화성에서 헬리콥터가 날면 청록색으로 빛날 것이다.
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2022-02-03 10:04:35
3'00" 읽기
- 화성의 대기 지구 밀도의 100분의 1에 불과
- 화성의 가스 외피, 매우 얇지만 지상 근처에서 특히 많은 부유 입자 포함돼
- 로터 블레이드가 대기 중 에어로졸 및 공기 중 입자와 충돌, 마찰 전기 대전으로 발생
- 이착륙 시 먼지가 올라올 때 이러한 대기 방전 가능
우리는 문 손잡이를 만질 때의 감전이나 풍선을 문지른 후 머리카락의 대전으로 인한 영향을 알고 있다. 전도성 물질은 마찰을 통해 전기적으로 대전될 수 있다. 마찰 전기 효과는 예를 들어 벨트 발전기에서 또는 신발 밑 창이나 의류에 있는 작은 나노 발전기의 형태로 전기를 생성하는 데 사용할 수 있다. 극단적인 경우 이 에너지는 스파크나 확산 광선을 통해 방출될 수도 있다.
먼지 충전 로터 블레이드 입자
이러한 정전기는 헬리콥터에서도 발생할 수 있다.
"로터 블레이드가 대기 중 에어로졸 및 공기 중 입자와 충돌할 때 마찰 전기 충전을 통해 발생한다"고 NASA 고다드 우주 비행 센터의 William Farrell과 그의 동료들은 설명한다. 이 효과는 먼지가 많은 공기나 얼음 결정으로 가득 찬 공기에서 가장 강력하다. 100 킬로볼트 이상의 전압이 이미 모래 지형 위를 맴도는 헬리콥터에서 측정됐다.
이것은 지구에 가시적인 영향을 미치지 않지만 연구팀은 화성의 얇은 대기에서 상황이 다를 수 있음을 발견했다. 실험실 테스트와 모델 시뮬레이션의 도움으로 그들은 화성 헬리콥터 "Ingenuity"의 로터 블레이드가 화성 지형을 비행할 때 충전되는지 여부와 그 정도와 그 결과가 무엇인지 조사했다. 붉은 행성의 가스 외피는 매우 얇지만 측정 결과 특히 지상 근처에서 많은 부유 입자가 포함돼 있는 것이 밝혀졌다.
가스 방전으로 충분할까?
실험에 따르면 화성 대기의 조건과 화성 헬리콥터 설계에 기반한 로터를 사용하면 로터 블레이드를 충전하는 데 30초만 작동하면 충분하다. Farrell과 그의 팀은 "평평한 표면의 전기장은 미터당 약 36킬로볼트에 도달한다"고 보고했다. 이것은 화성 무인 항공기에 대한 문제가 아니며 전기 시스템은 그러한 요금으로 위험에 처하지 않는다.
다른 한편으로, 이 마찰전하는 눈에 보이는 다른 효과를 유발할 수 있다.
전압이 특정 임계값을 초과하면 주변 대기로 플래시오버가 발생하기 때문이다. 그런 다음 전기장은 가스 분자의 전자를 이온화하고 동원한다. 이것은 전자 캐스케이드(가스 방전)를 생성한다. 강도에 따라 이 방전은 확산 광선을 촉발하거나 명확하게 정의된 불꽃으로 나타날 수 있다.
유령 같은 빛
과학자들이 발견한 바와 같이 정확히 이것은 화성에서도 일어날 수 있다.
Ingenuity에서 로터 블레이드를 충전하면 가스 방전이 시작된다. 연구팀은 “특히 이착륙 시 먼지가 올라올 때 이러한 대기 방전이 가능하다”고 말했다. 어둠 속에서 방전은 희미한 푸르스름한 빛으로 보일 수 있다.
이것은 화성의 대기가 지구 대기 밀도의 100분의 1에 불과하기 때문에 가능하다.
