Waiting
Login processing...

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

Environment

Eksperimentelle metoder for støv lading og mobilisering på overflater med eksponering for ultrafiolett stråling eller 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

Støv lading og mobilisering er demonstrert i tre eksperimenter med eksponering for termisk plasma strålen elektroner, strålen elektroner bare eller ultrafiolett (UV) stråling bare. Disse eksperimentene presentere avansert forståelsen av elektrostatisk støv transport og dens rolle i forming overflater av airless planetenes organer.

Abstract

Elektrostatiske støv transport har vært hypotese for å forklare en rekke observasjoner av uvanlig planetenes fenomener. Det er her vist benytter tre nylig utviklet eksperimenter i som støv partikler er utsatt for termisk plasma strålen elektroner, strålen elektroner bare eller ultrafiolett (UV) stråling bare. UV lyskilden har en smal båndbredde i bølgelengde sentrert på 172 nm. Strålen elektronene med energi av 120 eV opprettes med et negativt partisk varme filament. Når vakuum kammeret er fylt med argongass, opprettes en termisk plasma i tillegg elektronstråle. Isolerende støvpartikler av noen titalls mikrometer i diameter brukes i forsøkene. Støvpartikler registreres for å være lofted til en høyde til noen få centimeter med en lansering hastighet opptil 1 m/s. Disse eksperimentene viser at bilde og/eller sekundær electron utslipp fra en støvete overflate endringer det anklager mekanismen av støvpartikler. Ifølge den nylig utviklede "patched kostnad modell", slippes ut elektroner kan bli re-absorbert i microcavities mellom nærliggende støvpartikler under overflaten, forårsaker akkumulering av forbedret negative kostnader på omkringliggende støv partikler. Frastøtende styrker mellom disse ladet negativt partikler kan være stor nok til å mobilisere og løfte dem opp overflaten. Disse eksperimentene presentere avansert forståelsen av støv lading og transport på støvete overflater, og lagt et fundament for fremtidige undersøkelser av sin rolle i overflaten utviklingen av airless planetenes organer.

Introduction

Airless planetenes organer, som månen og asteroider, er dekket av fine støvpartikler kalt regolith. Disse airless organer, i motsetning til jorden, utsatt direkte for solvinden plasma og solens ultrafiolett (UV) stråling, forårsaker regolith støv skal belastes. Disse belastet støvpartikler kan derfor mobiliserte, lofted, transportert, eller selv kastet og tapt fra overflaten på grunn av elektrostatisk styrker. Først foreslo bevis av denne elektrostatisk prosessen var den såkalte "lunar horisonten glød", en distinkt glød over vestlige horisonten observert etter solnedgang av landmåler 5, 6 og 7 romfartøyet fem tiår siden (figur 1a)1, 2,3. Det har vært en teori om at dette glød skyldes sollys spredt av elektrostatisk lofted støvpartikler (5 μm radius) til en høyde < 1 m over overflaten nær lunar terminator1,2,3. Elektrostatisk utgitt fint støv ble også foreslått for å være ansvarlig for ray-lignende streamere nå en stor høyde rapportert av Apollo astronautene4,5.

Siden disse Apollo observasjoner, en rekke observasjoner over andre airless kroppen var også knyttet til mekanismer for elektrostatisk støv mobilisering eller lofting, ringer som radial eikene i Saturn6,7, 8, støv dammer på asteroide Eros (figur 1b)9 og kometen 67 P10, de porøse overflatene angitt asteroidefamilien asteroide spectra11, uvanlig glatte overflaten av Saturns isete månen Atlas12, og regolith på lunar swirls13. I tillegg kan nedbrytning av laser retroreflectors på månen også skyldes opphopning av elektrostatisk lofted støv14.

Laboratoriestudier har vært i stor grad motivert av disse uvanlige plass observasjoner for å forstå fysiske prosessene av støv lading og transport. Støv mobilisering er observert i ulike plasma forhold, som støvpartikler er kaste av et glass kule overflate15,16, levitated i plasma hylser17og registrert for å flytte på både gjennomføring og isolerende overflater18,19,20,21. Men forble hvordan støvpartikler få stor nok kostnader lofted eller mobilisert dårlig forstått. Målinger av avgifter på individuelle støvpartikler på en jevn overflate22 og gjennomsnittlig kostnad tetthet på en støvete overflate23 i plasmas viser at kostnadene er altfor liten for støvpartikler lofted eller mobilisert.

