Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

Экспериментальные методы взимания пыли и мобилизации на поверхностях с воздействием ультрафиолетового излучения или плазмы

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

Зарядка пыли и мобилизация проявляется в трех экспериментов с воздействием термической плазмы с пучка электронов, пучка электронов только или ультрафиолетового (УФ) излучения только. Эти эксперименты представляют расширенные понимания электрофильтрах пыль транспорта и его роль в формировании поверхности безвоздушного планетных тел.

Abstract

Электрофильтрах пыль транспорта было предположить, чтобы объяснить ряд наблюдений необычных явлений, планетарные. Здесь доказано, что с помощью трех недавно разработали экспериментов, в которых пыли частицы подвергаются термической плазмы с пучка электронов, пучка электронов только или ультрафиолетового (УФ) излучения только. Источник УФ света имеет узкой полосой пропускания в волны, центрированного 172 Нм. Пучка электронов с энергией 120 eV создаются с отрицательно предвзятым горячие накаливания. При вакуумной камеры заполняется газом Аргон, термической плазмы создается помимо электронного луча. Изолирующие частицы пыли несколько десятков микрон в диаметре используются в экспериментах. Частицы пыли записываются поднимаются на высоту до нескольких сантиметров с запуска скорость до 1 м/сек. Эти эксперименты показывают, что фото и/или средних электрона выбросов от пыльной поверхности изменяется механизм зарядки частиц пыли. Согласно недавно разработанных «заплата заряда модель» излучаемых электроны могут повторно всасывается внутри микрорезонаторах между соседними частицами пыли ниже поверхности, вызывая накопления более отрицательных зарядов на окружающие пыли частицы. Отвратительный сил между этими отрицательно заряженные частицы могут быть достаточно большой, чтобы мобилизовать и поднять их с поверхности. Эти эксперименты представляют расширенные понимание пыли зарядки и транспорта на пыльных поверхностях и заложил фундамент для будущего исследования его роли в поверхности эволюции безвоздушного планетных тел.

Introduction

Безвоздушного планетных тел, таких как Луна и астероидов, покрыты тонкой пыли частиц, называемых реголита. Эти безвоздушного органы, в отличие от земли, непосредственно подвергаются воздействию плазмы солнечного ветра и солнечного ультрафиолетового (УФ) излучения, вызывая реголита пыли заряжаться. Эти взимается частицы пыли могут поэтому быть мобилизованы, сечениям, транспортировки, или даже выбрасывается и потерял от поверхности вследствие электростатических сил. Первый предложил доказательств электростатические процесс был так называемый «свечение Луны горизонт», собственный свечение над Западной горизонтом наблюдением инспектора, 5, 6 и 7-ка пять десятилетий тому назад (рис. 1a) вскоре после захода солнца1, 2,3. Предположили, что это свечение было вызвано солнечным светом, рассеян от частиц пыли электростатически сечениям (радиус 5 мкм) на высоту < 1 м над поверхностью вблизи лунного Терминатор1,2,3. Электростатически выпустила мелкодисперсной пыли было также предложено отвечать за Рэй как растяжки, достигая большой высоты сообщил Аполлон астронавтов4,-5.

С тех пор эти наблюдения Аполлон, количество наблюдений над другими безвоздушного органы были также связаны с механизмами мобилизации электрофильтрах пыль или сечениям, таких как радиальные спицы в Сатурн кольца6,7, 8, пыль пруды на астероиде Эрос (рис. 1b)9 и кометы 67 P10, пористых поверхностей указано от главного пояса астероидов спектры11, необычайно гладкой поверхности Сатурна ледяной Луна Атлас12и реголита лунного сучки13. Кроме того деградация светоотражателей лазера на поверхности Луны может быть также вызвано накопление электростатического сечениям пыли14.

Лабораторные исследования были во многом вызваны эти необычные космических наблюдений для понимания физических процессов зарядки пыли и транспорт. Пыль мобилизации наблюдается в различных условиях плазмы, в которых частицы пыли сарай с стеклянной сфере поверхности15,16, поднимаемый в плазме влагалищ17и записал для перемещения на проведение и изоляционные поверхности18,19,,2021. Однако как частицы пыли могут получить достаточно большой обвинения сечениям или мобилизованы оставалась не ясны. Измерения расходов на отдельные пыли на гладкой поверхности22 и средняя плотность заряда на пыльной поверхности23 погружены в плазме показывают, что обвинения являются слишком мал для частиц пыли по сечениям или мобилизованы.

