Mars rovers sikret mod lynnedslag, forskningsfund

Hvis eksperimenter udført i små flasker i et laboratorium i University of Oregon er nøjagtige, friktionen af ​​kolliderende støvpartikler fra Mars vil sandsynligvis ikke generere store elektriske storme eller true de nyligt ankomne efterforskningskøretøjer eller, til sidst, menneskelige besøgende.

I 50 år siden vikingelandere og senere orbitere opdagede silt, ler, vindblæste sengeformer og støvdjævle på Mars, forskere har bekymret sig om potentialet for store lynstorme, og om statisk elektricitet genereret af planetens hovedsagelig basaltiske stenpartikler kan beskadige køretøjer eller menneskeligt beskyttelsesudstyr.

I journalen Icarus , et UO-hold rapporterer, at friktionen forårsaget af støvpartikler, der kommer i kontakt med hinanden, faktisk kan producere elektriske udladninger ved overfladen og i planetens atmosfære, men eventuelle resulterende gnister vil sandsynligvis være små.

Sådanne bekymringer var dukket op igen i forhold til den nye NASA Mars-mission, som med succes satte Perseverance-roveren og Ingenuity-robothelikopteren på den røde planet 18. februar.

I laboratoriet hos vulkanologen Josef Dufek, forskere brugte et lodret glasrør, der i størrelse kan sammenlignes med en vandflaske, der måler omkring 4 tommer i diameter og 8 tommer i længden. Inde i det, de hvirvlede vulkanaske som en stand-in for marsstøv i en række eksperimenter, der gjorde det muligt for dem at undgå faldgruber, der havde hindret tidligere forskning.

De fastslog, at elektriske udladninger sandsynligvis ville være små, på grund af de svage elektriske felter, omkring 20 tusind volt per meter, understøttet af Mars-atmosfæren.

Jordens atmosfære, til sammenligning, kan modstå elektriske felter på op til 3 megavolt pr. meter, producerer spektakulære lynstorme, der er almindelige og nogle gange dødelige i det sydøstlige USA, sagde Joshua Méndez Harper, en forskningsingeniør i Oregon Center for Volcanology i Department of Earth Sciences.

"Vores eksperimenter, og andres før os, antyder, at det på Mars er let at få gnister, når du agiterer sand eller støv, " sagde Méndez Harper. "Men, det kan være svært, selv i store støvstorme eller i støvdjævle, at få meget store udladninger eller konventionelt lyn, fordi Mars-atmosfæren er dårlig til at lagre ladning."

Sådanne friktionsprocesser opleves på Jorden på meget enklere måder - ved at røre ved et dørhåndtag, efter at sokker glider hen over gulvtæppet, eller ved at stikke en ballon på et vindue efter at have gnidet den på menneskehår.

Mars støvdjævle, Méndez Harper sagde, kan se ud til at funkle, krakelerer eller lyser svagt under mørke forhold, mens de ruller hen over Mars' udtørrede landskab. Imidlertid, udladninger kan være så små, at de kun kan detekteres ved hjælp af de radiobølger, de udsender på nært hold.

Tidligere eksperimenter havde været inkonklusive, fordi partikler blev hvirvlet på en måde, der bragte dem i kontakt med væggene i testkabinettet. Nogle eksperimenter brugte partikler af materialer, der ikke findes på Mars. Sådanne kontakter kan have frembragt opladning, der ikke er karakteristisk for en støvstorm fra Mars.

Méndez Harper, Dufek og George McDonald, en postdoktor ved Rutgers University, kom uden om vægeksponeringsbegrænsningen ved hjælp af glasrøret. De skabte friktionsladning ved at kollidere partikler af basaltisk aske fra Mexicos Xitle vulkanudbrud omkring 2, 000 år siden.

Kollisioner i de forseglede rør fandt sted med hastigheder, der forventedes i en let Mars-brise, med partikler væk fra ydervægge og i et tryksat, atmosfærisk tryk på 8 millibar kuldioxid, svarende til den på Mars overflade.

Den vulkanske sten, der blev brugt i projektet, ligner Mars basalt, som opdaget af rovere i Pathfinder og Mars Exploration Rover-missionerne og støvanalogerne udviklet af NASA's Jet Propulsion Laboratory.

Som en sammenligning, forskerne lod også partikler komme i kontakt med overflader, der var fremmede for de forventede forhold på Mars. Det skabte gnister, men med en anden polaritet end i de nye eksperimenter.

"Vi var interesserede i at forfølge dette arbejde på grund af antallet af nye missioner til Mars og potentialet i at begrænse observationer, " sagde Dufek, UO's Gwen og Charles Lillis formand og direktør for Oregon Center for Volcanology.

"Kvantificering af opladnings- og afladningsadfærd har betydning for transporten af ​​støv i atmosfæren og er længe blevet undersøgt i forhold til at modulere kemiske reaktioner, herunder syntetisering af organiske forbindelser, " han sagde.

Den lave energi af udladning på Mars som indikeret af de nye eksperimenter betyder, at disse effekter sandsynligvis ikke vil påvirke mekaniske operationer, sagde Dufek.

Alligevel, Jezero-krateret ser ud til regelmæssigt at opleve støvstorme om efteråret og vinteren. At, McDonald sagde, kan give mulighed for rudimentære observationer af elektrostatiske fænomener af den nyligt udsendte rover.

Et af målene med dens mission er at vurdere tidligere miljøforhold. Beviser for en mere omfattende atmosfære i fortiden ville have betydning for planetens elektriske miljø, og hvordan det har ændret sig over tid.

"Det store udbytte fra denne undersøgelse er, at Mars kan være et elektrisk aktivt sted, selvom på måder helt anderledes end jorden, " sagde Dufek. "Det faktum, at analogt Mars-støv let oplades til udledningspunktet, selv når korn ikke gnider mod andre overflader, tyder på, at fremtidige kolonister kan finde en verden modificeret af statisk elektricitet på subtile måder."