При участии лаборатории термодинамики и математического моделирования природных процессов Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) сотрудники Института космических исследований РАН, МГУ, МЭИ и МФТИ провели экспериментальное исследование влияния ультрафиолетового излучения на активацию пылевых частиц, имитирующих реголит безатмосферных тел, сообщили в Минобрнауки России.

Показано, что ультрафиолетовое излучение снижает порог активации частиц в 1,5–3 раза, в зависимости от их материала. Результаты исследования помогут лучше понять динамику пылевых частиц на поверхности Луны и других тел Солнечной системы, а также снизить риски для космической техники. Работа опубликована в «Астрономическом журнале».

Изучение динамики пылевых частиц критично для понимания процессов на поверхности Луны и других безатмосферных тел (рис. 1). Явления «свечения горизонта» и «пылевых фонтанов», зафиксированные миссиями «Аполлон», подтверждают важность изучения пылевого переноса. Лунная пыль также представляет угрозу для оборудования космических аппаратов и работы астронавтов, поскольку её частицы обладают высокой абразивностью и могут приводить к повреждениям механизмов и систем жизнеобеспечения.

На вакуумной установке ИКИ РАН исследовали влияние ультрафиолетового излучения и электростатических полей на частицы диоксида кремния (40–50 мкм), слюды (15 мкм) и оксида алюминия (10 мкм) (рис. 2). Эти материалы были выбраны в качестве аналогов реголита из-за их физических и химических свойств, схожих с лунной пылью. Эксперименты показали, что ультрафиолетовое излучение снижает порог активации частиц в 1,5–3 раза. Например, для SiO₂ потенциал электрода снизился с 1,2 кВ до 0,4 кВ. При сочетании ультрафиолетового излучения и электростатического поля число движущихся частиц иногда уменьшается — этот эффект требует дальнейшего анализа.

Для регистрации движения частиц использовалась стереопара высокоскоростных видеокамер, что позволило анализировать их траектории и скорости с высокой точностью. Также проведены измерения электрического заряда частиц в разных условиях. Было установлено, что под воздействием ультрафиолетового излучения заряды частиц увеличиваются, что дополнительно способствует их активации (рис. 3). Данные эксперимента подтверждают важную роль фотоэлектрического эффекта в процессах левитации пыли.

«Результаты исследования подтверждают теоретические модели, уточняют влияние ультрафиолетового излучения на левитацию и перемещение пылевых частиц. Эти данные могут быть полезны для прогнозирования поведения пыли на Луне, разработки систем защиты космических аппаратов и совершенствования технологий для будущих миссий», — прокомментировала старший научный сотрудник лаборатории термодинамики и математического моделирования природных процессов ГЕОХИ РАН кандидат химических наук Екатерина Викторовна Кронрод.

Исследование выполнено при поддержке НЦФМ и Минобрнауки России.