Künstlerkonzept möglicher Explorationsprogramme. Bildnachweis: NASA Zum Vergrößern anklicken
Sind Sie an einem trockenen Wintertag jemals in Schuhen mit Ledersohlen über einen Wollteppich gelaufen und haben dann nach einem Türknauf gegriffen? ZAP! Ein stechender Funke springt zwischen Ihren Fingern und dem Metallknopf.
Das ist statische Entladung - Blitz klein geschrieben.
Statische Entladungen sind für jeden auf der Erde, der in Wintern mit außergewöhnlich niedriger Luftfeuchtigkeit lebt, nur ärgerlich. Für Astronauten auf dem Mond oder auf dem Mars kann die statische Entladung jedoch ein echtes Problem sein.
„Auf dem Mars denken wir, dass der Boden so trocken und isolierend ist, dass ein kleiner Blitz, wenn er oder sie in den Lebensraum zurückkehrt und die Luftschleuse öffnet, kritische Elektronik zappen könnte, wenn er oder sie unterwegs ist“, erklärt Geoffrey A. Landis, Physiker in der Abteilung für Photovoltaik und Weltraumumweltauswirkungen am Glenn Research Center der NASA in Cleveland, Ohio.
Dieses Phänomen wird als triboelektrische Aufladung bezeichnet.
Das Präfix "Tribo" (ausgesprochen TRY-Bo) bedeutet "Reiben". Wenn bestimmte Paare unterschiedlicher Materialien wie Wolle und hartes Schuhsohlenleder aneinander reiben, gibt ein Material einen Teil seiner Elektronen an das andere Material ab. Die Ladungstrennung kann ein starkes elektrisches Feld erzeugen.
Hier auf der Erde haben die Luft um uns herum und die Kleidung, die wir tragen, normalerweise genug Feuchtigkeit, um anständige elektrische Leiter zu sein, sodass alle Ladungen, die durch Gehen oder Reiben getrennt werden, einen freien Weg zum Boden haben. Elektronen bluten in den Boden, anstatt sich auf Ihrem Körper anzusammeln.
Wenn Luft und Materialien jedoch außerordentlich trocken sind, z. B. an einem trockenen Wintertag, sind sie ausgezeichnete Isolatoren, sodass kein Weg zum Boden bereitsteht. Ihr Körper kann negative Ladungen ansammeln, möglicherweise bis zu erstaunlichen 20.000 Volt. Wenn Sie einen Leiter wie einen Metalltürknauf berühren, entladen sich - ZAP! - alle akkumulierten Elektronen sofort.
Auf dem Mond und auf dem Mars sind die Bedingungen für die triboelektrische Aufladung ideal. Der Boden ist trockener als Wüstensand auf der Erde. Das macht es zu einem hervorragenden elektrischen Isolator. Darüber hinaus sind der Boden und die meisten Materialien, die in Raumanzügen und Raumfahrzeugen verwendet werden (z. B. aluminisiertes Mylar, Neopren-beschichtetes Nylon, Dacron, Urethan-beschichtetes Nylon, Trikot und Edelstahl), völlig verschieden voneinander. Wenn Astronauten laufen oder Rover über den Boden rollen, sammeln ihre Stiefel oder Räder Elektronen, während sie durch Kies und Staub reiben. Da der Boden isolierend ist und keinen Weg zum Boden bietet, kann ein Raumanzug oder Rover eine enorme triboelektrische Ladung aufbauen, deren Größe noch unbekannt ist. Und wenn der Astronaut oder das Fahrzeug zur Basis zurückkehrt und Metall berührt - ZAP! Die Lichter in der Basis können ausgehen oder schlimmer.
Landis und Kollegen von der NASA Glenn bemerkten dieses Problem erstmals Ende der neunziger Jahre, bevor Mars Pathfinder gestartet wurde. „Als wir ein Prototyprad des Sojourner-Rovers in einer simulierten Marsatmosphäre über simulierten Marsstaub fuhren, stellten wir fest, dass es bis zu Hunderten von Volt aufgeladen war“, erinnert er sich.
