Translate

Τα ελικόπτερα που πετούν στον Άρη μπορεί να λάμπουν το σούρουπο

Αυτή είναι η ιδέα ενός καλλιτέχνη για μια λάμψη που περιβάλλει ένα drone στον Άρη κατά τη διάρκεια της πτήσης. Η λάμψη, υπερβολική για ορατότητα, μπορεί να συμβεί εάν οι περιστρεφόμενες λεπίδες του ρότορα του drone δημιουργήσουν ένα ηλεκτρικό πεδίο που προκαλεί ηλεκτρικά ρεύματα να ρέουν στον αέρα του Άρη γύρω από το σκάφος. Αν και τα ρεύματα που δημιουργούνται από το drone στην ατμόσφαιρα είναι μικρά, μπορεί να είναι αρκετά μεγάλα ώστε να κάνουν τον αέρα γύρω από τις λεπίδες και άλλα μέρη του σκάφους να λάμπει ένα μπλε-μοβ χρώμα.
Συντελεστές: NASA/Jay Friedlander


Οι στροβιλιζόμενες λεπίδες στα drones που πετούν πάνω από τον Άρη μπορεί να προκαλέσουν τη ροή μικροσκοπικών ηλεκτρικών ρευμάτων στην ατμόσφαιρα του Άρη, σύμφωνα με μελέτη της NASA. Αυτά τα ρεύματα, αν είναι αρκετά μεγάλα, μπορεί να κάνουν τον αέρα που περιβάλλει το σκάφος να λάμπει. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει φυσικά σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα στη Γη ως κορώνα ή ηλεκτρική λάμψη που παρατηρείται μερικές φορές σε αεροσκάφη και πλοία σε ηλεκτρικές καταιγίδες γνωστές ως Φωτιές του Αγίου Έλμου.

«Η αμυδρή λάμψη θα ήταν πιο ορατή κατά τις βραδινές ώρες, όταν ο ουρανός φόντου είναι πιο σκοτεινός», δήλωσε ο William Farrell του Κέντρου Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA στο Greenbelt του Μέριλαντ, επικεφαλής συγγραφέας μιας εργασίας για αυτήν την έρευνα που δημοσιεύτηκε στις 10 Μαρτίου 2021 στο Planetary Science Journal. . «Το πειραματικό ελικόπτερο Ingenuity της NASA δεν πετάει κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, αλλά μελλοντικά drones θα μπορούσαν να καθαριστούν για βραδινή πτήση και να αναζητήσουν αυτή τη λάμψη».

«Τα ηλεκτρικά ρεύματα που παράγονται από τις ταχέως περιστρεφόμενες λεπίδες στα drones είναι πολύ μικρά για να αποτελούν απειλή για το σκάφος ή το περιβάλλον του Άρη, αλλά προσφέρουν την ευκαιρία να κάνουμε κάποια επιπλέον επιστήμη για να βελτιώσουμε την κατανόησή μας για τη συσσώρευση ηλεκτρικού φορτίου που ονομάζεται « τριβοηλεκτρική φόρτιση», πρόσθεσε ο Φάρελ.
Η τριβοηλεκτρική φόρτιση συμβαίνει όταν η τριβή μεταφέρει ηλεκτρικό φορτίο μεταξύ αντικειμένων, όπως όταν ένα άτομο τρίβει ένα μπαλόνι στα μαλλιά ή στο πουλόβερ του. Το ηλεκτρισμένο μπαλόνι θα προσελκύσει τα μαλλιά του ατόμου αναγκάζοντάς τα να σηκωθούν προς το μπαλόνι – κάτι που δείχνει ότι το μπαλόνι έχει αναπτύξει ένα μεγάλο ηλεκτρικό πεδίο από τη διαδικασία τριβοηλεκτρικής φόρτισης.

Η ομάδα εφάρμοσε εργαστηριακές μετρήσεις και χρησιμοποίησε μοντελοποίηση υπολογιστή για να διερευνήσει πώς θα μπορούσε να συσσωρευτεί ηλεκτρικό φορτίο στα πτερύγια του ρότορα ενός drone. Η συσσώρευση φόρτισης συμβαίνει επίσης σε λεπίδες επίγειων ελικοπτέρων, ειδικά σε περιβάλλοντα με σκόνη, επομένως η ομάδα χρησιμοποίησε επίσης ερμηνείες και μοντελοποίηση της φόρτισης από επίγεια ελικόπτερα ως βάση για την κατανόηση της υπόθεσης του Άρη.

Διαπίστωσαν ότι καθώς οι λεπίδες του drone περιστρέφονται, πέφτουν σε μικροσκοπικούς κόκκους σκόνης στον αέρα του Άρη, ειδικά όταν το ελικόπτερο βρίσκεται κοντά στην επιφάνεια και φυσάει σκόνη τριγύρω. Καθώς οι λεπίδες προσκρούουν στους κόκκους, το φορτίο μεταφέρεται, συσσωρεύεται στις λεπίδες και δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο. Καθώς το φορτίο αυξάνεται σε υψηλά επίπεδα, η ατμόσφαιρα αρχίζει να άγει ηλεκτρισμό, μια διαδικασία γνωστή ως «ατμοσφαιρική διάσπαση», δημιουργώντας έναν πληθυσμό ηλεκτρονίων που σχηματίζουν ένα ενισχυμένο ηλεκτρικό ρεύμα που δρα για να διαλύσει ή να αντισταθμίσει τη συσσώρευση φορτίου στο στροφείο.

