먼지가 충전 및 자외선 또는 플라즈마에 노출 표면에 동원의 실험 방법

Summary

먼지 충전 및 동원 전자 빔, 빔 전자만, 또는 자외선 (UV) 방사선만 열 플라즈마에 노출 3 실험에서 증명 됩니다. 이러한 실험 정전기 먼지 전송의 고급 이해 및 무기 행성 시체의 표면 형성에 역할을 제시.

Abstract

정전기 먼지 전송 다양 한 특이 한 행성 현상의 관측을 설명 하기 위해 가설 되었습니다. 여기, 그것은 최근 3을 사용 하 여 실험에 있는 먼지 입자 빔 전자, 빔 전자만, 또는 자외선 (UV) 방사선만 열 플라즈마에 노출 되는 개발 시연입니다. UV 광원 파장 가운데 172에 좁은 대역폭에 nm. 120 eV의 에너지 광속 전자는 부정적으로 치우치는 뜨거운 필 라 멘 트와 함께 만들어집니다. 진공 챔버를 아르곤 가스로 가득 열 플라즈마 전자 빔 이외에 만들어집니다. 미크론 직경에서의 몇 수만의 격리 먼지 입자는 실험에 사용 됩니다. 먼지 입자는 1 m/s까지 발사 속도 함께 몇 센티미터까지 높이 lofted에 기록 됩니다. 이러한 실험 사진 및/또는 2 차 전자 방출 먼지 표면에서 먼지 입자의 충전 메커니즘을 변경 하는 방법을 보여 줍니다. 최근에 개발 된 “패치 충전 모델”에 따르면 방출된 전자를 다시 주변 먼지에 향상 된 부정적인 비용의 축적을 일으키는 표면 아래 이웃 먼지 입자 사이 microcavities 안으로 흡수 될 수 있다 입자입니다. 이 사이 반발 세력 부정적인 청구 입자 동원과 그들을 리프트 표면에서 충분히 클 수 있습니다. 이러한 실험 먼지가 표면에 먼지 충전 및 전송의 고급 이해를 제시 하 고 답답한 행성 시체의 표면 진화에 그것의 역할의 미래 조사에 대 한 토대를 마련.

Introduction

달과 소행성, 같은 답답한 행성 시체, 미세 먼지 입자 라는 regolith 덮여 있다. 이 답답한 몸, 지구와 달리 직접 태양풍 플라즈마 및 청구 regolith 먼지를 일으키는 태양 자외선 (UV) 방사선에 노출 됩니다. 이러한 먼지 입자 수 있습니다 따라서 동원, 로프트, 수송, 또는 심지어 배출 되며 정전기 힘 때문에 표면에서 분실 청구. 첫 번째 제안이 정전기 과정의 증거 이었다 소위 “달 지평선 빛”, 5 년 전 (그림 1a) 5, 6, 및 7 감정 인 우주선에 의해 일몰 직후 관찰 서쪽 지평선 위에 뚜렷한 빛^{1, 2,3}. 그것은이 발광에서 정전 로프트 먼지 입자 (5 μ m 반경)에서 < 달 터미네이터^1,2,3근처 표면 위에서 1m 높이에 흩어져 햇빛에 의해 발생 했다 가정 했다 되었습니다. 정전 발표 미세 먼지 또한 아폴로 우주 비행사^4,5에 의해 보고 되는 높은 고도 도달 하는 광선 같은 깃발에 대 한 책임을 제안 했다.

이후이 아폴로 관측, 관측 다른 무기 시체의 숫자 또한 정전기 먼지 동원의 메커니즘에 연결 된 또는 로프트 했다, 토성의 레이디얼 스포크 같은 반지^{6,7, 8}, 소행성 에로스 (그림 1b)⁹ 에 먼지 연못과 혜성 67 P¹⁰,¹¹주요 벨트 소행성 스펙트럼에서 표시 다공성 표면 비정상적으로 부드러운 표면 토성의 얼음 달 아틀라스¹², 그리고 ¹³달 소용돌이 regolith입니다. 또한, 달 표면에 레이저 retroreflectors 저하 정전 로프트 먼지¹⁴의 축적에 의해 또한 발생할 수 있습니다.

