$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Bezpowietrzne ciała planetarne, takie jak Księżyc i asteroidy, pokryte są drobnymi cząstkami pyłu zwanymi regolitem. Te pozbawione powietrza ciała, w przeciwieństwie do Ziemi, są bezpośrednio wystawione na działanie plazmy wiatru słonecznego i słonecznego promieniowania ultrafioletowego (UV), co powoduje ładowanie pyłu regolitu. Te naładowane cząstki pyłu mogą być zatem mobilizowane, podnoszone, transportowane, a nawet wyrzucane i tracone z powierzchni w wyniku sił elektrostatycznych. Pierwszym sugerowanym dowodem tego procesu elektrostatycznego była tak zwana "poświata horyzontu księżycowego", wyraźna poświata nad zachodnim horyzontem zaobserwowana krótko po zachodzie słońca przez sondy Surveyor 5, 6 i 7 pięć dekad temu (Rysunek 1a)1,2,3. Wysunięto hipotezę, że ta poświata była spowodowana przez światło słoneczne rozproszone od elektrostatycznie wyniesionych cząstek pyłu (promień 5 μm) na wysokość < 1 m nad powierzchnią w pobliżu księżycowego terminatora1,2,3. Sugerowano również, że drobny pył uwalniany elektrostatycznie jest odpowiedzialny za to, że podobne do promieni serpentyny osiągają dużą wysokość, o których donoszą astronauci Apollo4,5.
Od czasu tych obserwacji Apollo, wiele obserwacji innych ciał pozbawionych powietrza było również powiązanych z mechanizmami elektrostatycznej mobilizacji lub unoszenia, takimi jak promieniste szprychy w pierścieniach Saturna6,7,8, zbiorniki pyłu na planetoidzie Eros (Rysunek 1b)9 i kometa 67P10, porowate powierzchnie wskazane przez widma planetoid pasa głównego11, niezwykle gładką powierzchnię lodowego księżyca Saturna Atlas12, oraz regolit w księżycowych wirach13. Ponadto, degradacja retroreflektorów laserowych na powierzchni Księżyca może być również spowodowana przez nagromadzenie elektrostatycznie wyrzuconego pyłu14.
Badania laboratoryjne były w dużej mierze motywowane tymi niezwykłymi obserwacjami kosmicznymi, aby zrozumieć fizyczne procesy ładowania i transportu pyłu. Mobilizację pyłu zaobserwowano w różnych warunkach plazmowych, w których cząsteczki pyłu są zrzucane z powierzchni szklanej kuli15,16, lewitują w osłonach plazmy17 i rejestrują się, aby poruszać się zarówno po powierzchniach przewodzących, jak i izolacyjnych18,19,20,21. Jednak sposób, w jaki cząstki pyłu uzyskują wystarczająco duże ładunki, aby mogły zostać wyniesione lub zmobilizowane, pozostawał słabo poznany. Pomiary ładunków na pojedynczych cząstkach pyłu na gładkiej powierzchni22 oraz średnia gęstość ładunku na powierzchni zapylonej23 zanurzonej w plazmie pokazują, że ładunki są zbyt małe, aby cząstki pyłu mogły zostać wyniesione lub zmobilizowane.
W poprzednich teoriach16,24,25, ładunek był uważany za zachodzący tylko na górnej warstwie powierzchniowej, która jest bezpośrednio wystawiona na działanie promieniowania UV lub plazmy. Często uważa się, że ładunki są rozłożone równomiernie na całej powierzchni pyłu, tj. każda pojedyncza cząstka pyłu uzyskuje taką samą ilość ładunku, opisaną przez tak zwany "model współdzielonego ładunku"16. Jednak ładunki wyliczone z tego modelu są znacznie mniejsze niż sama siła grawitacji. Teoria fluktuacji ładunku, która uwzględnia stochastyczny proces strumieni elektronów i jonów do powierzchni16,24 pokazuje czasowe zwiększenie siły elektrostatycznej, ale pozostaje ono niewielkie w porównaniu z siłą grawitacji.
W tym artykule, elektrostatyczne unoszenie i mobilizacja pyłu jest demonstrowane za pomocą trzech niedawno opracowanych eksperymentów26, które są ważne dla zrozumienia transportu pyłu na regolicie bezpowietrznych ciał planetarnych. Eksperymenty te przeprowadzane są w warunkach plazmy termicznej z wiązką elektronów, tylko wiązką elektronów lub tylko promieniowaniem UV. Eksperymenty te pokazują słuszność niedawno opracowanego "modelu ładunku z łatą"26,27, w którym mikrownęki utworzone między sąsiadującymi cząstkami pyłu pod powierzchnią mogą ponownie absorbować emitowane zdjęcie i/lub elektrony wtórne, generując duże ładunki ujemne na powierzchniach sąsiednich cząstek pyłu. Siły odpychające między tymi ładunkami ujemnymi mogą stać się wystarczająco duże, aby zmobilizować lub oderwać cząsteczki pyłu.