EXPERIMENTS ON THE SIMULATION AND VISUALIZATION OF DUSTY PLASMA IN THE VICINITY OF AN ATMOSPHERELESS COSMIC BODY

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This work presents a laboratory experiment on the formation of dusty plasma and the visualization of flows of charged dust particles ranging in a diameter from 10 to 100µm. These particles consist of silicon dioxide, a component of lunar regolith. The influence of near-surface plasma simulated using an electrostatic field and ultraviolet radiation (UV) on the dynamics of regolith-analog particles is examined. Particle trajectories and changes in the surface topography of the particles are visualized, and estimates of their takeoff velocities are obtained. It is shown that the pattern of the particle motion in dusty plasma depends on the presence of UV radiation and the size of the particles themselves. The results of this study are of interest for understanding the physical processes occurring near the surface of the Moon and other atmospheres less bodies in the Solar System, such as Mercury, asteroids, the moons of Mars, etc.

About the authors

I. A. Shashkova

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Email: shi@cosmos.ru
Москва, Россия

I. A. Kuznetsov

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

Y. Tian

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Moscow, Russia

S. I. Popel

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

A. A. Kartasheva

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

G. G. Dolnikov

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

A. N. Lyash

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

M. E. Abdelal

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

A. V. Zakharov

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

References

  1. Zakharov A.V., Popel S.I., Kuznetsov I.A., Borisov N.D., Rosenfeld E.V., Skorov Yu., and Zelenyi L.M. // Phys. Plasmas. 2022. V. 29. P. 110501.
  2. Лисин Е.А., Тараканов В.П., Петров О.Ф., Попель С.И., Дольников Г.Г., Захаров А.В., Зеленый Л.М., Фортов В.Е. // Письма ЖЭТФ. 2013. Т. 98. С. 755.
  3. Буринская Т.М. // Физика плазмы. 2014. Т. 40. С. 17.
  4. Попель С.И., Голубь А.П., Лисин Е.А., Извекова Ю.Н., Атаманюк Б., Дольников Г.Г., Захаров А.В., Зеленый Л.М. // Письма ЖЭТФ. 2016. Т. 103. С. 641.
  5. Попель С.И., Голубь А.П., Зеленый Л.М., Хораны М. // Письма ЖЭТФ. 2017. Т. 105. С. 594.
  6. Popel S.I., Golub’ A.P., Kassem A.I., and Zelenyi L.M. // Phys. Plasmas. 2022. V. 29. P. 013701.
  7. Popel S.I., Golub’ A.P., and Zelenyi L.M. // Phys. Plasmas. 2023. V. 30. P. 043701.
  8. Попель С.И., Зеленый Л.М., Захаров А.В. // Физика плазмы. 2023. Т. 49. С. 813. https://doi.org/10.31857/S0367292123600437
  9. Berg O.E., Wolf H., and Rhee J. // Interplanetary Dust and Zodiacal Light / Ed. by Elsasser H., Fechtig H., 1976 // Lect. Notes Phys. 2005. V. 48. P. 233. https://doi.org/10.1007/3-540-07615-8_486
  10. Родэ О.Д., Иванов А.В. // Астрон. вестн. 1984. № 18. С. 1.
  11. Grun E., Horanyi M., and Sternovsky Z. // Planet. Space Sci. 2011. V. 59. P. 1672.
  12. Попель С.И., Голубь А.П., Захаров А.В., Зеленый Л.М. // Физика плазмы. 2020. Т. 46. С. 219.
  13. Зеленый Л.М., Попель С.И., Захаров А.В. // Физика плазмы. 2020. Т. 46. С. 441.
  14. Gaier J.R. The effects of lunar dust on EVA systems during the Apollo missions // NASA technical memorandum. 2007. P. NASA/TM-2005-213610.
  15. Christoffersen R., Lindsay J.F., Noble S.K., Meador M.A., Kosmo J.J., Lawrence J.A., Brostoff L., Young A., and McCue T. Lunar dust effects on spacesuits systems: insights from the Apollo spacesuits. NASA preprint. 2009.
