Summary
شحن الغبار وتعبئة يتجلى في ثلاث تجارب مع التعرض للبلازما الحرارية مع شعاع الإلكترونات، وشعاع الإلكترونات فقط، أو الأشعة فوق البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية) الإشعاع فقط. هذه التجارب الحالية فهم متقدم للنقل الكهربائي الغبار ودورها في تشكيل أسطح لوحة الهيئات الكواكب.
Abstract
وقد تم الافتراض النقل الكهربائي الغبار لشرح عدد من الملاحظات للظواهر الكوكبيه غير عادية. وهنا، ثبت مؤخرا باستخدام ثلاثة وضعت تجارب في الغبار التي تتعرض جزيئات للبلازما الحرارية مع شعاع الإلكترونات، وشعاع الإلكترونات فقط، أو الأشعة فوق البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية) الإشعاع فقط. مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية وقد عرض النطاق ترددي ضيق في الطول الموجي تركزت في 172 شمال البحر الأبيض المتوسط. شعاع الإلكترونات بالطاقة من 120 eV يتم إنشاؤها بواسطة خيوط ساخنة متحيزة سلبيا. عندما يتم تعبئة فراغ الغرفة بغاز الأرجون، يتم إنشاء بلازما حرارية بالإضافة إلى شعاع الإلكترون. ذرات الغبار العازلة لبضع عشرات من ميكرون في القطر المستخدمة في التجارب. وتسجل ذرات الغبار تكون lofted إلى ارتفاع يصل إلى بضعة سنتيمترات مع سرعة إطلاق ما يصل إلى 1 م/ثانية. هذه التجارب تثبت أن الانبعاثات صور و/أو الإلكترونات الثانوية من سطح متربة تغييرات إليه الشحن من ذرات الغبار. وفقا وضعت مؤخرا "مصححة نموذج المسؤول"، يمكن إعادة استيعاب الإلكترونات المنبعثة داخل ميكروكافيتيس بين ذرات الغبار المجاورة تحت السطح، تسبب تراكم الاتهامات السلبية المحسنة على الغبار المحيطة جسيمات. سلبا على اتهم قوات بغيضة بين هذه الجزيئات قد تكون كبيرة بما يكفي تعبئة ويقلع منها على السطح. هذه التجارب المتقدمة فهم الغبار الشحن والنقل على الأسطح المغبرة، وأرست أساسا لإجراء تحقيقات في المستقبل لدورها في تطور الهيئات الكواكب لوحة السطحية.
Introduction
لوحة الهيئات الكواكب، مثل القمر والكويكبات، مغطاة بذرات الغبار الدقيقة تسمى الحتاتي. هذه الهيئات لوحة، خلافا للأرض، يتعرض مباشرة لبلازما الرياح الشمسية، والطاقة الشمسية البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية)، مما تسبب الغبار الحتاتي إلى توجيه الاتهام. واتهم هذه ذرات الغبار قد ولذلك سيتم تعبئة، lofted، نقلها، أو حتى طرد وفقدت من على سطح الأرض بسبب القوى الكهربائي. اقترح الأول دليل على هذه العملية الالكتروستاتيكي هو ما يسمى "وهج الأفق القمري"، وتوهج متميزة فوق الأفق الغربي لاحظ بعد فترة وجيزة من غروب الشمس بالمركبة الفضائية المساحين 5 و 6 و 7 قبل خمسة عقود (الشكل 1a)1، 2،3. وقد تم الافتراض أن توهج هذا سببه أشعة الشمس المتناثرة قبالة من ذرات الغبار lofted الكهربية الاستاتية (دائرة نصف قطرها 5 ميكرومترات) إلى ارتفاع < 1 متر فوق السطح القرب المنهي القمرية1،2،3. كما اقترح الكهربية الاستاتية المفرج عنهم الغبار الناعم تكون مسؤولة عن لافتات مثل رأي تصل إلى ارتفاع عال وأفادت بأن رواد فضاء أبولو4،5.