I tidligere teorier16,24,25, var lading bare vurdert på topp overflatelaget er direkte utsatt for UV eller plasma. Kostnader er ofte betraktet som skal fordeles jevnt over hele støvet overflaten, dvs., hver individuelle støv partikler kjøper samme mengde omkostninger, beskrevet av de såkalte "delte kostnad modell"16. Imidlertid er kostnadene beregnes fra denne modellen mye mindre enn kraft alene. En kostnad svingninger teori som står for stokastiske prosessen med flukser elektroner og ioner til overflaten16,24 viser en timelig forbedring i elektrostatisk force, men det fortsatt lite i forhold til den gravitasjonskraft.

I denne utredningen er elektrostatisk støv lofting og mobilisering demonstrert benytter tre nylig utviklet eksperimenter26, som er viktig for å forstå støv transport på regolith airless planetenes organer. Disse eksperimentene utføres i forhold til termisk plasma med strålen elektroner, strålen elektroner bare eller UV-stråling. Disse eksperimentene viser gyldigheten av nylig utviklede "patched kostnad modell"26,27, i hvilken microcavities dannet mellom nærliggende støvpartikler under overflaten kan re absorbere slippes ut bildet og/eller sekundær elektroner, generere store negativ kostnader på overflater av de nærliggende støvpartiklene. Frastøtende styrker mellom disse negative kan bli stor nok til å mobilisere eller løft av støvpartikler.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. vakuum kammer oppsett

  1. Plassere et isolerende gummiark (0,2 cm tykk, 5 cm i diameter) med et sentralt hull 1,9 cm i diameter på et isolerende plate (2 cm tykk og 20 cm i diameter) (figur 2a, b). Last isolerende, irregularly-formet støvpartikler (mellom 10 og 50 μm i diameter) i hullet.
  2. Plass isolerende platen på en metallplate stående midt i et vakuum kammer. Elektrisk isolere metallplaten fra kammeret med keramiske standoffs.
  3. Slå på vakuumpumper (en turbo pumpe støttet av en mekanisk roughing pumpe) å nå base presset av ~ 10-6 Torr. Demonstrere eksperimenter utføres i en sylindrisk rustfritt stål vakuum kammer, 50 cm i diameter og 28 cm høy (figur 2 c).
  4. Registrere støv bevegelsen og lofting med videokamera på en vanlig hastighet på 30 rammer per sekund (fps) eller en høyhastighets (> 2000 fps) kameraet. Bruke en LED lys med maksimal belysning tilsvarer > 500W incandesce lys å produsere nok belysning på støvpartikler for god kvalitet video opptak.
    Merk: Bruke gummi skyldes mørke fargen som minimerer lyset refleksjon til kameraet. Lyse støvpartikler bør brukes for å bedre fotografere på grunn av fargekontrast til mørk gummi overflaten. Tykk isolerende platen brukes for å fjerne effekten av det elektriske feltet mellom overflaten av isolerende platen og metallplaten på støv lading og mobilisering. I denne demonstrasjonen, Mars simulant (JSC-Mars-1, soldet mener diameteren på 38-48 μm, masse tetthet av 1,9 g/cm-3 og store komposisjon SiO2 28) ble brukt, som ligner de generelle regolith støv airless organer i indre solsystemet. Ulike andre typer isolerende støvpartikler ble også testet, som lunar simulant (JSC-1), lunar simulant highland (LHT) og ren silika støv.

