Méthodes expérimentales de charge de poussière et de mobilisation sur les Surfaces à l’exposition au rayonnement Ultraviolet ou Plasmas
Summary
Charge de poussière et de mobilisation est démontrée dans les trois expériences avec exposition à plasma thermique avec faisceau électrons, faisceau électrons uniquement ou seulement le rayonnement ultraviolet (UV). Ces expériences présentent la compréhension avancée du transport de poussière électrostatique et son rôle dans le façonnement de la surface des corps planétaires airless.
Abstract
Transport de poussière électrostatique a émis l’hypothèse pour expliquer un certain nombre d’observations de phénomènes planétaires inhabituelles. Ici, il est démontré en utilisant trois récemment mis au point des expériences dans les poussières, particules sont exposés à plasma thermique avec faisceau électrons, faisceau électrons uniquement ou seulement le rayonnement ultraviolet (UV). La source de lumière UV a une largeur de bande étroite de longueur d’onde centrée à 172 nm. Les électrons du faisceau avec l’énergie de 120 eV sont créés avec un filament chaud biaisé négativement. Quand la chambre à vide est remplie de gaz argon, un plasma thermique est créé en plus le faisceau d’électrons. Les particules de poussière isolante de quelques dizaines de microns de diamètre sont utilisés dans les expériences. Les particules de poussière sont enregistrés pour être lancéee jusqu’à une hauteur jusqu’à quelques centimètres avec une vitesse de lancement jusqu’à 1 m/s. Ces expériences démontrent que les émissions photo et/ou des électrons secondaires d’une surface poussiéreuse changement le mécanisme de chargement des particules de poussière. Selon la récemment mis au point « patché modèle de charge », les électrons émis peuvent être re-absorbées à l’intérieur des microcavités entre voisins des particules de poussière sous la surface, provoquant l’accumulation de charges négatives améliorées sur la poussière environnante particules. Les forces de répulsion entre ces négativement chargée de particules peuvent être assez grandes pour mobiliser et les décoller de la surface. Ces expériences présentent la compréhension avancée de la poussière de charge et le transport sur les surfaces poussiéreuses et jeté les bases pour de futures études de son rôle dans l’évolution de surface des corps planétaires airless.
Introduction
Airless corps planétaires, comme la lune et les astéroïdes, sont recouvertes de fines particules de poussière appelées régolithe. Ces organes airless, contrairement à la terre, sont directement exposés au vent solaire plasmatique et solaires ultraviolets (UV), causant la poussière de régolithe qui seront pratiqués. Ces chargées de particules de poussière peuvent donc être mobilisés, lobées, transportés, voire éjectés et perdus de la surface en raison des forces électrostatiques. Le premier a proposé des preuves de ce procédé électrostatique a été ce qu’on appelle « lueur lunaire horizon », une lueur distincte au-dessus de l’horizon Ouest observé peu après le coucher du soleil, par sonde Surveyor 5, 6 et 7, il y a cinq ans (Figure 1 a)1, 2,3. Il a émis l’hypothèse que cette lueur a été causée par le rayonnement solaire dispersé hors de particules de poussière électrostatiquement lobée (rayon de 5 μm) jusqu’à une hauteur de 1 m < au-dessus de la surface près du terminateur lunaire1,2,3. Poussières fines électrostatiquement libéré a également été suggéré à l’origine pour les serpentins de ray-comme pour atteindre une altitude élevée, rapportée par les astronautes de Apollo4,5.
Depuis ces observations Apollo, un certain nombre d’observations sur les autres plans airless ont été également liés aux mécanismes de mobilisation de poussière électrostatique ou traçage, tels que les rayons radiaux dans de la Saturne anneaux6,7, 8, les étangs de la poussière sur l’astéroïde Eros (Figure 1 b)9 et comète 67P10, les surfaces poreuses indiquent de la ceinture principale spectres astéroïdes11, la surface exceptionnellement lisse de Saturne icy moon Atlas12et le régolithe les tourbillons lunaire13. En outre, la dégradation de la rétroréflecteurs laser sur la surface lunaire peut être causée par l’accumulation de poussière électrostatiquement lobée14.
Des études en laboratoire ont été en grande partie motivées par ces observations inhabituelles de l’espace afin de comprendre les processus physiques de poussière de charge et de transport. Mobilisation de la poussière a été observée dans diverses conditions de plasma, dans lequel les particules de poussière sont jeter hors d’un verre sphère surface15,16, fait de la lévitation à plasma gaines17et enregistré pour déplacer sur conduite et isolants surfaces18,19,20,21. Cependant, comment les particules de poussière gagner assez grands frais à être lobée ou mobilisés demeure mal comprise. Les mesures des accusations sur les particules de poussière individuels sur une surface lisse22 et la densité moyenne de la charge sur une surface poussiéreuse23 immergé dans les plasmas montrent que les frais sont beaucoup trop petits pour être lobée ou mobilisés, les particules de poussière.
Dans les théories antérieures16,24,25, la charge a été seulement considéré se produisent sur la couche de surface qui est directement exposée aux UV ou plasma. Les frais sont souvent considérés comme uniformément répartie sur toute la surface poussiéreuse, i.e., chaque particule de poussière individuels acquiert la même dose de charge, décrit par le soi-disant « partagé le modèle de charge »16. Toutefois, les frais calculés à partir de ce modèle sont beaucoup plus petits que la force gravitationnelle seule. Une théorie de fluctuation de charge qui prend en compte le processus stochastique des flux d’électrons et d’ions à la surface16,24 montre une amélioration temporelle dans la force électrostatique, mais il demeure faible par rapport à la force de gravitation.
Dans cet article, traçage de poussière électrostatique et la mobilisation est démontrée en utilisant trois récemment mis au point des expériences26, qui sont importantes pour comprendre le transport de la poussière sur le régolithe des corps planétaires airless. Ces expériences sont réalisées dans les conditions de plasma thermique avec faisceau électrons, faisceau électrons seulement ou rayonnement UV seulement. Ces expériences démontrent la validité de la développée récemment « modèle de charge patché »26,27, dans laquelle microcavités forment entre voisins sous la surface des particules de poussière peuvent réabsorber la photo émise et/ou les électrons secondaires, générant un grand négatif frais sur les surfaces les voisins des particules de poussière. Les forces de répulsion entre ces charges négatives peuvent devenir assez grandes pour mobiliser ou décoller les particules de poussière.
Protocol
Representative Results
Discussion
Pendant des décennies, le problème du transport de poussière électrostatique sur le régolithe d’organes airless demeurait une question ouverte, comment les particules de poussière de régolithe gagner suffisamment grands frais pour devenir mobilisés ou lobée. Récentes laboratoire études26,27 ont fondamentalement fait progresser la compréhension de ce problème.
Ici, c’est démontrés trois expériences récemment mis au …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par Institute de la NASA/SSERVI for Modeling Plasma, des atmosphères et des poussières cosmiques (IMPACT) et par le programme de fonctionnement de systèmes solaires de la NASA (numéro de licence : 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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