منذ ذلك الحين هذه الملاحظات أبولو، عددا من الملاحظات على هيئات لوحة أخرى كانت أيضا مرتبط إلى آليات تعبئة الغبار الالكتروستاتيكي أو lofting، مثل أشعة شعاعي في زحل حلقات76،، 8، وأحواض الغبار على الكويكب إيروس (الشكل 1b)9 والمذنب P 6710، وأشارت إلى الأسطح المسامية من الأطياف الرئيسية-حزام الكويكبات11، سطح أملس غير عادي من زحل الجليدية القمر أطلس12، الحتاتي في الدوامات القمرية13. وبالإضافة إلى ذلك، قد يكون سبب تدهور ريتروريفليكتورس ليزر على سطح القمر أيضا بتراكم الغبار lofted الكهربية الاستاتية14.
الدراسات المختبرية التي دفعت إلى حد كبير بهذه الملاحظات مساحة غير عادية من أجل فهم العمليات الفيزيائية من الغبار الشحن والنقل. وقد لوحظ حشد الغبار في مختلف ظروف البلازما، التي هي تسليط جسيمات الغبار قبالة من زجاج مجال سطحية15،16، مرفوع في البلازما مانعات17، وسجلت للتحرك في كل إجراء والعزل الأسطح18،19،،من2021. ومع ذلك، كيفية اكتساب جزيئات الغبار رسوم كبيرة بما يكفي تكون lofted أو تعبئة بقيت غير مفهومة. قياسات التهم على جزيئات غبار الفردية على سطح سلاسة22 ومتوسط كثافة التهمة على سطح مغبر23 منغمسين في البلازما تظهر أن التهم الموجهة إليه قليلة جداً لذرات الغبار lofted أو تعبئة.
في24،النظريات السابقة16،25، تقاضي فقط اعتبر تحدث في الطبقة السطحية العليا التي يتعرض مباشرة للأشعة فوق البنفسجية أو البلازما. غالباً ما تعتبر اتهامات توزع موحدا على كامل سطح المغبرة، أي.، كل الجسيمات الغبار الفردية يكتسب نفس القدر من التهمة، الموصوفة بما يسمى '' المشتركة نموذج تهمة ''16. ومع ذلك، التهم محسوبة من هذا الطراز أصغر بكثير من قوة الجاذبية وحدها. نظرية تقلب تهمة أن حسابات للعملية العشوائية للتدفقات من الإلكترونات والايونات على سطح16،24 يظهر تعزيز الزمانية في القوة الكهربائية، ولكنها لا تزال صغيرة بالمقارنة قوة الجاذبية.
في هذه الورقة، يتجلى lofting الغبار الالكتروستاتيكي وتعبئة استخدام ثلاثة مؤخرا نمواً26من التجارب، التي هي هامة لفهم النقل الغبار على الحتاتي لوحة الهيئات الكواكب. وتجري هذه التجارب في ظروف البلازما الحرارية مع شعاع الإلكترونات، وشعاع الإلكترونات فقط أو إشعاع الأشعة فوق البنفسجية فقط. هذه التجارب تثبت صحة وضعت مؤخرا "نموذج رسوم مصححة"26،27، وفي ميكروكافيتيس التي تشكلت بين المجاورة ذرات الغبار تحت السطح يمكن إعادة استيعاب الصورة المنبعثة و/أو سلبية الإلكترونات الثانوية، توليد كبير التهم على أسطح جزيئات غبار المجاورة. قوات بغيضة بين هذه الاتهامات السلبية يمكن أن تصبح كبيرة بما يكفي تعبئة أو يقلع ذرات الغبار.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1-فراغ الغرفة الإعداد
- ضع ورقة مطاط عازلة (0.2 سم وقطرها 5 سم) مع وجود ثقب مركزي 1.9 سم في القطر على صفيحة عازلة (2 سم وقطرها 20 سم) (الشكل 2 أ، ب). تحميل العازلة، على شكل غير منتظم من ذرات الغبار (بين 10 و 50 ميكرومتر في القطر) في الحفرة.
