แนวคิดของศิลปินเกี่ยวกับโครงการสำรวจที่เป็นไปได้ เครดิตรูปภาพ: NASA คลิกเพื่อขยาย
คุณเคยเดินข้ามพรมขนสัตว์ในรองเท้าที่ทำจากหนังในฤดูหนาวที่แห้งแล้งและเอื้อมมือไปที่ลูกบิดประตูหรือไม่? โอ้โห! ประกายไฟที่พุ่งออกมาระหว่างนิ้วมือกับลูกบิดโลหะ
นั่นคือการคายประจุคงที่ - ฟ้าผ่ามีขนาดเล็ก
การคายประจุไฟฟ้าสถิตนั้นสร้างความรำคาญให้กับทุกคนบนโลกที่ซึ่งฤดูหนาวมีความชื้นต่ำเป็นพิเศษ แต่สำหรับนักบินอวกาศบนดวงจันทร์หรือบนดาวอังคารการปล่อยไฟฟ้าสถิตอาจเป็นปัญหาที่แท้จริง
“ บนดาวอังคารเราคิดว่าดินนั้นแห้งแล้งและเป็นฉนวนว่าถ้านักบินอวกาศออกไปเดินเมื่อเขาหรือเธอกลับไปที่ที่อยู่อาศัยและเอื้อมมือไปเปิดแอร์ล็อกสายฟ้าเล็ก ๆ น้อย ๆ อาจกระทบกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญ” เจฟฟรีย์อธิบาย . แลนดิสนักฟิสิกส์ที่มีสาขาผลกระทบด้านพลังงานแสงอาทิตย์และอวกาศที่ศูนย์วิจัยนาซ่าเกล็นในคลีฟแลนด์รัฐโอไฮโอ
ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการชาร์จแบบไทรโบอิเล็กทริก
คำนำหน้า“ tribo” (ออกเสียง TRY-bo) หมายถึง“ การถู” เมื่อวัสดุบางคู่แตกต่างกันเช่นขนสัตว์และหนังแข็ง แต่เพียงผู้เดียวรองเท้าถูกันวัสดุหนึ่งให้อิเล็กตรอนบางส่วนของวัสดุอื่น ๆ การแยกประจุสามารถสร้างสนามไฟฟ้าแรง
บนโลกนี้อากาศรอบตัวเราและเสื้อผ้าที่เราสวมใส่มักจะมีความชื้นเพียงพอที่จะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีดังนั้นค่าใช้จ่ายใด ๆ ที่แยกจากกันโดยการเดินหรือการถูจะมีเส้นทางพร้อมสู่พื้นดิน อิเลคตรอนมีเลือดออกลงไปที่พื้นแทนที่จะสะสมบนร่างกายของคุณ
แต่เมื่ออากาศและวัสดุแห้งเป็นพิเศษเช่นในวันฤดูหนาวพวกเขาจะเป็นฉนวนที่ยอดเยี่ยมดังนั้นจึงไม่มีทางเดินพร้อมลงสู่พื้นดิน ร่างกายของคุณสามารถสะสมประจุลบได้มากถึง 20,000 โวลต์ที่น่าทึ่ง หากคุณสัมผัสตัวนำเช่นลูกบิดประตูโลหะ - ZAP! - อิเล็กตรอนสะสมทั้งหมดจะถูกปลดปล่อยในครั้งเดียว
บนดวงจันทร์และบนดาวอังคารเงื่อนไขเหมาะสำหรับการชาร์จแบบไทรโบอิเล็กทริก ดินแห้งกว่าทรายทะเลทรายบนโลก ทำให้เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม นอกจากนี้ดินและวัสดุส่วนใหญ่ที่ใช้ในชุดอวกาศและยานอวกาศ (เช่นอะลูมิไนซ์ mylar, ไนล่อนเคลือบด้วยนีโอพรีน, เดครอน, ไนล่อนเคลือบยูรีเทน, tricot และสแตนเลส) นั้นแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง เมื่อนักบินอวกาศเดินหรือโรเวอร์ข้ามพื้นรองเท้าบู๊ตหรือล้อของพวกเขารวบรวมอิเล็กตรอนขณะที่พวกเขาถูผ่านกรวดและฝุ่นละออง เนื่องจากดินเป็นฉนวนโดยไม่มีเส้นทางสู่พื้นดินชุดอวกาศหรือโรเวอร์สามารถสร้างประจุไทรโบอิเล็กทริกอันยิ่งใหญ่ซึ่งยังไม่ทราบขนาด และเมื่อนักบินอวกาศหรือยานพาหนะกลับไปที่ฐานและสัมผัสโลหะ –ZAP! ไฟในฐานอาจดับหรือแย่กว่านั้น
แลนดิสและเพื่อนร่วมงานที่องค์การนาซ่าเกล็นสังเกตเห็นปัญหานี้เป็นครั้งแรกในปลายปี 1990 ก่อนที่จะมีการเปิดตัว Mars Pathfinder “ เมื่อเราวิ่งล้อต้นแบบของรถโรเวอร์ Sojourner เหนือฝุ่น Martian ที่จำลองในบรรยากาศ Martian ที่จำลองเราพบว่ามันมีประจุมากถึงร้อยโวลต์” เขากล่าว
