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Métodos experimentales de polvo de carga y la movilización en las superficies con la exposición a la radiación ultravioleta o Plasmas

Published: April 3, 2018 doi: 10.3791/57072
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,2, 1,2, 1,2, 1,2
1Laboratory for Atmospheric and Space Physics, University of Colorado, 2NASA/SSERVI's Institute for Modeling Plasma, Atmospheres and Cosmic Dust

Summary

Polvo de carga y movilización se demostró en tres experimentos de exposición térmica plasma con electrones de haz, haz de electrones sólo o sólo radiación ultravioleta (UV). Estos experimentos presentan la comprensión avanzada de transporte de polvo electrostático y su papel en la conformación de las superficies de los cuerpos planetarios sin aire.

Abstract

Transporte de polvo electrostática ha planteado la hipótesis para explicar un número de observaciones de fenómenos planetarios inusuales. Aquí, se demuestra utilizando tres recientemente desarrollado experimentos en que polvo partículas están expuestas a termal plasma con electrones de haz, haz de electrones sólo o sólo radiación ultravioleta (UV). La fuente de luz UV tiene una banda estrecha de longitud de onda centrada en 172 nm. Los electrones de la viga con la energía del eV 120 se crean con un filamento caliente negativamente sesgado. Cuando la cámara de vacío se llena con el gas argón, se crea un plasma térmico además el haz de electrones. Partículas de polvo aislante de unas pocas decenas de micras de diámetro se utilizan en los experimentos. Las partículas de polvo se registran para ser abuhardilladas hasta unos pocos centímetros de altura con una velocidad de lanzamiento hasta 1 m/s. Estos experimentos demuestran que la emisión foto o secundaria electrones desde una superficie polvorienta cambia el mecanismo de carga de las partículas de polvo. Según el recientemente desarrollado "parches, modelo de carga", los electrones emitidos pueden ser absorbidos nuevamente dentro de microcavidades entre vecinos las partículas de polvo debajo de la superficie, causando la acumulación de cargas negativas mejoradas en el polvo circundante partículas. Las fuerzas repulsivas entre ellos cargan negativamente las partículas pueden ser lo suficientemente grandes para movilizar y elevación de la superficie. Estos experimentos presentan la comprensión avanzada de polvo de carga y transporte sobre superficies polvorientas y sentaron las bases para futuras investigaciones sobre su papel en la evolución de la superficie de cuerpos planetarios sin aire.

Introduction

Cuerpos planetarios sin aire, como la luna y los asteroides, están cubiertos de finas partículas de polvo llamadas regolito. Estos cuerpos sin aire, a diferencia de la tierra, directamente están expuestos a plasma del viento solar y solar (UV) la radiación ultravioleta, que causa el polvo de regolito a cargar. Estas cargado partículas de polvo pueden por lo tanto movilizadas, abuhardilladas, transportadas, o incluso expulsadas y perdidas de la superficie por fuerzas electrostáticas. La primera sugiere evidencia de este proceso electrostático fue el llamado "resplandor del horizonte lunar", una luz distinta sobre el horizonte occidental observada poco después del atardecer por naves espaciales Surveyor 5, 6 y 7 hace cinco décadas (Figura 1a)1, 2,3. Se ha presumido que este resplandor fue causado por la luz solar dispersada apagado de partículas de polvo electrostático tipo loft (5 μm radio) a una altura < 1 m por encima de la superficie cerca del terminador lunar1,2,3. Electrostático lanzado polvo fino también se sugirió para ser responsable de la marca ray-como llegar a una gran altura por los astronautas de Apolo4,5.

Puesto que estas observaciones de Apolo, una serie de observaciones sobre otros cuerpos sin aire también fueron vinculados a los mecanismos de movilización de polvo electrostático o lofting, tales como los rayos radiales en el Saturno anillos6,7, 8, los estanques de polvo en el asteroide Eros (Figura 1b)9 y cometa 67 P10, indicaron las superficies porosas de los espectros asteroides del cinturón principal11, la superficie inusualmente suave de Saturno icy Luna Atlas12y el regolito en los remolinos lunares13. Además, la degradación de los catadióptricos de láser en la superficie lunar puede ser también causada por la acumulación de polvo electrostático tipo loft14.

