Experimentelle Methoden der Aufladung Staub und Mobilisierung auf Oberflächen mit der Exposition gegenüber ultravioletter Strahlung oder Plasmen

Airless Himmelskörper wie Mond und Asteroiden sind mit Feinstaub genannt Regolith bedeckt. Diese airless Körper, im Gegensatz zu Erde, sind direkt ausgesetzt Sonnenwind Plasma und solar Ultraviolett (UV) Strahlung, verursacht den Regolith Staub aufgeladen werden. Diese Rechnung Staubpartikel können daher werden mobilisiert, extrudiert, transportiert, oder sogar ausgeworfen und von der Oberfläche durch elektrostatische Kräfte verloren. Die erste schlug Beweis für elektrostatische dabei war die so genannte “lunar Horizont Glühen”, einen deutlichen Glanz über dem westlichen Horizont beobachtet kurz nach Sonnenuntergang von Surveyor 5, 6 und 7 Raumsonden vor fünf Jahrzehnten (Abbildung 1a)^{1, 2,3}. Es ist vermutet worden, dass dieser Schein durch Sonnenlicht verstreut aus von elektrostatisch erhobene Staubpartikel (5 μm Radius) bis zu einer Höhe < 1 m über der Oberfläche in der Nähe der lunar Terminator^1,2,3verursacht wurde. Elektrostatisch freigesetzte Feinstaub wurde auch vorgeschlagen, für die Ray-wie Luftschlangen erreichen einen hohe Höhe berichtet von den Apollo-Astronauten^4,5verantwortlich.

Seit diese Apollo-Beobachtungen, eine Reihe von Beobachtungen über andere airless Körper auch mit den Mechanismen der elektrostatischen Staub Mobilisierung oder loften, klingt wie die radiale Speichen in des Saturns^{6,7, 8}, der Staub Teiche auf Asteroiden Eros (Abbildung 1 b)⁹ und Kometen 67P¹⁰, porösen Oberflächen angegeben aus dem Main Belt Asteroid Spektren¹¹, die ungewöhnlich glatte Oberfläche des Saturns eisigen Mond Atlas¹², und die Regolith auf der lunar wirbelt¹³. Darüber hinaus kann der Abbau von Laser-Rückstrahler auf der Mondoberfläche auch durch die Ansammlung von Staub elektrostatisch erhobene¹⁴verursacht werden.

Laborstudien haben weitgehend motiviert, durch diese ungewöhnlichen Raum-Beobachtungen um die physikalischen Prozesse der Aufladung Staub zu verstehen und zu transportieren. Staub-Mobilisierung wurde in verschiedenen Plasma Bedingungen beobachtet in der Staubpartikel Schuppen sind aus aus ein Glas Kugel Oberfläche^15,16, schwebte im Plasma Hüllen¹⁷und aufgezeichnet, um sowohl Durchführung und isolierende weiterziehen Oberflächen^18,19,20,21. Wie Staubpartikel zu gewinnen groß genug Gebühren extrudiert oder mobilisiert werden, blieb jedoch schlecht verstanden. Die Messungen der Gebühren auf einzelne Staubpartikel auf einer glatten Oberfläche²² und die durchschnittliche Ladungsdichte auf einer staubigen Oberfläche²³ eingetaucht in Plasmen zeigen, dass die Gebühren sind viel zu klein für Staubpartikel extrudiert oder mobilisiert werden.

In der früheren Theorien^16,24,25die Aufladung nur galt auf der oberen Deckschicht auftreten, die UV- oder Plasma direkt ausgesetzt ist. Gebühren werden oft als gleichmäßig über die gesamte staubige Oberfläche, d.h.verteilt werden., jedes einzelne Staubkorn erwirbt die gleiche Menge kostenlos, durch die so genannte “shared kostenlos Modell”¹⁶beschrieben. Allerdings sind die Gebühren berechnet aus diesem Modell viel kleiner als die Gravitationskraft allein. Eine Ladung Fluktuation Theorie das entfallen der stochastische Prozess der Fluten von Elektronen und Ionen an der Oberfläche^16,24 zeigt eine zeitliche Erweiterung in die elektrostatische Kraft, es bleibt jedoch gering im Vergleich zu den Gravitationskraft.

In diesem Papier wird elektrostatische Staub Extrudieren und Mobilisierung gezeigt, mit drei vor kurzem Experimente²⁶, entwickelt, die wichtig für das Verständnis Staubtransport auf dem Regolith airless Himmelskörper. Unter den Bedingungen der thermischen Plasma mit Elektronen Strahl, Strahl Elektronen nur oder UV-Bestrahlung nur werden diese Experimente durchgeführt. Diese Experimente zeigen die Gültigkeit der neu entwickelten “gepatcht kostenlos Modell”^26,27, in gebildet, welche Ultrakurzimpulse zwischen benachbarten Staubpartikel unter der Oberfläche wieder aufnehmen kann das emittierte Foto und/oder Sekundärelektronen erzeugen große negative Ladungen an den Oberflächen der benachbarten Staubpartikel. Die abstoßenden Kräfte zwischen diesen negativen Ladungen werden groß genug, um zu mobilisieren oder die Staubpartikel abheben.