Экспериментальное исследование влияния УФ-излучения на активацию имитаторов пылевых частиц реголита безатмосферных тел

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Начиная с первых автоматических миссий к Луне, была зарегистрирована активность пылевых частиц безатмосферных тел. С тех пор проведено множество теоретических и экспериментальных исследований этого эффекта, однако в настоящее время нет четкого понимания роли внешних воздействий на динамику этого явления. В данной работе представлены результаты экспериментов по определению влияния жесткого УФ-излучения на активность пылевых частиц. Показано, что оно вносит значительный вклад в динамику частиц. Результаты определения условий отрыва частиц от поверхности находятся в соответствии с теоретическими расчетами.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. А. Кузнецов

Институт космических исследований Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: kia@cosmos.ru
Россия, Москва

И. А. Шашкова

Институт космических исследований Российской академии наук

Email: kia@cosmos.ru
Россия, Москва

А. Н. Ляш

Институт космических исследований Российской академии наук

Email: kia@cosmos.ru
Россия, Москва

А. Ю. Поройков

Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Email: kia@cosmos.ru
Россия, Москва

С. А. Бедняков

Институт космических исследований Российской академии наук; Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Email: kia@cosmos.ru

Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д. В. Скобельцына

Россия, Москва; Москва

Е. В. Кронрод

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наук; Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: kia@cosmos.ru
Россия, Москва; Казань

Г. Г. Дольников

Институт космических исследований Российской академии наук

Email: kia@cosmos.ru
Россия, Москва

А. Е. Дубов

Институт космических исследований Российской академии наук

Email: kia@cosmos.ru
Россия, Москва

О. Н. Вощан

Институт космических исследований Российской академии наук

Email: kia@cosmos.ru
Россия, Москва

М. Э. Абделаал

Институт космических исследований Российской академии наук; Московский физико-технический институт

Email: kia@cosmos.ru
Россия, Москва; Долгопрудный

С. И. Попель

Институт космических исследований Российской академии наук

Email: kia@cosmos.ru
Россия, Москва

Т. И. Морозова

Институт космических исследований Российской академии наук

Email: kia@cosmos.ru
Россия, Москва

А. А. Карташева

Институт космических исследований Российской академии наук

Email: kia@cosmos.ru
Россия, Москва

П. В. Столяренко

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Email: kia@cosmos.ru

Факультет космических исследований

Россия, Москва

Я. Тянь

Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Email: kia@cosmos.ru
Россия, Москва

А. В. Захаров

Институт космических исследований Российской академии наук

Email: kia@cosmos.ru
Россия, Москва

Л. М. Зеленый

Институт космических исследований Российской академии наук

Email: kia@cosmos.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. J. E. Colwell, S. Batiste, M. Horányi, S. Robertson, S. Sture, Rev. Geophys. 45, RG2006 (2007).
  2. D. R. Criswell Photon and Particle Interactions with Surfaces in Space (Springer, New York, edited by R. J. L. Grard, pp. 545–556, 1973).
  3. J. J. Rennilson and D. R. Criswell, Moon 10 (1974).
  4. H. Zook and J. McCoy, Geophys. Res. Lett. 18, 11 (1991).
  5. J. R. Gaier The Impact of Lunar Dust on Human Exploration (Cambridge Scholars Publishing, edited by J. S. Levine, pp. 67–87, 2021).
  6. S. I. Popel, L. M. Zelenyi, A. P. Golub’, A. Yu. Dubinskii, Planet. Space Sci. 156 (2018).
  7. X. Wang, M. Horányi, S. Robertson, J. Geophys. Res. 114, A05103 (2009).
  8. N. Ding, J. Wang, J. Polansky, IEEE Trans. Plasma Sci. 41, 12 (2013).
  9. T. M. Flanagan and J. Goree, Phys. Plasmas 13, 12 (2006).
  10. C. M. Hartzell and D. J. Scheeres, J. Geophys. Res. 118 (2013).
  11. T. E. Sheridan, J. Goree, Y. T. Chiu, R. L. Rairden, J. A. Kiess-ling, J. Geophys. Res. 97, A3 (1992).
  12. X. Wang, M. Horányi, S. Robertson, J. Geophys. Res. 115, A11102 (2010).
  13. X. Wang, M. Horányi, S. Robertson, Planet. Space Sci. 59, 14 (2011).
  14. X. Wang, J. Schwan, N. Hood, H. W. Hsu, E. Grün, and M. Hor’anyi, JoVE 134, e57072 (2018).
  15. А.Shu, A. Collette, K. Drake, E. Gün, M. Hor’anyi, S. Kempf, A. Mocker, T. Munsat, P. Northway, R. Srama, Z. Sternovsky, E. Thomas, Rev. Sci. Instrum. 83, 075108 (2012).
  16. I.Kuznetsov, S. L. G. Hess, A. V. Zakharov, F. Cipriani, E. Seran, S. I. Popel, E. A. Lisin, O. F. Petrov, G. G. Dolnikov, A. N. Lyash, S. I. Kopnin, Planet. Space Sci. 156, 62 (2018).
  17. J. Gu, X. Qian, Y. Liu, Q. Wang, Y. Zhang, X. Ruan, X. Deng, Y. Lu, J. Song, H. Zhang, Y. Dong, M. Wei, S. Li, W. H. Wang, Z. Zou, M. Yang, W. Yao, Research Square, (preprint), https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-2923910/v1 (2023).
  18. N. C. Orger, K. Toyoda, H. Masui, M. Cho, Adv. Space Res. 68, 3 (2021).
  19. А.Carroll, N. Hood, R. Mike, X. Wang, H.-W. Hsu, M. Horányi, Icarus 352 (2020).
  20. Dust accelerator laboratory (dal), URL: https://impact.colorado.edu/facilities.html.
  21. J. I. Samaniego, X. Wang, L. Andersson, D. Malaspina, R. E. Ergun, and M. Hor’anyi, J. Geophys. Res. 123, 6054 (2018).
  22. N. Hood, A. Carroll, R. Mike, X. Wang, J. Schwan, H.-W. Hsu, and M. Hor’anyi, Geophys. Res. Lett. 45, 13206–13212 (2018).
  23. N. C. Orger, K. Toyoda, H. Masui, and M. Cho, Adv. Space Res. 63, 3270 (2019).
  24. А.Champlain, J. C. Mat’eo-V’elez, J. F. Roussel, S. Hess, P. Sarrailh, G. Murat, J. P. Chardon, and A. Gajan, J. Geophys. Res. 121, 103 (2016).
  25. А.V. Zakharov, A. Yu. Poroykov, S. A. Bednyakov, A. N. Lyash, I. A. Shashkova, I. A. Kuznetsov, G. G. Dolnikov, Measurement 171, 108831 (2021).
  26. I.W. Carrier, G. R. Olhoeft, and W. Mendell The Lunar Sourcebook (Cambridge University Press, edited by G. H. Heiken, D. T. Vaniman, and B. M. French, pp. 475–594, 1991).
  27. J. W. Freeman and M. Ibrahim, Moon 8 (1975).
  28. J. S. Halekas, G. T. Delory, R. P. Lin, T. J. Stubbs and W. M. Farrell, J. Geophys. Res. 113, A09102 (2008).
  29. С.N. Hartzell and D. J. Scheeres, Planet. Space Sci. 59 (2011).
  30. С.N. Hartzell, Aerospace Engineering Sciences Graduate Theses & Dissertations 48 (2012).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема вакуумной установки (слева), схема эксперимента по исследованию левитации частиц пыли (справа). Обозначения: 1 — КМОП-камеры, 2 — зеркало, 3 — расширенный лазерный луч, 4 — непроводящая подложка, 5 — проводящая подложка, 6 — стальная сетка, 7 — частицы пыли, 8 — вакуумная камера; 9 — источник УФ-излучения; 10 — источник напряжения.