Estudios de laboratorio han sido en gran parte motivados por estas observaciones inusuales espacio para entender los procesos físicos de la carga de polvo y transporte. Movilización de polvo se ha observado en diversas condiciones de plasma, en el que las partículas de polvo son arrojar apagado de un cristal esfera superficie15,16, levitación en plasma vainas17y grabado para mover tanto en realización como aislante las superficies18,19,20,21. Sin embargo, cómo las partículas de polvo obtener cargos bastante grandes ser abuhardilladas o movilizado seguía siendo mal entendida. Las mediciones de las cargas en partículas individuales sobre una superficie lisa22 y la densidad de carga promedio sobre una superficie polvorienta23 inmerso en plasmas muestran que los cargos son demasiado pequeños para partículas de polvo abuhardilladas o movilizado.

En las teorías anteriores16,24,25, la carga era considerado sólo para ocurrir en la capa superficial que está directamente expuesta a UV o plasma. Los cargos se consideran a menudo para ser distribuido uniformemente sobre toda la superficie polvorienta, es decir., cada partícula de polvo individual adquiere la misma cantidad de carga, descrito por el supuesto "modelo de carga compartida"16. Sin embargo, los cargos calculados a partir de este modelo son mucho menores que la fuerza de la gravedad solamente. Una teoría de la fluctuación de carga que representa para el proceso estocástico de los flujos de electrones e iones a la superficie16,24 muestra una mejora temporal en la fuerza electrostática, pero sigue siendo pequeña en comparación con el fuerza gravitacional.

En este papel, polvo electrostático lofting y movilización se demostró utilizando tres recientemente desarrollado experimentos26, que son importantes para comprender el transporte de polvo en el regolito de cuerpos planetarios sin aire. Estos experimentos se realizan en las condiciones de plasma térmico con electrones de haz, haz de electrones sólo o sólo la radiación ultravioleta. Estos experimentos demuestran la validez de los recientemente desarrollados "parcheado modelo carga"26,27, en que microcavidades forman entre los vecinos de las partículas de polvo debajo de la superficie vuelva a pueden absorber la foto emitida o electrones secundarios, generando grandes cargas en las superficies de las partículas de polvo vecino negativas. Las fuerzas repulsivas entre estas cargas negativas pueden ser lo suficientemente grandes para movilizar o levantar las partículas de polvo.

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Protocol

1. instalación de cámara de vacío

  1. Coloque una hoja de goma aislante (0,2 cm de espesor, 5 cm de diámetro) con un agujero central de 1,9 cm de diámetro en una placa aislante (2 cm de espesor y 20 cm de diámetro) (Figura 2a, b). Aislamiento, forma irregular partículas de polvo (entre 10 y 50 μm de diámetro) en el orificio de carga.
  2. Coloque la placa aislante en un pie de la placa de metal en medio de una cámara de vacío. Aislar eléctricamente a la placa metálica de la cámara usando separadores de cerámica.
  3. Encender las bombas de vacío (una bomba de turbo con una bomba de desbaste mecánica) hasta alcanzar la presión base de ~ 10-6 Torr. Los experimentos que se realizan en un compartimiento vacío cilíndrico de acero inoxidable, 50 cm de diámetro y 28 cm de altura (figura 2C).
  4. Registrar el movimiento de polvo y enmarcado con una cámara de vídeo a una velocidad regular de 30 cuadros/s (fps) o una cámara de alta velocidad (> 2000 fps). Usar una luz LED con la iluminación máxima equivalente a > 500W incandesce luz para producir suficiente luz en las partículas de polvo para grabación de vídeo de buena calidad.
    Nota: La goma es debido a su color oscuro que reduce al mínimo la reflexión de la luz a la cámara. Las partículas de polvo de color claro puede usarse para fotografiar mejor debido al contraste de color a la superficie de la goma oscura. La placa aislante gruesa se utiliza para eliminar el efecto del campo eléctrico entre la superficie de la placa aislante y placa de metal en el polvo de carga y la movilización. En esta demostración, simulador de Marte (JSC-Marte-1 tamizado para el diámetro medio de 38-48 μm, masa densidad de 1,9 g/cm-3 y composición principal de SiO2 28) fueron utilizados, que se asemeja al polvo general regolito de órganos sin aire en el interior sistema solar. También se probaron otros tipos de aislante de partículas de polvo, como simulante lunar (JSC-1), simulante lunar highland (LHT) y polvo de sílice pura.

