Charged dust clouds play an important role in the evolution of sub-stellar atmospheres through electrical discharges such as lightning events or inter-grain discharges. The consequent plasma activation presents an alternative source of disequilibrium chemistry, potentially triggering a set of chemical reactions otherwise energetically unavailable. The aim of this paper is to address the problem of the electrostatic stability of charged spheroidal dust grains in sub-stellar clouds and its impact on inter-grain electrostatic discharges, the available area for atmospheric gas-phase surface chemistry, the particle eccentricity distribution function and observed polarization signatures. This paper has derived the criterion for the allowed values of dust eccentricity that are electrostatically stable as a function of grain size m, floating potential V and tensile strength Pa. As a consequence of electrostatic instability we also calculate the expected electric field enhancement at the spheroidal poles, the increased surface area of a dust grain, the truncation of the particle eccentricity distribution function and the resultant degree of polarization. Dust grains with an eccentricity below a critical value will be electrostatically stable; whereas, grains with an eccentricity above a critical value will be unstable. For example, for a 1 µm charged dust grain with surface potential of 1 V, the maximum allowable eccentricity is 0.987. As a consequence, electric field strength enhancement at the pole is limited to a factor of 3.5; the surface area for surface chemistry and the synthesis of chemical products is increased by a factor of 1.45; and the degree of polarization is reduced by a factor of 0.65. The results presented here are applicable not only to spheroidal dust grains but any non-spherical dust grains where non-uniform surface electric fields or inhomogeneous tensile strengths could be susceptible to electrostatic instability. In this context electrostatic erosion presents a mechanism that may produce bumpy, irregularly shaped or porous grains.
帯電したダスト雲は、雷現象や粒子間放電などの放電を通じて、準恒星大気の進化において重要な役割を果たす。結果として生じるプラズマ活性化は、非平衡化学の代替源を提供し、そうでなければエネルギー的に利用不可能な一連の化学反応を引き起こす可能性がある。本論文の目的は、準恒星雲中の帯電した回転楕円体ダスト粒子の静電安定性の問題と、それが粒子間静電放電、大気中の気相表面化学に利用可能な面積、粒子の離心率分布関数、および観測される偏光シグネチャーに及ぼす影響に取り組むことである。本論文は、粒径 m、浮遊電位 V、および引張強度 Pa の関数として、静電的に安定であるダスト離心率の許容値の基準を導出した。静電不安定性の結果として、我々はまた、回転楕円体の極における予想される電場増強、ダスト粒子の表面積の増加、粒子の離心率分布関数の切断、および結果として生じる偏光度を計算する。臨界値未満の離心率を持つダスト粒子は静電的に安定であるが、臨界値を超える離心率を持つ粒子は不安定である。例えば、表面電位が 1 V の 1 µm の帯電ダスト粒子の場合、最大許容離心率は 0.987 である。その結果、極における電場強度の増強は 3.5 倍に制限され、表面化学および化学生成物の合成のための表面積は 1.45 倍に増加し、偏光度は 0.65 倍に減少する。ここで提示された結果は、回転楕円体ダスト粒子だけでなく、不均一な表面電場または不均質な引張強度が静電不安定性を受けやすい可能性があるあらゆる非球形ダスト粒子にも適用可能である。この文脈において、静電侵食は、凸凹した、不規則な形状の、または多孔質の粒子を生成し得るメカニズムを提示する。