- ضع اللوحة العازلة على لوحة معدنية دائمة في وسط فراغ غرفة. كهربائياً عزل لوحة معدنية من الدائرة باستخدام السيراميك المواجهات.
- قم بتشغيل مضخات التفريغ (مضخة التوربينية مدعومة بمضخة ميكانيكية التخشين) للوصول إلى ضغط قاعدة ~ 10-6 عربة. تبين التجارب التي تجري في أسطواني فراغ غرفة الفولاذ المقاوم للصدأ، 50 سم وقطرها 28 سم (الشكل 2 (ج)).
- تسجيل حركة الغبار و lofting مع كاميرا فيديو بسرعة 30 لقطة/ثانية (fps) عادية أو كاميرا عالية السرعة (> 2000 إطارا في الثانية). استخدم على ضوء الصمام مع الإضاءة كحد أقصى يعادل > إينكانديسسي 500W الضوء لإنتاج إضاءة كافية على ذرات الغبار لتسجيل الفيديو عالية الجودة.
ملاحظة: استخدام المطاط بسبب لونه الداكن تقلل انعكاس الضوء إلى الكاميرا. ينبغي أن تستخدم ذرات الغبار الفاتحة لتصوير أفضل بسبب تباين الألوان على سطح المطاط الظلام. يتم استخدام لوحة عازلة سميكة للقضاء على تأثير الحقل الكهربائي بين سطح اللوحة العازلة ولوحة معدنية على الغبار الشحن والتعبئة. في هذا العرض التوضيحي، استخدمت اسم المريخ (JSC-المريخ-1، غربلة للقطر يعني من 38-48 ميكرومتر، وكثافة كتلة من 1.9 غرام/سم-3 وتكوين الرئيسية SiO2 28)، الذي يشبه الغبار الحتاتي العامة من الهيئات لوحة في الداخلية النظام الشمسي. تم اختبار مختلف أنواع أخرى من عزل جزيئات الغبار أيضا، مثل إطلاق قمري (JSC-1)، وإطلاق قمري المرتفعات (LHT)، وغبار السليكا النقي.
2-التعرض للبلازما الحرارية مع شعاع الإلكترونات
- نعلق خيوط تنغستن ثورياتيد (0.1 مم و ~ طولها 3 سم) فيدثرو كهربائي وتثبيته على رأس الدائرة. ثم مضخة الدائرة وصولاً إلى الضغط الأساسي.
- ملء فراغ الغرفة بغاز الأرجون للضغوط ~ متور 0.5.
- بدوره على إمدادات الطاقة وتعيين الجهد التحيز-120 الخامس للشعيرة.
- زيادة الجهد تدفئة للتدفئة الحالية ~ 2A حتى تصل الانبعاثات الحالية إلى قيمة المطلوبة (ماجستير قليلة). وسوف تنبعث الإلكترونات النشطة مع طاقة 120 eV من الشعيرة.
ملاحظة: هذه الإلكترونات الأولية مثل شعاع تأثير ذرات الأرجون محايدة، مما يسبب لهم لتكون المتأين وخلق بلازما مع درجة حرارة الإلكترونات حوالي 2 eV. جزء كبير من الإلكترونات الشعاع الابتدائي تصل مباشرة إلى سطح المتربة دون التصادم مع ذرات محايدة. ولذلك تتعرض ذرات الغبار لكلا الحرارية البلازما وشعاع الإلكترونات. - لإظهار دور نشطة شعاع الإلكترونات في نقل الغبار، استخدم عملية بديلة لخلق بلازما حرارية أعلاه ذرات الغبار.
