Пыль висящая над Луной на границе дня и ночи

Объяснение экстраординарного явления требует оригинальной гипотезы. По мнению Тимоти Стаббса (Timothy Stubbs) из центра космических полетов НАСА им. Годдарда, ветер может вызываться электростатическими свойствами лунной поверхности. Дневная часть Луны заряжена положительно, ночная — отрицательно. На терминаторе пыль может подниматься под действием обычных электрических сил. Но лунный «утренний бриз» — не единственная загадка. Прибор LEAM вел себя крайне странно даже в полдень. Спустя несколько часов после него он вдруг разогревался до такой степени, что, по заверениям НАСА, его приходилось отключать. Возможно, это связано с тем, что попадающая на прибор пыль не столько рассеивает, сколько поглощает солнечное излучение.

 

...Через несколько минут картинка на экране изменилась: в куполе словно дверь растворилась, вернее, съехала в сторону. Из купола вышло насекомоподобное существо, или, быть может, это был робот. Он подошел к "Луноходу" - и на этом связь прервалась.
А тут и начальство стало прибывать.
Пленку, на которой насекомое показалось, прокрутили несколько десятков раз. Я запомнил во всех подробностях. Скорее, это было даже не насекомое, а ракообразное. Рак, но только метровый рак. ...

 

Possibility of the existence of a dusty plasma sheath-like structure in the region of lunar terminator is shown. The electric fields excited in the terminator region are demonstrated to be on the order of 300 V/m. These electric fields can result in rise of dust particles of the size of 2-3 μm up to an altitude of about 30 cm over the lunar surface that explains the effect of "horizon glow" observed at the terminator by Surveyor lunar lander.

 

A dusty plasma layer formed near the illuminated part of the surface of the Moon under the action of ultraviolet radiation, as well as fast and slow solar wind, has been numerically simulated. The numerical calculations including the photoemission properties of lunar regolith samples delivered to the Earth have been compared to estimates within known theoretical models. It has been shown that the flux of solar wind particles plays an important role in the formation of the surface photoelectron layer. The conditions of the charging and stable levitation of dust particles in the surface plasma layer of the Moon have been analyzed.

 

JETP Letters: issues online

One of leading physical journals in Russia //  www.jetpletters.ac.ru

 

Численные расчеты с учетом фотоэмиссионных свойств образцов лунного реголита, доставленных на Землю, сопоставлены с оценками, сделанными на основе известных теоретических моделей. Показано, что поток частиц солнечного ветра играет важную роль при формировании приповерхностного фотоэлектронного слоя. Выполнен анализ условий зарядки и устойчивой левитации пылевых частиц в приповерхностном плазменном слое Луны.

 

Поверхность Луны, как и поверхность любого
другого космического тела, лишенного атмосферы,
подвергается воздействию солнечного ветра и уль-
трафиолетового (УФ) излучения, вызывающего фо-
тоэмиссию. В результате возникают заряд на поверх-
ности (на освещенной стороне он положителен, а на
ночной – отрицателен) и электрические поля вбли-
зи нее [1–3]. Частицы пыли из лунного реголита,
оказавшиеся в приповерхностной плазме благодаря
каким-либо механическим процессам (например, воз-
действию микрометеоритов или электростатических
сил), могут левитировать над поверхностью, обра-
зуя плазменно-пылевые облака [4]. Предположение о
электростатическом массопереносе лунной пыли бы-
ло высказано задолго до первого полета на Луну [5].
Первые экспериментальные данные, подтверждаю-
щие наличие левитирующих пылевых частиц над по-
верхностью Луны, были получены посадочным моду-
лем Surveyor-5 и астронавтами экспедиции Apollo-17
[6–8]. С агрессивным воздействием лунной пыли свя-
зывают одну из основных проблем будущих миссий
на Луну [9–11]. Заряженные микрочастицы лунного
реголита прилипают к любой поверхности, загряз-
няя ее и уменьшая срок работы механизмов и прибо-
ров [9, 11]. Кроме того, лунная пыль крайне опасна
для здоровья людей [10–12].