2. exposición al plasma térmico con los electrones de la viga

  1. Colocar un filamento de tungsteno thoriated (0,1 mm de espesor y ~ 3 cm de largo) a un paso del electrodo e instalarlo en la parte superior de la cámara. Entonces la bomba la cámara hasta la presión de base.
  2. Llenar la cámara de vacío con gas de argón a presión de ~ 0,5 mTorr.
  3. Abra los suministros de energía y ajustar la tensión de bias -120 V para el filamento.
  4. Aumentar el voltaje de calefacción para la calefacción actual ~ 2A hasta la emisión de corriente alcanza un valor deseado (unos pocos mA). Electrones energéticos con la energía del eV 120 se emitirá desde el filamento.
    Nota: Estos electrones de la viga-como principal impactan átomos de argón neutral, haciéndolos ser ionizado y creando un plasma con una temperatura del electrón alrededor de 2 eV. Una gran fracción de los electrones del haz primario alcanza directamente la superficie polvorienta sin colisiones con los átomos neutrales. Las partículas de polvo por lo tanto están expuestas a los electrones plasma y haz ambos termal.
  5. Para mostrar el papel de los electrones del haz energético en el transporte de polvo, use una operación alternativa de crear un plasma térmico sobre las partículas de polvo.
    1. Encienda un filamento alternativo en la parte inferior de la cámara con el voltaje de bias -40 V y emisión de corriente hasta 400 mA (Figura 2a). Los electrones primarios emitidos por el filamento se detendrá por la placa metálica debajo de la placa insultante en el que las partículas de polvo descansan (Figura 2a, b).
    2. Variar la emisión actual para cambiar el campo eléctrico sobre la superficie. Corriente más alta crea mayor densidad de plasma más delgada envoltura y así mayor campo eléctrico.

3. exposición al haz de electrones sólo

  1. Configurar el experimento tal como se describe en el experimento anterior utilizando el filamento superior.
  2. Encienda el filamento superior bajo la presión de base 10-6 Torr (es decir., no alimentados gas argón en la cámara). No plasma se crea mientras que solamente los electrones de la viga del eV 120 emitieron por el filamento Bombardee las partículas de polvo.
  3. Operar el filamento en dos modos diferentes.
    1. Ajustar la tensión de polarización a -120 V, y luego aumentar el voltaje de calefacción hasta que la emisión actual alcanza unos pocos mA.
    2. Aumentar el voltaje de calefacción para alcanzar una calefacción deseada actual ~ 2 A, entonces aumentar el voltaje bias de 0 V gradualmente a -120 V para emitir electrones a una emisión de corriente de unos pocos mA.

4. exposición a la radiación UV sólo

  1. Vuelva a colocar el filamento superior con una lámpara ultravioleta (figura 2b) y vaciado de la cámara a la presión de base. Utilice una lámpara de Osram xenon excimer, que emite la luz de longitud de onda de 172 nm UV. La energía del fotón correspondiente es 7,2 eV, más grande que la función de trabajo de la superficie del polvo (~ 5,5 eV) para emitir fotoelectrones.
    Nota: Se espera más corta longitud de onda UV que irradia fotones de mayor energía para crear más cargos en las partículas de polvo y por lo tanto, más movilización, basado en el modelo de carga parches26,27.
  2. Encender la lámpara Ultravioleta que irradian las partículas de polvo. En la demostración, la irradiación de fotones es 40 mW/cm-2 en la fuente de UV y ~ 16 mW/cm-2 en la superficie polvorienta.