2. eksponering for termisk plasma med strålen elektroner

  1. Knytte en thoriated glødetråd (0,1 mm tykk og ~ 3 cm lang) til en elektrode feedthrough og installere den på kammeret. Pumpe kammeret til base trykket.
  2. Fylle vakuum kammeret med argongass til trykket av ~ 0,5 mTorr.
  3. Slå på strømforsyningene og sett bias spenning-120 V filament.
  4. Øke oppvarming spenningen til oppvarming gjeldende ~ 2A til utslipp gjeldende når en ønsket verdi (noen mA). Energisk elektroner med energi av 120 eV vil bli utsendt fra filament.
    Merk: Disse strålen som primære elektroner påvirke nøytral argon atomer, forårsaker dem til å være ionisert og skape en plasma med et elektron temperaturen rundt 2 eV. En stor andel av primære strålen elektronene når direkte støvet overflaten uten kollisjoner med nøytrale atomer. Støvpartikler derfor utsatt for både de termiske plasma og bjelken elektronene.
  5. Hvis du vil vise den energiske strålen elektroner i støv transport, kan du bruke en alternativ operasjon for å opprette en termisk plasma over støvpartikler.
    1. Slå på et alternativ filament i bunnen av kammeret med bias spenning-40 V og utslipp gjeldende opp til 400 mA (figur 2a). Primære elektronene slippes ut fra filament stoppes av metallplaten under fornærmende platen som støvpartikler hvile (figur 2a, b).
    2. Variere utslipp gjeldende endre det elektriske feltet over overflaten. Høyere aktuelle skaper høyere plasma tetthet, tynnere skjede og dermed større elektrisk felt.

3. utsatt for strålene elektroner bare

  1. Oppsett eksperimentet som beskrevet i ovennevnte eksperimentere med den øverste filament.
  2. Slå på den øverste filament under base press 10-6 Torr (dvs., ingen argongass matet i chamber). Det opprettes ingen plasma mens bare 120 eV strålen elektronene slippes ut fra filament bombardere støvpartikler.
  3. Operere filament i to forskjellige modi.
    1. Angi bias spenning til-120 V, og øke oppvarming spenningen til utslipp gjeldende når noen mA.
    2. Øker oppvarming spenning for å oppnå en ønsket oppvarming gjeldende ~ 2 A, deretter øke bias spenning fra 0 V gradvis å-120 V til avgir elektroner med et utslipp strøm av noen mA.

4. eksponering for UV-stråling

  1. Erstatte den øverste filament med en UV-lampe (figur 2b) og pumpe ned kammeret base press. Bruk en xenon excimer Osram lampen, som slipper ut UV-lyset av 172 nm bølgelengde. Tilsvarende Foton energi er 7,2 eV, større enn funksjonen arbeid av støv overflaten (~ 5,5 eV) for å slippe ut photoelectrons.
    Merk: Kortere bølgelengde UV som utstråler høyere energi fotoner er forventet å skape mer kostnader på støvpartikler og derfor mer mobilisering, basert på de lappet kostnad modell26,27.
  2. Slå på UV-lampe å utstråle støvpartikler. Demonstrasjonen, Foton Irradians er 40 mW/cm-2 på UV kilden og ~ 16 mW/cm-2 på støvete overflaten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Et sett av eksperimenter ble utført med topp- eller bunnverdier filamenter. Med topp filament stilling, hopper til støvpartikler ble registrert (figur 3a). Derimot forble støvpartiklene på resten ved bunnen filament. Det har blitt målt at loddrett elektriske feltet på overflaten var omtrent samme (16 V/cm) i begge eksperimentene under forholdene beskrevet i protokollen trinn 226. Disse resultatene indikerer at elektrostatisk styrken på grunn av det skjede elektriske feltet ikke er stor nok til å mobilisere støvpartikler. Den eneste forskjellen mellom disse to eksperimenter er tilstedeværelse (med den øverste filament) eller fravær (med bunnen filament) av bjelke elektroner bombardere overflaten.

Potensialer over støv og utenfor gummi overflater målt ved Wang et al. 26 har vist at videregående elektroner ble generert på grunn av bombingen av energisk strålen elektronene mens minimert i plasma hvor elektronene er thermalized. Enda viktigere, har disse potensielle mål vist at videregående electron utslipp var hovedsakelig redusert på støvete overflaten, sammenligne som på solid overflate26. Det skyldes sannsyligvis overflateruhet som kan re absorbere slippes ut elektroner20,29,30,31,32,33.

Som beskrevet i protokollen 3.3.1, opprettes videregående elektroner når 120 eV strålen elektronene slippes ut fra filament nå overflaten, forårsaker overflaten potensial til å stige til å bli mer positiv enn-120 V. I dette tilfellet var støvpartiklene mobilisert og lofted fra overflaten (figur 3b). I 3.3.2, ble ingen støv bevegelse registrert. Det har blitt målt at overflaten potensielle bare følger filament bias spenning å bli-120 V26. Dette er fordi filament spenningen starter veldig små, dvs., den tilsvarende strålen elektronet energien er svært lav, og sekundær electron avkastningen er nesten null så overflate potensialet lik energi av bjelke elektronene (i eV) for å stoppe dem opprettholde en null-net strøm på likevekt stat. Angir hvor filament spenningen er gradvis, sammenlignet med plasma svaret, slik at spenningen økningen er for liten til å opprette en sekundær elektroner. Derfor følger overflaten potensielle filament spenningen, forårsaker strålen elektronene stoppes fra å nå overflaten og derfor undertrykke videregående electron utslipp. Igjen, dette eksperimentet viser at generering av sekundær elektroner betydelig bidrar til støv lading og transport prosessen.

