Umjetnikov koncept mogućih istraživačkih programa. Kredit za sliku: NASA Kliknite za povećanje
Jeste li ikada po suhom zimskom danu u cipelama s kožnim potplatom hodali po vunenom tepihu, a zatim posegnuli prema kvaki? ZAP! Peckava iskra skače između vaših prstiju i metalnog gumba.
To je statičko pražnjenje - mala munja.
Statičko pražnjenje samo smeta svima na Zemlji koji žive gdje zime imaju izuzetno nisku vlažnost. Ali za astronaute na Mjesecu ili na Marsu, statičko pražnjenje moglo bi predstavljati pravi problem.
'Na Marsu, mislimo da je tlo toliko suho i izolirajuće da bi, ako bi astronaut hodao vani, nakon što se vrati u stanište i pruži ruku da otvori zračnu komoru, mala munja mogla pokvariti kritičnu elektroniku', objašnjava Geoffrey A. Landis, fizičar iz Ogranka za fotonaponske i svemirske učinke na okoliš u NASA Glenn istraživačkom centru u Clevelandu, Ohio.
Taj se fenomen naziva triboelektrično punjenje.
Prefiks 'tribo' (izgovara se TRY-bo) znači 'trljanje'. Kada se određeni parovi različitih materijala, kao što su vuna i tvrda koža potplata, trljaju zajedno, jedan materijal predaje dio svojih elektrona drugom materijalu. Odvajanje naboja može stvoriti jako električno polje.
Ovdje na Zemlji, zrak oko nas i odjeća koju nosimo obično imaju dovoljno vlage da budu pristojni električni vodiči, tako da svi naboji odvojeni hodanjem ili trljanjem imaju spreman put do zemlje. Elektroni krvare u zemlju umjesto da se nakupljaju na vašem tijelu.
Ali kada su zrak i materijali izuzetno suhi, kao na primjer u suhim zimskim danima, oni su izvrsni izolatori, tako da nema spremnog puta do zemlje. Vaše tijelo može akumulirati negativne naboje, moguće do nevjerojatnih 20 tisuća volti. Ako dodirnete vodič, kao što je metalna kvaka, tada se – ZAP! – svi akumulirani elektroni isprazne odjednom.
Na Mjesecu i na Marsu uvjeti su idealni za triboelektrično punjenje. Tlo je suše od pustinjskog pijeska na Zemlji. To ga čini izvrsnim električnim izolatorom. Štoviše, tlo i većina materijala koji se koriste u svemirskim odijelima i svemirskim letjelicama (npr. aluminizirani mylar, najlon presvučen neoprenom, dacron, najlon presvučen uretanom, triko i nehrđajući čelik) potpuno su različiti jedni od drugih. Kada astronauti hodaju ili se roveri kotrljaju po tlu, njihove čizme ili kotači skupljaju elektrone dok trljaju šljunak i prašinu. Budući da je tlo izolirajuće, ne pruža put do zemlje, svemirsko odijelo ili rover mogu izgraditi ogroman triboelektrični naboj, čija veličina još nije poznata. A kada se astronaut ili vozilo vrati u bazu i dotakne metal – ZAP! Svjetla u bazi mogu se ugasiti, ili još gore.
Landis i kolege iz NASA-e Glenn prvi su put primijetili ovaj problem kasnih 1990-ih prije nego je Mars Pathfinder lansiran. 'Kada smo prototip kotača rovera Sojourner prešli preko simulirane marsove prašine u simuliranoj marsovskoj atmosferi, otkrili smo da je napunjen do stotina volti', prisjeća se.
To je otkriće toliko zabrinulo znanstvenike da su modificirali Pathfinderov dizajn rovera, dodajući igle duge pola inča, izrađene od ultratanke (0,0001 inča) volframove žice naoštrene do točke, na dnu antena. Igle bi omogućile da svaki električni naboj koji se stvori na roveru iscuri u tanku marsovsku atmosferu, 'poput minijaturnog gromobrana koji radi unatrag', objašnjava Carlos Calle, vodeći znanstvenik u NASA-inom laboratoriju za elektrostatiku i fiziku površine u svemirskom centru Kennedy , Florida. Slične zaštitne igle postavljene su i na roverima Spirit i Opportunity.
Na Mjesecu, “Apollo astronauti nikada nisu prijavili da su ih uništila elektrostatička pražnjenja”, primjećuje Calle. “Međutim, buduće lunarne misije koje koriste veliku opremu za iskopavanje za premještanje puno suhe prljavštine i prašine mogle bi proizvesti elektrostatička polja. Budući da na Mjesecu nema atmosfere, polja bi mogla postati prilično jaka. Na kraju bi se pražnjenja mogla pojaviti u vakuumu.”
“Na Marsu”, nastavlja on, “pražnjenja se mogu dogoditi na najviše nekoliko stotina volti. Vjerojatno će oni imati oblik koronalnih sjaja, a ne munja. Kao takvi, možda nisu opasni po život astronauta, ali mogu biti štetni za elektroničku opremu.”
Dakle, koje je rješenje za ovaj problem?
Ovdje na Zemlji je jednostavno: minimiziramo statičko pražnjenje uzemljenjem električnih sustava. Uzemljiti ih znači doslovno ih povezati sa Zemljom – zabijajući bakrene šipke duboko u zemlju. Uzemljene šipke dobro funkcioniraju na većini mjesta na Zemlji jer je tlo nekoliko stopa duboko vlažno i stoga je dobar provodnik. Sama Zemlja pruža 'more elektrona', koji neutralizira sve što je s njom povezano, objašnjava Calle.
Međutim, u tlu Mjeseca ili Marsa nema vlage. Čak ni led za koji se vjeruje da prožima marsovsko tlo ne bi pomogao, jer 'zamrznuta voda nije jako dobar provodnik', kaže Landis. Dakle, uzemljeni štapovi ne bi bili učinkoviti u uspostavljanju neutralnog “zajedničkog terena” za lunarnu ili marsovsku koloniju.
Na Marsu bi najbolje tlo mogao biti, ironično, zrak. Mali radioaktivni izvor 'kao što je onaj koji se koristi u detektorima dima' mogao bi se pričvrstiti na svako svemirsko odijelo i na stanište, sugerira Landis. Niskoenergetske alfa čestice bi odletjele u razrijeđenu atmosferu, udarajući u molekule i ionizirajući ih (uklanjajući elektrone). Tako bi atmosfera oko staništa ili astronauta postala vodljiva, neutralizirajući svaki višak naboja.
Postizanje zajedničkog temelja na Mjesecu bilo bi teže, gdje nema čak ni razrijeđene atmosfere koja bi pomogla iskrvariti naboj. Umjesto toga, zajednički bi se temelj mogao osigurati zakopavanjem golemog lista folije ili mreže od finih žica, moguće izrađenih od aluminija (koji je vrlo vodljiv i može se izvući iz mjesečevog tla), ispod cijelog radnog područja. Tada bi svi zidovi i uređaji staništa bili električni spojeni na aluminij.
Istraživanje je još uvijek preliminarno. Dakle, ideje se razlikuju među fizičarima koji traže, pa, neki zajednički jezik.
Izvorni izvor: NASA-ino priopćenje