- قم بتشغيل خيوط بديلة في الجزء السفلي من الدائرة مع الجهد التحيز-40 الخامس والانبعاثات الحالية تصل إلى 400 mA (الشكل 2a). سيتم إيقاف الإلكترونات الأولية المنبعثة من الشعيرة بصفيحة معدنية أسفل اللوحة إهانة التي تستند إليها ذرات الغبار (الشكل 2 أ، ب).
- تختلف الانبعاثات الحالية لتغيير الحقل الكهربائي فوق السطح. ينشئ الحالي أعلى أعلى كثافة البلازما، وغمد أرق، وبالتالي أفسح المجال الكهربائي.
3-التعرض لأشعة الإلكترونات فقط
- إعداد التجربة كما هو موضح في التجربة المذكورة أعلاه باستخدام خيوط الأعلى.
- بدوره على خيوط الأعلى تحت ضغط القاعدة 10-6 ميلليمتر زئبق (أي.، أي غاز الأرجون بنك الاحتياطي الفيدرالي في الدائرة). يتم إنشاء لا البلازما بينما فقط 120 eV شعاع الإلكترونات المنبعثة من قصف الشعيرة ذرات الغبار.
- وتعمل الشعيرة في وضعين مختلفين.
- تعيين الجهد التحيز إلى-120 الخامس، ثم زيادة الجهد تدفئة حتى تصل الانبعاثات الحالية إلى اماه قليلة.
- زيادة الجهد تدفئة للوصول إلى تدفئة المطلوبة الحالي ~ 2 A، ثم قم بزيادة الجهد التحيز من 0 الخامس تدريجيا إلى-120 الخامس تنبعث الإلكترونات مع تيار انبعاثات من mA قليلة.
4-التعرض للأشعة فوق البنفسجية فقط
- استبدال الشعيرة أعلى مع مصباح الأشعة فوق البنفسجية (الشكل 2b) ومضخة أسفل قاعة لضغط قاعدة. استخدام مصباح زينون اوسرام الهيجان، التي تنبعث الأشعة فوق البنفسجية الخفيفة من الطول الموجي نانومتر 172. طاقة فوتون المطابق هو 7.2 eV، أكبر من مهمة العمل على السطح الغبار (~ 5.5 eV) كي تنبعث منها فوتوليكترونس.
ملاحظة: من المتوقع أقصر طول موجه الأشعة فوق البنفسجية الذي يشع أعلى الطاقة الفوتونات لإنشاء رسوم أكثر على ذرات الغبار وذلك تعبئة أكثر، استناداً إلى تهمة مصححة النموذجي26،27. - قم بتشغيل مصباح الأشعة فوق البنفسجية لتشع جزيئات الغبار. في التظاهرة، الإشعاع الفوتوني 40 ميغاواط/سم-2 مصدر الأشعة فوق البنفسجية و ~ 16 ميغاواط/سم-2 على سطح مغبر.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
أجريت مجموعة من التجارب باستخدام خيوط أعلى أو أسفل. مع الإعداد أعلى الشعيرة، قفز من ذرات الغبار تم تسجيلها (الشكل 3a). في المقابل، ظلت ذرات الغبار في الراحة عند استخدام خيوط السفلي. وقد تم قياس أن الحقل الكهربائي العمودي على السطح نفسه (16 V/سم تقريبا) في كل التجارب حسب الشروط الموضحة في الخطوة 2 بروتوكول26. تشير هذه النتائج إلى أن القوة الكهربائي بسبب المجال الكهربائي غمد ليست كبيرة بما يكفي لتعبئة جزيئات الغبار. والفرق الوحيد بين هذه التجربتين هو وجود (باستخدام خيوط العلوي) أو غياب (باستخدام خيوط السفلي) شعاع الإلكترونات قصف على السطح.