Støvet hopper ble innspilt under 172 nm UV stråling (Figur 3 c). En photoelectron skjede opprettes på havoverflaten, der det elektriske feltet er svært liten ~ 0,5 V/cm34. Elektrostatiske styrken på grunn av det skjede elektriske feltet er derfor ubetydelig. Som vist ved Schwan et al. 27, lofted støvpartikler under UV-stråling bære store negative kostnader. Dette resultatet motsier den forventede positive ladningen på grunn av photoemission stund er i samsvar med "lappet kostnad model" beskrevet nedenfor.

Lang eksponering av støvpartikler under UV stråling ble også fremført. Figur 4 viser endringer i overflaten morfologi som en funksjon av tid. Overflaten blir glattere og til slutt flates ut, tilbyr en effektiv prosess for støv dammene dannet på asteroide Eros (figur 1b), for eksempel.

Tre forsøkene vist ovenfor viser at støv lofting oppstår når bilde og/eller sekundær elektroner ut fra en støvete overflate, og disse slippes ut elektroner kan bli re-absorbert i overflaten på grunn av dens ruhet. Den "patched kostnad modell" utviklet av Wang et al. 26 var basert på disse to funnene og vurderes kort nedenfor.

Som vist i figur 5, i motsetning til en glatt solid overflate, dannes microcavities mellom støvpartikler under en regolith overflate. Topp overflater (blå patcher) belastes ved photoionization UV-stråling og/eller plasma elektroner og ioner. Det er små åpninger mellom støvpartikler på overflaten. Noen av UV fotoner, eller elektroner og ioner kan trenge gjennom disse små åpninger på støvpartikler under overflaten, opprette photoelectrons og/eller sekundær elektroner. Mange av disse slippes ut elektroner flykte ikke og re absorberes innenfor microcavity og pant negativ avgifter på overflater av omkringliggende partikler (røde flekker).

På blå overflaten patcher er Qb Equation Eb, der Eb er skjede elektriske feltet over støvet overflaten. Røde flekker belastes Qr Equation Er, der Er er elektriske feltet inne microcavity. Eb Equation 1 / λDe, hvor λDe er Debye lengden mens E-r Equation 1/r, der er er personlige støv partikler radius, omtrent lik karakteristiske størrelsen på microcavity. På grunn av λDe >> r, Er >> Eb og derfor Qr >> Qb. Hovedsakelig forbedret negativ ladning Qr kan skape et stort nok frastøtende kraft mellom to negativt ladde partikler som kaste dem av overflaten. Stor gratis innskudd (på 0,5 μC/m2) i en støvete overflate på grunn av re absorpsjon av photoelectrons er også observert i en datamaskin simulering35. 

Figure 1
Figur 1. Bilder av to eksempler på uvanlig overflaten fenomener relatert til elektrostatisk støv transport. (a) lunar horisonten glød tatt av landmåler 7 romfartøyet3 (NASA foto). (b) fint støv innskudd i et krater, den såkalte "støv dammen" på asteroide 433 Eros tatt av nær-skomaker romfartøyet9. Piler og sirkel angir eksisterende toporgraphies. Square fremhever en liten isolert støv dam. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2. Eksperimentell apparater og oppsett. (a) skjematisk av eksperimentelle oppsett for støv eksponering for en termisk plasma med strålen elektroner, strålen elektroner bare eller UV stråling bare26. (b) bildet viser oppsettet for UV eksperimentet inne i kammeret og (c) bildet av vakuum chamber. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3. Bilder av baner av lofted støv26. Eksponering for (a) plasma med 120 eV stråle elektroner, (b) 120 eV strålen elektroner og (c) UV-stråling, henholdsvis. En blå boks i (a) høydepunkter baner av de lofted støvpartiklene. En blå boks c høydepunkter banen for et lofted støv partikler med en zoomet visning. De lofted støvpartiklene inkluderer aggregater opptil 140 m i diameter foruten enkelte partiklene (38-45 m i diameter). Dette tallet er endret fra papir av Wang et al. 26. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4. Tidsforløp for overflate endring på grunn av støv moblization under UV-stråling. UV bølgelengden er 172 nm med Foton Irradians av 16 mW/cm2 på støvete overflaten. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5. Lappet kostnad modell26. En microcavity vises i midten er dannet av nabolandet støvpartikler (grå sirkler). Blå overflaten patcher er utsatt for fotoner og/eller elektroner og ioner. De er belastet Qb og simultanously avgir bilde og/eller sekundær elektroner. En brøkdel av disse slippes ut elektroner er ang.-absorbert inn i microcavity og samle på rød overflaten flekker av de omkringliggende støvpartiklene, belaste dem negativt Qr. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I flere tiår har forble problemet av elektrostatisk støv transport regolith airless organer et åpent spørsmål hvordan regolith støvpartikler få tilstrekkelig store kostnader å bli mobilisert eller lofted. De senere laboratoriet studier26,27 har fundamentalt avanserte forståelsen av problemet.

