IS A LUNAR SOIL STICKY?

IS A LUNAR SOIL STICKY? IS A LUNAR SOIL STICKY? Dmitri Skulachev, IKI, Moscow

метеориты meteorites

вулканы volcanoes

солнечный ветер solar wind

P+

неизвестные источники unknown sources

Источники лунной воды?Moon water sources?

2MS3 Archive

метеориты meteorites

Источник лунной воды (льда)Moon water (ice) source

Regolith temperature at a depth of about 0.5 m Температура реголита на глубине примерно 0.5 м

night day

Удар метеорита Meteorite impact

Энергия удара метеорита расплавляет и частично испаряет вещество. Пар под высоким давлением может проникнуть в поры сильно охлажденного грунта и, конденсируясь, образовать на частицах реголита пленку льда.

Meteorite impact melt and partially vaporize the matter. High pressure vapor may penetrate into pores of very cold soil, condense and cover grains by an ice layer

Горячий водяной пар, остывая и конденсируясь, подогреет реголит лишь 10 -50 градусов.

Hot water wapor may heat regolith grains not more than 10-50 К.

Теплообмен горячий пар-реголитHeat exchange between hot vapor and regolith

Долго ли будет жить образовавшаяся на гранулах реголита ледяная пленка?

What is a lifetime of ice layer on regolith grain surface?

A desorption rate of ice in vacuum may be described roughly by

Polanyi-Winger equation:

dN / N = (kT / h)·exp(-Ed / kT),

where k and h are Boltzmann and Planck constants,

T – temperature,

Ed – desorption energy (about 0.5 eV for H2O on silicate surface).

For T = 100 K, dN / N = 3·10-13, ice lifetime is about 100,000 years.

For T = 80 K, lifetime is about 3 billion years.

Время жизни ледяной пленкиIce layer lifetime

Силикатная породаSilica based rock

Лунный реголитLunar regolith

ρ = 2.7 g/cm3 1.5 – 2.2 g/cm3

= 3.5 W/m·K 0.001-0.02 W/m·K

Почему у реголита такая малая теплопроводность?

Why the regolith has so weak thermal conductivity?

Теплопроводность Thermal conductivity

Силикатная породаSilica based rock

Лунный реголитLunar regolith

ρ = 2.7 g/cm3 1.5 – 2.2 g/cm3

= 3.5 W/m·K 0.001-0.02 W/m·K

СвинецLead

Свинцовая дробьLead shot

ρ = 11.3 g/cm3 4.5 g/cm3

= 34 W/m·K 0.16 W/m·K

Малый радиус области контактаSmall contact area radius

Thermal resistance (model: disk on semibounded body):

Rt = 1/4rca

Contact area radius (model: Hertz’s contact):

rca = (3FR/4E)1/3

Ideal models

Теплопроводность Thermal conductivity

Statistical approach

For grains in 100 mean diameter, mean radius ofthe contact area would be less than 0.1

Статистический подходДля частиц со среднимдиаметром около 100 средний радиус зоныконтакта получается менее 0.1

For Mice = 1% Mgrain, the thickness of the ice layer should be about 0.5 μ

Ø100

Ice coated grainЧастица грунта с ледяной оболочкой

d=0.5 μ

ice layer

Mice/Mgrain

Layer thickness

SiO2

grain

Grain gluing

Чистые гранулыPure grains

Гранулы, покрытые льдом Ice covered grains

d=0.05 μ (0.1% H2O) 0.5 μ (1% H2O)

rca 0.1 μ 0.5 μ 5 μ

= 1 >5 >20

Если наши предположения верны, то при низкой температуре «ледяной» лунный реголит должен быть липким! А его теплопроводность должна быть аномально большой!

If our assumptions are correct, «icy» lunar regolith would be sticky at low temperature!

And it temperature conductivity would be anomaly high!

Выводы: Conclusions:

• Ice-containing meteoroid impacts generate high pressure water vapor

• The vapor may penetrate into regolith pores and condense on regolith grains, cover them by an ice layer

• Grain ice layer may dramatically change regolith thermal conductivity

• Удары метеоритов, содержащих лед, генерируют водяной пар под высоким давлением

• Пар может проникать в поры реголита, конденсироваться и покрывать частицы грунта пленкой льда

• Пленка льда может резко изменить теплопроводность реголита

Let's try to find the ice layer!

Осталось найти эту ледяную пленку!

Радиотермометр РАТ

PAT radiotermometer

Thank you for your attention!Thank you for your attention!