В предыдущих теорий16,24,-25зарядки только считался происходят в верхнем слое поверхности, которая подвержена непосредственному воздействию УФ или плазмы. Обвинения часто считается чтобы быть распределены равномерно по всей поверхности пыльной, т.е., каждый индивидуальный пыли частиц приобретает такое же количество заряда, описанные в так называемой «общий заряд модель»16. Однако обвинения, рассчитанные на основе этой модели гораздо меньше, чем гравитационной силы. Теория колебаний заряда, что приходится стохастический процесс потоков электронов и ионов к поверхности16,24 показывает временное повышение в электростатических сил, но она остается небольшим по сравнению с Гравитационные силы.

В этом документе лофтинг электрофильтрах пыль и мобилизации продемонстрировал с помощью трех недавно разработали26эксперименты, которые являются важными для понимания пыли транспорта на реголита безвоздушного планетных тел. Эти эксперименты проводятся в условиях термической плазмы с пучка электронов, пучка электронов только или УФ-излучения. Эти эксперименты продемонстрировать действенность недавно разработанных «заплата заряда модель»26,27, в котором микрорезонаторах образуются между соседними частицы пыли ниже поверхности может повторно поглощать испускаемого фото и/или вторичных электронов, генерации большой минус расходы на поверхностях соседних частиц пыли. Отвратительный сил между этими отрицательными зарядами может стать достаточно большой, чтобы мобилизовать или поднимите частицы пыли.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Вакуумные камеры установки

  1. Место резины изоляционной (толщиной 0,2 см, 5 см в диаметре) с центральным отверстием 1,9 см в диаметре на теплоизоляционные плиты (толщиной 2 см и 20 см в диаметре) (рис. 2a, b). Загрузите изолирующие, неправильной формы частицы пыли (между 10 и 50 мкм в диаметре) в отверстие.
  2. Поместите теплоизоляционные плиты на металлической пластине стоя в центре вакуумной камере. Электрически изолируйте металлическая пластина из камеры с использованием керамических стоек.
  3. Включите вакуумных насосов (turbo насос, подкрепленные механической черновой насос) для достижения базового давлением ~ 10-6 Торр. Демонстрируя эксперименты в цилиндрических вакуумной камере из нержавеющей стали, 50 см в диаметре и высотой 28 см (рис. 2 c).
  4. Запись движения пыли и сечениям с видео камерой на обычной скоростью 30 кадров в секунду (fps) или высокоскоростной (> 2000 fps) камеры. Используйте светодиодные с максимальной освещенности, эквивалентна > 500W травками света производить достаточное количество освещения на частицы пыли для записи видео хорошего качества.
    Примечание: Использование резины является из-за его темный цвет, который минимизирует отражение света на камеру. Светлого цвета пыли должны использоваться для лучшего фотографирование благодаря цветовой контраст темной резиновые поверхности. Пластину толщиной изоляции используется для устранения эффекта электрического поля между поверхностью изоляционные плиты и металлические плита на пыль зарядки и мобилизации. В этой демонстрации были использованы simulant Марс (АО-Марс-1, котор фильтруют средний диаметр 38-48 мкм, плотность массы 1,9 г/см-3 и основной состав SiO2 28), который напоминает общий реголита пыль безвоздушного органов внутренних Солнечная система. Различные другие виды изоляционных частицы пыли были также протестированы, как лунный simulant (АО-1), лунный simulant горцев ("ЛХТ") и чистого кремнезема пыли.

2. воздействие термической плазмы с пучка электронов

  1. Прикрепить накаливания Вольфрам торированного (толщиной 0,1 мм и ~ 3 см длиной) до проходной электрода и установить его на верхней части камеры. Затем насос камеры до базового давления.
  2. Заполните вакуумной камеры с аргоном с давлением ~ 0,5 mTorr.
  3. Включите питания и установите напряжение смещения -120 V к нити накала.
  4. Увеличение напряжения Отопление Отопление текущий ~ 2A до текущих выбросов достигает желаемого значения (несколько мА). Энергичных электронов с энергией 120 eV будет выделяться из нити накала.
    Примечание: Эти электроны пучка, как первичного воздействия нейтральный аргон атомов, заставляя их быть ионизированный и создание плазмы с температурой электрона вокруг 2 eV. Большая часть основного пучка электронов непосредственно достигает пыльной поверхности без столкновений с нейтральными атомами. Частицы пыли, поэтому подвергаются термической плазмы и пучка электронов.
  5. Чтобы показать роль энергичный пучка электронов в пыли транспорта, используйте альтернативные операции создания термической плазмы выше частицы пыли.
    1. Включить альтернативные накаливания в нижней части камеры с напряжения смещения -40 V и выбросов ток до 400 мА (рис. 2a). Первичных электронов, излучаемый накаливания будет остановлена на металлической табличке ниже оскорбительные пластину, на которой частицы пыли отдых (Рисунок 2а, б).
    2. Изменять текущие изменения электрического поля над поверхностью выбросов. Высокий ток создает более высокой плотности плазмы, тоньше оболочкой и таким образом больше электрическое поле.