Скачать (153KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Фотографии частиц (под микроскопом), используемых в экспериментах а) SiO2 (40÷50 мкм); б) слюда (15 мкм); в) Al2O3 (10 мкм).

Скачать (512KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схема визуализации динамики пылевых частиц [25].

Скачать (103KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Электрическая схема проведения эксперимента. Полярность подаваемого на электроды потенциала может быть изменена в зависимости от задач эксперимента.

Скачать (61KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Фотография полиамидной формы, электрода и сетки в собранном виде. Исследуемый образец помещен на диэлектрическую подложку. Над ним сетка PS1. С нижней стороны диэлектрической подложки — стеклотекстолита — располагается электрод PV1. Зеркало необходимо для перенаправления лазерной плоскости в измерительный объем.

Скачать (215KB)
Метаданные
7. Рис. 6. а) Распределение напряженности электростатического поля при подаче потенциала 4300 В на электрод PV1 и подключении сетки (электрод PS1) к 0; б) Зависимость напряженности электростатического поля вблизи электродов PV1 (синий) и PS1 (красный) от подаваемого на электрод PV1 потенциала.

Скачать (275KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Диаграмма величин зарядов, зарегистрированных и обработанных движущихся частиц SiO2 (40÷50 мкм), подвергавшихся воздействию электростатического поля и УФ-излучения без предварительного экспонирования. Синим маркером отмечены частицы, находившиеся только под воздействием электростатического поля, красным — частицы, освещенные УФ-излучением и одновременно находившиеся под воздействием электростатического поля.

Скачать (173KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Диаграмма количества и величин зарядов движущихся частиц слюды (15 мкм), подвергавшихся воздействию электростатического поля и УФ-излучения. Синим маркером отмечены частицы, находившиеся только под воздействием электростатического поля, красным — частицы, освещенные УФ-излучением с интенсивностью до 10 мВт и одновременно находившиеся под воздействием электростатического поля.

Скачать (109KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Диаграмма количества зарегистрированных частиц Al2O3 (10 мкм) и значений их зарядов. Синим маркером отмечены частицы, находившиеся только под воздействием электростатического поля, красным — частицы, освещенные УФ-излучением с потоком до 10 мВт и одновременно находившиеся под воздействием электростатического поля.

Скачать (119KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Сравнение необходимого значения величины напряженности электрического поля для отрыва частиц от поверхности, полученного в результате теоретического моделирования [30, рис. 3.2] и экспериментальных данных для частиц Al2O3 с размером 10 мкм (оранжевая при воздействии УФ и желтая без воздействия УФ точки), частиц слюды с размером 15 мкм (голубая при воздействии УФ и розовая без воздействия УФ точки) и частиц SiO2 размером от 40 до 50 мкм (зеленый прямоугольник при воздействии УФ и черный — без воздействия УФ).

Скачать (272KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024