Как ионизированный газ стал основой всей видимой Вселенной?

Плазма официально признана четвертым агрегатным состоянием вещества, идущим за твердым, жидким и газообразным состояниями. Это состояние характеризуется полной или частичной ионизацией, когда от атомов отделяется по крайней мере один электрон. В результате образуется смесь из свободных электронов и положительно заряженных ионов. Несмотря на наличие большого количества свободных зарядов, плазма остается квазинейтральной, поскольку общий электрический заряд системы практически равен нулю. Первые шаги в открытии этого состояния сделал Уильям Крукс в 1879 году, а современное название предложил Ирвинг Ленгмюр через несколько десятилетий, пишет 24 Канал.

Смотрите также Открытый 200 лет назад закон физики можно нарушить на уровне атомов

Одной из ключевых особенностей плазмы является ее способность отлично проводить электрический ток. Из-за этого она становится чрезвычайно чувствительной к воздействию электромагнитных полей, что позволяет управлять ее потоками с помощью внешних источников. В отличие от обычного газа, где частицы взаимодействуют лишь во время редких столкновений, в плазме господствуют коллективные эффекты. Это означает, что изменение положения одной заряженной частицы мгновенно влияет на поведение огромного количества других через далеко идущее кулоновское взаимодействие.

Магнитное поле может легко проникать в плазму, изменяя характер ее колебаний и создавая сложные структуры. Изучение плазмы требует применения уравнений магнитогидродинамики, которые объединяют механику жидкостей и электромагнетизм.

Плазма в космосе

В масштабах космоса плазма является наиболее распространенным состоянием материи, охватывая более 99,9 % всей видимой Вселенной. Звезды, включая наше Солнце, являются огромными шарами высокотемпературной плазмы, где энергия высвобождается благодаря термоядерным реакциям. Пространство между планетами и галактиками также не является пустым – оно заполнено чрезвычайно разреженным ионизированным веществом. Солнце постоянно выбрасывает потоки плазмы, известные как солнечный ветер, которые распространяются через всю Солнечную систему и могут вызвать магнитные бури на планетах.

Солнце выступает лучшей природной лабораторией для исследования плазменных процессов, особенно в условиях высокого магнитного числа Рейнольдса. В таких системах магнитное поле становится "вмороженным" в плазму и перемещается вместе с ней. Температура солнечной короны превышает миллион градусов, что значительно выше температуры поверхности светила и его "внутренностей", которая составляет сравнительно скромные несколько тысяч градусов. Это объясняется процессами в магнитных петлях, где возникают электрические токи из-за постоянных возмущений конвекцией под поверхностью звезды.

Где искать плазу на Земле?

На Земле плазма встречается гораздо чаще, чем может показаться на первый взгляд:

  • Молния во время грозы является типичным примером сильно ионизированного газа, где температура может достигать примерно 28 000 Кельвинов.
  • Другим ярким природным проявлением является полярное сияние, которое возникает на высоте от 60 до 100 километров. Это явление вызывается столкновением частиц солнечного ветра с молекулами различных газов в разреженных слоях атмосферы, что заставляет их излучать свет.
  • Кроме этого, плазменное состояние материи наблюдается в ионосфере Земли, в так называемых огнях святого Эльма (длительный электрический разряд, который возникает при большой напряженности электрического поля в атмосфере в виде сияющих пучков на острых концах предметов) и даже в обычном пламени.