Η ομάδα διαπίστωσε ότι η διάσπαση ξεκινά ως μια αόρατη «χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων». Τα ηλεκτρόνια είναι πολύ μικρά σωματίδια με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Το φορτίο κάνει τα ηλεκτρόνια να ανταποκρίνονται στα ηλεκτρικά πεδία – έλκονται από ένα πεδίο που δημιουργείται από θετικό φορτίο και απωθείται από ένα πεδίο που δημιουργείται από αρνητικό φορτίο. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια – αυτά που δεν είναι συνδεδεμένα με ένα άτομο – σε ένα ηλεκτρικά αγώγιμο υλικό, όπως ένα χάλκινο σύρμα, είναι υπεύθυνα για τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος. Οι ατμόσφαιρες μπορούν επίσης να έχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια, και τα λίγα ελεύθερα ηλεκτρόνια στον αέρα του Άρη αισθάνονται τη δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου από το ρότορα και συντρίβονται σε μόρια διοξειδίου του άνθρακα (CO2) της ατμόσφαιρας. Η κρούση ελευθερώνει περισσότερα ηλεκτρόνια από μόρια CO2, γεγονός που ενισχύει το ρεύμα.

Η ατμόσφαιρα του Άρη είναι εξαιρετικά λεπτή, στην επιφάνεια μόλις το ένα τοις εκατό της πίεσης της ατμόσφαιρας της Γης στο επίπεδο της θάλασσας. Αυτή η πολύ χαμηλή πίεση καθιστά πιο πιθανή τη βλάβη. Στον Άρη, τα μόρια που συνθέτουν την ατμόσφαιρα βρίσκονται σε μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ τους από ό,τι σε μια ατμόσφαιρα όπως αυτή της Γης, καθώς είναι λιγότερο πυκνά. Σκεφτείτε το ηλεκτρικό πεδίο που ωθεί τα ελεύθερα ηλεκτρόνια όπως ένα αυτοκίνητο στην αρχή ενός αγώνα οπισθέλκουσας. Εάν υπάρχουν πολλά μεγάλα εμπόδια κατά μήκος της διαδρομής, το αυτοκίνητο που επιταχύνει μπορεί να τα χτυπήσει και να επιβραδύνει (ή να σταματήσει). Οι συγκρούσεις περιορίζουν την ταχύτητα του αυτοκινήτου ώστε να παραμείνει σχετικά αργή. Ωστόσο, εάν τα εμπόδια έχουν μεγάλη απόσταση, το ίδιο αυτοκίνητο θα επιταχύνει τώρα σε υψηλές ταχύτητες πριν χτυπήσει το εμπόδιο. Ομοίως, ο επιπλέον χώρος στον αέρα του Άρη δίνει στα ελεύθερα ηλεκτρόνια μια μεγαλύτερη διαδρομή για επιτάχυνση πριν «συντρίψουν» σε ένα μόριο, έτσι ώστε να μπορούν να φτάσουν την απαιτούμενη ταχύτητα για να εκτοξεύσουν άλλα ηλεκτρόνια από τα μόρια CO2 και να ξεκινήσουν μια χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων σε σχετικά χαμηλό επίπεδο. ηλεκτρικό πεδίο περίπου 30.000 βολτ ανά μέτρο (1 μέτρο είναι περίπου 3,3 πόδια). Στη Γη, μπορεί να συμβεί η ίδια χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων, αλλά στην πιο πυκνή ατμόσφαιρα, τα ηλεκτρικά πεδία πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερα, περίπου 3.000.000 βολτ ανά μέτρο.

Αν και τα ρεύματα που παράγονται από ένα drone που πετάει στην ατμόσφαιρα είναι μικρά, μπορεί να είναι αρκετά μεγάλα ώστε ο αέρας γύρω από τις λεπίδες και άλλα μέρη του σκάφους να ξεκινήσει τη χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων και πιθανώς ακόμη και να λάμψει ένα μπλε-μοβ χρώμα.
Ωστόσο, οι ερευνητές αναγνωρίζουν ότι το αποτέλεσμά τους είναι μια πρόβλεψη και μερικές φορές η φύση έχει άλλα σχέδια. «Θεωρητικά, θα πρέπει να υπάρχει κάποιο αποτέλεσμα, αλλά αν η χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων είναι αρκετά ισχυρή για να δημιουργήσει μια λάμψη και εάν παρατηρηθεί κάποια ασθενής λάμψη κατά τη διάρκεια των επιχειρήσεων, όλα αυτά πρέπει να καθοριστούν σε μελλοντικές πτήσεις drone στον Άρη», λέει ο Farrell «Στην πραγματικότητα. , θα μπορούσε κανείς ακόμη και να τοποθετήσει μικρά ηλεκτρόμετρα κοντά στη λεπίδα και στα πόδια για να παρακολουθεί τα αποτελέσματα οποιασδήποτε φόρτισης. Αυτό το είδος ηλεκτρικής οθόνης θα μπορούσε να έχει επιστημονική αξία και να παρέχει κρίσιμα στοιχεία για την υγεία του drone κατά τη διάρκεια της πτήσης».

Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από τη NASA στο πλαίσιο του Μοντέλου Χρηματοδότησης Εσωτερικών Επιστημών της NASA και της Θεμελιώδη Εργαστηριακή Έρευνα της