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Representative Results

Un conjunto de experimentos se realizaron con los filamentos de la parte superior o inferior. Con la configuración del filamento superior, se registró el salto de las partículas de polvo (figura 3a). En cambio, las partículas de polvo permanecieron en reposo cuando se utiliza el filamento de la parte inferior. Se ha medido que la vertical campo eléctrico en la superficie era aproximadamente mismo (16 V/cm) en ambos experimentos bajo las condiciones descritas en el protocolo paso 226. Estos resultados indican que la fuerza electrostática debido al campo eléctrico de envoltura no es lo suficientemente grande como para movilizar las partículas de polvo. La única diferencia entre estos dos experimentos es la presencia (usando el filamento superior) o ausencia (con el filamento de la parte inferior) de los electrones de la viga bombardeando la superficie.

Potenciales a través del polvo y fuera de las superficies de goma mide por Wang et al. 26 han demostrado que los electrones secundarios se generaron debido a los bombardeos de los electrones del haz energético mientras que reduce al mínimo en el plasma en el cual los electrones son termalizados. Más importante aún, estas mediciones potenciales han demostrado que la emisión electrónica secundaria se redujo en gran medida en la superficie polvorienta, en comparación con la el sólido superficie26. Esto es probablemente debido a la rugosidad de la superficie que puede volver a absorber los electrones emitidos20,29,30,31,32,33.

Como se describe en el protocolo 3.3.1, electrones secundarios se crean una vez que los electrones de la viga eV 120 emitieron por el filamento alcance la superficie, causando el superficie potencial de subida para ser más positivos que -120 V. En este caso, las partículas de polvo se movilizó y abuhardilladas de la superficie (figura 3b). En 3.3.2, no se registró ningún movimiento de polvo. Se ha medido que la superficie de potencial sigue simplemente el voltaje bias del filamento para convertirse en-120 V26. Esto es porque el voltaje de filamento comienza muy pequeño, es decir. la energía de electrón viga correspondiente es muy baja y la producción secundaria del electrón es casi cero por lo que el potencial superficial es igual a la energía de los electrones de la viga (en eV) para detener a mantener una red de cero corriente en el estado de equilibrio. El incremento de la tensión de filamento es gradual, en comparación con la respuesta del plasma, por lo que el incremento de voltaje es demasiado pequeño para crear cualquier electrones secundarios. Por lo tanto, la superficie potencial sigue el voltaje de filamento, haciendo que los electrones del Haz que se detenga de llegar a la superficie y por lo tanto suprimir la emisión electrónica secundaria. Otra vez, este experimento muestra que la generación de electrones secundarios contribuye significativamente al proceso de carga y transporte de polvo.

El polvo de la lupulización se registró bajo el 172 nm UV radiation (Figura 3C). Una vaina del fotoelectrón se crea sobre la superficie, en la que el campo eléctrico es muy pequeño ~ 0,5 V/cm34. La fuerza electrostática debido al campo eléctrico de vaina es insignificante. Como se muestra por Schwan et al. 27, partículas de polvo tipo loft bajo radiación UV llevan grandes cargas negativas. Este resultado contradice la carga positiva esperada por fotoemisión mientras que está de acuerdo con el "modelo de carga parches" se describe a continuación.

También se realizó la exposición larga de las partículas de polvo bajo la radiación UV. La figura 4 muestra los cambios en la morfología superficial como una función del tiempo. La superficie se vuelve más suave y finalmente aplana hacia fuera, que ofrece un proceso eficiente para los estanques de polvo formado en el asteroide Eros (Figura 1b), por ejemplo.

Los tres experimentos demostrados por encima de espectáculo que de polvo lofting ocurre cuando foto o electrones secundarios son emitidos por una superficie polvorienta, y estos electrones emitidos pueden ser absorbidos nuevamente dentro de la superficie debido a su aspereza. El "parcheado modelo carga" desarrollado por Wang et al. 26 se basaba en estos dos resultados y se repasa brevemente a continuación.