3. воздействие пучка электронов только

  1. Настройки эксперимента, как описано в выше эксперимент с использованием верхней нити.
  2. Включите верхней нити под базовой давления 10-6 Торр (т.е., газ аргон не кормили в камере). Не Плазма создается в то время как только электроны пучка 120 eV излучаемый бомбардировать накаливания частиц пыли.
  3. Управлять накаливания в двух различных режимах.
    1. Значение напряжения смещения -120 V, а затем увеличить напряжение Отопление до тех пор, пока текущий выбросов достигает несколько мА.
    2. Увеличение напряжения Отопление для достижения желаемого Отопление текущий ~ 2 A, затем увеличить напряжение смещения от 0 V постепенно к -120 V выпустить электронов с током выбросов в нескольких мА.

4. воздействие УФ-излучения

  1. Замените УФ лампы (рис. 2b) и насос вниз палате на базовый давление верхней нити. Используйте Ксеноновая лампа Osram Эксимер, который испускает свет 172 Нм длины волны УФ. Соответствующей энергии фотона-7.2 eV, больше, чем работа функции поверхности пыли (~ 5,5 eV) для того чтобы излучать фотоэлектронов.
    Примечание: Короткие волны УФ, который излучает больше энергии фотонов, как ожидается, создать более обвинений на частицы пыли и поэтому более мобилизации, основанный на пропатчен заряда модель26,27.
  2. Включите в УФ-лампе излучать частицы пыли. В демонстрации, фотонного излучения-40 МВт/см-2 в источнике УФ и ~ 16 МВт/см-2 на пыльной поверхности.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Набор экспериментов были выполнены с помощью верхней или нижней нити. С установки верхней нити накала, был записан прыжковой частицы пыли (рис. 3a). В противоположность этому частицы пыли оставался в состоянии покоя при использовании нижней нити. Была измерена, что Вертикальное электрическое поле на поверхности примерно же (16 V/см) в обоих экспериментах на условиях, описанных в шаге 2 протокол26. Эти результаты показывают, что электростатический силу оболочка электрическое поле не является достаточно большой, чтобы мобилизовать частицы пыли. Единственное различие между этими двумя экспериментов является присутствие (с помощью верхней нити накала) или отсутствие пучка электронов, бомбардирующих поверхности (с помощью нижней нити).

Потенциалов через пыль и за ее пределами резиновые поверхности измеряется Ван и др. 26 показали, что из-за бомбардировки энергичный пучка электронов при свернут в плазме крови, в котором находятся thermalized электроны были созданы вторичных электронов. Что еще более важно эти потенциальные измерения показали, что средней электрона выбросах во многом был сокращен на пыльной поверхности, сравнение, на твердой поверхности26. Это, вероятно, из-за шероховатости поверхности, которая может повторно поглощать испускаемого электронов20,29,30,,3132,33.

Как описано в протоколе 3.3.1, вторичных электронов создаются после того, как электроны пучка 120 eV излучаемый накаливания достичь поверхности, вызывая поверхности потенциал расти чтобы стать более позитивные, чем -120 V. В этом случае частицы пыли были мобилизованы и сечениям с поверхности (рис. 3b). В 3.3.2 был записан не движение пыли. Была измерена, что поверхность потенциал просто следует напряжения смещения накаливания стать-120 V26. Это потому, что напряжения накаливания начинается очень мала, т.е., соответствующей энергии пучка электронов является очень низким, и электрон средней урожайности почти нулевой так поверхности потенциал равна энергии пучка электронов (в eV) остановить их поддерживать ноль net ток в состояние равновесия. Увеличение напряжения накаливания постепенно, по сравнению с плазмы реакции, так что приращения напряжения слишком мал для создания любых вторичных электронов. Таким образом потенциальные поверхность следует накаливания напряжения, вызывая пучка электронов необходимо остановить от достигающего поверхности и поэтому подавление средней электрона выбросах. Опять же этот эксперимент показывает, что поколение вторичных электронов вносит значительный вклад процесса зарядки и транспорта пыли.