  16. Rennilson J.J., Criswell D.R. // Moon. 1974. V. 10. P. 121.
  17. Zook H.A., McCoy J.E. // Geophys. Res. Lett. 1991. V. 18. P. 2117.
  18. Зелёный Л.М., Захаров А.В., Попель С.И., Кузнецов И.А., Розенфельд Е.В. // УФН. 2024. Т. 194. С. 569.
  19. Stubbs T.J., Halekas J.S., Farrell W.M., and Vondrak R.R. // Workshop on Dust in Planetary Systems (ESA SP-643), Kauai, Hawaii, 2005. // Ed. by Krueger H., Graps. P. // 2007. P. 181.
  20. Colwell J.E., Batiste S., Horányi M., Robertson S., and Sture S. // Rev. Geophys. 2007. V. 45. https://doi.org/10.1029/2005RG000184
  21. Popel S.I., Zelenyi L.M., and Atamaniuk B. // Plasma Phys. Rep. 2016. V. 42. P. 543. https://doi.org/10.1134/S1063780X16050147
  22. Popel S.I., Zelenyi L.M., Golub’ A.P., and Dubinskii A.Yu. // Planet. Space Sci. 2018. V. 156. P. 71. https://doi.org/10.1016/j.pss.2018.02.010
  23. Horányi M., Sternovsky Z., Lankton M., Dumont C., Gagnard S., Gathright D., Grün E., Hansen D., James D., Kempf S., Lamprecht B., Srama R., Szalay J.R., and Wright G. // Space Sci. Rev. 2014. V. 185. P. 93.
  24. Mishra S.K. // Phys. Plasmas. 2020. V. 27. P. 052901.
  25. Wang X., Schwan J., Hsu H.W., Grün E., and Horányi M. // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43. P. 6103.
  26. Schwan J., Wang X., Hsu H.W., Grün E., and Horányi M. // Geophys. Res. Lett. 2017. V. 44. P. 3059. https://doi.org/10.1002/2017GL072909
  27. Hood N., Carroll A., Mike R., Wang X., Schwan J., Hsu H.W., and Horányi M. // Geophys. Res. Lett. 2018. V. 45. P. 206. https://doi.org/10.1029/2018GL080527
  28. Orger N.C., Toyoda K., Masui H., and Cho M. // Adv. Space Res. 2019. V. 63. P. 3270.
  29. Carroll A., Hood N., Mike R., Wang X., Hsu H.W., and Horányi M. // Icarus. 2020. V. 352. P. 113972.
  30. Elliott A., Wang X., Horanyi M., Taylor K., Schmidt R., Wiesner C., Wollmann D., and Belanger P. // Proc. 14th Internat. Particle Accelerator Conf. (IPAC 2023), Venice, Italy, 2023. P. MOPA065. https://doi.org/10.18429/JACoW-IPAC2023-MOPA065
  31. Кузнецов И.А., Шашкова И.А., Ляш А.Н., Поройков А.Ю., Бедняков С.А., Кронрод Е.В., Дольников Г.Г., Дубов А.Е., Вощан О.Н., Абделаал М.Э., Попель С.И., Морозова Т.И., Карташева А.А., Столяренко П.В., Тянь Я., Захаров А.В., Зеленый Л.М. // АЖ. 2024. Т. 101. С. 335. https://doi.org/10.31857/S0004629924040044
  32. Munoz J.H.P., Wang X., Horányi M., Kvon V., Heijmans L., Chaudhuri M., Kerkhof M., Yakunin A.M., Krainov P., and Astakhov D. // Phys. Plasmas. 2025. V. 32. P. 023706. https://doi.org/10.1063/5.0250511
  33. Munoz J.H.P., Wang X., Horanyi M., Umland C., Kvon V., Heijmans L., Chaudhuri M., Kerkhof M., Yakunin A.M., Krainov P., and Astakhov D. // Phys. Plasmas. 2025. V. 32. P. 083702. https://doi.org/10.1063/5.0279838
  34. Richmond J.L., Munoz J.H.P., Wang X., Horanyi M., Machacek J.R., Charles C., and Boswell R.W. // Geophys. Res. Lett. 2025. V. 52. P. e2024GL113715. https://doi.org/10.1029/2024GL113715
  35. Zakharov A.V., Poroykov A.Yu., Bednyakov S.A., Lyash A.N., Shashkova I.A., Kuznetsov I.A., and Dolnikov G.G. // Measurement. 2021. V. 171 P. 108831. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.108831
  36. Попель С.И., Зеленый Л.М., Захаров А.В., Кузнецов И.А., Дольников Г.Г., Ляш А.Н., Шашкова И.А., Карташева А.А., Дубов А.Е., Абделаал М.Е., Резниченко Ю.С. // Физика плазмы. 2024. T. 50. C. 1222.
  37. Shashkova I.A., Kuznetsov I.A., Kartasheva A.A., Popel S.I., Dol'nikov G.G., Lyash A.N., Abdelalal M.E., and Zakharov A.V. // 21th Internat. Workshop Complex Systems of Charged Particles and Their Interactions with Electromagnetic Radiation, April 7-11, 2025, Moscow, Russia. P. 55.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).