الإمكانات عبر الغبار وخارج السطوح المطاطية التي تقاس وانغ وآخرون. وقد أظهرت 26 أن الإلكترونات الثانوية تولدت نتيجة لقصف الإلكترونات شعاع النشطة أثناء تصغير في البلازما التي هي ثيرماليزيد الإلكترونات. الأهم من ذلك، أثبتت هذه القياسات المحتملة أن انبعاث الإلكترونات الثانوية قد خفض إلى حد كبير على السطح المغبرة، مقارنة بالتي على سطح صلب26. ومن المرجح بسبب خشونة السطح الذي يمكن إعادة امتصاص الإلكترونات المنبعثة20،،من2930،31،،من3233.
كما ورد في البروتوكول 3.3.1، يتم إنشاء الإلكترونات الثانوية مرة واحدة 120 eV شعاع الإلكترونات المنبعثة من الوصول إلى خيوط على السطح، مما تسبب في السطحية يمكن أن ترتفع لتصبح أكثر إيجابية من-120 الخامس. وفي هذه الحالة، عبأت ذرات الغبار و lofted من على سطح الأرض (الشكل 3b). وسجلت في 3.3.2، أي حركة الغبار. وقد تم قياس أن السطح المحتملة ببساطة يتبع الجهد الشعيرة التحيز لتصبح-120 الخامس26. هذا بسبب الجهد الشعيرة يبدأ صغير جداً، أي. والمقابلة شعاع الإلكترون طاقة منخفضة جداً والعائد إلكترون الثانوية ما يقرب من الصفر حيث تساوي الإمكانات السطحي لطاقة الإلكترونات شعاع (في eV) لوقفها على الإبقاء على حالية صفر-نت في حالة التوازن. زيادة الجهد الشعيرة بشكل تدريجي، مقارنة بالبلازما استجابة لذلك، حيث أن زيادة الجهد صغير جداً لإنشاء أي الإلكترونات الثانوية. ولذلك، يتبع السطح المحتملة الجهد الشعيرة، مما تسبب في شعاع الإلكترونات يمنع من الوصول إلى السطح وقمع ذلك انبعاث الإلكترونات الثانوية. وتبين هذه التجربة مرة أخرى، أن توليد الإلكترونات الثانوية يسهم إسهاما كبيرا في عملية الشحن والنقل الغبار.
وسجلت الغبار قفز تحت إشعاع الأشعة فوق البنفسجية نانومتر 172 (الشكل 3 ج). يتم إنشاء غمد النانومترية فوق السطح، والذي مجال كهربائي صغير جداً ~ 0.5 سم ت/34. ولذلك لا يكاد القوة الكهربائي بسبب المجال الكهربائي غمد. كما هو موضح شوان وآخرون. 27، ذرات الغبار lofted تحت الأشعة فوق البنفسجية تحمل رسوم سلبية كبيرة. هذه النتيجة تتعارض مع هذا الاتهام الإيجابية المتوقعة بسبب فوتوميشن حين يتم الاتفاق مع '' نموذج رسوم مصححة '' الوارد وصفها أدناه.
وأجرى أيضا التعرض الطويل من ذرات الغبار تحت الأشعة فوق البنفسجية. ويبين الشكل 4 التغييرات في مورفولوجية السطح كدالة للزمن. يصبح أكثر سلاسة السطح وتسوية في نهاية المطاف، تقدم عملية فعالة للأحواض الغبار شكلت الكويكب إيروس (الشكل 1b)، على سبيل المثال.
ثلاث تجارب تبين أعلاه تظهر أن الغبار lofting يحدث عندما تنبعث صور و/أو الإلكترونات الثانوية من سطح مغبرة، ويمكن أن تستوعب هذه الإلكترونات المنبعثة إعادة داخل السطح بسبب خشونة. "مصححة نموذج تهمة" وضعتها وانغ وآخرون. استناداً إلى هذه النتائج اثنين 26 وهو استعرض بإيجاز أدناه.