결과적으로 전자 캐스케이드는 가스 분자에 의해 덜 느려지고 방전 범위가 증가한다고 Farrell과 그의 동료들은 설명했다. 지구 대기의 전기장은 발광 임계값을 초과하기 위해 미터당 약 3천KV(킬로볼트)에 도달해야 하지만 화성의 얇은 껍질에서는 미터당 230KV로 충분하며 Ingenuity의 로터는 이를 수행할 수 있다.
미래의 화성 비행에 대한 증거
테스트 비행이 모두 낮에 이루어졌기 때문에 소형 화성 헬리콥터가 어둠 속에서 실제로 빛나는지 아직 확인할 수 없다. Farrrell은 "따라서 화성에서 미래의 무인 항공기 비행은 전자 캐스케이드가 실제로 그러한 빛을 일으킬 만큼 충분히 강한 지와 이 빛이 가시적일 수 있는지 보여주어야 한다"고 말했다. 그러나 미래의 화성 무인 항공기는 야간 비행 중에 고유한 빛의 기운을 생성할 것이라고 생각할 수 있다.
또한 Farrell은 이러한 위협의 다리에 작은 전위계를 부착하여 효과를 측정할 것을 제안했다. "이러한 전기 측정은 과학적 가치가 있을 뿐만 아니라 드론의 상태와 잠재적 위험에 대한 중요한 정보를 제공할 수 있다"고 말했다.
(The Planetary Journal, 2022; doi:10.3847/PSJ/abe1c3)
출처: NASA
- 화성의 대기 지구 밀도의 100분의 1에 불과
- 화성의 가스 외피, 매우 얇지만 지상 근처에서 특히 많은 부유 입자 포함돼
- 로터 블레이드가 대기 중 에어로졸 및 공기 중 입자와 충돌, 마찰 전기 대전으로 발생
- 이착륙 시 먼지가 올라올 때 이러한 대기 방전 가능
화성 헬리콥터는 어둠 속에서 빛날 수 있다.
마찰 전기 효과는 로터 블레이드의 충전 및 방전으로 이어진다.
기이한 효과:
미래의 화성 드론이 어둠 속에서 붉은 행성을 비행한다면 유령 같은 청록색 빛을 방출할 수 있다. 연구원들이 보고한 바와 같이 이 빛 뒤에는 회전하는 로터 블레이드의 먼지 입자의 마찰로 인한 전기적 효과가 있다. 화성의 희박한 대기에서는 소량의 마찰 전하 만으로도 실제 전자를 방출하기에 충분하며 이것이 발광을 일으키는 원인이다.
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▲ 소형 화성 헬리콥터 Ingenuity와 미래의 화성 무인 항공기는 어둠 속에서 푸르스름하게 빛날 수 있다. © NASA/ Jay Friedlander |
우리는 문 손잡이를 만질 때의 감전이나 풍선을 문지른 후 머리카락의 대전으로 인한 영향을 알고 있다. 전도성 물질은 마찰을 통해 전기적으로 대전될 수 있다. 마찰 전기 효과는 예를 들어 벨트 발전기에서 또는 신발 밑 창이나 의류에 있는 작은 나노 발전기의 형태로 전기를 생성하는 데 사용할 수 있다. 극단적인 경우 이 에너지는 스파크나 확산 광선을 통해 방출될 수도 있다.
먼지 충전 로터 블레이드 입자
이러한 정전기는 헬리콥터에서도 발생할 수 있다.
"로터 블레이드가 대기 중 에어로졸 및 공기 중 입자와 충돌할 때 마찰 전기 충전을 통해 발생한다"고 NASA 고다드 우주 비행 센터의 William Farrell과 그의 동료들은 설명한다. 이 효과는 먼지가 많은 공기나 얼음 결정으로 가득 찬 공기에서 가장 강력하다. 100 킬로볼트 이상의 전압이 이미 모래 지형 위를 맴도는 헬리콥터에서 측정됐다.
