När miljoner på jorden njuter av en spektakulär utsikt över en supermåne den 14 december, ett NASA-finansierat forskarlag granskar resultaten av nya laboratorieexperiment som förklarar varför damm "svävar" på månen.

Forskningen av en medlem av NASA:s Solar System Exploration Research Virtual Institute (SSERVI), värd av NASAs Ames Research Center i Silicon Valley, Kalifornien, förklarar hur damm kan transporteras över stora områden ovanför månens yta och ringar av Saturnus, utan vindar eller strömmande vatten.

Att lära sig om dessa grundläggande processer hjälper forskare att förstå hur damm och statisk elektricitet beter sig på luftlösa kroppar, och hur de påverkar ytmekaniska och elektriska system. Denna och annan SSERVI-forskning hjälper NASA att ta itu med viktiga strategiska kunskapsluckor för luftlösa kroppar som asteroider eller månar på Mars, Phobos och Deimos, som troligen är språngbrädor längs vår resa till Mars.

Studien bygger på observationer från Apollo-eran till det senaste kometuppdraget Rosetta, och avslutar en långvarig fråga om elektrostatisk dammtransport som setts på månen och andra luftlösa planetkroppar. Forskningen utfördes vid Institute for Modeling Plasma, Atmosfärer och kosmiskt damm vid University of Colorado Boulder, och publicerades nyligen i tidskriften Geofysiska forskningsbrev .

Fenomenet visar sig som streamers med strålmönster på hög höjd ovanför månens yta som rapporterats av Apollo-astronauter, såväl som intermittent uppträdande radiella ekrar som först sågs av rymdfarkosten Voyager över Saturnus ringar, och de fina dammavlagringarna, eller "dammdammar" i kratrar på Eros. Dessa är alla exempel på damm som transporteras över stora områden utan vindar eller strömmande vatten. Forskare trodde att elektrostatiska dammprocesser kunde förklara dessa rymdobservationer, men hittills har det inte funnits några studier som stödjer dessa förklaringar.

Mihaly Horanyi vid University of Colorado i Boulder och hans team registrerade dammpartiklar i mikron som hoppade flera centimeter högt under ultraviolett (UV) strålning eller exponering för plasma. På jordens måne, dessa dammpartiklar skulle ha höjts mer än 4 tum (10 centimeter) över månens yta, ledande forskare att dra slutsatsen att månens "horisontglöd" - sett på bilder tagna av Surveyor 5, 6, och 7 för fem decennier sedan – kan delvis ha orsakats av solljus som spreds i ett moln av elektrostatiskt upphöjda dammpartiklar.

"Denna nya "patched charge model" löste en grundläggande mekanism för dammladdning och transport, som har förbryllat forskare i decennier, sa Xu Wang, tidningens första författare.

En av de viktigaste vetenskapliga fynden är att emission och återabsorption av foto-/sekundära elektroner vid väggarna i mikrohåligheter som bildas mellan närliggande dammpartiklar kan generera oväntat stora elektriska laddningar och intensiva partikel-partikel-repulserande krafter. Detta kan göra att dammpartiklar rör sig och lyfts från ytan, eller "sväva". Och inte bara dammpartiklar av en enda storlek – stora aggregat kan också lyftas upp.

"Vi förväntar oss att dammpartiklar ska mobiliseras och transporteras elektrostatiskt över hela månens yta, såväl som ytan på någon annan luftlös planetkropp, " sa Wang. "Om så är fallet, elektrostatisk dammaktivitet kan också vara ansvarig för nedbrytningen av retroreflektorer på månens yta."

Laboratorieobservationerna visade också att dammiga ytor blev släta till följd av dammmobilisering. Dessa elektrostatiska dammprocesser kan hjälpa till att förklara bildandet av "dammdammarna" på asteroiden Eros och kometen 67P, och den oväntat släta ytan på Saturnus iskalla satellit Atlas.