IS A LUNAR SOIL STICKY?

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

2. 2MS3 Archive Moon water sources? вулканы volcanoes солнечный ветер solar wind P+ метеориты meteorites неизвестные источники unknown sources Источники лунной воды?

3. Moon water (ice) source метеориты meteorites Источник лунной воды (льда)

4. night day Температура реголита на глубине примерно 0.5 м Regolith temperature at a depth of about 0.5 m

5. Энергия удара метеорита расплавляет и частично испаряет вещество. Пар под высоким давлением может проникнуть в поры сильно охлажденного грунта и, конденсируясь, образовать на частицах реголитапленку льда. Удар метеорита Meteorite impact Meteorite impact melt and partially vaporize the matter. High pressure vapor may penetrate into pores of very cold soil, condense andcover grains by an ice layer

6. Теплообмен горячий пар-реголит Heat exchange between hot vapor and regolith 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. Долго ли будет жить образовавшаяся на гранулах реголита ледяная пленка? What is a lifetime of ice layer on regolith grain surface?

7. Время жизни ледяной пленки Ice layer lifetime 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.

8. Теплопроводность Thermal conductivity Почему у реголита такая малая теплопроводность? Why the regolith has so weak thermal conductivity?

10. Теплопроводность Thermal conductivity Малый радиус области контакта Small contact arearadius Ideal models Thermal resistance (model: disk on semibounded body): Rt = 1/4rca Contact area radius (model: Hertz’s contact): rca = (3FR/4E)1/3

11. Статистический подход Для частиц со средним диаметром около 100  средний радиус зоны контакта получается менее 0.1  Statistical approach For grains in 100  mean diameter, mean radiusof thecontact areawould be less than 0.1 

12. Частица грунта с ледяной оболочкой Ice coated grain d=0.5 μ Ø100 ice layer grain SiO2 Mice/Mgrain Layer thickness For Mice = 1% Mgrain, the thicknessof the ice layer should be about 0.5 μ

13. Grain gluing

14. Если наши предположения верны, то при низкой температуре «ледяной» лунный реголитдолжен быть липким!  А его теплопроводность должна быть аномально большой! If our assumptions are correct, «icy» lunar regolithwould be sticky at low temperature! And it temperature conductivity would be anomaly high!

15. Выводы:Conclusions: • 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 изменитьтеплопроводность реголита • 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

16. Осталось найти эту ледяную пленку! Let's try to find the ice layer!

17. Радиотермометр РАТ PAT radiotermometer

18. Thank you for your attention!