이것은 지구에 가시적인 영향을 미치지 않지만 연구팀은 화성의 얇은 대기에서 상황이 다를 수 있음을 발견했다. 실험실 테스트와 모델 시뮬레이션의 도움으로 그들은 화성 헬리콥터 "Ingenuity"의 로터 블레이드가 화성 지형을 비행할 때 충전되는지 여부와 그 정도와 그 결과가 무엇인지 조사했다. 붉은 행성의 가스 외피는 매우 얇지만 측정 결과 특히 지상 근처에서 많은 부유 입자가 포함돼 있는 것이 밝혀졌다.
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| ▲ Ingenuity의 블레이드 구성 그림. 먼지 알갱이와 입사하는 블레이드 엣지는 전류 라인을 형성한다. 그런 다음 이 전류는 블레이드 및 기타 전도성으로 결합된 표면 전체에 퍼져 평평한 표면을 따라 수직 방향의 전기장을 발생시킨다. (출처: 관련논문 Will the Mars Helicopter Induce Local Martian Atmospheric Breakdown? / The Planetary Science Journal) |
가스 방전으로 충분할까?
실험에 따르면 화성 대기의 조건과 화성 헬리콥터 설계에 기반한 로터를 사용하면 로터 블레이드를 충전하는 데 30초만 작동하면 충분하다. Farrell과 그의 팀은 "평평한 표면의 전기장은 미터당 약 36킬로볼트에 도달한다"고 보고했다. 이것은 화성 무인 항공기에 대한 문제가 아니며 전기 시스템은 그러한 요금으로 위험에 처하지 않는다.
다른 한편으로, 이 마찰전하는 눈에 보이는 다른 효과를 유발할 수 있다.
전압이 특정 임계값을 초과하면 주변 대기로 플래시오버가 발생하기 때문이다. 그런 다음 전기장은 가스 분자의 전자를 이온화하고 동원한다. 이것은 전자 캐스케이드(가스 방전)를 생성한다. 강도에 따라 이 방전은 확산 광선을 촉발하거나 명확하게 정의된 불꽃으로 나타날 수 있다.
유령 같은 빛
과학자들이 발견한 바와 같이 정확히 이것은 화성에서도 일어날 수 있다.
Ingenuity에서 로터 블레이드를 충전하면 가스 방전이 시작된다. 연구팀은 “특히 이착륙 시 먼지가 올라올 때 이러한 대기 방전이 가능하다”고 말했다. 어둠 속에서 방전은 희미한 푸르스름한 빛으로 보일 수 있다.
이것은 화성의 대기가 지구 대기 밀도의 100분의 1에 불과하기 때문에 가능하다.
결과적으로 전자 캐스케이드는 가스 분자에 의해 덜 느려지고 방전 범위가 증가한다고 Farrell과 그의 동료들은 설명했다. 지구 대기의 전기장은 발광 임계값을 초과하기 위해 미터당 약 3천KV(킬로볼트)에 도달해야 하지만 화성의 얇은 껍질에서는 미터당 230KV로 충분하며 Ingenuity의 로터는 이를 수행할 수 있다.
미래의 화성 비행에 대한 증거
테스트 비행이 모두 낮에 이루어졌기 때문에 소형 화성 헬리콥터가 어둠 속에서 실제로 빛나는지 아직 확인할 수 없다. Farrrell은 "따라서 화성에서 미래의 무인 항공기 비행은 전자 캐스케이드가 실제로 그러한 빛을 일으킬 만큼 충분히 강한 지와 이 빛이 가시적일 수 있는지 보여주어야 한다"고 말했다. 그러나 미래의 화성 무인 항공기는 야간 비행 중에 고유한 빛의 기운을 생성할 것이라고 생각할 수 있다.
또한 Farrell은 이러한 위협의 다리에 작은 전위계를 부착하여 효과를 측정할 것을 제안했다. "이러한 전기 측정은 과학적 가치가 있을 뿐만 아니라 드론의 상태와 잠재적 위험에 대한 중요한 정보를 제공할 수 있다"고 말했다.
(The Planetary Journal, 2022; doi:10.3847/PSJ/abe1c3)
출처: NASA
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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