Пыль прыжковой был записан под 172 Нм УФ-излучения (рис. 3 c). Фотоэлектронная оболочка создается над поверхностью, в котором электрическое поле очень маленький ~ 0,5 V/см34. Электростатического силу оболочка электрическое поле поэтому является незначительным. Как показано в Шван и др. 27, создаваемого по сечениям пыль под УФ-излучения нести большие отрицательными зарядами. Этот результат противоречит ожидаемый положительный заряд благодаря фотоэмиссионный время согласуется описанные ниже «заплата заряда модель».

Также была исполнена длительного воздействия частиц пыли под УФ-излучения. Рисунок 4 показывает изменения в поверхности морфологии как функцию от времени. Поверхность становится более гладкой и в конечном итоге выравнивается, предлагая эффективный процесс для пыли прудов, сформированные на астероиде Эрос (рис. 1b), например.

Три эксперименты продемонстрировали выше шоу, которые пыли лофтинг происходит, когда фото и/или вторичных электронов создаются из пыльной поверхности, и эти испускаемого электроны могут повторно покрыть в рамках поверхности из-за его шероховатости. «Заплата заряда модель» разработан Ван и др. 26 была основана на этих двух выводов и кратко рассматривается ниже.

Как показано на рисунке 5, вопреки гладкой твердой поверхности, между частицами пыли ниже реголита поверхности образуются микрорезонаторах. Верхней поверхности (синие пятна) взимается photoionization из-за УФ-излучения и/или плазмы электронов и ионов. Есть небольшие отверстия между частицами пыли на поверхности. Некоторые из УФ фотонов, или ионов и электронов могут проникать через эти небольшие отверстия на частицы пыли ниже верхней поверхности, создавая фотоэлектронов и/или вторичных электронов. Многие из этих испускаемого электронов не бежать и повторно абсорбируются внутри microcavity и депозит отрицательными зарядами на поверхностях окружающие частиц (красные пятна).

Заряд на синей поверхности патчи-Qb Equation Eb, где Eb — оболочка электрическое поле на пыльной поверхности. Красные пятна покрываются Qr Equation Er, гдеr E — электрическое поле внутри microcavity. Eb Equation 1 / λде, где λ-де- длина Дебая при Er Equation 1/r, где находятся отдельные пыли радиус частиц, примерно аналогичны характерным размером microcavity. Из-за λ-де- >> r, Er >> Eb и, следовательно, Qr >> Qb. В значительной степени расширение отрицательный заряд Qr может создать большие достаточно отталкивающей силы между двумя отрицательно заряженные частицы, которые выбрасывает их поверхности. Также большой заряд месторождений (порядка 0.5 μC/м2) в пределах пыльной поверхности из-за повторное поглощение фотоэлектронов наблюдаются в компьютерной симуляции35. 

Figure 1
Рисунок 1. Фотографии из двух примеров необычных поверхностных явлений, связанных с транспортом электрофильтрах пыль. () Лунный горизонт свечение принятые сюрвейера 7 Ка3 (НАСА фото). (b) отлично отложения пыли в кратере, так называемый «пыль пруд» на астероид 433 Эрос, принятые NEAR Shoemaker Ка9. Стрелки и круг указывают на существующие toporgraphies. Площадь основные моменты пруд небольшой изолированной пыли. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2. Экспериментальная аппаратура и установки. (a) схема экспериментальной установки для воздействия пыли для термической плазмы с пучка электронов, пучка электронов только или УФ излучения только26. (b) картинка, показывающая установки для эксперимента УФ внутри камеры и (c) картину вакуумной камеры. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 3
Рисунок 3. Образы траекторий по сечениям пыли26. Воздействия () плазмы с 120 eV пучка электронов, (b) 120 eV пучка электронов и (c) УФ-излучения, соответственно. Синий ящик в (a) основные траектории частиц пыли по сечениям. Синий ящик на (c) освещает траекторию частицы пыли по сечениям с увеличенной зрения. Частицы пыли по сечениям включают агрегатов, как большой, как 140 м в диаметре помимо индивидуальных частиц (38-45 м в диаметре). Эта цифра была изменена из бумаги Wang et al. 26. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 4
Рисунок 4. Промежуток времени поверхности изменения из-за пыли moblization под УФ-излучения. Волны УФ-172 нанометр с фотонного излучения 16 МВт/см2 на пыльной поверхности. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 5
Рисунок 5. Залатанное заряда модель26. Microcavity показан в центре образуется соседних частицы пыли (серые круги). Синей поверхности патчи подвергаются фотонов и электронов и ионов. Они обвиняются в Qb и картов выделяют фото и/или вторичных электронов. Часть этих испускаемого электронов повторно абсорбируются внутри microcavity и накапливаются на поверхности красные пятна окружающих частиц пыли, обвиняя их отрицательно к Qr. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

