Des expériences dans une chambre dans des conditions de type martien dans un laboratoire de l’Université de l’Oregon suggèrent que de petites étincelles peuvent être déclenchées par la friction dans des conditions atmosphériques normales.
La friction causée par les particules de poussière martiennes sèches entrant en contact les unes avec les autres peut produire une décharge électrique à la surface et dans l’atmosphère de la planète, selon des chercheurs de l’Université de l’Oregon.
Cependant, de telles étincelles sont susceptibles d’être petites et de présenter peu de danger pour les futures missions robotiques ou humaines sur la planète rouge, rapportent-ils dans un article publié dans la revue. Icare.
Les atterrisseurs vikings dans les années 1970 et les orbiteurs depuis lors ont détecté des limons, des argiles, des formes de lit soufflées par le vent et des diables de poussière sur Mars, soulevant des questions sur l’activité électrique potentielle.
Les scientifiques ont cherché à déterminer expérimentalement si de gros orages électriques et des éclairs étaient possibles et si l’électricité statique générée par les particules des véhicules frappant la roche principalement basaltique de la planète ou, éventuellement, la visite d’humains en tenue de protection constituerait un danger.
En utilisant des cendres volcaniques comme substitut de la poussière martienne, les chercheurs du laboratoire du volcanologue de l’UO Josef Dufek ont découvert que les décharges électriques dans les démons de poussière martienne et les tempêtes sont en effet possibles. Cependant, les décharges seraient probablement faibles étant donné les faibles champs électriques, près de 20 000 volts par mètre, soutenus par l’atmosphère martienne.
L’atmosphère terrestre, en comparaison, peut résister à des champs électriques atteignant 3 mégavolts par mètre, produisant de spectaculaires orages orageux fréquents et parfois mortels dans le sud-est des États-Unis, a déclaré Joshua Méndez Harper, ingénieur de recherche au Centre de volcanologie de l’Oregon du Département de la Terre. Les sciences.
“Nos expériences, et celles d’autres avant nous, suggèrent que sur Mars, il est facile d’obtenir des étincelles lorsque vous agitez du sable ou de la poussière”, a déclaré Méndez Harper. “Cependant, il peut être difficile, même dans les grandes tempêtes de poussière ou dans les tourbillons de poussière, d’obtenir de très grandes décharges ou des éclairs conventionnels car l’atmosphère martienne est mauvaise pour stocker la charge.”
De tels processus triboélectriques ou frictionnels anticipés sont souvent ressentis sur Terre par le biais de chaussettes glissant sur un tapis, puis touchant une poignée de porte ou collant un ballon sur une fenêtre après l’avoir frotté sur des cheveux humains.
Les diables de poussière martiens, a-t-il dit, peuvent sembler scintiller, crépiter ou briller faiblement lorsqu’ils roulent à travers le paysage desséché de Mars, mais avec des décharges probablement si petites qu’ils peuvent ne pas être visibles, sauf par la détection de leurs ondes radio.
Les expériences précédentes visant à déterminer si des décharges d’étincelles pouvaient se produire n’étaient pas concluantes car les particules étaient tourbillonnées de manière à les mettre en contact avec les parois des enceintes d’essai. Certaines expériences ont utilisé des particules de matériaux introuvables sur Mars. Ces contacts peuvent avoir conduit à une charge non caractéristique d’une tempête de poussière martienne.
“Nous avons cherché à déterminer si les étincelles observées dans les travaux précédents étaient représentatives de Mars ou simplement des artefacts expérimentaux”, a déclaré Méndez Harper.
À l’UO, Méndez Harper, Dufek et George McDonald, chercheur postdoctoral à l’Université Rutgers, ont contourné la limitation de l’exposition murale en utilisant un tube de verre vertical de taille comparable à une bouteille d’eau mesurant environ 4 pouces de diamètre et 8 pouces de longueur.
Ils ont créé une charge triboélectrique en entrant en collision des particules de cendres basaltiques provenant de l’éruption volcanique du Xitle au Mexique il y a environ 2 000 ans.
Les collisions dans les tubes scellés se sont produites à des vitesses de friction attendues pendant une légère brise martienne, sans que les particules ne touchent les parois extérieures et sous une pression atmosphérique pressurisée de 8 millibars de dioxyde de carbone, similaire à celle trouvée sur la surface martienne.
Le basalte mexicain utilisé dans le projet est similaire au basalte martien, tel que détecté par les rovers dans les missions Pathfinder et Mars Exploration Rover et les analogues de poussière développés par NasaLaboratoire de propulsion à réaction de .
À titre de comparaison, l’équipe de recherche a mené des expériences dans lesquelles les particules ont été autorisées à entrer en contact avec des surfaces étrangères aux conditions prévues sur Mars. Des étincelles se sont produites dans les deux séries d’expériences, mais l’ajout d’un mur artificiel a modifié la polarité des décharges.
“Nous étions intéressés à poursuivre ce travail en raison du nombre de nouvelles missions vers Mars et du potentiel d’observations contraignantes”, a déclaré Dufek, professeur au Département des sciences de la Terre et directeur du Centre de volcanologie de l’Oregon. « La quantification du comportement de charge et de décharge a une incidence sur le transport des poussières dans l’atmosphère et a longtemps été étudiée en relation avec la modulation des réactions chimiques, y compris la synthèse de composés organiques. »
La mission Mars de la NASA qui a atterri le 18 février comprend le rover Perseverance et l’hélicoptère robotique Ingenuity.
La faible énergie de décharge sur Mars indiquée par les nouvelles expériences signifie que ces effets sont peu susceptibles d’avoir un impact sur les opérations mécaniques, a déclaré Dufek.
Néanmoins, le cratère Jezero, le site d’atterrissage de Persévérance, semble connaître régulièrement des tempêtes de poussière en automne et en hiver. Cela, a déclaré McDonald, peut fournir des opportunités pour des observations rudimentaires de phénomènes électrostatiques.
L’un des objectifs de la mission Persévérance est d’évaluer les conditions environnementales passées. Les preuves d’une atmosphère plus substantielle dans le passé auraient une incidence sur l’environnement électrique de la planète et sur son évolution au fil du temps.
“Le gros point à retenir de cette étude est que Mars peut être un endroit électriquement actif, bien que de manière assez différente de la Terre”, a déclaré Dufek. “Le fait que la poussière de Mars analogique se charge facilement jusqu’au point de décharge même lorsque les grains ne se frottent pas contre d’autres surfaces suggère que les futurs colons pourraient trouver un monde modifié par l’électricité statique de manière subtile.”
Référence : « Detection of spark décharges in an agitated Mars dust simulant isolated from foreign surfaces » par Joshua Méndez Harper, Josef Dufek et George D. McDonald, 11 décembre 2020, ICARE.
DOI : 10.1016/j.icarus.2020.114268
La National Science Foundation a financé la recherche grâce à une subvention à Dufek. Méndez Harper a été soutenu par une bourse d’études supérieures Blue Waters.
