Il concetto artistico di possibili programmi di esplorazione. Credito immagine: NASA Clicca per ingrandire
Hai mai camminato su un tappeto di lana con scarpe con suola di cuoio in una secca giornata invernale e poi hai allungato la mano verso una maniglia? ZAP! Una scintilla pungente balza tra le dita e il pomello di metallo.
Questa è scarica statica: un fulmine in piccolo.
Le scariche statiche sono semplicemente fastidiose per chiunque viva sulla Terra dove gli inverni hanno un'umidità eccezionalmente bassa. Ma per gli astronauti sulla Luna o su Marte, la scarica statica potrebbe essere un vero problema.
'Su Marte, pensiamo che il suolo sia così secco e isolante che se un astronauta fosse fuori a piedi, una volta tornato nell'habitat e allungato la mano per aprire la camera di equilibrio, un piccolo fulmine potrebbe fulminare l'elettronica critica', spiega Geoffrey A. Landis, un fisico del ramo fotovoltaico e degli effetti ambientali spaziali presso il Glenn Research Center della NASA a Cleveland, Ohio.
Questo fenomeno è chiamato carica triboelettrica.
Il prefisso 'tribo' (pronunciato TRY-bo) significa 'sfregamento'. Quando alcune paia di materiali diversi, come lana e cuoio duro per suole di scarpe, sfregano insieme, un materiale cede alcuni dei suoi elettroni all'altro materiale. La separazione di carica può creare un forte campo elettrico.
Qui sulla Terra, l'aria intorno a noi e i vestiti che indossiamo di solito hanno abbastanza umidità per essere conduttori elettrici decenti, quindi qualsiasi carica separata dal camminare o dallo sfregamento ha un percorso pronto per la messa a terra. Gli elettroni si disperdono nel terreno invece di accumularsi sul tuo corpo.
Ma quando l'aria e i materiali sono straordinariamente secchi, come in una giornata invernale secca, sono ottimi isolanti, quindi non c'è un percorso pronto per la messa a terra. Il tuo corpo può accumulare cariche negative, forse fino a un incredibile 20 mila volt. Se tocchi un conduttore, come una maniglia di metallo, allora - ZAP! - tutti gli elettroni accumulati si scaricano contemporaneamente.
Sulla Luna e su Marte le condizioni sono ideali per la ricarica triboelettrica. Il suolo è più secco della sabbia del deserto sulla Terra. Questo lo rende un eccellente isolante elettrico. Inoltre, il suolo e la maggior parte dei materiali utilizzati nelle tute spaziali e nei veicoli spaziali (ad esempio mylar alluminato, nylon rivestito in neoprene, Dacron, nylon rivestito in uretano, tricot e acciaio inossidabile) sono completamente diversi l'uno dall'altro. Quando gli astronauti camminano o i rover rotolano sul terreno, i loro stivali o le ruote raccolgono elettroni mentre sfregano attraverso la ghiaia e la polvere. Poiché il suolo è isolante e non fornisce alcun percorso verso terra, una tuta spaziale o un rover può accumulare un'enorme carica triboelettrica, la cui magnitudine è ancora sconosciuta. E quando l'astronauta o il veicolo tornano alla base e toccano il metallo: ZAP! Le luci nella base potrebbero spegnersi, o peggio.
Landis e i colleghi della NASA Glenn hanno notato per la prima volta questo problema alla fine degli anni '90, prima del lancio di Mars Pathfinder. 'Quando abbiamo eseguito un prototipo di ruota del rover Sojourner su polvere marziana simulata in un'atmosfera marziana simulata, abbiamo scoperto che era caricata fino a centinaia di volt', ricorda.
Quella scoperta ha così preoccupato gli scienziati che hanno modificato il design del rover di Pathfinder, aggiungendo aghi lunghi mezzo pollice, fatti di filo di tungsteno ultrasottile (0,0001 pollici di diametro) affilato fino a un punto, alla base delle antenne. Gli aghi consentirebbero a qualsiasi carica elettrica accumulata sul rover di disperdersi nella sottile atmosfera marziana, 'come un parafulmine in miniatura che opera al contrario', spiega Carlos Calle, scienziato capo dell'Electrostatics and Surface Physics Laboratory della NASA al Kennedy Space Center , Florida. Aghi protettivi simili sono stati installati anche sui rover Spirit e Opportunity.
Sulla Luna, 'Gli astronauti dell'Apollo non hanno mai riferito di essere stati colpiti da scariche elettrostatiche', osserva Calle. “Tuttavia, le future missioni lunari che utilizzano grandi attrezzature di scavo per spostare molta polvere e sporco secco potrebbero produrre campi elettrostatici. Poiché non c'è atmosfera sulla Luna, i campi potrebbero crescere abbastanza forti. Alla fine, gli scarichi potrebbero verificarsi nel vuoto”.
“Su Marte”, continua, “le scariche possono avvenire a non più di poche centinaia di volt. È probabile che questi assumeranno la forma di bagliori coronali piuttosto che di fulmini. In quanto tali, potrebbero non essere in pericolo di vita per gli astronauti, ma potrebbero essere dannosi per le apparecchiature elettroniche”.
Allora qual è la soluzione a questo problema?
Qui sulla Terra è semplice: riduciamo al minimo le scariche elettrostatiche mettendo a terra gli impianti elettrici. Metterli a terra significa letteralmente collegarli a barre di rame che martellano la Terra in profondità nel terreno. I picchetti di terra funzionano bene nella maggior parte dei luoghi sulla Terra perché a diversi piedi di profondità il terreno è umido, ed è quindi un buon conduttore. La Terra stessa fornisce un 'mare di elettroni', che neutralizza tutto ciò che è connesso ad essa, spiega Calle.
Non c'è umidità, però, nel suolo della Luna o di Marte. Anche il ghiaccio che si ritiene permea il suolo marziano non aiuterebbe, poiché 'l'acqua congelata non è un ottimo conduttore', afferma Landis. Quindi le barre di messa a terra sarebbero inefficaci nello stabilire un 'terreno comune' neutrale per una colonia lunare o marziana.
Su Marte, il terreno migliore potrebbe essere, ironia della sorte, l'aria. Una minuscola sorgente radioattiva 'come quella utilizzata nei rilevatori di fumo' potrebbe essere collegata a ciascuna tuta spaziale e all'habitat, suggerisce Landis. Le particelle alfa a bassa energia voleranno via nell'atmosfera rarefatta, colpendo le molecole e ionizzandole (rimuovendo gli elettroni). Pertanto, l'atmosfera intorno all'habitat o all'astronauta diventerebbe conduttiva, neutralizzando qualsiasi carica in eccesso.
Raggiungere un terreno comune sulla Luna sarebbe più complicato, dove non c'è nemmeno un'atmosfera rarefatta per aiutare a dissanguare la carica. Invece, un terreno comune potrebbe essere fornito seppellendo un enorme foglio di lamina o una rete di fili sottili, possibilmente in alluminio (che è altamente conduttivo e potrebbe essere estratto dal suolo lunare), sotto l'intera area di lavoro. Quindi tutte le pareti e gli apparati dell'habitat sarebbero collegati elettricamente all'alluminio.
La ricerca è ancora preliminare. Quindi le idee differiscono tra i fisici che stanno cercando, beh, un terreno comune.
Fonte originale: Comunicato stampa della NASA