Згідно з дослідженням НАСА, лопаті невеликого вертольота Ingenuity, що літає над Марсом, можуть викликати появу крихітних електричних струмів у марсіанській атмосфері. Ці струми, якщо вони досить великі, можуть викликати світіння повітря, що оточує вертоліт.
Цей процес відбувається природним чином у набагато більших масштабах на Землі у вигляді корони або електричного світіння, що іноді спостерігається на літаках і на кораблях під час електричних буревіїв. Таке світіння відоме як Вогонь Святого Ельма.
«Слабке світіння буде найбільш помітно у вечірні години, коли фонове небо темніше», - сказав Вільям Фаррелл з Центру космічних польотів імені Годдарда, провідний автор статті про це дослідження, опублікованій в Planetary Science Journal.
«Експериментальний вертоліт NASA Ingenuity в цей час не літає, але майбутні безпілотники можуть бути допущені до вечірніх польотів і шукати це світіння».
"Електричні струми, що генеруються лопатями дронів, занадто малі, щоб становити загрозу для корабля або марсіанського середовища, але вони дають можливість провести додаткові дослідження, щоб поліпшити наше розуміння накопичення електричного заряду, званого" трибоелектрична зарядка ", - додав Вільям Фаррелл.
Трибоелектрична зарядка виникає, коли тертя передає електричний заряд між об'єктами, наприклад, коли людина третина повітряна куля об своє волосся або светр.
Наелектризована повітряна куля притягуватиме волосся людини, змушуючи їх підніматися до повітряної кулі, що вказує на те, що повітряна куля створила сильне електричне поле в результаті процесу трибоелектричної зарядки.
Вчені застосували лабораторні вимірювання і використовували комп'ютерне моделювання, щоб з'ясувати, як електричний заряд може накопичуватися на лопатях ротора дрона.
Накопичення заряду також відбувається на лопатях земних вертольотів, особливо в запилених середовищах, тому команда також використовувала інтерпретації та моделювання зарядки від земних вертольотів як основу для розуміння марсіанського випадку.
Вони виявили, що коли лопаті дрона обертаються, вони стикаються з крихітними пилинками в марсіанському повітрі, особливо коли вертоліт знаходиться близько до поверхні і розкидає пил. Коли лопаті стикаються з пилинками, заряд передається, накопичуючись на лопатях і створюючи електричне поле.
У міру того, як заряд досягає високого рівня, атмосфера починає проводити електрику, процес, відомий як «атмосферний пробій», створюючи популяцію електронів, які формують підвищений електричний струм, що розсіює або компенсує накопичення заряду на гвинтокрилому апараті.
Вчені виявили, що пробій починається як невидима «електронна лавина». Електрони - дуже маленькі частинки з негативним електричним зарядом. Заряд змушує електрони реагувати на електричні поля - притягуватися до поля, створюваного позитивним зарядом, і відштовхуватися від поля, створюваного негативним зарядом.
Вільні електрони - ті, які не пов'язані з атомом - в електропровідному матеріалі, такому як мідний дріт, відповідальні за перебіг електричного струму. В атмосфері також можуть бути вільні електрони, і кілька вільних електронів в марсіанському повітрі відчувають силу електричного поля гвинтокрилого апарату і врізаються в молекули атмосферного вуглекислого газу (CO2). Удар вивільняє більше електронів з молекул CO2, що підсилює струм.
Марсіанська атмосфера надзвичайно розріджена, її тиск на поверхні становить всього близько одного відсотка від тиску земної атмосфери на рівні моря. Це дуже низький тиск робить пробій більш вірогідним.
На Марсі молекули, з яких складається атмосфера, рознесені далі один від одного, ніж у земній атмосфері. Подумайте про електричне поле, що приводить у рух вільні електрони, подібно до автомобіля, що починає гонку. Якщо на шляху багато великих перешкод, розганяється автомобіль може зіткнутися з ними і сповільнитися (або зупинитися).
Зіткнення обмежують швидкість автомобіля, щоб вона залишалася відносно низькою. Однак, якщо перешкоди розташовані дуже далеко один від одного, той же автомобіль тепер буде розганятися до високих швидкостей, перш ніж зіткнутися з перешкодою.
Точно так само додатковий простір у марсіанському повітрі дає вільним електронам більший шлях для прискорення, перш ніж вони «вріжуться» в молекулу, тому вони можуть досягти необхідної швидкості, щоб відштовхнути інші електрони від молекул CO2 і запустити лавину електронів у відносно низькому електричному полі близько 30 000 вольт на метр. На Землі може статися та ж сама електронна лавина, але в більш щільній атмосфері електричні поля повинні бути набагато більшими, близько 3 000 000 вольт на метр.
Хоча струми, що генеруються вертольотом Ingenuity, що летить в атмосфері, малі, вони можуть бути досить великими, щоб змусити повітря навколо лопатей та інших частин дрона почати лавину електронів і, можливо, навіть світитися синьо-фіолетовим кольором.
Однак дослідники визнають, що їх результат - передбачення, а іноді у природи бувають інші плани. «Теоретично повинен бути якийсь ефект, але чи достатньо сильна електронна лавина, щоб створити світіння, і чи буде спостерігатися якесь слабке світіння під час руху - все це ще належить визначити в майбутніх польотах дронів на Марсі», - говорить Вільям Фаррелл.
"Насправді, можна навіть розмістити невеликі електрометри біля лопатях і на шасі, щоб контролювати ефекти будь-якої зарядки. Цей тип електричного монітора може мати як наукову цінність, так і забезпечувати важливу інформацію про стан дрона під час польоту ".
Дослідження було опубліковано в Planetary Science Journal.