Diese Entdeckung betraf die Wissenschaftler so sehr, dass sie das Rover-Design von Pathfinder modifizierten und Nadeln mit einer Länge von einem halben Zoll aus ultradünnem Wolframdraht (0,0001 Zoll Durchmesser) hinzufügten, der bis zu einem Punkt an der Basis der Antennen geschärft war. Mit den Nadeln würde jede elektrische Ladung, die sich auf dem Rover aufgebaut hat, in die dünne Marsatmosphäre abfließen, "wie ein umgekehrter Miniaturblitzstab", erklärt Carlos Calle, leitender Wissenschaftler am NASA-Labor für Elektrostatik und Oberflächenphysik im Kennedy Space Center , Florida. Ähnliche Schutznadeln wurden auch bei den Spirit- und Opportunity-Rovers installiert.
Auf dem Mond „berichteten Apollo-Astronauten nie, dass sie durch elektrostatische Entladungen gezappt wurden“, bemerkt Calle. „Zukünftige Mondmissionen mit großen Aushubgeräten zum Bewegen von viel trockenem Schmutz und Staub können jedoch elektrostatische Felder erzeugen. Da es auf dem Mond keine Atmosphäre gibt, könnten die Felder ziemlich stark werden. Schließlich können Entladungen im Vakuum auftreten. “
„Auf dem Mars“, fährt er fort, „können Entladungen nur bei einigen hundert Volt auftreten. Es ist wahrscheinlich, dass diese eher in Form von koronalen Leuchten als in Form von Blitzen auftreten. Als solche sind sie für die Astronauten möglicherweise nicht lebensbedrohlich, können jedoch für elektronische Geräte schädlich sein. “
Was ist die Lösung für dieses Problem?
Hier auf der Erde ist es einfach: Wir minimieren die statische Entladung durch Erdung elektrischer Systeme. Sie zu erden bedeutet, sie buchstäblich mit erdschlagenden Kupferstäben tief im Boden zu verbinden. Erdungsstäbe funktionieren an den meisten Orten der Erde gut, da der Boden mehrere Fuß tief feucht ist und somit ein guter Leiter ist. Die Erde selbst liefert ein „Meer von Elektronen“, das alles, was damit verbunden ist, neutralisiert, erklärt Calle.
Es gibt jedoch keine Feuchtigkeit im Boden des Mondes oder des Mars. Selbst das Eis, von dem angenommen wird, dass es den Marsboden durchdringt, würde nicht helfen, da "gefrorenes Wasser kein besonders guter Leiter ist", sagt Landis. Erdstäbe wären also unwirksam, um eine neutrale „gemeinsame Grundlage“ für eine Mond- oder Mars-Kolonie zu schaffen.
Auf dem Mars könnte der beste Boden ironischerweise die Luft sein. Laut Landis könnte an jedem Raumanzug und am Lebensraum eine winzige radioaktive Quelle angebracht werden, „wie sie in Rauchmeldern verwendet wird“. Niedrigenergie-Alpha-Teilchen würden in die verdünnte Atmosphäre fliegen, auf Moleküle treffen und diese ionisieren (Elektronen entfernen). Somit würde die Atmosphäre direkt um den Lebensraum oder Astronauten leitend werden und jegliche überschüssige Ladung neutralisieren.
Eine gemeinsame Basis auf dem Mond zu erreichen, wäre schwieriger, wenn es nicht einmal eine verdünnte Atmosphäre gibt, die dazu beiträgt, die Ladung abzulassen. Stattdessen könnte eine gemeinsame Grundlage geschaffen werden, indem ein riesiges Blatt Folie oder ein Netz aus feinen Drähten, möglicherweise aus Aluminium (das hochleitfähig ist und aus Mondboden extrahiert werden könnte), unter dem gesamten Arbeitsbereich vergraben wird. Dann würden alle Wände und Geräte des Lebensraums elektrisch mit dem Aluminium verbunden.
Die Forschung ist noch vorläufig. Die Vorstellungen der Physiker, die nach Gemeinsamkeiten suchen, sind also unterschiedlich.
Originalquelle: NASA-Pressemitteilung
