Co powoduje nagrzewanie plazmy w ekstremalnych warunkach kosmicznych? W dziedzinie badań kosmicznych nieustannie dokonuje się przełomowych odkryć, które pomagają nam lepiej zrozumieć wszechświat i jego tajemnice.

Jednym z najnowszych odkryć jest mechanizm odpowiedzialny za przyśpieszanie elektronów i protonów oraz za grzanie plazmy w falach uderzeniowych powstających w rozrzedzonym zjonizowanym gazie, czyli plazmie. Naukowcy z Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie oraz z Uniwersytetu Strathclyde w Glasgow wspólnie prowadzili badania, które pozwoliły na odkrycie tego fascynującego mechanizmu.

Jak powstają fale uderzeniowe w kosmicznej plazmie?

Zanim przejdziemy do samego mechanizmu, warto zrozumieć, jak powstają fale uderzeniowe w kosmicznej plazmie. Na Ziemi fale uderzeniowe, zwane również szokami akustycznymi, powstają w momencie, gdy obiekt, poruszający się szybko przez atmosferę, przekracza prędkość dźwięku. W przestrzeni kosmicznej sytuacja jest odmienna. To rozrzedzona plazma, poruszająca się szybciej niż dźwięk magnetyczny względem przeszkód, generuje stacjonarne fale uderzeniowe, nazywane szokiem plazmowym.

Najbardziej znanym szokiem kosmicznym jest szok magnetosferyczny, który tworzy się w odległości trzynastu promieni ziemskich wypływającego ze Słońca wiatru słonecznego o prędkości 500 km/s.

Odkrycie związane z chaosem deterministycznym

Odkryty przez naukowców mechanizm jest ściśle związany z tzw. chaosem deterministycznym, który powstaje na skutek gwałtownych zmian pól magnetycznych i elektrycznych, losowo zmieniających trajektorie naładowanych cząstek.

Profesor Krzysztof Stasiewicz, kierownik projektu, wyjaśnia, że przełom w zrozumieniu tych procesów był możliwy dzięki wykorzystaniu pomiarów z konstelacji czterech satelitów, które tworzą misję multiskalową magnetyczną zarządzaną przez NASA.

Szok magnetosferyczny stanowi pierwszą barierę zatrzymującą wiatr słoneczny. Bez osłony magnetosferycznej wiatr słoneczny prowadziłby do „wypłukania” i zaniku atmosfery, co miało miejsce na niektórych planetach, takich jak Merkury i Mars. Silniejsze szoki występują podczas wybuchów gwiazd supernowych, w których powstają pierwiastki cięższe niż żelazo, na przykład miedź, cynk i krypton. Szoki te przyspieszają cząstki, tworząc promieniowanie kosmiczne o bardzo wysokich energiach.

Wielkie znaczenie odkrycia

Odkrycie tego mechanizmu ma ogromne znaczenie w dziedzinie badań kosmicznych. Pracujący nad problemem przyśpieszania cząstek na szokach naukowcy byli uznawani za najlepszych fizyków na świecie, co świadczy o rangi tego odkrycia. Poznanie mechanizmu przyśpieszania elektronów i protonów w plazmie pozwoli na lepsze zrozumienie zjawisk zachodzących w przestrzeni kosmicznej oraz na rozwinięcie nowych technologii.

Źródło: Nauka w Polsce