Dust djävul spår. Bildkredit: NASA / JPL. Klicka för att förstora
Ah, Martian sommar! Slutligen är dagarna långa, precis som på kära gamla jorden. Och dagstoppar raket hela vägen upp till en lugn 20? C (68? F) från sommartid låg på -90? C (-130? F), vilket betyder att du och dina kollegor astronauter kan värma upp dina maskiner tidigare för att få en bra start på gruvverksamheten.
Dammspetsar på Mars bildar på samma sätt som de gör i öknar på jorden. "Du behöver stark ytvärme, så marken kan bli varmare än luften ovanför," förklarar Lemmon. Uppvärmd mindre tät luft nära marken stiger, stansar genom lagret med kallare tätare luft ovanför; stigande volymer av varm luft och fallande plummar av sval luft börjar cirkulera vertikalt i konvektionsceller. Nu, om ett horisontellt vindkast blåser igenom, "det vrider konvektionscellerna på deras sidor, så de börjar snurra horisontellt, bildar vertikala kolumner - och startar en dammjäkel."
Varm luft som stiger genom mitten av kolonnen driver den virvlande luften allt snabbare - tillräckligt snabbt för att börja plocka upp sand. Sand som skurar marken lossnar sedan mjölfint damm, och den centrala kolonnen med hett stigande luft bojar som dammar högt upp. När väl rådande horisontella vindar börjar skjuta dammdävelen över marken, se upp!
"Om du stod bredvid Spirit-roveren just nu [i Gusev-krateret] mitt på dagen, kanske du kan se ett halvt dussin dammduvar," säger Lemmon. Varje Martian vår- eller sommardag börjar dammduvarna dyka upp klockan 10:00 när marken värms upp och börjar avta omkring klockan 153 när marken svalnar (Mars: s soldag på 24 timmar och 39 minuter är bara 39 minuter längre än jorden). Även om den exakta frekvensen och varaktigheten för Martian dust devils är okänd, avslöjar fotografier från Mars Global Surveyor i omloppsbana otaliga vandringsspår på alla latitud på planeten. Dessa spår kryssar tvärs över ytan där dammjävlar har skurat bort löst ytmaterial för att avslöja olika färgade jordar under.
Dessutom har faktiska dammjävlar fotograferats från omloppsbana - några av dem så stora som 1 till 2 kilometer tvärs över sin bas och (från deras skuggor) tydligt högre än 8 till 10 km höga.
Det som intresserar Farrell från att ha jagat dammdävar i Arizona-öknen, är dock det konstiga faktumet att jorddammsångar är elektriskt laddade - och Martiska dammduvlar kan också vara det.
Dammar får sina laddningar från sandkorn och damm som gnider ihop i virvelvinden. När vissa par till skillnad från material gnider ihop, ger ett material upp några av dess elektroner (negativa laddningar) till det andra materialet. Sådan separering av elektriska laddningar kallas triboelektrisk laddning, prefixet "tribo" (uttalat TRY-bo) som betyder "gnugga." Triboelektrisk laddning gör att ditt hår står i slutet när du gnider en ballong mot huvudet. Damm och sand, som plast och hår, bildar ett tribolelektriskt par. (Damm och sand är inte nödvändigtvis gjorda av samma grejer, konstaterar Lemmon, för “damm kan blåses in var som helst.”) Mindre dammpartiklar tenderar att ladda negativa och tar bort elektroner från de större sandkornen.
Eftersom den stigande centrala kolumnen med varm luft som driver dammdäven bär det negativt laddade dammet uppåt och lämnar den tyngre positivt laddade sanden som virvlar runt basen, separeras laddningarna och skapar ett elektriskt fält. "På jorden, med instrument har vi mätt elektriska fält i storleksordningen 20 tusen volt per meter (20 kV / m)," säger Farrell. Det är jordnötter jämfört med de elektriska fälten i markbunden åskväder, där blixtar inte blinkar förrän elektriska fält blir 100 gånger större - tillräckligt för att jonera (bryta isär) luftmolekyler.
Men bara 20 kV / m "är mycket nära nedbrytningen av den tunna Martianatmosfären," påpekar Farrell. Mer betydelsefullt är att dammspetsar från Martian är så mycket större än deras markbundna motsvarigheter att deras lagrade elektriska energi kan vara mycket högre. "Hur skulle dessa fält urladdas?" han frågar. "Skulle du ha Martian blixtar inuti dammjävlarna?" Även om blixtnedslag vanligtvis inte skulle inträffa naturligt, kan närvaron av en astronaut eller rover eller livsmiljö orsaka glödtrådar eller lokala bågar. "Det du verkligen måste se upp för är hörn, där elektriska fält kan bli mycket starka," tillägger han. "Du kanske vill göra ditt fordon eller livsmiljö avrundat."
En annan övervägande för astronauter på Mars skulle vara "radiostatisk när laddade korn träffar antenner med bara tråd", varnar Farrell. Och efter att dammdävelen passerade och var borta, skulle en varaktig souvenir av dess passage vara en ökad vidhäftning av damm till rymddräkter, fordon och livsmiljöer via elektrostatisk klamra - samma fenomen som får strumpor att hålla sig ihop när de dras ur kläderna torktumlare - vilket gör rengöringen svår innan du återinför en livsmiljö.
Eftersom martinsdammsångar kan torna 8 till 10 kilometer höga, tror planetära meteorologer nu att djävulen kan vara ansvariga för att kasta så mycket damm högt i den Martiska atmosfären. Det är viktigt för astronauter att dammet också kan bära negativa laddningar högt i atmosfären. Laddning uppe på stormtoppen kan utgöra en fara för en raket som startar från Mars, som hände med Apollo 12 i november 1969 när den lyftte från Florida under åskväder: raketavgaset joniserades eller bröt ner luftmolekylerna och lämnade en spår av laddade molekyler hela vägen ner till marken, utlöser en blixtbult som slog rymdskeppet.
"Tidiga havsnavigatorer, som Columbus, förstod att deras fartyg måste utformas för extrema väderförhållanden," påpekar Farrell. "För att designa ett uppdrag till Mars måste vi veta ytterligheterna i Martian väder - och dessa ytterligheter verkar vara i form av damm stormar och djävlar."
Originalkälla: NASA News Release