การค้นพบนั้นเกี่ยวข้องกับนักวิทยาศาสตร์ที่พวกเขาปรับเปลี่ยนการออกแบบรถแลนด์โรเวอร์ของ Pathfinder โดยเพิ่มเข็มครึ่งนิ้วยาวทำจากลวดทังสเตน ultrathin (0.0001 นิ้ว) เส้นผ่านศูนย์กลางแหลมที่ฐานเสาอากาศ คาร์ลอสคาลล์นักวิทยาศาสตร์จากศูนย์อวกาศ Electrostatics และฟิสิกส์พื้นผิวของนาซ่ากล่าวว่าเข็มจะอนุญาตให้มีประจุไฟฟ้าที่สร้างขึ้นบนรถแลนด์โรเวอร์เพื่อระเบิดออกสู่บรรยากาศดาวอังคารที่บาง รัฐฟลอริดา มีการติดตั้งเข็มป้องกันที่คล้ายกันนี้ลงในโรเวอร์วิญญาณและโอกาส
บนดวงจันทร์“ นักบินอวกาศอพอลโลไม่เคยรายงานว่าถูก zapped โดยการปล่อยไฟฟ้าสถิต” Calle ตั้งข้อสังเกต “ อย่างไรก็ตามภารกิจบนดวงจันทร์ในอนาคตโดยใช้อุปกรณ์ขุดขนาดใหญ่เพื่อเคลื่อนย้ายสิ่งสกปรกและฝุ่นละอองแห้งจำนวนมากสามารถสร้างสนามไฟฟ้าสถิตได้ เนื่องจากไม่มีบรรยากาศบนดวงจันทร์ทุ่งนาจึงสามารถเติบโตได้อย่างแข็งแกร่ง ในที่สุดการปล่อยอาจเกิดขึ้นในสุญญากาศ”
“ บนดาวอังคาร” เขากล่าวต่อ“ การปล่อยประจุสามารถเกิดขึ้นได้ไม่เกินสองร้อยโวลต์ เป็นไปได้ว่าสิ่งเหล่านี้จะอยู่ในรูปของการเรืองแสงเวียนเวียนแทนที่จะเป็นสายฟ้า เช่นนี้พวกเขาอาจไม่เป็นอันตรายถึงชีวิตต่อนักบินอวกาศ แต่อาจเป็นอันตรายต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์”
ดังนั้นทางออกของปัญหานี้คืออะไร
ที่นี่บนโลกมันง่าย: เราลดการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตโดยการต่อสายดินระบบไฟฟ้า การต่อสายดินหมายถึงการเชื่อมต่อพวกเขาเข้ากับโลก - ทุบทองแดงแท่งลึกลงไปในพื้นดิน แท่งพื้นดินทำงานได้ดีในสถานที่ส่วนใหญ่บนโลกเพราะพื้นดินลึกหลายฟุตและเป็นตัวนำที่ดี โลกเองให้ "ทะเลอิเล็กตรอน" ซึ่งทำให้ทุกอย่างที่เกี่ยวข้องกับมันเป็นกลาง Calle อธิบาย
แม้ว่าจะไม่มีความชื้นในดินของดวงจันทร์หรือดาวอังคาร แม้แต่น้ำแข็งที่เชื่อว่าจะซึมซับดินบนดาวอังคารก็ไม่สามารถช่วยได้เพราะ“ น้ำแช่แข็งไม่ใช่ตัวนำที่ดีมาก” แลนดิสกล่าว ดังนั้นแท่งดินจะไม่ได้ผลในการสร้าง "พื้นดินทั่วไป" ที่เป็นกลางสำหรับอาณานิคมบนดวงจันทร์หรือดาวอังคาร
บนพื้นดินดาวอังคารอาจเป็นสิ่งที่น่าขันที่สุดในอากาศ แหล่งกัมมันตภาพรังสีเล็ก ๆ “ เช่นที่ใช้ในเครื่องตรวจจับควัน” สามารถเชื่อมต่อกับอวกาศแต่ละชุดและที่อยู่อาศัย อนุภาคแอลฟาพลังงานต่ำจะบินไปสู่ชั้นบรรยากาศที่หายากชนโมเลกุลและทำให้เป็นไอออน (ลบอิเล็กตรอน) ดังนั้นบรรยากาศที่อยู่รอบ ๆ ที่อยู่อาศัยหรือมนุษย์อวกาศจะกลายเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าซึ่งจะทำให้ประจุไฟฟ้าส่วนเกินเป็นกลาง
การประสบความสำเร็จบนพื้นดินทั่วไปบนดวงจันทร์นั้นยากกว่าที่จะไม่มีแม้แต่บรรยากาศที่หายากที่จะช่วยให้เลือดไหลออกจากประจุ แต่พื้นดินทั่วไปอาจมีให้โดยการฝังแผ่นฟอยล์ขนาดใหญ่หรือตาข่ายลวดละเอียดซึ่งอาจทำจากอลูมิเนียม (ซึ่งมีความนำไฟฟ้าสูงและสามารถสกัดได้จากดินบนดวงจันทร์) ภายใต้พื้นที่ทำงานทั้งหมด จากนั้นผนังและที่อยู่อาศัยทั้งหมดของอุปกรณ์จะเชื่อมต่อกับอลูมิเนียมด้วยไฟฟ้า
การวิจัยเบื้องต้นยังคงอยู่ ดังนั้นความคิดที่แตกต่างกันในหมู่นักฟิสิกส์ที่กำลังมองหาความรู้ทั่วไปบางอย่าง
แหล่งที่มาดั้งเดิม: NASA News Release
