Questo è il concetto artistico di un bagliore che circonda un drone su Marte durante il volo. Il bagliore, esagerato per la visibilità, potrebbe verificarsi se le pale del rotore rotante del drone generano un campo elettrico che fa fluire correnti elettriche nell'aria marziana attorno al velivolo. Sebbene le correnti generate dal drone nell'atmosfera siano piccole, potrebbero essere abbastanza grandi da far brillare l'aria attorno alle pale e ad altre parti dell'imbarcazione di un colore blu-viola. Credito: NASA/Jay Friedlander
Le lame vorticose sui droni che volano sopra marzo può causare il flusso di minuscole correnti elettriche nell'atmosfera marziana, secondo a NASA studia. Queste correnti, se abbastanza grandi, potrebbero far brillare l'aria che circonda l'imbarcazione. Questo processo si verifica naturalmente su scale molto più grandi sulla Terra come una corona o bagliore elettrico a volte visto su aerei e navi durante tempeste elettriche note come Fuoco di Sant'Elmo.
"Il debole bagliore sarebbe più visibile durante le ore serali quando il cielo sullo sfondo è più scuro", ha affermato William Farrell del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, autore principale di un articolo su questa ricerca pubblicato su Giornale di scienze planetarie. "L'elicottero sperimentale Ingenuity della NASA non vola durante questo periodo, ma i futuri droni potrebbero essere autorizzati al volo serale e cercare questo bagliore".
"Le correnti elettriche generate dalle pale a rotazione rapida sui droni sono troppo piccole per essere una minaccia per l'imbarcazione o l'ambiente marziano, ma offrono l'opportunità di fare qualche ulteriore scienza per migliorare la nostra comprensione di un accumulo di carica elettrica chiamato ' carica triboelettrica'", ha aggiunto Farrell.
La carica triboelettrica si verifica quando l'attrito trasferisce la carica elettrica tra gli oggetti, come quando una persona strofina un palloncino contro i capelli o il maglione. Il palloncino elettrificato attirerà i capelli della persona facendoli sollevare verso il palloncino, il che indica che il palloncino ha sviluppato un ampio campo elettrico dal processo di carica triboelettrica.
Il team ha applicato misurazioni di laboratorio e ha utilizzato la modellazione al computer per studiare come la carica elettrica potrebbe accumularsi sulle pale del rotore di un drone. L'accumulo di carica avviene anche sulle pale degli elicotteri terrestri, specialmente in ambienti polverosi, quindi il team ha utilizzato anche interpretazioni e modelli della carica degli elicotteri terrestri come base per comprendere il caso Marte.
Hanno scoperto che mentre le pale del drone girano, si imbattono in minuscoli granelli di polvere nell'aria marziana, specialmente quando l'elicottero è vicino alla superficie e soffia polvere intorno. Quando le lame colpiscono i grani, la carica viene trasferita, accumulandosi sulle lame e creando un campo elettrico. Quando la carica raggiunge livelli elevati, l'atmosfera inizia a condurre elettricità, un processo noto come "rottura atmosferica", creando una popolazione di elettroni che formano una corrente elettrica potenziata che agisce per dissipare o compensare l'accumulo di carica sull'aeromobile.
Il team ha scoperto che la rottura inizia come una "valanga di elettroni" invisibile. Gli elettroni sono particelle molto piccole con carica elettrica negativa. La carica fa sì che gli elettroni rispondano ai campi elettrici, attratti da un campo generato da carica positiva e respinti da un campo generato da carica negativa. Elettroni liberi: quelli non legati ad un atomo – in un materiale elettricamente conduttivo come un filo di rame sono responsabili del flusso di corrente elettrica. Le atmosfere possono avere anche elettroni liberi e i pochi elettroni liberi nell'aria marziana sentono la forza del campo elettrico dall'aeromobile e si schiantano contro l'anidride carbonica atmosferica (CO2) molecole. L'impatto libera più elettroni dalla CO2 molecole, che amplifica la corrente.
L'atmosfera marziana è estremamente sottile, in superficie appena circa l'uno per cento della pressione dell'atmosfera terrestre al livello del mare. Questa pressione molto bassa rende più probabile il guasto. Su Marte, le molecole che compongono l'atmosfera sono più distanziate che in un'atmosfera come quella terrestre, poiché sono meno dense. Pensa al campo elettrico che spinge gli elettroni liberi proprio come un'auto all'inizio di una corsa di resistenza. Se ci sono molti ostacoli di grandi dimensioni lungo il percorso, l'auto in accelerazione potrebbe colpirli e rallentare (o fermarsi). Le collisioni limitano la velocità dell'auto per rimanere relativamente lenta. Tuttavia, se gli ostacoli sono molto distanziati, la stessa macchina ora accelererà a velocità elevate prima di colpire l'ostacolo. Allo stesso modo, lo spazio extra nell'aria marziana offre agli elettroni liberi un percorso più ampio per l'accelerazione prima che si schiantino contro una molecola, in modo che possano raggiungere la velocità richiesta per espellere altri elettroni dalla CO2 molecole e provocano una valanga di elettroni all'interno di un campo elettrico relativamente basso di circa 30,000 volt per metro (1 metro è di circa 3.3 piedi). Sulla Terra può verificarsi la stessa valanga di elettroni, ma nell'atmosfera più densa i campi elettrici devono essere molto più grandi, circa 3,000,000 di volt per metro.
Sebbene le correnti generate da un drone che vola nell'atmosfera siano piccole, potrebbero essere abbastanza grandi da far sì che l'aria attorno alle pale e ad altre parti dell'imbarcazione inizi la valanga di elettroni e possibilmente anche illumini di un colore blu-viola.
Tuttavia, i ricercatori riconoscono che il loro risultato è una previsione e talvolta la natura ha altri piani. "In teoria, dovrebbe esserci qualche effetto, ma se la valanga di elettroni è abbastanza forte da creare un bagliore e se è osservabile un debole bagliore durante le operazioni, tutto resta da determinare nei futuri voli dei droni su Marte", afferma Farrell "In effetti , si potrebbero anche posizionare piccoli elettrometri vicino alla lama e alle gambe per monitorare gli effetti di qualsiasi carica. Questo tipo di monitor elettrico potrebbe essere sia di valore scientifico che fornire input critici sulla salute dei droni durante il volo”.
Riferimento: "L'elicottero su Marte indurrà un guasto atmosferico marziano locale?" di WM Farrell, JL McLain, JR Marshall e A. Wang, 10 marzo 2021, Il giornale di scienze planetarie.
DOI: 10.3847/PSJ/abe1c3
La ricerca è stata finanziata dalla NASA nell'ambito del modello di finanziamento della scienza interna della NASA e del suo programma FLaRe (Fundamental Laboratory Research), nonché di una sovvenzione della NASA finanziata nell'ambito del programma Solar System Workings.