Her er det vist tre nylig utviklet eksperimenter å vise støv lading og Mobilisering i termisk plasma med strålen elektroner, strålen elektroner bare eller UV-stråling. Viktig element i disse eksperimentene er å opprette sekundære elektroner eller photoelectrons å bli utsendt fra støvete overflater. Som vist i forrige arbeid26, er det sannsynlig at disse slippes ut elektroner kan resultere i stor grad utvidet negative avgifter på støvpartikler på grunn av deres re absorpsjon i microcavities under støvet overflaten. Detaljert mekanismen er beskrevet med nylig utviklet og vellykket bekreftet "patched kostnad modell" 26,27.

I protokollen trinn 1 og 2, støvpartikler vil være direkte utsatt for overføring elektroner med energier over 100 eV å opprette sekundære elektroner effektivt36. Bias spenning til filament bør settes først, og deretter øker oppvarming spenningen til ønsket utslipp gjeldende nås, som beskrevet i protokollen 3.3.1. Hvis støvpartikler ikke flyttet eller lofted, kan det tyde støvet overflaten potensielle følger stråle energi til å bli så negativ at etableringen av sekundær elektroner er undertrykt. Dette kan være forårsaket av en feil operasjon på sette de filament spenningene, som beskrevet i protokollen 3.3.2.

I protokollen trinn 3, Bølgelengden av UV-lampen skal 170 nm eller kortere slik at energiene av UV fotoner er betydelig større enn funksjonen av støvet overflaten for å avgi photoelectrons effektivt. Støv mobilisering avhenger i stor grad til sammenhengende styrker mellom støvpartikler, som kan variere med ulike komposisjoner. Mars simulant viste seg å være den enkleste å flytte.

Disse eksperimentene viser at støvpartikler (titalls mikrometer i diameter) kan gå til noen få centimeter høy. Denne høyden er tilsvarende titalls centimeter på månen overflaten, ligner på høyden av galskap horisonten gløden. Det er ikke klart om gløden er forårsaket av ballistisk hopper eller levitation av støvpartikler. Disse eksperimentene foreslår at den tidligere en er en mer sannsynlig mekanisme. Det ble vist at elektrostatisk støv mobilisering kan føre til dannelse av glatte flater, som kan være relevante for støv dammene dannet på asteroide Eros9 og kometen 67 P10, og svært glatte overflaten av Saturns isete månen Atlas12.

Avslutningsvis viser disse eksperimentene at elektrostatisk støv transport er forventet å spille en betydelig rolle i forming overflater av airless planetenes organer og kan være ansvarlig for en rekke uvanlige overflaten fenomener. Metodene her åpnet en dør for mer avanserte studier inkludert både laboratory eksperimentet og modellering i fremtiden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av NASA/SSERVI Institutt for modellering Plasma, atmosfærer og kosmisk støv (IMPACT) og NASA solsystemer arbeid programmet (gi nummer: 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

Miljøfag problemet 134 støv lading elektrostatiske støv transport støvete plasma photoelectrons videregående elektroner regolith airless organer månen asteroider overflate prosesser
Eksperimentelle metoder for støv lading og mobilisering på overflater med eksponering for ultrafiolett stråling eller Plasmas
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