Metodi sperimentali di polvere carica e mobilitazione sulle superfici con l'esposizione a radiazione ultravioletta o plasmi

Airless corpi planetari, come la luna e gli asteroidi, sono ricoperte di particelle di polveri sottili chiamate regolite. Questi corpi senz’aria, a differenza di terra, sono direttamente esposti al plasma del vento solare e radiazione ultravioletta solare (UV), causando la polvere di regolite da imputare. Questi caricati di particelle di polvere possono pertanto essere mobilitate, con soppalco, trasportate, o anche espulso e perso dalla superficie a causa di forze elettrostatiche. Il primo ha suggerito la prova di questo processo elettrostatico era il cosiddetto “orizzonte lunare bagliore”, un bagliore sopra l’orizzonte occidentale osservato poco dopo il tramonto dalla sonda Surveyor 5, 6 e 7 cinque decenni fa (Figura 1a)^{1, 2,3}. È stato ipotizzato che questo bagliore è stato causato dalla luce del sole sparsi fuori dalle particelle di polvere elettrostaticamente con Loft (raggio 5 μm) ad un’altezza di < 1 m sopra la superficie vicino al terminatore lunare^1,2,3. Elettrostaticamente rilasciato polveri sottili è stato anche suggerito di essere responsabile per i bagliori di ray-come raggiungere un’elevata altitudine segnalata il^4,di astronauti Apollo⁵.

Sin da quando queste osservazioni di Apollo, un numero di osservazioni sopra altri corpi senz’aria era inoltre collegati ai meccanismi della mobilitazione di polvere elettrostatica o lofting, quali i raggi radiali nel Saturno anelli^{6,7, 8}, i laghetti di polvere sull’asteroide Eros (Figura 1b)⁹ e cometa 67P¹⁰, le superfici porose indicato dalla fascia principale degli asteroidi spettri¹¹, insolitamente liscia superficie di Saturno ghiacciata Luna Atlas¹²e la regolite al lunar turbinii¹³. Inoltre, la degradazione dei catadiottri laser sulla superficie lunare può essere causata anche dall’accumulo di polvere elettrostaticamente con loft¹⁴.

Studi di laboratorio sono stati in gran parte motivati da queste osservazioni insolito spazio al fine di comprendere i processi fisici della carica di polvere e di trasporto. Mobilitazione di polvere è stato osservato in varie condizioni di plasma, in cui le particelle di polvere sono capannone fuori da un vetro sfera superficie^15,16, levitare in plasma guaine¹⁷e registrata per spostare su entrambi conducendo e isolanti superfici^18,19,20,21. Tuttavia, come particelle di polvere guadagno abbastanza grandi spese da Loft o mobilitato rimasta capita male. Le misurazioni delle accuse su particelle di polvere individuali su una superficie liscia²² e la densità di carica media su una superficie polverosa²³ immersi in plasmi mostrano che le accuse sono troppo piccole per le particelle di polvere con soppalco o mobilitato.

Nelle teorie precedenti^16,24,25, la ricarica è stata considerata soltanto si verificano sullo strato superficiale superiore che è direttamente esposto a UV o al plasma. Spese sono spesso considerate per essere distribuito uniformemente su tutta la superficie polverosa, vale a dire., ogni particella di polvere individuali acquisisce la stessa quantità di carica, descritto dai cosiddetti “carica modello condiviso”¹⁶. Tuttavia, le spese calcolate da questo modello sono molto più piccole rispetto alla forza gravitazionale da solo. Una teoria di fluttuazione di carica che rappresenta il processo stocastico dei flussi di elettroni e ioni al superficie^16,24 Mostra un aumento temporale la forza elettrostatica, ma rimane piccolo in confronto alla forza gravitazionale.

In questa carta, polvere elettrostatica Loft e mobilitazione è dimostrato utilizzando tre recentemente sviluppato esperimenti²⁶, che sono importanti per comprendere il trasporto di polvere sulla regolite di corpi planetari airless. Questi esperimenti sono eseguiti in condizioni di plasma termico con fasci di elettroni, fasci di elettroni solo o radiazioni UV solo. Questi esperimenti dimostrano la validità del sviluppato di recente “patchato modello addebito”^26,27, in cui microcavità formata tra vicini di particelle di polvere sotto la superficie ri-può assorbire l’immagine emessa e/o gli elettroni secondari, generando grande negativo oneri sulle superfici delle particelle di polvere vicine. Le forze repulsive tra queste cariche negative possono diventare abbastanza grandi per mobilitare o sollevare le particelle di polvere.