagner assez grands frais à être lobée ou mobilisés demeure mal comprise. Les mesures des accusations sur les particules de poussière individuels sur une surface lisse²² et la densité moyenne de la charge sur une surface poussiéreuse²³ immergé dans les plasmas montrent que les frais sont beaucoup trop petits pour être lobée ou mobilisés, les particules de poussière.

Dans les théories antérieures^16,24,25, la charge a été seulement considéré se produisent sur la couche de surface qui est directement exposée aux UV ou plasma. Les frais sont souvent considérés comme uniformément répartie sur toute la surface poussiéreuse, i.e., chaque particule de poussière individuels acquiert la même dose de charge, décrit par le soi-disant « partagé le modèle de charge »¹⁶. Toutefois, les frais calculés à partir de ce modèle sont beaucoup plus petits que la force gravitationnelle seule. Une théorie de fluctuation de charge qui prend en compte le processus stochastique des flux d’électrons et d’ions à la surface^16,24 montre une amélioration temporelle dans la force électrostatique, mais il demeure faible par rapport à la force de gravitation.

Dans cet article, traçage de poussière électrostatique et la mobilisation est démontrée en utilisant trois récemment mis au point des expériences²⁶, qui sont importantes pour comprendre le transport de la poussière sur le régolithe des corps planétaires airless. Ces expériences sont réalisées dans les conditions de plasma thermique avec faisceau électrons, faisceau électrons seulement ou rayonnement UV seulement. Ces expériences démontrent la validité de la développée récemment « modèle de charge patché »^26,27, dans laquelle microcavités forment entre voisins sous la surface des particules de poussière peuvent réabsorber la photo émise et/ou les électrons secondaires, générant un grand négatif frais sur les surfaces les voisins des particules de poussière. Les forces de répulsion entre ces charges négatives peuvent devenir assez grandes pour mobiliser ou décoller les particules de poussière.