Kunstnerens koncept om mulige efterforskningsprogrammer. Billedkredit: NASA Klik for større billede
Har du nogensinde gået over et uldtæppe i lædersålesko på en tør vinterdag og så nået ud mod en dørhåndtag? ZAP! En stikkende gnist springer mellem dine fingre og metalhjulet.
Det er statisk afladning - lynet skrives lille.
Statisk udladning er kun irriterende for alle på jorden, der bor, hvor vintre har usædvanlig lav luftfugtighed. Men for astronauter på Månen eller på Mars kunne statisk afladning være reelle problemer.
”På Mars synes vi, at jorden er så tør og isolerende, at hvis en astronaut var ude at gå, når han eller hun, når han eller hun vendte tilbage til levestedet og nåede ud for at åbne luftlåsen, muligvis kan en lille lyn skabe kritisk elektronik,” forklarer Geoffrey A Landis, en fysiker med Photovoltaics og Space miljømæssige effekter afdeling på NASA Glenn Research Center i Cleveland, Ohio.
Dette fænomen kaldes triboelektrisk opladning.
Præfikset "tribo" (udtales TRY-bo) betyder "gnidning." Når visse par i modsætning til materialer, såsom uld og håret skosålelæder, gnider sammen, giver det ene materiale op af nogle af dets elektroner til det andet materiale. Adskillelse af ladning kan skabe et stærkt elektrisk felt.
Her på Jorden har luften omkring os og det tøj, vi bærer, tilstrækkelig fugtighed til at være anstændige elektriske ledere, så enhver ladning adskilt ved at gå eller gnide har en klar sti til jorden. Elektroner bløder ud i jorden i stedet for at samle sig på din krop.
Men når luft og materialer er ekstraordinært tørre, såsom på en tør vinterdag, er de fremragende isolatorer, så der er ingen klar sti til jorden. Din krop kan akkumulere negative ladninger, muligvis op til fantastiske 20.000 volt. Hvis du rører ved en leder, f.eks. En metaldørsknap, skal du - ZAP! - alle de akkumulerede elektroner aflade på én gang.
På Månen og på Mars er forholdene ideelle til triboelektrisk opladning. Jorden er tørrere end ørkensand på Jorden. Det gør det til en fremragende elektrisk isolator. Desuden er jorden og de fleste materialer, der bruges i rumdragter og rumfartøjer (f.eks. Aluminiumiseret mylar, neoprencoatet nylon, Dacron, urethanbelagt nylon, tricot og rustfrit stål) fuldstændigt i modsætning til hinanden. Når astronauter går eller rovers ruller hen over jorden, samler deres støvler eller hjul elektroner, mens de gnider gennem grus og støv. Fordi jorden er isolerende og ikke giver nogen sti til jorden, kan en rumdragt eller rover opbygge en enorm triboelektrisk ladning, hvis størrelse endnu ikke er ukendt. Og når astronauten eller køretøjet kommer tilbage til basen og rører metal – ZAP! Lysene i basen slukker muligvis eller værre.
Landis og kolleger ved NASA Glenn bemærkede først dette problem i slutningen af 1990'erne, før Mars Pathfinder blev lanceret. ”Da vi kørte et prototypehjul af Sojourner-roveren over simuleret Martian-støv i en simuleret Martian-atmosfære, fandt vi det ladede op til hundreder af volt,” husker han.
Denne opdagelse bekymrede forskerne så, at de ændrede Pathfinders rover-design og tilføjede nåle med en halv tomme lang, lavet af ultrathin (0,0001 tommer i diameter) wolframtråd, der er skærpet til et punkt i bunden af antenner. Nålene tillader, at enhver elektrisk ladning, der er bygget op på roveren, bløder ud i den tynde martiske atmosfære, "som en miniature lynstang, der fungerer bagud," forklarer Carlos Calle, førende videnskabsmand ved NASAs elektrostatik og overfladefysiklaboratorium ved Kennedy Space Center , Florida. Lignende beskyttende nåle blev også installeret på åndene og muligheden.
På Månen rapporterede ”Apollo-astronauterne aldrig om at blive zappet af elektrostatisk udladning,” bemærker Calle. ”Imidlertid kunne fremtidige måneopgaver ved hjælp af stort udgravningsudstyr til at flytte masser af tør snavs og støv producere elektrostatiske felter. Fordi der ikke er nogen atmosfære på Månen, kunne markerne vokse ret stærke. Til sidst kan udledninger forekomme i vakuum. ”
”På Mars,” fortsætter han, ”udledninger kan ske på højst et par hundrede volt. Det er sandsynligt, at disse vil have form af koronale glød i stedet for lynbolte. Som sådan er de muligvis ikke livstruende for astronauterne, men de kan være skadelige for elektronisk udstyr. ”
Så hvad er løsningen på dette problem?
Her på Jorden er det enkelt: vi minimerer statisk afladning ved jordforbindelse af elektriske systemer. Jording af dem betyder bogstaveligt talt at forbinde dem med jordbundende kobberstænger dybt ned i jorden. Jordstænger fungerer godt de fleste steder på Jorden, fordi flere fod dybt i jorden er fugtig og derfor er en god leder. Jorden selv giver et "hav af elektroner", som neutraliserer alt, hvad der er forbundet med det, forklarer Calle.
Der er dog ingen fugt i Månens eller Mars jord. Selv isen, som man troede på at trænge igennem Marsjord, ville ikke hjælpe, da ”frossent vand ikke er en frygtelig god leder”, siger Landis. Så jordstænger ville være ineffektive med hensyn til at etablere en neutral "fælles grund" for en månekoloni eller en martisk koloni.
På Mars kan den bedste jord ironisk nok være luften. En lille radioaktiv kilde, "som den der bruges i røgdetektorer," kunne fastgøres til hver rumdragt og til habitatet, antyder Landis. Alfa-partikler med lav energi ville flyve ud i den sjældne atmosfære, ramme molekyler og ionisere dem (fjerne elektroner). Således ville atmosfæren lige omkring habitatet eller astronauten blive ledende og neutralisere enhver overskydende ladning.
Det ville være vanskeligere at opnå en fælles plads på Månen, hvor der ikke engang er en sjælden atmosfære, der hjælper med at blæse op. I stedet kan en fælles jord tilvejebringes ved at begrave et enormt lag folie eller maske med fine ledninger, muligvis lavet af aluminium (som er meget ledende og kunne udvindes fra månens jord), under hele arbejdsområdet. Derefter ville alle habitatets vægge og apparater være elektrisk forbundet til aluminiumet.
Forskning er stadig foreløbig. Så ideer adskiller sig blandt fysikere, der søger, ja, noget fælles grund.
Original kilde: NASA News Release
