درمواقعي
از سال كه رطوبت هوا بسيار كاهش مييابد، بعد از چند قدم راه رفتن روي فرش منزل با
كفشي كه تخت چرمي دارد اگر دستگيره فلزي درب اتاق را لمس كنيد، تخليه شديد بار
الكتريكي منجر به سوزش خفيفي در نوك انگشتانتان خواهد شد. الكتريسيته ساكني كه در
اين مواقع از بدن انسان تخليه ميشود تا صدها ولت اختلاف پتانسيل دارد. براي اينكه
بفهميم اين بار الكتريكي چگونه در بدن ما به وجود ميآيد بايد با ساختمان اتمها
آشنا شويم.
اتمها از هسته و پوسته تشكيل شدهاند. در هسته نوترونهاي فاقد بار الكتريكي و پروتونهاي داراي بار مثبت قرار دارند كه در مجموع بخش اعظم جرم يك اتم را تشكيل ميدهند. الكترونها به تعدادي در پوسته قرار ميگيرند تا بار الكتريكي كل اتم خنثي باشد. بعضي اتمها الكترونهاي خود را با قدرت تمام نگه داشتهاند و در مقابل بعضي ديگر انرژي چنداني براي نگهداري الكترونهاي خود هزينه نميكنند. نيروي لازم براي كندن الكتروني از پوسته اتم به فاصله رويه پوسته تا هسته مركزي اتم بستگي دارد. زماني كه دو جسم با جنسهاي متفاوت به هم ماليده ميشوند با توجه به ميزان ميل اتمها به نگهداري الكترون، يكي از آنها الكترونهاي خود را از دست ميدهد و تجمع بار الكتريكي مثبت در آن افزايش مييابد و در مقابل ديگري با دريافت الكترونهاي آزاد شده بار منفي پيدا ميكند. از آنجا كه هميشه ميل به جذب الكترون در اتمهاي مختلف متفاوت ميباشد، ميتوان مطمئن بود كه در اثر تماس دو جنس مختلف با هم، حتماً تبادل الكتريسيته صورت ميگيرد اما ميزان اين تبادل براي مواد مختلف، متفاوت است.
در زمين، جاييكه ما زندگي ميكنيم، هوا و لباسهايي كه ميپوشيم
به قدر كافي رطوبت دارد تا در نقش هادي الكتريكي عمل كرده و الكتريسيته ساكن ذخيره
شده در بدن ما را كه در اثر تماس با ساير اجسام پديد ميآيد، به زمين هدايت كنند.
تخليه تدريجي و اندكاندك بار الكتريكي بدن به زمين باعث ميشود درد و رنج و خطرات
ناشي از تخليه ناگهاني بار الكتريكي منتفي شود.
در جايي مثل مريخ كه رطوبت محيط صفر است، بعد از يك راهپيمايي
بايد به شدت از وسايل هادي الكتريسيته پرهيز نمود
اما زماني كه هوا و ساير چيزهايي كه در اطراف ما قرار دارد كاملاً خشك باشند، هيچ
راهي براي انتقال بار الكتريكي ذخيره شده در بدن به زمين وجود نخواهد داشت. در چنين
شرايطي بدن انسان همانند يك خازن الكتريكي به ذخيرهسازي بار الكتريكي منفي
ميپردازد. تخليه بار الكتريكي ساكن در سفرهاي فضايي يكي از مشكلات اساسي
فضانورداني خواهد بود كه براي كاوش به ماه يا مريخ اعزام ميشوند. در جايي مثل مريخ
كه هوا به شدت خشك است و هيچ رطوبتي در خاك وجود ندارد، چند قدم راه رفتن روي سطح
اين سياره ميتواند بار الكتريكي زيادي در پوسته لباس فضايي فضانورد ايجاد كند. يك
انسان معمولي ميتواند تا 20,000 ولت بار الكتريسيته در خود ذخيره كند، در چنين
حالتي تماس با مثلاً دستگيره درب ورودي سكونتگاهي در مريخ يك فاجعه به بار خواهد
آورد.
اين موضوع ميتواند منجر به جراحت عميق فضانورد و ايجاد اشكالات
احتمالي در سيستمهاي الكترونيكي لباس فضايي وي و يا محل سكونتش شود.
