Kraftfulla solutbrott kan elektriskt ladda områden på Marsmånen Phobos till hundratals volt, presenterar en komplex elektrisk miljö som möjligen kan påverka känslig elektronik som bärs av framtida robotutforskare, enligt en ny NASA-studie. Studien övervägde också elektriska laddningar som kan utvecklas när astronauter passerar ytan på potentiella mänskliga uppdrag till Phobos.

Phobos har ansetts vara en möjlig initial bas för mänsklig utforskning av Mars eftersom dess svaga gravitation gör det lättare att landa rymdfarkoster, astronauter och förnödenheter. Tanken skulle vara att låta astronauterna styra robotar på Mars yta från månarna på Mars, utan den avsevärda tidsfördröjning som jordbaserade operatörer står inför. "Vi fann att astronauter eller rovers kunde ackumulera betydande elektriska laddningar när de korsar nattsidan av Phobos - den sida som är vänd mot Mars under Marsdagen, " sa William Farrell från NASA:s Goddard Space Flight Center, Grönt bälte, Maryland. "Även om vi inte förväntar oss att dessa laddningar är tillräckligt stora för att skada en astronaut, de är potentiellt tillräckligt stora för att påverka känslig utrustning, så vi skulle behöva designa rymddräkter och utrustning som minimerar laddningsrisker." Farrell är huvudförfattare till en artikel om denna forskning publicerad online 3 oktober i Framsteg inom rymdforskning .

Mars har två små månar, Phobos och Deimos. Även om denna studie fokuserade på Phobos, liknande förhållanden förväntas på Deimos, eftersom båda månarna inte har någon atmosfär och är direkt exponerade för solvinden - en ström av elektriskt ledande gas, kallas plasma, som ständigt blåser av solens yta ut i rymden med cirka en miljon miles per timme.

Solvinden är ansvarig för dessa laddningseffekter. När solvinden slår mot dagsidan av Phobos, plasman absorberas av ytan. Detta skapar ett tomrum på nattsidan av Phobos som plasmaflödet hindras från att komma in direkt. Dock, vindens sammansättning - gjord av två typer av elektriskt laddade partiklar, nämligen joner och elektroner – påverkar flödet. Elektronerna är över tusen gånger lättare än jonerna. "Elektronerna fungerar som stridsflygplan - de kan vända sig snabbt runt ett hinder - och jonerna är som stora, tunga bombplan - de ändrar riktning långsamt, " sa Farrell. "Detta betyder att de lätta elektronerna trycker in före de tunga jonerna och det resulterande elektriska fältet tvingar jonerna in i plasmatomrummet bakom Phobos, enligt våra modeller."

Studien visar att detta plasmatomrum bakom Phobos kan skapa en situation där astronauter och rovers bygger upp betydande elektriska laddningar. Till exempel, om astronauter skulle gå över nattsidans yta, friktion kan överföra laddning från damm och sten på ytan till deras rymddräkter. Detta damm och sten är en mycket dålig ledare av elektricitet, så att laddningen inte lätt kan flöda tillbaka till ytan – och laddning börjar byggas upp på rymddräkterna. På dagsidan, den elektriskt ledande solvinden och solens ultravioletta strålning kan ta bort överskottsladdningen på dräkten. Men, på nattsidan, jon- och elektrontätheterna i det efterföljande plasmahålrummet är så låga att de inte kan kompensera eller "avleda" laddningsuppbyggnaden. Teamets beräkningar visade att denna statiska laddning kan nå tio tusen volt i vissa material, som teflondräkterna som användes i Apollons månuppdrag. Om astronauten sedan rör vid något ledande, som en utrustning, detta kan släppa anklagelsen, kanske liknar urladdningen du får när du rör dig över en matta och rör vid ett dörrhandtag i metall.

Teamet modellerade flödet av solvinden runt Phobos och beräknade uppbyggnaden av laddning på nattsidan, såväl som i blockerade områden i skugga, som Stickney krater, den största kratern på Phobos. "Vi fann att överskottsladdning byggs upp i dessa regioner under alla solvindförhållanden, men laddningseffekten var särskilt allvarlig i kölvattnet av solutbrott som koronala massutkastningar, som är täta, snabba vindbyar av solvind, sa Farrell.

Denna studie var en uppföljning av tidigare studier som avslöjade laddningseffekterna av solvind i skuggade kratrar på jordens måne och asteroider nära jorden. Vissa tillstånd på Phobos är annorlunda än de i tidigare studier. Till exempel, Phobos blir nedsänkt i plasman som strömmar bakom Mars eftersom den kretsar runt Mars mycket närmare än månen kretsar runt jorden. Plasmaflödet bakom Mars omloppsbana modellerades också.