Como se muestra en la figura 5, contrariamente a una superficie sólida lisa, microcavidades se forman entre las partículas de polvo por debajo de una superficie de regolito. Las superficies superior (manchas azules) se cobran por fotoionización debido a la radiación UV o plasma electrones e iones. Hay pequeñas aberturas entre las partículas de polvo en la superficie superior. Algunos de los fotones UV, o electrones y los iones pueden penetrar a través de estas pequeñas aberturas en las partículas de polvo por debajo de la superficie, creando fotoelectrones o electrones secundarios. Muchos de estos electrones emitidos que no se escape y son absorbidos nuevamente dentro de las microcavidad y depósito de cargas negativas en las superficies de las partículas circundantes (manchas rojas).

La carga en las superficie manchas azules es Qb Equation Eb, donde Eb es el campo eléctrico de vaina sobre la superficie del polvo. Los remiendos rojos se encargan de Qr Equation Er, donder es el campo eléctrico dentro de la microcavidad. Eb Equation 1 / λDe, donde λDe la longitud de Debye y de es Er Equation 1/r, donde están es el radio de la partícula de polvo individual, aproximadamente similar al tamaño característico de la microcavidad. Por λDe >> r, Er >> Eb y por lo tanto Qr >> Qb. La carga negativa en gran parte mejorado Qr puede crear un gran suficiente fuerza repulsiva entre dos partículas cargadas negativamente, que expulsa fuera de la superficie. También se observan depósitos de carga grande (del orden de 0,5 μC/m2) dentro de una superficie polvorienta debido a reabsorción de fotoelectrones en una simulación de computadora35. 

Figure 1
Figura 1. Fotos de dos ejemplos de los inusuales fenómenos superficiales relacionadas con el polvo electrostático transporte. el resplandor del horizonte lunar de Surveyor 7 nave3 (foto NASA). (b) finos depósitos de polvo en un cráter, el llamado "estanque del polvo" en el asteroide 433 Eros tomadas por la nave espacial NEAR-Shoemaker del9. Flechas y círculo indican toporgraphies preexistente. La Plaza destaca un estanque pequeño polvo aislado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2. Aparato experimental y configuración. (a) esquema de la instalación experimental de exposición al polvo al térmico de plasma con electrones de haz, haz de electrones sólo o UV radiación solamente26. (b) imagen que muestra la configuración para el experimento de UV dentro de la cámara) y (c) imagen de la cámara de vacío. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3. Imágenes de las trayectorias de polvo tipo loft26. Exposición al plasma (a) eV 120 haz de electrones, (b) 120 eV Haz electrones y radiación UV (c), respectivamente. Un cuadro azul en (a) destaca las trayectorias de las partículas de polvo tipo loft. Un cuadro azul en (c) destaca la trayectoria de una partícula de polvo tipo loft con una vista ampliada. Las partículas de polvo tipo loft son agregados tan grandes como 140 m de diámetro además de partículas individuales (38-45 m de diámetro). Esta figura ha sido modificada desde el papel de Wang et al. 26. por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4. Lapso de tiempo del cambio superficial debido a la mobilización de polvo bajo la radiación UV. La longitud de onda de UV es 172 nanómetro con la irradiación de fotones de 16 mW/cm2 en la superficie polvorienta. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5. Modelo de carga parcheado26. Una microcavidad que se muestra en el centro está formado por los vecinos de las partículas de polvo (círculos grises). Los parches de superficie azul están expuestos a iones o electrones y fotones. Se cargan a Qb y simultáneamente emitir foto o electrones secundarios. Una fracción de estos electrones emitidos son absorbida nuevamente dentro de la microcavidad y se acumulan en las superficie manchas rojas de las partículas de polvo circundantes, cargarlas negativamente a Qr. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

Durante décadas, el problema de transporte de polvo electrostático sobre el regolito de cuerpos privados de aire seguía siendo una incógnita cómo las partículas de polvo de regolito ganan cargos suficientemente grandes para ser movilizado o abuhardilladas. Recientes estudios de laboratorio26,27 ha avanzado fundamentalmente la comprensión de este problema.