در جايي مانند مريخ يا ماه شرايط براي توليد الكتريسيته ساكن كاملاً ايدهآل است.
خاك سطح آنها كاملاً خشك است، خشكتر از بي آب و علفترين صحراي روي زمين و در چنين
شرايطي سطح سياره يا قمر همچون يك عايق كامل عمل خواهد كرد. علاوه بر اين در ساخت
لباس فضايي، اتومبيلهاي فضايي و سكونتگاههاي فضايي از تعداد بيشماري ماده مختلف
استفاده شده است كه هيچ سنخيتي با خاك ماه يا مريخ نيز ندارند. با اين اوصاف راه
رفتن در سطح سياره با چكمههاي فضانوردي و راندن روي مريخ باعث تبادل الكترون بين
سطح سياره و لباس فضايي يا وسيله حمل و نقل سطحنورد خواهد شد و از آنجاكه خاك سطح
سياره يا ماه كاملاً عايق است (به دليل خشك بودن مطلق) تمام بار منتقل شده در لباس
فضايي، بدن فضانورد و وسيله نقليه سطحنورد باقي خواهد ماند. هنوز تخمين دقيقي از
بار ذخيره شده نداريم، اما حدس زده ميشود مقدار آن بسيار زياد باشد.
اولين بار دانشمندان هنگام امتحان مريخنورد پتسفايندر متوجه
مشكل الكتريسيته ساكن شدند
موضوع مشكلات ناشي از بارهاي الكترواستاتيكي اولين بار در اواخر دهه 1990، در مركز
تحقيقات گلن – ناسا، جاييكه فيزيكداني به نام جوزف كلوكي (Joseph Kolecki) به همراه
همكارانش روي نمونهاي با ابعاد واقعي از مريخنورد پتسفايندر (Path Finder) كار
ميكردند شناخته شد. آنها قبل از پرتاب مريخنورد، شرايطي واقعي شامل سطح و جو مريخ
را در آزمايشگاهي به وجود آوردند و با نمونهاي واقعي از مريخنورد پتسفايندر به
گشت و گذار در آن پرداختند. در آن شرايط بود كه كلوكي و همكارانش متوجه صدها ولت
بار الكترواستاتيكي شدند كه مريخنورد را در بر گرفته بود.
اين كشف باعث شد كه پژوهشگران ناسا به تكاپو افتند تا به
گونهاي موفق بر اين مشكل فائق آيند. بار الكتريكي طبق يك اصل طبيعي در مناطق و
موقعيتهاي تيز جسم تجمع ميكند.
از اين رو دانشمندان با نصب رشتههاي بسيار نازكي (حدود 0025/0 ميليمتر) از جنس تنگستن روي بدنه فلزي آنتن تلاش كردند تا قسمت اعظم بار الكترواستاتيكي ايجاد شده روي مريخنورد پتسفايندر را در اين تارهاي نازك فلزي جمع كنند. ايجاد اختلاف پتانسيل خيلي زياد بين اين رشتهها و جو رقيق مريخ باعث ميشود بخش زيادي از بار اندكاندك توسط جو سياره جذب گردد. چنين وسيلهاي روي مريخنوردهاي روح (Spirit) و فرصت (Opportunity) نيز نصب شده است.
كارلوس كيل (Carlos Calle) از آزمايشگاه الكترواستاتيك و فيزيك
سطح كه در مركز فضايي كندي مستقر است ميگويد : "از فضانوردان مأموريت آپولو هيچ
گزارشي مبني بر تخليه بار الكتريكي دريافت نشده است. اما بايد در نظر داشت كه
مأموريتهاي آينده به ماه با ابزارهاي بزرگتر و فعاليتهاي بيشتري خواهد بود كه
طبيعتاً منجر به توليد بار الكتريكي ساكن در ابزار و لباس فضانوردان خواهد شد. اما
در ماه ديگر جوي وجود ندارد تا بتوان به تخليه تدريجي الكتريسيته از اين راه
اميدوار بود. بنابراين بار الكتريكي ذخيره شده دائماً افزايش خواهد يافت تا اينكه
شرايط براي تخليه محيا شود كه در آن صورت حتماً شرايط مورد پسند ما نخواهد بود." وي
در ادامه ميافزايد: " در مريخ با توجه به وجود جو رقيق ميتوان اميدوار بود كه
تخليه بار الكتريكي حداكثر در محدوده اختلاف پتانسيل صدو يا دويست ولت صورت پذيرد.