كما هو موضح في الشكل 5، خلافا لسطح صلب أملس، تتشكل ميكروكافيتيس بين ذرات الغبار تحت سطح الحتاتي. يتوجب السطوح العلوي (بقع زرقاء) التي فوتويونيزيشن بسبب الأشعة فوق البنفسجية و/أو بلازما الإلكترونات والايونات. وهناك فتحات صغيرة بين ذرات الغبار على السطح العلوي. يمكن اختراق بعض الفوتونات فوق البنفسجية، أو الإلكترونات والايونات من خلال هذه الفتحات الصغيرة على ذرات الغبار تحت السطح العلوي، خلق فوتوليكترونس و/أو الإلكترونات الثانوية. العديد من هذه الإلكترونات المنبعثة لم يتمكنوا من الفرار، ويتم إعادة استيعابها داخل ميكروكافيتي وإيداع الرسوم السلبية على أسطح الجسيمات المحيطة بها (بقع حمراء).
التهمة على البقع السطحية الأزرق سب 
هبهب فيها الحقل الكهربائي غمد فوق سطح المغبرة. يتوجب البقع الحمراء إلى Qr Er، حيث Er هو الحقل الكهربائي داخل ميكروكافيتي. هب 1/λدي، حيث λدي هو طول ديباي بينما هص 1/r، حيث يتم هو radius الجسيمات الغبار الفردية، مماثلة تقريبا لحجم المميزة ميكروكافيتي. بسبب λدي >> r، Er >> هب وبالتالي Qr >> سب. قد خلق شحنة سالبة المحسنة إلى حد كبير Qr كبيرة ما يكفي من القوة مثيرة للاشمئزاز بين الجسيمات المشحونة سلبا على اثنين، التي يقذف بها خارج السطح. كما لوحظت الودائع تهمة كبيرة (بما يقارب 0.5 μC/م2) داخل سطح مغبر بسبب إعادة امتصاص فوتوليكترونس في محاكاة كمبيوتر35.
رقم 1. صور مثالين للظواهر السطحية غير عادية تتصل بالنقل الغبار الالكتروستاتيكي. (أ) توهج الأفق القمري اتخذتها 7 مساح المركبة الفضائية3 (ناسا الصور). (ب) بشكل جيد رواسب الغبار في حفرة، ما يسمى "بركة الغبار" على الكويكب 433 إيروس اتخذتها المركبة الفضائية الاسكافي الأدنى9. تبين الأسهم ودائرة توبورجرافيس الموجودة من قبل. ويبرز ساحة بركة صغيرة معزولة غبار. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 2. جهاز تجريبي والإعداد- (أ) التخطيطي للإعداد التجريبية للتعرض للغبار لبلازما حرارية مع شعاع الإلكترونات، شعاع الإلكترونات فقط أو إشعاع الأشعة فوق البنفسجية فقط26. (ب) صورة تظهر الإعداد للتجربة الأشعة فوق البنفسجية داخل الصورة الدائرة و (ج) الدائرة فراغ. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3. صور لمسارات الغبار lofted26. التعرض إلى (أ) البلازما مع 120 eV شعاع الإلكترونات والإلكترونات شعاع eV (ب (120 (ج (الأشعة فوق البنفسجية، على التوالي. مربع أزرق في (أ) يسلط الضوء على مسارات الجسيمات الغبار lofted. مربع أزرق في (ج) يسلط الضوء على مسار الجسيمات الغبار lofted مع طريقة عرض zoomed. ذرات الغبار lofted تشمل مجاميع كبيرة كما أنها 140 م في القطر إلى جانب الجسيمات الفردية (38-45 م في القطر). تم تعديل هذا الرقم من الورقة بواسطة وانغ et al. 26- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4. الفاصل الزمني تغير السطح بسبب موبليزيشن الغبار تحت إشعاع الأشعة فوق البنفسجية- طول موجه الأشعة فوق البنفسجية هو 172 شمال البحر الأبيض المتوسط مع الإشعاع الفوتوني 16 ميغاواط/سم2 في السطح المغبرة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 5. نموذج رسوم مصححة26. ميكروكافيتي هو مبين في المركز يتكون من ذرات الغبار (دوائر رمادية) المجاورة. بقع زرقاء السطحية تتعرض للفوتونات أو الإلكترونات والايونات. وهي مكلفة إلى سب وينبعث سيمولتانوسلي صور و/أو الإلكترونات الثانوية. يتم إعادة امتصاص داخل ميكروكافيتي جزء صغير من هذه الإلكترونات المنبعثة وتتراكم على البقع السطحية الحمراء من ذرات الغبار المحيطة، تقاضي عليها سلبا إلى Qr. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
لعقود من الزمان، ظلت مشكلة النقل الكهربائي الغبار على الحتاتي الهيئات لوحة سؤال مفتوح كيف ذرات الغبار الحتاتي الحصول على مصاريف كبيرة بما فيه الكفاية لتصبح تعبئة أو lofted. 26،الدراسات المختبرية الأخيرة27 أساسية متقدمة فهم هذه المشكلة.