На протяжении десятилетий проблема транспорта электрофильтрах пыль на реголита безвоздушного органов остается открытым вопрос, как частицы пыли реголита получить достаточно большие сборы стать мобилизация или сечениям. Недавние лабораторные исследования26,27 принципиально достигли понимания этой проблемы.

Здесь это показали три недавно разработанных экспериментов, чтобы показать пыли зарядки и мобилизации в термической плазмы с пучка электронов, пучка электронов только или УФ-излучения. Ключевым элементом в этих экспериментах является создание вторичных электронов или фотоэлектронов испущенным от пыльных поверхностях. Как показано в предыдущей работе26, вполне вероятно, что эти испускаемого электронов может привести к значительной активизации отрицательными зарядами на частицы пыли из-за их повторное поглощение внутри микрорезонаторах ниже пыльной поверхности. Детальный механизм описан с недавно разработали и успешно проверенных «заплата заряда модель» 26,27.

В протоколе шаг 1 и 2, частицы пыли необходимо непосредственно подвергаются пучка электронов с энергией выше 100 eV для создания вторичных электронов эффективно36. Напряжение смещения к нити накала должен быть установлен первым, а затем увеличение напряжения Отопление до желаемого текущих выбросов достигается, как описано в протоколе 3.3.1. Если частицы пыли не перемещаются или сечениям, это может означать, что потенциальные пыли поверхность следует энергии луча, чтобы стать настолько негативным, что создание вторичных электронов подавляется. Это может быть вызвано неправильным операции по настройке накаливания напряжения, как описано в протоколе 3.3.2.

В протоколе шаг 3, длина волны УФ-лампа должна быть 170 Нм или короче, так что энергии фотонов УФ значительно больше, чем функцию работы поверхности пыли для того чтобы эффективно испускают фотоэлектронов. Пыль мобилизации в значительной степени зависит от сплоченной силы между частицы пыли, которые могут меняться с разными составами. Марс simulant было показано, что легче всего двигаться.

Эти эксперименты показывают, что частицы пыли (десятки мкм в диаметре) можно перейти до нескольких сантиметров высокие. Эта высота эквивалентен десятков сантиметров на поверхности Луны, похож на высоту свечения лунным горизонтом. Не ясно ли свечения вызвана баллистических прыжков или левитация частиц пыли. Эти эксперименты показывают, что первая является более вероятным механизмом. Было показано, что мобилизация электрофильтрах пыль может привести к образованию гладкой поверхности, которые могут иметь отношение к пыли прудов, сформированные на астероида Эрос9 и кометы 67 P10, и очень гладкая поверхность ледяной Сатурна Атлас12.

В заключение эти эксперименты показывают, что электрофильтрах пыль транспорта ожидается, будет играть значительную роль в формировании поверхности безвоздушного планетных тел и может нести ответственность за целый ряд необычных поверхностных явлений. Методы, продемонстрировали здесь открыли дверь для более передовых исследований, включая обе лаборатории эксперимента и моделирования в будущем.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана НАСА/SSERVI института для моделирования плазмы, атмосферы и космической пыли (воздействия) и программой НАСА солнечных систем выработок (номер гранта: 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

Tags

Науки об окружающей среде выпуск 134 пыль зарядки электрофильтрах пыль транспорта пыльной плазмы фотоэлектронов вторичных электронов реголита безвоздушного органов Луны астероиды процессы на поверхности
Экспериментальные методы взимания пыли и мобилизации на поверхностях с воздействием ультрафиолетового излучения или плазмы
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter