Umetnikov koncept možnih raziskovalnih programov. Kreditna slika: NASA Klikni za povečavo
Ste že kdaj v suhem zimskem dnevu hodili čez volneno preprogo v usnjenih čevljih in se dotaknili proti ključavnici? ZAP! Med prsti in kovinskim gumbom skače omamna iskra.
To je statični izcedek - strele.
Statični izcedek je komaj moteč za vsakogar na Zemlji, kjer imajo zime izjemno nizko vlažnost. Toda za astronavte na Luni ali na Marsu bi lahko bil statični izcedek resnična težava.
"Na Marsu menimo, da so tla tako suha in izolirajoča, da če se astronavt sprehaja, ko se vrne v habitat in poseže po odprtju zračne zapore, bi lahko malo strele zakril kritično elektroniko," razlaga Geoffrey A Landis, fizik iz podružnice za fotovoltaiko in vesoljske vplive v raziskovalnem centru NASA Glenn v Clevelandu, Ohio.
Ta pojav imenujemo triboelektrično polnjenje.
Predpona "tribo" (izgovorjeno TRY-bo) pomeni "drgnjenje." Ko se nekateri pari materialov, na primer volne in trdega usnja, edinega čevlja, drgnejo skupaj, en material odreče nekaj svojih elektronov drugemu. Ločitev naboja lahko ustvari močno električno polje.
Tukaj na Zemlji ima zrak okoli nas in oblačila, ki jih nosimo, običajno dovolj vlage, da so spodobni električni vodniki, zato imajo vsaka naboja, ločena s hojo ali drgnjenjem, pripravljeno pot do tal. Elektroni krvavijo v tla, namesto da se nabirajo na telesu.
Ko pa so zrak in materiali izredno suhi, na primer v suhem zimskem dnevu, so odlični izolatorji, zato ni pripravljene poti do tal. Vaše telo lahko kopiči negativne naboje, po možnosti do neverjetnih 20 tisoč voltov. Če se dotaknete vodnika, kot je kovinska ključavnica, potem - ZAP! - vse nakopičene elektrone naenkrat.
Na Luni in na Marsu so pogoji idealni za triboelektrično polnjenje. Tla so bolj suha od puščavskega peska na Zemlji. Zaradi tega je odličen električni izolator. Poleg tega so tla in večina materialov, ki se uporabljajo v vesoljskih oblačilih in vesoljskih ladjah (npr. Aluminijasti najlon, neoprenski prevlečeni najlon, Dacron, najlon, prevlečen z uretanom, trikotniki in nerjaveče jeklo), si med seboj popolnoma ne razlikujejo. Ko se astronavti sprehodijo ali se roverji valjajo po tleh, njihovi škornji ali kolesa nabirajo elektrone, ko se drgnejo skozi gramoz in prah. Ker se tla izolirajo in ne omogočajo poti do tal, lahko vesoljska obleka ali rover ustvari ogromen triboelektrični naboj, katerega obseg še ni znan. In ko se astronavt ali vozilo vrne v bazo in se dotakne kovine - ZAP! Luči v podnožju lahko ugasnejo ali še slabše.
Landis in sodelavci iz Nasine Glenn so to težavo prvič opazili v poznih devetdesetih, preden je bil izstreljen Mars Pathfinder. "Ko smo v simuliranem marsovskem ozračju vodili prototipno kolo kolesa Sojourner nad simuliranim marsovskim prahom, smo ugotovili, da je napolnjeno do sto voltov," se spominja.
To odkritje je znanstvenike tako prizadelo, da so spremenili zasnovo roverja Pathfinderja in dodali igle dolge pol palca, narejene iz ultra tanke (0,0001-palčne premera) volframove žice, naostrene do točke, na dnu antene. Igle bi omogočile vsakemu električnemu naboju, ki je nastal na roverju, da izteče v tanko marsovsko atmosfero, "kot miniaturna strelovod, ki deluje vzvratno", razlaga Carlos Calle, vodilni znanstvenik iz Nasinega laboratorija za elektrostatiko in površinsko fiziko v vesoljskem centru Kennedy , Florida. Podobne zaščitne igle so bile nameščene tudi na roverjih Spirit in Opportunity.
Na Luni "astronavti Apolona nikoli niso poročali, da bi jih elektrostatični izpusti zaprli," ugotavlja Calle. "Vendar pa bodo prihodnje lunarne misije, ki uporabljajo velike izkopne opreme za premikanje veliko suhe umazanije in prahu, lahko ustvarile elektrostatična polja. Ker na Luni ni ozračja, bi polja lahko rasla precej močna. Sčasoma lahko pride do izpustov v vakuumu. "
"Na Marsu," nadaljuje, "se izpusti lahko zgodijo pri največ nekaj sto voltih. Verjetno bodo to v obliki koronarnih žarkov in ne strelov. Kot takšni morda astronavti ne bodo ogrožali življenja, lahko pa škodujejo elektronski opremi. "
Kakšna je torej rešitev tega problema?
Tu na Zemlji je preprosto: zmanjšujemo statični razelektritev z ozemljitvijo električnih sistemov. Ozemljiti jih pomeni, da jih dobesedno povežemo z zemeljskimi bakrenimi palicami globoko v tla. Tlehne palice dobro delujejo v večini krajev na Zemlji, ker je zemlja globoka nekaj metrov, zato je dober prevodnik. Zemlja sama zagotavlja "morje elektronov", ki nevtralizira vse, kar je povezano z njo, razlaga Calle.
V tleh Lune ali Marsa ni vlage. Tudi led, ki je verjel, da prežema marsovska tla, ne bi pomagal, saj "zamrznjena voda ni strašno dober prevodnik", pravi Landis. Tako zemeljske palice ne bi bile učinkovite pri vzpostavljanju nevtralnega "skupnega tla" za lunarno ali marsovsko kolonijo.
Na Marsu bi lahko bil najboljši zemeljski zrak. Landis kaže na majhen radioaktivni vir, kakršen je bil v detektorjih dima. Nizkoenergični alfa delci bi odleteli v redficirano atmosfero in udarjali po molekulah ter jih ionizirali (odstranjevali elektrone). Tako bi ozračje v okolici habitata ali astronavta postalo prevodno in nevtraliziralo morebiten odvečni naboj.
Doseganje skupne podlage na Luni bi bilo bolj naporno, kjer ni niti redkejšega ozračja, ki bi pomagalo izkrvaviti. Namesto tega bi bilo mogoče zagotoviti skupno zemljo z zakopavanjem ogromnega lista folije ali mrežice drobnih žic, po možnosti iz aluminija (ki je zelo prevoden in ga je mogoče črpati iz lunarne zemlje) pod celotnim delovnim območjem. Potem bi bile vse stene in naprave habitata električno povezane z aluminijem.
Raziskave so še vedno preliminarne. Tako se ideje razlikujejo med fiziki, ki iščejo nekaj skupnega.
Izvirni vir: NASA News Release