هنا، أنها أظهرت التجارب وضعت مؤخرا ثلاثة لإظهار الغبار الشحن والتعبئة في البلازما الحرارية مع شعاع الإلكترونات، وشعاع الإلكترونات فقط أو إشعاع الأشعة فوق البنفسجية فقط. والعنصر الأساسي في هذه التجارب خلق الإلكترونات الثانوية أو فوتوليكترونس أن تنبعث من السطوح المغبرة. كما هو موضح في العمل السابق26، فمن المرجح أن هذه الإلكترونات المنبعثة يمكن أن يؤدي الرسوم السلبية المحسنة إلى حد كبير على ذرات الغبار نظراً لاستيعابهم إعادة داخل ميكروكافيتيس تحت السطح المغبرة. ويرد إليه مفصلة مع وضعت مؤخرا وتم التحقق منها بنجاح "مصححة نموذج تهمة" 26،27.
في الخطوة 1 و 2 من البروتوكول، ذرات الغبار بحاجة إلى أن يتعرض مباشرة لشعاع الإلكترونات مع الطاقات أعلاه 100 eV خلق الإلكترونات الثانوية كفاءة36. يجب تعيين الجهد الانحياز للشعيرة أولاً، ثم زيادة الجهد تدفئة حتى الانبعاثات المطلوبة الحالية التوصل إلى، كما هو موضح في البروتوكول 3.3.1. إذا لم يتم نقل جزيئات الغبار أو lofted، فقد يدل على السطح الغبار المحتملة يتبع شعاع الطاقة لتصبح السلبية حتى أن يتم منع إنشاء الإلكترونات الثانوية. يمكن أن تسبب هذا بعملية خاطئة في إعداد الفولتية الشعيرة، كما هو موضح في البروتوكول 3.3.2.
في بروتوكول الخطوة 3، يجب أن يكون الطول الموجي لمصباح الأشعة فوق البنفسجية 170 نانومتر أو أقصر حيث أن طاقات الفوتونات فوق البنفسجية أكبر بكثير من مهمة العمل على السطح الغبار كي تنبعث منها فوتوليكترونس كفاءة. تعبئة الغبار يعتمد إلى حد كبير على قوات متماسكة بين ذرات الغبار، التي قد تختلف مع تركيبات مختلفة. كان سيظهر اسم المريخ لتكون أسهل للتنقل.