실험실 연구는 크게 먼지 충전의 물리적 과정을 이해 하 고 수송 하기 위해이 특별 한 공간 관측 동기가 되었습니다. 먼지가 동원 있는 먼지 입자는 유리 구 표면^15,16, 플라즈마 sheaths¹⁷, 부상 및 모두를 실시 하 고 보 온에 이동 기록에서 떨어져 창 고는 다양 한 플라즈마 조건에서 관찰 되었습니다. 표면^18,19,,2021. 그러나, 먼지 입자 로프트 또는 동원 충분히 큰 요금을 얻을 어떻게 제대로 이해 남아 있었다. 부드러운 표면²² 에 개별 먼지 입자 및 플라스마에 먼지가 표면²³ 에 평균 충전 밀도 요금 측정 표시 요금은 로프트 또는 동원 먼지 입자에 대 한 너무 작은.

이전 이론^16,,2425, 충전만 UV 또는 플라스마에 직접 노출 되는 최고 표면 층에 고려 되었다. 혐의 종종 전체 먼지 표면, 즉균일 하 게 배포할 수 간주 됩니다., 각 개별 먼지 입자의, 소위 “공유 책임 모델”¹⁶에 의해 설명 된 동일한 금액을 얻습니다. 그러나,이 모델에서 계산 하는 요금은 혼자 중력 보다 훨씬 작습니다. 전자와 이온 표면^16,24 의 용의 확률 과정에서는 정전기 힘, 일시적인 향상 하지만 그것에 비교에서 작은 남아 계정 요금 변동 이론에 중력 힘입니다.

이 논문에서는, 정전기 먼지 로프트와 동원은 증명 최근 3을 사용 하 여 개발 실험²⁶는 답답한 행성 시체의 regolith에 먼지 수송을 이해 하기 위한 중요 한. 이 실험은 전자 빔, 빔 전자만 또는 UV 방사선만 열 플라즈마의 조건에서 수행 됩니다. 이러한 실험 최근에 개발 된 “패치 충전 모델”^26,27타당성 입증, 어떤 microcavities 형성 사이 먼지 입자 표면 아래 이웃 흡수할 수 있는 다시 내보낸된 사진 및 2 차 전자, 큰 생성 음수 인접 먼지 입자의 표면에 요금. 이러한 부정적인 요금 사이 반발 세력 동원 또는 먼지 입자에서 리프트를 충분히 큰 될 수 있습니다.

Protocol

1. 진공 챔버 설치 보 온 플레이트 (2 ㎝ 두께 직경에서 20 cm)에 단 열 고무 시트 (두께 0.2 c m, 직경에서 5 cm) 중앙 구멍 1.9 cm 배치 (그림 2a, b). 단 열, 불규칙 모양의 먼지 입자 (직경에서 10, 50 μ m) 사이 구멍을 로드 합니다. 진공 챔버 중간 금속 판 서에 보 온 접시를 놓습니다. 전기 세라믹 스탠드 오프를 사용 하 여 상공에서 금속판 분리. 진공…

Representative Results

실험의 세트는 위쪽 또는 아래쪽 필 라 멘 트를 사용 하 여 수행 했다. 최고의 필 라 멘 트 설치와 함께 기록 된 먼지 입자의 호핑 (그림 3a). 반면, 먼지 입자 하단 필 라 멘 트를 사용 하는 경우 나머지에 남아 있었다. 그것은 표면에 수직 전기장 프로토콜 2 단계26에서 설명 하는 조건 하에서 두 실험에서 약 같은 (16 V/cm)은 측정 되었다…

Discussion

수십 년 동안,의 답답한 시체의 regolith 정전기 먼지 교통 문제 어떻게 regolith 먼지 입자 얻을 동원 또는 로프트 충분히 큰 요금 미결 문제에 남아 있었다. 최근 실험실 연구^26,27 근본적으로이 문제에 대 한 이해를 전진 했다.

여기, 전자 빔, 빔 전자만 또는 UV 방사선만 열 플라스마에서 먼지 충전 및 동원을 보여 시연된 3 최근에 개발 ?…

Materials

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