 

Результаты расчетов высоты зависания пылевой
частицы в зависимости от ее размера (диаметра)
для различных параметров солнечного ветра приве-
дены на рис. 5. Было найдено, что частицы, находя-
щиеся в приповерхностном плазменном слое, могут
устойчиво левитировать на высотах от zmin∼4 м
до zmax∼13 м в зависимости от их размера и па-
раметров окружающей плазмы. При этом устойчи-
вая левитация возможна только для частиц с разме-
ром меньше 2amax∼0.3 мкм. Верхняя граница вы-
сотного диапазона связана с наличием зоны отрица-
тельного электрического поля (см. рис. 3b), в кото-
ром невозможна левитация положительно заряжен-
ных частиц. Нижняя граница обусловлена высокой
концентрацией эмитированных с лунной поверхно-
сти фотоэлектронов, которые при попадании на пы-
левую частицу стремятся уменьшить ее заряд (см.
рис. 4) и препятствуют доминированию электроста-
тической силы над гравитационной.

 

A theoretical model that provides a self-consistent description of the concentrations of photoelectrons and dust particles located over the illuminated part of the lunar surface is presented. The model takes account of the observation point location and the effects of production of photoelectrons at the surfaces of the Moon and dust particles, the dynamics of dust particles in the electric and gravitational fields, and the charging of dust particles through their interaction with the solar radiation photons, the solar wind electrons and ions, photoelectrons, etc. An expression that describes the distribution of photoelectrons over the illuminated part of the lunar surface is obtained. The size and elevation distributions of the charged dust particles located over the illuminated part of the lunar surface are calculated for different angles between the local normal and the direction to the Sun.

 

Dusty plasma in the region of the lunar terminator is considered. It is shown that, in this region, a structure resembling a plasma sheath forms near the lunar surface. This sheath creates a potential barrier, due to which electrons over the illuminated part of the Moon are confined by electrostatic forces. The width of the sheath-like structure is on the order of the ion Debye length. In this structure, significant (about several hundred V/m) electric fields arise, which lift charged micron-size dust grains to heights of several tens of centimeters. The suggested effect may be used to explain the glow observed by the Surveyor spacecraft over the lunar terminator.

 

The possibility of the formation of a plasma-dust cloud in the exosphere of the Moon owing to impacts of meteoroids on the lunar surface is discussed. Attention is focused on dust particles at large altitudes of 10-100 km at which measurements were performed within the NASA LADEE mission. It has been shown that a melted material ejected from the lunar surface owing to the impacts of meteoroids plays an important role in the formation of the plasma-dust cloud. Drops of the melted material acquire velocities in the range between the first and second cosmic velocities for the Moon and can undergo finite motion around it. Rising over the lunar surface, liquid drops are solidified and acquire electric charges, in particular, owing to their interaction with electrons and ions of the solar wind, as well as with solar radiation. It has been shown that the number density of dust particles in the plasma-dust cloud present in the exosphere of the Moon is ≲10^-8 cm-3, which is in agreement with the LADEE measurements.

 

JETP Letters: issues online

One of leading physical journals in Russia //  www.jetpletters.ac.ru

 

Обсуждается возможность образования плазменно-пылевого облака в экзосфере Луны вследствие ударов метеороидов о ее поверхность. Основное внимание уделяется пылевым частицам на больших высотах {\sim} 10{-}100 км над лунной поверхностью, на которых проводились измерения в рамках миссии NASA LADEE. Показано, что важную роль при образовании пылевого облака играет расплавленное вещество, выбрасываемое с поверхности Луны в результате ударов метеороидов. Капли расплавленного вещества приобретают скорости, лежащие в диапазоне между первой и второй космическими скоростями для Луны, и могут совершать финитное движение вокруг нее. При подъеме над лунной поверхностью жидкие капли затвердевают и приобретают электрические заряды, в частности, за счет их взаимодействия с электронами и ионами солнечного ветра, а также с солнечным излучением. Показано, что концентрация пылевых частиц в плазменно-пылевом облаке, присутствующем в экзосфере Луны, составляет {\lesssim} 10^{-8} см-3, что находится в соответствии с данными измерений, проведенных LADEE.