Aquí, es demostrados tres experimentos recientemente desarrollados para mostrar polvo carga y movilización en thermal plasma con electrones de haz, haz de electrones sólo o sólo la radiación ultravioleta. El elemento clave en estos experimentos es crear electrones secundarios o fotoelectrones a ser emitida por superficies polvorientas. Como se muestra en el anterior trabajo26, es probable que estos electrones emitidos pueden resultar en cargas negativas en gran parte mayor sobre las partículas de polvo debido a su reabsorción en las microcavidades debajo de la superficie polvorienta. El mecanismo detallado se describe con el recientemente desarrollado y verificado con éxito "parcheado modelo carga" 26,27.

En el paso del protocolo 1 y 2, las partículas de polvo necesitan exponerse directamente para haz de electrones con energías superiores a 100 eV para crear electrones secundarios eficientemente36. La tensión diagonal en el filamento se debe establecer en primer lugar, y luego aumentando el voltaje de calefacción hasta la actual de emisión deseada se alcanza, como se describe en el protocolo 3.3.1. Si las partículas de polvo no se mueve o abuhardilladas, puede indicar que la superficie de polvo potencial sigue la energía del rayo a ser tan negativa que se suprime la creación de electrones secundarios. Esto puede ser causado por un mal funcionamiento en el ajuste de los voltajes de filamento, como se describe en el protocolo 3.3.2.

En protocolo el paso 3, la longitud de onda de la luz UV debe ser 170 nm o menos para que las energías de los fotones UV son significativamente más grandes que la función de trabajo de la superficie del polvo para emitir fotoelectrones eficientemente. Movilización de polvo depende en gran medida las fuerzas cohesivas entre las partículas de polvo, que pueden variar con diferentes composiciones. Simulador de Marte fue demostrado para ser el más fácil de mover.

Estos experimentos demuestran que las partículas de polvo (decenas de micras de diámetro) pueden saltar hasta unos pocos centímetros de altura. Esta altura es equivalente a decenas de centímetros sobre la superficie de la luna, similar a la altura del resplandor del horizonte lunar. No está claro si el brillo es causado por la balística de la lupulización o levitación de partículas de polvo. Estos experimentos sugieren que el anterior es un mecanismo más probable. Fue demostrado que la movilización de polvo electrostático puede conducir a la formación de las superficies lisas, que pueden ser pertinentes a los estanques de polvo formados en el asteroide Eros9 cometa 67 P10y la superficie muy lisa de la Luna helada de Saturno Atlas12.

En conclusión, estos experimentos muestran que transporte de polvo electrostático se espera que juegue un papel importante en la conformación de las superficies de los cuerpos planetarios sin aire y puede ser responsable de una serie de inusuales fenómenos superficiales. Los métodos aquí demostrados abrieron una puerta para estudios más avanzados incluyendo tanto experimento de laboratorio y modelos en el futuro.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Este trabajo fue financiado por el Instituto de NASA/SSERVI Plasma modelado, atmósferas y polvo cósmico (impacto) y por el programa de funcionamiento de sistemas de energía Solar de NASA (número: NNX16AO81G).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Vacuum chamber Any NA
Vacuum electrode feedthrough Lesker EFT0113053
Tungsten filament (0.1 mm thick) Goodfellow W055250 Thoriated
Power supply #1 (0-8V, 3A) Agilent E3610A Or equivalent
Power supply #2 (0-140V, 0.5A) Agilent E3612A Or equivalent
UV lamp Osram XERADEX L40/120/SB-SX48/KF50HV Or equivalent
Dust sample Any Mars or Lunar simulants or other types Irregularly-shaped, sieved, insulating
Insulating plate Any NA Thickness > 1 cm
Rubber sheet Any NA Thickness > 1 mm
Metal plate Any NA
Ceramic stands McMaster 94335A130 1/2" diameter
Video camera (consumer) Panasonic HC-VX870 Or equivalent
Video camera (high-speed) Phantom V2512 > 1000 fps
LED lamp Any NA > 500W Tungsten Equivalent

