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太阳搅动的月球尘埃可能会磨损月球机器

最近的一项研究表明,40年前宇航员放置在月球上的反光科学仪器已经神秘地退化了。研究结果表明,从长远来看,放置在贫瘠、无气候的月球表面的设备实际上会出现性能问题。

主要作者、加州大学圣地亚哥分校的社会物理学教授汤姆·墨菲说,避免这种可能由月球尘埃引起的逐渐自然分解“不仅对设备很重要,而且对你设计的几乎所有放在月球上的东西都很重要”。

威胁

然而,在这些情况下,是人类活动掀起了令人反感的尘埃。相比之下,自20世纪60年代末和70年代初以来,宇航员部署的三个反射器阵列,以及两个配备反射器的苏联漫游车,一直单独在月球上。

考虑到在荒凉的环境中进行如此漫长的独自研究,研究人员推测反射器将保持良好的工作状态。

Murphy说:“这些反射器仍在使用,这一事实经常被视为它们没有退化的轶事证据。”“我认为这是一个悬而未决的结论,因为这并不意味着他们的健康状况最好。”

从本质上讲,这些想象中的反射镜可以作为一个例子,说明月球条件如何缓慢但肯定地磨损未来注定要在月球上长期使用的人造物体。

月球光束

前往地球的研究人员从这些月球回射器上反射激光束,以精确计算到月球的距离。这种所谓的月球激光测距用于进行引力理论的测试,以及推断月球的内容,并使其缓慢螺旋远离我们的星球。

2006年,阿帕奇点天文台月球激光测距操作(APOLLO)仪器在新墨西哥州启用,其灵敏度约为德克萨斯州和法国其他此类设备的100倍。

Murphy和他的同事利用APOLLO计算出,自那以后,从反射器返回地球的光子或光粒子的数量下降了10倍

Murphy的月球巡护员还发现,在满月期间,反射器的效率又下降了10倍。墨菲说:“我们开始称之为‘满月诅咒’,我们开始对此大笑,但过了一段时间,它就不再好笑了。”

在排除了阿波罗误差和局部大气影响后,墨菲和他的团队只剩下一种可能性:月球上的反射器本身就是冰的来源。

研究人员还在之前由其他不太精确的月球激光测距仪收集的数据中发现了满月诅咒的迹象。Murphy说,然而,多年来在地球方面的专业经验和其他仪器改进,在很大程度上掩盖了反射镜潜在的回报递减。

月球尘埃

在本月出版的《伊卡洛斯》杂志上发表的一项研究中,墨菲和他的合作者提出了一些可以解释反射镜衰变的机制。灰尘的沉积最终被认为是一个更可能的麻烦制造者,而不是阳光或陨石撞击磨损对反射器玻璃立方体的损坏。

Murphy说,沉降的灰尘会阻挡光线进出反射器,在满月期间,当反射器最容易暴露在阳光照射下时,灰尘会使其变暖,并改变光线在经过仔细校准的玻璃中的移动方式。

至于灰尘是如何到达反射器上的,尽管月球上几乎没有大气层,更不用说可能搅动这种粉末的空气了,但研究人员长期以来一直怀疑灰尘的移动是由于所谓的静电效应。

这个想法是,阳光照射月球土壤会剥离一些分子的电子,使其“电离”并产生正电荷。由于类似的指控被废除,尘埃颗粒相互推开,其中一些高达月球表面上方数十公里。

在月球的黑暗面,电子被太阳风甩出,同样也会产生这样的月球“尘埃喷泉”。墨菲说,在终止点,或昼夜之间的线,这些相反的电荷也会导致尘埃流动,这为尘埃提供了另一条污染设备的途径。

防尘

尽管有这种狡猾的、尘土飞扬的动力,但风化层对未来月球齿轮的最大危险仍然会导致人类活动排出的雨水。

俄亥俄州NASA格伦研究中心的灰尘管理项目经理Mark Hyatt没有参与这项研究,他说:“我们想我们自己会解决大部分问题。”Hyatt说,从历史上看,“大多数系统性能损失都是我们自己造成的。自然现象……低很多量级。”

尽管如此,这种缓慢但稳定的尘埃积累可能会阻挡来自远程固定天线的通信信号,例如,或覆盖月球望远镜的透镜。Murphy说,屏蔽敏感区域或倾斜设备的方向以抵抗构建是两种基本的解决方案。

计划在几年后登陆月球的下一代机器人漫游车也需要加入探测策略,以阻止自然沉积的灰尘。

谷歌月球X奖竞争公司Astrobotic的董事长兼首席技术官、卡内基梅隆大学机器人学教授William“Red”Whittaker说:“未来的火星车设计可以在非非非活动使用时以及在沙尘高峰期装载太阳能阵列、反射器、相机和仪器光学器件。”

此外,Murphy说,黑暗的月球尘埃可能会阻止多余的热量从精致的电子元件中散发出来,导致它们过热,因此工程师们需要注意。

此外,美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的WilliamFarrell表示,使尘埃产生活力的静电力可能令人担忧。

法雷尔说,尘埃喷泉可能是电力不稳定地区的“穷人的指示器”。Farrell说:“天然尘埃本身不一定是一个亮点,但它的来源可能是静电活跃区域的一个指标,你可能不得不担心敏感电子产品的这一点。”

学会接受它

在未来的几年里,对月球上尘埃驱动的条件有了更深入的了解,应该有助于技术人员为机械化探索做好准备,也许有一天人类会定居下来。

最近从科罗拉多大学博尔德分校毕业的博士Ryan Kobrick的论文探讨了航天器设计中对月球尘埃的考虑,他指出,处理尘埃将是月球生命的一个事实。

“月球上的所有系统都会变脏,”科布里克说。


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