وتبين هذه التجارب أن ذرات الغبار (عشرات ميكرون في القطر) يمكن القفز حتى ارتفاع بضعة سنتيمترات. هذا الارتفاع ما يعادل عشرات السنتيمترات على سطح القمر، مماثلة لذروة توهج الأفق القمري. أنه ليس من الواضح ما إذا كان التوهج هو بسبب القذائف التسيارية التنقل أو الارتفاع من ذرات الغبار. هذه التجارب تشير إلى أن واحد السابق إليه أكثر احتمالاً. وقد تبين أن تعبئة الغبار الكهربائي يمكن أن يؤدي إلى تشكيل الأسطح الملساء، التي قد تكون ذات صلة بالأحواض الغبار تشكلت في إيروس الكويكب9 والمذنب P 6710، وعلى سطح القمر زحل الجليدية أطلس12سلس جداً.
وختاما، تبين هذه التجارب أن النقل الكهربائي الغبار من المتوقع أن تلعب دوراً هاما في تشكيل أسطح لوحة الهيئات الكواكب، وقد تكون مسؤولة عن عدد من الظواهر السطحية غير عادية. الأساليب التي أثبتت هنا فتح باب لدراسات أكثر تقدما بما في ذلك كلا التجربة المختبرية والنمذجة في المستقبل.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
معهد ناسا/سيرفي للبلازما النمذجة والأجواء و "الغبار الكوني" (الأثر) وبرنامج عمل أنظمة الطاقة الشمسية ناسا كان تأييد هذا العمل (منح رقم: 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 |
References
- 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).
- Rennilson, J. J., Criswell, D. R. Surveyor observations of lunar horizon-glow. Moon. 10 (2), 121-142 (1974).
- Colwell, J. E., Batiste, S., Horányi, M., Robertson, S., Sture, S. Lunar surface: Dust dynamics and regolith mechanics. Rev. Geophys. 45, RG2006 (2007).
- McCoy, J. E., Criswell, D. R. Evidence for a high latitude distribution of lunar dust. The 5th Proc. Lunar Sci. Conf. , 2991 (1974).
- 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).
- Smith, B. A., et al. Encounter with Saturn - Voyager-1 imaging science results. Science. 212 (4491), 163-191 (1981).
- Smith, B. A., et al. A new look at the Saturn system - the Voyager-2 images. Science. 215 (4532), 504-537 (1982).
- Mitchell, C. J., Horányi, M., Havnes, O., Porco, C. C. Saturn's spokes: Lost and found. Science. 311 (5767), 1587-1589 (2006).
- 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).
- Thomas, N., et al. Redistribution of particles across the nucleus of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. Astron. Astrophys. 583, A17 (2015).
- Vernazza, P., et al. High surface porosity as the origin of emissivity features in asteroid spectra. Icarus. 221 (2), 1162-1172 (2012).
- 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).
- 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).
- Murphy, T. W., et al. Long-term degradation of optical devices on the Moon. Icarus. 208 (1), 31-35 (2010).
- 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).
- Flanagan, T. M., Goree, J. Dust release from surfaces exposed to plasma. Phys. Plasmas. 13 (12), 123504 (2006).
- 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).
- 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).
- 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).
- Wang, X., Horányi, M., Robertson, S. Dust transport near electron beam impact and shadow boundaries. Planet. Space Sci. 59 (14), 1791-1794 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- Sheridan, T. E., Hayes, A. Charge fluctuations for particles on a surface exposed to plasma. Appl. Phys. Lett. 98 (9), 091501 (2011).
- Heijmans, L. C. J., Nijdam, S. Dust on a surface in a plasma: A charge simulation. Phys. Plasmas. 23 (6), 043703 (2016).
- 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).
- 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).
- Allen, C. C., et al. Martian Regolith Simulant JSC-Mars-1. The 29th Lunar and Planetary Science Conference. , Houston, Texas. Abstract # 1690 (1998).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ma, Q., Matthews, L. S., Land, V., Hyde, T. W. Charging of aggregate grains in astrophysical environments. Astrophys. J. 763 (2), 77 (2013).
- 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).
- Zimmerman, M. I., et al. Grain-scale supercharging and breakdown on airless regoliths. J. Geophys. Res.-Planet. 121 (10), 2150-2165 (2016).
- 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).
