Afbeelding tegoed: NASA
Wetenschappers hebben aanwijzingen gevonden dat stofduivels op Mars elektrische hoogspanningsvelden kunnen hebben, gebaseerd op waarnemingen van hun terrestrische tegenhanger. Dit onderzoek ondersteunt NASA's Vision for Space Exploration door te helpen begrijpen welke uitdagingen de Marsomgeving biedt aan ontdekkingsreizigers, zowel robotachtig als uiteindelijk menselijk.
NASA- en universiteitsonderzoekers ontdekten dat stofduivels op aarde onverwacht grote elektrische velden hebben, meer dan 4.000 volt per meter (yard), en ook magnetische velden kunnen genereren. Net als rechercheurs die een verdachte achtervolgen, bevestigden de wetenschappers instrumenten aan een vrachtwagen en raceten door woestijnen in Nevada (2000) en Arizona (2001), rijdend door stofduivels om hun metingen te krijgen als onderdeel van de atmosfeer van Mars en stof in de optische en radio (MATADOR) activiteit. De waarnemingen in Arizona omvatten ook een vast basiskamp met een volledige reeks meteorologische instrumenten (zie item 2 voor een foto van de campagne in Arizona).
Stofduivels zijn als miniatuur tornado's, ongeveer 10 tot 100 meter breed met 20 tot 60 mijl per uur (32 tot 96 km / uur) winden die rond een hete kolom met opstijgende lucht wervelen. "Stofduivels komen veel voor op Mars, en NASA is erin geïnteresseerd, maar ook in andere verschijnselen als mogelijke hinder of gevaar voor toekomstige menselijke ontdekkingsreizigers", zegt Dr. William Farrell van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, MD. "Als Martian stofduivels zijn zeer geëlektrificeerd, zoals ons onderzoek suggereert, ze zouden kunnen leiden tot meer ontlading of vonkoverslag in de lagedruk Mars-atmosfeer, meer stofhechting aan ruimtepakken en apparatuur, en interferentie met radiocommunicatie. ” NASA's Mars Testbed-missies in het komende decennium kunnen mogelijk onderzoeken of dit het geval is. Farrell is de hoofdauteur van een paper over dit onderzoek, gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research 20 april.
"Complexe sporen, gegenereerd door de grote Martiaanse stofduivels, worden vaak aangetroffen in veel regio's van Mars, en verschillende stofduivels zijn gefotografeerd tijdens het schuren van het oppervlak", zegt MATADOR hoofdonderzoeker Dr. Peter Smith van de Universiteit van Arizona (Tucson). “Deze Martiaanse stofduivels verkleinen de aardse van 5 tot 10 meter en kunnen groter zijn dan 500 meter in diameter en enkele duizenden meters hoog. Het is bekend dat de spoorpatronen van seizoen tot seizoen veranderen, dus deze enorme stofpijpen moeten een grote factor zijn bij het transport van stof en kunnen verantwoordelijk zijn voor het eroderen van landvormen. ”
"Twee ingrediënten, zowel op aarde als op Mars, zijn nodig om een stofduivel te vormen: opstijgende lucht en een bron van rotatie", zegt Dr. Nilton Renno van de Universiteit van Michigan, een lid van het onderzoeksteam dat een expert is in de vloeistofdynamica van stofduivels. “Windschering, zoals een verandering in windrichting en snelheid met hoogte, is de bron voor rotatie. Sterkere opstijgingen hebben het potentieel om sterkere stofduivels te produceren en grotere windschering veroorzaakt grotere stofduivels. ”
Stofdeeltjes worden geëlektrificeerd in stofduivels wanneer ze tegen elkaar wrijven terwijl ze door de wind worden gedragen, en dragen positieve en negatieve elektrische lading over op dezelfde manier waarop je statische elektriciteit opbouwt als je over een tapijt schuifelt. Wetenschappers dachten dat er geen grootschalig grootschalig elektrisch veld zou zijn in stofduivels omdat negatief geladen deeltjes gelijk zouden worden vermengd met positief geladen deeltjes, zodat de totale elektrische lading in de stofduivel in evenwicht zou zijn.
De observaties van het team geven echter aan dat kleinere deeltjes negatief geladen worden, terwijl grotere deeltjes positief geladen worden. Stofduivelwinden brengen de kleine, negatief geladen deeltjes hoog de lucht in, terwijl de zwaardere, positief geladen deeltjes dicht bij de basis van de stofduivel blijven. Deze scheiding van ladingen levert het grootschalige elektrische veld op, zoals de positieve en negatieve terminals op een batterij. Omdat de geëlektrificeerde deeltjes in beweging zijn en een magnetisch veld slechts het resultaat is van bewegende elektrische ladingen, wekt de stofduivel ook een magnetisch veld op.
Als Martiaanse stofkorrels verschillende groottes en composities hebben, zouden stofduivels op Mars op dezelfde manier geëlektrificeerd moeten worden als hun deeltjes tegen elkaar wrijven, volgens het team (zie Item 1 voor het concept van een kunstenaar van een geëlektrificeerde Martiaanse stofduivel ). Op droge dagen ervaren we meer statische elektriciteit omdat watermoleculen lading onttrekken aan geëlektrificeerde objecten. Aangezien de atmosfeer van Mars extreem droog is, wordt verwacht dat de lading sterk zal zijn, aangezien er weinig atmosferische watermoleculen zullen zijn om lading uit de stofkorrels te stelen. Aangezien de dichtheid van de atmosfeer van Mars echter veel lager is dan die van de aarde, wordt verwacht dat de elektrische geleidbaarheid in de buurt van de atmosfeer van Mars 100 keer hoger zal zijn. Het duurt daarom langer voordat een Martiaanse stofduivel volledig is opgeladen, aangezien de verhoogde atmosferische geleiding de lading wegtrekt van de stofdeeltjes van Mars.
Tot op heden hebben geen van de robotachtige Mars-landers en rovers die op het oppervlak van Mars hebben geopereerd enige gevolgen van dit fenomeen ervaren, waaronder de rovers Spirit en Opportunity. Complexere landingslaboratoria, zoals het Mars Science Laboratory (MSL), dat naar verwachting in 2009 zal worden gelanceerd, kunnen echter veel gevoeliger zijn voor elektrische storingen dan eerdere missies. Als zodanig is dit onderzoek een belangrijke opstap naar meer geavanceerde robot- en menselijke verkenning van Mars.
Martiaanse stofstormen, die de hele planeet kunnen bedekken, zullen naar verwachting ook sterke generatoren van elektrische velden zijn (item 3 toont stof dat in de atmosfeer van Mars zweeft als gevolg van de stofduivel van Mars en stofstormactiviteit). Het team hoopt een grote stofstorm op aarde te meten en beschikt over instrumenten om atmosferische elektrische en magnetische velden op toekomstige Mars-landers te detecteren.
Het team bestaat uit onderzoekers van NASA Goddard, NASA Glenn (Cleveland, Ohio), NASA Jet Propulsion Laboratory (Pasadena, Californië), University of Arizona (Tucson), University of California (Berkeley), SETI Institute (Mountain View, Californië) , University of Washington (Seattle), University of Michigan (Ann Arbor) en Duke University (Durham, NC). Dit onderzoek werd gedeeltelijk gesponsord door het NASA Mars Fundamental Research Program, dat wordt beheerd vanuit het NASA-hoofdkantoor in Washington, DC.
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
