Toto je umělecká představa záře obklopující dron na Marsu během letu. Záře, přehnaná pro viditelnost, by se mohla objevit, pokud rotující lopatky rotoru dronu generují elektrické pole, které způsobí, že v marťanském vzduchu kolem plavidla proudí elektrické proudy. Ačkoli jsou proudy generované dronem v atmosféře malé, mohou být dostatečně velké na to, aby způsobily, že vzduch kolem lopatek a dalších částí plavidla zářil modrofialovou barvou. Poděkování: NASA/Jay Friedlander
Vířící lopatky na dronech létajících nahoře Mars může způsobit proudění drobných elektrických proudů v atmosféře Marsu, podle a NASA studie. Tyto proudy, pokud jsou dostatečně velké, mohou způsobit, že vzduch obklopující plavidlo bude zářit. Tento proces se přirozeně vyskytuje v mnohem větších měřítcích na Zemi jako koróna nebo elektrická záře, kterou někdy vidíme na letadlech a lodích v elektrických bouřích známých jako Saint Elmo's Fire.
„Slabá záře by byla nejviditelnější ve večerních hodinách, kdy je pozadí oblohy tmavší,“ řekl William Farrell z Goddardova vesmírného letového střediska NASA v Greenbeltu v Marylandu, hlavní autor článku o tomto výzkumu publikovaném v roce Planetární vědecký žurnál. "Experimentální vrtulník Ingenuity NASA během této doby nelétá, ale budoucí drony by mohly být uvolněny pro večerní let a hledat tuto záři."
„Elektrické proudy generované rychle se otáčejícími lopatkami dronů jsou příliš malé na to, aby představovaly hrozbu pro plavidlo nebo prostředí Marsu, ale nabízejí příležitost udělat další vědu, abychom zlepšili naše chápání akumulace elektrického náboje zvaného ' triboelektrické nabíjení“, dodal Farrell.
K triboelektrickému nabíjení dochází, když tření přenáší elektrický náboj mezi předměty, jako když si člověk tře balónem o vlasy nebo svetr. Elektrifikovaný balónek přitáhne vlasy osoby a způsobí, že se zvednou směrem k balónku – což znamená, že balónek vyvinul velké elektrické pole z procesu triboelektrického nabíjení.
Tým použil laboratorní měření a použil počítačové modelování, aby prozkoumal, jak by se elektrický náboj mohl nahromadit na rotorových listech dronu. Náboj se hromadí také na listech pozemských vrtulníků, zejména v prašném prostředí, takže tým také použil interpretace a modelování nabíjení z pozemských vrtulníků jako základ pro pochopení případu Mars.
Zjistili, že když se čepele dronu točí, narážejí na drobná prachová zrnka v marťanském vzduchu, zvláště když je vrtulník blízko povrchu a rozfoukává prach kolem. Jak čepele narážejí na zrna, přenáší se náboj, hromadí se na čepelích a vytváří elektrické pole. Jak náboj narůstá na vysoké úrovně, atmosféra začne vést elektřinu, proces známý jako „atmosférický rozpad“, čímž se vytvoří populace elektronů, které tvoří zvýšený elektrický proud, který působí tak, že rozptyluje nebo kompenzuje nahromadění náboje na rotorovém letadle.
Tým zjistil, že zhroucení začíná jako neviditelná „elektronová lavina“. Elektrony jsou velmi malé částice se záporným elektrickým nábojem. Tento náboj způsobuje, že elektrony reagují na elektrická pole – přitahované k poli generovanému kladným nábojem a odpuzované od pole generovaného záporným nábojem. Volné elektrony – ty, které nejsou vázány na an atom – v elektricky vodivém materiálu, jako je měděný drát, jsou zodpovědné za tok elektrického proudu. Atmosféra může mít také volné elektrony a těch pár volných elektronů v marťanském vzduchu cítí sílu elektrického pole z rotorového letadla a naráží do atmosférického oxidu uhličitého (CO2) molekuly. Náraz uvolní více elektronů z CO2 molekul, což zesiluje proud.
Atmosféra Marsu je extrémně tenká, na povrchu jen asi jedno procento tlaku zemské atmosféry na hladině moře. Tento velmi nízký tlak zvyšuje pravděpodobnost poruchy. Na Marsu jsou molekuly, které tvoří atmosféru, od sebe vzdáleny dále než v atmosféře podobné té Zemi, protože jsou méně husté. Představte si elektrické pole pohánějící volné elektrony podobně jako auto na začátku drag race. Pokud je na cestě mnoho velkých překážek, může do nich zrychlující vůz narazit a zpomalit (nebo zastavit). Srážky omezují rychlost vozu tak, aby zůstala relativně pomalá. Pokud jsou však překážky velmi široce rozmístěny, totéž auto nyní zrychlí na vysokou rychlost, než narazí na překážku. Podobně prostor navíc v marťanském vzduchu dává volným elektronům větší dráhu pro zrychlení, než „narazí“ do molekuly, takže mohou dosáhnout požadované rychlosti, aby odkoply další elektrony z CO.2 molekul a spustí elektronovou lavinu v relativně nízkém elektrickém poli kolem 30,000 1 voltů na metr (3.3 metr je asi 3,000,000 stopy). Na Zemi může dojít ke stejné elektronové lavině, ale v hustší atmosféře musí být elektrická pole mnohem větší, asi XNUMX XNUMX XNUMX voltů na metr.
I když jsou proudy generované dronem letícím v atmosféře malé, mohou být dostatečně velké na to, aby způsobily, že vzduch kolem lopatek a dalších částí plavidla spustí elektronovou lavinu a možná dokonce zazáří modrofialovou barvou.
Vědci však uznávají, že jejich výsledkem je předpověď a někdy má příroda jiné plány. „Teoreticky by tam měl být nějaký účinek, ale zda je elektronová lavina dostatečně silná, aby vytvořila záři, a jestli je nějaká slabá záře pozorovatelná během operací, to vše se musí určit při budoucích letech dronů na Marsu,“ říká Farrell „Ve skutečnosti bylo možné dokonce umístit malé elektrometry blízko čepele a u nohou, aby bylo možné sledovat účinky jakéhokoli nabíjení. Tento druh elektrického monitoru by mohl mít jak vědeckou hodnotu, tak poskytovat zásadní informace o zdraví dronu během letu.
Odkaz: "Vyvolá marťanský vrtulník místní zhroucení atmosféry Marsu?" od WM Farrella, JL McLaina, JR Marshalla a A. Wanga, 10. března 2021, Planetární vědecký žurnál.
DOI: 10.3847/PSJ/abe1c3
Výzkum byl financován NASA v rámci modelu NASA Internal Science Funding Model a jeho programu Fundamental Laboratory Research (FLaRe) a také grantem NASA financovaným v rámci programu Solar System Workings.
