Métodos experimentais de poeira e mobilização sobre superfícies com exposição à radiação ultravioleta ou Plasmas de
Summary
Carregamento de pó e mobilização é demonstrada em três experimentos com exposição de plasma térmico com feixe de elétrons, feixe de elétrons somente ou apenas radiação ultravioleta (UV). Estas experiências apresentam a compreensão avançada do transporte do pó eletrostática e seu papel em moldar as superfícies dos corpos planetários mal ventilados.
Abstract
Transporte de pó eletrostática tem sido a hipótese para explicar uma série de observações de fenômenos planetários incomuns. Aqui, está demonstrado usando três recentemente desenvolvidos experimentos na qual poeira partículas estão expostas a plasma térmico com feixe de elétrons, feixe de elétrons somente ou apenas radiação ultravioleta (UV). A fonte de luz UV tem uma largura de banda estreita em comprimento de onda centrado em 172 nm. Os elétrons do feixe com a energia de 120 eV são criados com um filamento quente negativamente inclinado. Quando a câmara de vácuo é preenchida com o gás argônio, um plasma térmico é criado além do feixe de elétrons. Partículas de pó isolante de algumas dezenas de Micra de diâmetro são usadas nos experimentos. Partículas de poeira são registradas para ser lofted para uma altura até alguns centímetros com uma velocidade de lançamento até 1 m/s. Estes experimentos demonstram que a emissão de foto e/ou secundária de elétrons de uma superfície empoeirada altera o mecanismo de carregamento de partículas de poeira. De acordo com o recentemente desenvolvido “modelo de carga de remendado”, os elétrons emitidos podem ser re-absorvidos dentro microcavities entre vizinhos de partículas de poeira abaixo da superfície, causando o acúmulo de cargas negativas reforçadas na poeira circundante partículas. As forças repulsivas entre estas negativamente carregadas de partículas podem ser grandes o suficiente para mobilizar e levantá-los fora da superfície. Estas experiências apresentam a compreensão avançada de poeira de carregamento e transporte em superfícies empoeiradas e estabelecido uma base para futuras investigações de seu papel na evolução superfície de corpos planetários mal ventilados.
Introduction
Sem ar corpos planetários, como a lua e os asteroides, são cobertos com partículas de poeira fina, chamada regolito. Estes corpos sem ar, ao contrário da terra, são diretamente expostos a plasma do vento solar e solar radiação ultravioleta (UV), fazendo com que a poeira do regolito a cobrar. Cobrado por estas partículas de poeira podem, portanto, ser mobilizadas, lofted, transportadas, ou mesmo ejetadas e perdeu da superfície devido a forças eletrostáticas. A primeira evidência deste processo eletrostático sugeria o chamado “brilho do horizonte lunar”, um distinto brilho acima do horizonte ocidental observado logo após o pôr do sol pela sonda espacial Surveyor 5, 6 e 7 há cinco décadas (Figura 1a)1, 2,3. Isso tem sido a hipótese de que esse brilho foi causado pela luz solar espalhada fora de partículas de poeira eletrostaticamente elevados (raio de 5 μm) a uma altura < 1 m acima da superfície perto do terminador lunar1,2,3. Pó fino eletrostaticamente lançado também foi sugerido para ser responsável para as serpentinas, como raio atingindo uma altitude elevada, relatada por Apollo astronautas4,5.
Desde que estas observações de Apollo, uma série de observações sobre os outros corpos airless também foram vinculados aos mecanismos de mobilização de pó eletrostático ou lofting, tais como os raios radiais em de Saturno anéis6,7, 8, as lagoas de poeira no asteroide Eros (Figura 1b)9 e cometa 67 P10, as superfícies porosas indicaram de espectros asteroide asteroide11, excepcionalmente suave superfície de Saturno gelada lua Atlas12e o regolito em redemoinhos lunar13. Além disso, a degradação da retrorefletores do laser na superfície lunar pode ser também causada pelo acúmulo de poeira eletrostaticamente elevados14.
Estudos de laboratório tem sido em grande parte motivados por estas observações espaço incomum para entender os processos físicos de poeira de carregamento e transporte. Mobilização de poeira tem sido observada em várias condições de plasma, no qual as partículas de poeira são lançar fora de um vidro esfera superfície15,16, levitava no plasma bainhas17e gravou para mover-se em regência e isolamento superfícies18,19,20,21. No entanto, como partículas de poeira ganham cargas grandes o suficiente para ser lofted ou mobilizado permaneceu mal compreendido. As medições das acusações sobre partículas individuais em uma superfície lisa22 e a densidade de carga média em uma superfície empoeirada23 imergido em plasmas mostram que as acusações são demasiado pequenas para partículas de poeira a ser lofted ou mobilizados.
Na prévia teorias16,24,25, o carregamento era apenas considerado ocorrer sobre a camada de superfície superior diretamente exposto ao UV ou plasma. As acusações são muitas vezes consideradas para ser distribuído uniformemente sobre toda a superfície empoeirada, ou seja., cada partícula de poeira individual adquire a mesma quantidade de carga, descrita pelo chamado “modelo de custo compartilhado”16. No entanto, as taxas calculadas a partir deste modelo são muito menores do que a força gravitacional sozinha. Uma teoria de flutuação de carga que contas para o processo estocástico dos fluxos de elétrons e íons para a superfície de16,24 mostra um reforço temporal na força eletrostática, mas continua a ser pequena em comparação com o força gravitacional.
Neste trabalho, é demonstrado eletrostática pó elevar e mobilização usando três recentemente desenvolvidos experimentos26, que são importantes para a compreensão do transporte de poeira sobre o regolito de corpos planetários mal ventilados. Estas experiências são realizadas nas condições de plasma térmico com feixe de elétrons, feixe de elétrons apenas ou radiação UV só. Estes experimentos demonstram a validade do modelo de carga desenvolvida recentemente “remendado”26,27, no qual microcavities formado entre vizinhos de partículas de poeira na superfície podem re-absorver a foto emitida e/ou secundária de elétrons, gerando grande negativo cargas nas superfícies das partículas de poeira vizinhas. As forças repulsivas entre estas cargas negativas podem tornar-se grande o suficiente para mobilizar ou retire as partículas de poeira.
Protocol
Representative Results
Discussion
Durante décadas, o problema de transporte de pó eletrostática sobre o regolito de corpos airless permaneceu uma questão em aberto como partículas de poeira do regolito ganham cargas suficientemente grandes para tornar-se mobilizado ou lofted. De26,de estudos de laboratório recentes27 avançaram fundamentalmente a compreensão deste problema.
Aqui, é demonstrados três experimentos recentemente desenvolvidos para mostrar o carreg…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado pelo Instituto da NASA/SSERVI Plasma modelagem, atmosferas e poeira cósmica (impacto) e pelo programa de funcionamento de sistemas solares da NASA (Grant number: NNX16AO81G).
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 |
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