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References

  1. Criswell, D. R. Horizon-glow and the motion of lunar dust. Photon and Particle Interactions with Surfaces in Space. , Springer. New York. 545-556 (1973).
  2. Rennilson, J. J., Criswell, D. R. Surveyor observations of lunar horizon-glow. Moon. 10 (2), 121-142 (1974).
  3. Colwell, J. E., Batiste, S., Horányi, M., Robertson, S., Sture, S. Lunar surface: Dust dynamics and regolith mechanics. Rev. Geophys. 45, RG2006 (2007).
  4. McCoy, J. E., Criswell, D. R. Evidence for a high latitude distribution of lunar dust. The 5th Proc. Lunar Sci. Conf. , 2991 (1974).
  5. Zook, H. A., McCoy, J. E. Large scale lunar horizon glow and a high altitude lunar dust exosphere. Geophys. Res. Lett. 18 (11), 2117-2120 (1991).
  6. Smith, B. A., et al. Encounter with Saturn - Voyager-1 imaging science results. Science. 212 (4491), 163-191 (1981).
  7. Smith, B. A., et al. A new look at the Saturn system - the Voyager-2 images. Science. 215 (4532), 504-537 (1982).
  8. Mitchell, C. J., Horányi, M., Havnes, O., Porco, C. C. Saturn's spokes: Lost and found. Science. 311 (5767), 1587-1589 (2006).
  9. Robinson, M. S., Thomas, P. C., Veverka, J., Murchie, S., Carcich, B. The nature of ponded deposits on Eros. Nature. 413 (6854), 396-400 (2001).
  10. Thomas, N., et al. Redistribution of particles across the nucleus of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. Astron. Astrophys. 583, A17 (2015).
  11. Vernazza, P., et al. High surface porosity as the origin of emissivity features in asteroid spectra. Icarus. 221 (2), 1162-1172 (2012).
  12. Hirata, N., Miyamoto, H. Dust levitation as a major resurfacing process on the surface of a saturnian icy satellite Atlas. Icarus. 220 (1), 106-113 (2012).
  13. Garrick-Bethell, I., Head, J. W., Pieters, C. M. Spectral properties, magnetic fields, and dust transport at lunar swirls. Icarus. 212 (2), 480-492 (2011).
  14. Murphy, T. W., et al. Long-term degradation of optical devices on the Moon. Icarus. 208 (1), 31-35 (2010).
  15. Sheridan, T. E., Goree, J., Chiu, Y. T., Rairden, R. L., Kiessling, J. A. Observation of dust shedding from material bodies in a plasma. J. Geophys. Res. 97 (A3), 2935-2942 (1992).
  16. Flanagan, T. M., Goree, J. Dust release from surfaces exposed to plasma. Phys. Plasmas. 13 (12), 123504 (2006).
  17. Sickafoose, A. A., Colwell, J. E., Horányi, M., Robertson, S. Experimental levitation of dust grains in a plasma sheath. J. Geophys. Res. 107 (A11), 1408 (2002).
  18. Wang, X., Horányi, M., Robertson, S. Experiments on dust transport in plasma to investigate the origin of the lunar horizon glow. J. Geophys. Res. 114, A05103 (2009).
  19. Wang, X., Horányi, M., Robertson, S. Investigation of dust transport on the lunar surface in a laboratory plasma with an electron beam. J. Geophys. Res. 115, A11102 (2010).
  20. Wang, X., Horányi, M., Robertson, S. Dust transport near electron beam impact and shadow boundaries. Planet. Space Sci. 59 (14), 1791-1794 (2011).
  21. Hartzell, C. M., Wang, X., Scheeres, D. J., Horányi, M. Experimental demonstration of the role of cohesion in electrostatic dust lofting. Geophys. Res. Lett. 40 (6), 1038-1042 (2013).
