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Las aspas giratorias de los helicópteros que vuelan sobre Marte pueden brillar durante la noche, por un proceso que en la Tierra requiere de condiciones muy excepcionales y se conoce como ‘Fuego de San Telmo’.
Según un estudio de la NASA, las hélices de los helicópteros pueden hacer que fluyan pequeñas corrientes eléctricas en la atmósfera marciana. Estas corrientes, si son lo suficientemente grandes, pueden hacer que el aire que rodea la nave brille. Este proceso ocurre naturalmente a escalas mucho más grandes en la Tierra como una corona o resplandor eléctrico que a veces se ve en aviones y barcos en tormentas eléctricas.
“El tenue brillo sería más visible durante las horas de la tarde cuando el cielo de fondo es más oscuro”, dice en un comunicado William Farrell del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, autor principal de un artículo sobre esta investigación, publicado en Planetary Science Journal. “El helicóptero Ingenuity experimental de la NASA no vuela durante este tiempo, pero los futuros drones podrían ser autorizados para vuelos nocturnos y buscar este brillo”.
“Las corrientes eléctricas generadas por las aspas de rotación rápida de los drones son demasiado pequeñas para ser una amenaza para la nave o el entorno marciano, pero ofrecen la oportunidad de hacer ciencia adicional para mejorar nuestra comprensión de una acumulación de carga eléctrica llamada 'carga triboeléctrica'”, añadió Farrell.
La carga triboeléctrica ocurre cuando la fricción transfiere carga eléctrica entre objetos, como cuando una persona frota un globo contra su cabello o suéter. El globo electrificado atraerá el cabello de la persona y hará que se levante hacia el globo, lo que indica que el globo ha desarrollado un gran campo eléctrico a partir del proceso de carga triboeléctrica.
El equipo aplicó medidas de laboratorio y utilizó modelos informáticos para investigar cómo se podría acumular carga eléctrica en las palas del rotor de un dron. La acumulación de carga también ocurre en las palas de los helicópteros terrestres, especialmente en entornos polvorientos, por lo que el equipo también utilizó interpretaciones y modelos de la carga de los helicópteros terrestres como base para comprender el caso de Marte.
Descubrieron que a medida que giran las aspas del dron, chocan con pequeños granos de polvo en el aire marciano, especialmente cuando el helicóptero está cerca de la superficie y sopla polvo. A medida que las aspas impactan los granos, la carga se transfiere, acumulándose en las aspas y creando un campo eléctrico. A medida que la carga llega a niveles altos, la atmósfera comienza a conducir electricidad, un proceso conocido como "ruptura atmosférica", que crea una población de electrones que forman una corriente eléctrica mejorada que actúa para disipar o compensar la acumulación de carga en el helicóptero.
El equipo descubrió que la descomposición comienza como una "avalancha de electrones" invisible. Los electrones son partículas muy pequeñas con carga eléctrica negativa. La carga hace que los electrones respondan a los campos eléctricos: atraídos por un campo generado por una carga positiva y repelidos por un campo generado por una carga negativa. Los electrones libres, los que no están unidos a un átomo, en un material conductor de electricidad, como un alambre de cobre, son responsables del flujo de corriente eléctrica. Las atmósferas también pueden tener electrones libres, y los pocos electrones libres en el aire marciano sienten la fuerza del campo eléctrico del helicóptero y chocan contra las moléculas de dióxido de carbono (CO2) atmosférico. El impacto libera más electrones de las moléculas de CO2, lo que amplifica la corriente.
La atmósfera marciana es extremadamente delgada, en la superficie solo alrededor del uno por ciento de la presión de la atmósfera de la Tierra al nivel del mar. Esta presión muy baja hace que la avería sea más probable. En Marte, las moléculas que componen la atmósfera están más espaciadas que en una atmósfera como la de la Tierra, ya que son menos densas. Piense en el campo eléctrico que impulsa los electrones libres como un automóvil al comienzo de una carrera de resistencia. Si hay muchos obstáculos grandes a lo largo del camino, el automóvil que acelera puede golpearlos y reducir la velocidad (o detenerse).
Las colisiones limitan la velocidad del automóvil para que permanezca relativamente lento. Sin embargo, si los obstáculos están muy espaciados, ese mismo automóvil ahora acelerará a altas velocidades antes de golpear el obstáculo. De manera similar, el espacio adicional en el aire marciano les da a los electrones libres un mayor camino para la aceleración antes de que "choquen" contra una molécula, por lo que pueden alcanzar la velocidad requerida para expulsar otros electrones de las moléculas de CO2 y comenzar una avalancha de electrones dentro de un relativamente bajo. campo eléctrico de alrededor de 30.000 voltios por metro.
En la Tierra puede ocurrir la misma avalancha de electrones, pero en la atmósfera más densa, los campos eléctricos deben ser mucho mayores, alrededor de 3.000.000 de voltios por metro.
Aunque las corrientes generadas por un dron que vuela en la atmósfera son pequeñas, podrían ser lo suficientemente grandes como para hacer que el aire alrededor de las aspas y otras partes de la nave comience la avalancha de electrones y posiblemente incluso brille con un color azul-púrpura.
Sin embargo, los investigadores reconocen que su resultado es una predicción y, a veces, la naturaleza tiene otros planes. "En teoría, debería haber algún efecto, pero si la avalancha de electrones es lo suficientemente fuerte como para crear un brillo, y si se observa algún brillo débil durante las operaciones, todo queda por determinar en futuros vuelos de drones en Marte", dice Farrell. "De hecho, uno podría incluso colocar pequeños electrómetros cerca de la hoja y en las patas para monitorear los efectos de cualquier carga. Este tipo de monitor eléctrico podría tener valor científico y proporcionar información crítica sobre el estado del dron durante el vuelo”.
La investigación fue financiada por la NASA bajo el Modelo de Financiamiento Científico Interno de la NASA y su programa de Investigación Fundamental de Laboratorio (FlaRe), así como una subvención de la NASA financiada bajo el programa Solar System Workings.