چنين تخليهاي براي سلامتي فضانوردان تهديد محسوب نميشود هرچند باعث آزار آنها
خواهد شد. با اين وجود با اطمينان ميتوان گفت كهچنين تخليه الكتريكي ضعيفي باعث
ايجاد آسيبهاي جدي در ابزار و ادوات الكتريكي و الكترونيكي ميگردد.
رشتههاي بسيار نازك تنگستن در نقش تخليه كنندههاي الكتريسيته
به جو رقيق مريخ عمل ميكنند
اين مشكل در زمين به سادگي حل ميشود. كافي است ادوات الكترونيكي و يا تجهيزاتي كه
بيم باردار شدن آنها ميرود را با يك ميله مسي به عمق يك تا دومتري زمين وصل كنيم.
تقريباً در همه جاي زمين اين راهحل مشكلگشاست و به خوبي كار ميكند. دليل آن هم
به رطوبت نسبي خاك در عمق يك تا دو متري زمين مربوط ميشود. زمين مانند يك مخزن
بسيار بزرگ هر چيزي را كه با آن وصل كنيم، از نظر بار الكتريكي خنثي خواهد كرد.
اما خاك مريخ يا ماه فاقد رطوبت است و يخي كه انتظار ميرود در زير سطح مريخ يافت شود نيز كارگشا نخواهد بود، چراكه يخ رساناي خوبي براي الكتريسيته نميباشد. بنابراين اتصال به سطح ابزار ناكارآمدي براي مريخ يا ماه خواهد بود و نميتوان انتظار داشت چنين وسيلهاي جهت خنثيسازي الكتريكي مجتمعهاي مسكوني مريخ يا ماه به كار روند!!!
شايد خندهدار به نظر برسد در مريخ ميتوان اميدوار بود كه
بهترين اتصال خنثيسازي را هوا برايمان فراهم كند. براي نيل به اين منظور بايد يك
منبع راديواكتيو بسيار ضعيف را به لباس فضايي، مريخ نورد و مسكن مريخي وصل كرد.
ذرات آلفاي كم انرژي از منبع راديواكتيو ضعيف به بيرون پرتاب شده و در اثر برخورد با مولكولهاي جو رقيق مريخ و تحريك آنها، الكترون لايه بيروني مولكولها را جدا كرده و آنها را يونيزه ميكنند. به اين ترتيب غشايي از هواي يونيزه شده با بار غالب مثبت به وجود ميآيد كه باعث خنثيسازي منابع الكترواستاتيكي خواهد شد.
اما موضوع در ماه بسيار پيچيدهتر است. در اين قمر نهتنها خاك خشك است و رطوبتي براي رسانا كردن آن وجود ندارد بلكه حتي جو رقيقي نيز در دسترس نيست كه بتوان با استفاده از ابزاري آن را به يك هادي الكتريسيته تبديل نمود. شايد بتوان در ماه صفحات توري وسيعي از آلومينيوم كه در همانجا قابل استحصال است، ساخت و سكونتگاهها و كارگاههاي فضايي را روي آن بنا نمود. در آن صورت اين شبكه عظيم آلومينيومي همچون مخزن بزرگي در نقش خنثيكننده الكتريكي عمل خواهد كرد.تحقيقات در اين زمينه هنوز در ابتداي راه است و هر روز ايدههاي جديدي براي خنثيسازي الكتريسيته مزاحم ارائه و بررسي ميشوند.
براي مطالعه بيشتر مراجعه فرماييد به :
… Electrical
Discharge on Mars
… Triboelectric
Charging of Common Objects
… Electrostatic
Charging of the Pathfinder Rover
… Static
Electricity
. شهرام یزدان پناه، پژوهشگر علوم و فناوری فضایی .
منبع : سايت دانش فضايي –
لينک مطلب