  22. Wang, X., Horányi, M., Sternovsky, Z., Robertson, S., Morfill, G. E. A laboratory model of the lunar surface potential near boundaries between sunlit and shadowed regions. Geophys. Res. Lett. 34 (16), L16104 (2007).
  23. Ding, N., Wang, J., Polansky, J. Measurement of dust charging on a lunar regolith simulant surface. IEEE Trans. Plasma Sci. 41 (12), 3498-3504 (2013).
  24. Sheridan, T. E., Hayes, A. Charge fluctuations for particles on a surface exposed to plasma. Appl. Phys. Lett. 98 (9), 091501 (2011).
  25. Heijmans, L. C. J., Nijdam, S. Dust on a surface in a plasma: A charge simulation. Phys. Plasmas. 23 (6), 043703 (2016).
  26. Wang, X., Schwan, J., Hsu, H. -W., Grün, E., Horányi, M. Dust charging and transport on airless planetary bodies. Geophys. Res. Lett. 43 (12), 6103-6110 (2016).
  27. Schwan, J., Wang, X., Hsu, H. -W., Grün, E., Horányi, M. The charge state of electrostatically transported dust on regolith surfaces. Geophys. Res. Lett. 44 (7), 3059-3065 (2017).
  28. Allen, C. C., et al. Martian Regolith Simulant JSC-Mars-1. The 29th Lunar and Planetary Science Conference. , Houston, Texas. Abstract # 1690 (1998).
  29. Martin, N. L. S., von Engel, A. The reflection of slow electrons from a soot-covered surface. J. Phys DAppl Phys. 10 (6), 863-868 (1977).
  30. Halekas, J. S., Delory, G. T., Lin, R. P., Stubbs, T. J., Farrell, W. M. Lunar Prospector measurements of secondary electron emission from lunar regolith. Planet. Space Sci. 57 (1), 78-82 (2009).
  31. Wiese, R., Sushkov, V., Kersten, H., Ikkurthi, V. R., Schneider, R., Hippler, R. Behavior of a porous particle in a radiofrequency plasma under pulsed argon ion beam bombardment. New J. Phys. 12, 033036 (2010).
  32. Richterová, I., Nĕmeček, Z., Beránek, M., Šafránková, J., Pavlů, J. Secondary emission from non-spherical dust grains with rough surfaces: Applications to lunar dust. Astrophys. J. 761 (2), 108 (2012).
  33. Ma, Q., Matthews, L. S., Land, V., Hyde, T. W. Charging of aggregate grains in astrophysical environments. Astrophys. J. 763 (2), 77 (2013).
  34. Dove, A., Horányi, M., Wang, X., Piquette, M., Poppe, A. R., Robertson, S. Experimental study of a photoelectron sheath. Phys. Plasmas. 19 (4), 043502 (2012).
  35. Zimmerman, M. I., et al. Grain-scale supercharging and breakdown on airless regoliths. J. Geophys. Res.-Planet. 121 (10), 2150-2165 (2016).
  36. Wang, X., Pilewskie, J., Hsu, H. -W., Horányi, M. Plasma potential in the sheaths of electron-emitting surfaces in space. Geophys. Res. Lett. 43 (12), 525-531 (2016).

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Ciencias ambientales número 134 carga de polvo transporte de polvo electrostático plasma polvoriento fotoelectrones electrones secundarios regolito cuerpos sin aire Luna asteroides procesos superficiales
Métodos experimentales de polvo de carga y la movilización en las superficies con la exposición a la radiación ultravioleta o Plasmas
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Wang, X., Schwan, J., Hood, N., Hsu, … More

Wang, X., Schwan, J., Hood, N., Hsu, H. W., Grün, E., Horányi, M. Experimental Methods of Dust Charging and Mobilization on Surfaces with Exposure to Ultraviolet Radiation or Plasmas. J. Vis. Exp. (134), e57072, doi:10.3791/57072 (2018).

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