Що таке плазма насправді та де вона зустрічається у природі

Як іонізований газ став основою всього видимого Всесвіту?

Плазма офіційно визнана четвертим агрегатним станом речовини, що йде за твердим, рідким та газоподібним станами. Цей стан характеризується повною або частковою іонізацією, коли від атомів відокремлюється принаймні один електрон. В результаті утворюється суміш із вільних електронів та позитивно заряджених іонів. Попри наявність великої кількості вільних зарядів, плазма залишається квазінейтральною, оскільки загальний електричний заряд системи практично дорівнює нулю. Перші кроки у відкритті цього стану зробив Вільям Крукс у 1879 році, а сучасну назву запропонував Ірвінг Ленгмюр через кілька десятиліть, пише 24 Канал.

Однією з ключових особливостей плазми є її здатність відмінно проводити електричний струм. Через це вона стає надзвичайно чутливою до впливу електромагнітних полів, що дозволяє керувати її потоками за допомогою зовнішніх джерел. На відміну від звичайного газу, де частинки взаємодіють лише під час рідкісних зіткнень, у плазмі панують колективні ефекти. Це означає, що зміна положення однієї зарядженої частинки миттєво впливає на поведінку величезної кількості інших через далекосяжну кулонівську взаємодію.

Магнітне поле може легко проникати в плазму, змінюючи характер її коливань та створюючи складні структури. Вивчення плазми вимагає застосування рівнянь магнітогідродинаміки, які поєднують механіку рідин та електромагнетизм.

Плазма у космосі

У масштабах космосу плазма є найбільш розповсюдженим станом матерії, охоплюючи понад 99,9 % всього видимого Всесвіту. Зорі, включаючи наше Сонце, є величезними кулями високотемпературної плазми, де енергія вивільняється завдяки термоядерним реакціям. Простір між планетами та галактиками також не є порожнім – він заповнений надзвичайно розрідженою іонізованою речовиною. Сонце постійно викидає потоки плазми, відомі як сонячний вітер, які поширюються через усю Сонячну систему і можуть викликати магнітні бурі на планетах.

Сонце виступає найкращою природною лабораторією для дослідження плазмових процесів, особливо в умовах високого магнітного числа Рейнольдса. У таких системах магнітне поле стає "вмороженим" у плазму і переміщується разом із нею. Температура сонячної корони перевищує мільйон градусів, що значно вище за температуру поверхні світила та його "нутрощів", яка становить порівняно скромні кілька тисяч градусів. Це пояснюється процесами у магнітних петлях, де виникають електричні струми через постійні збурення конвекцією під поверхнею зірки.

Де шукати плазу на Землі?

На Землі плазма зустрічається набагато частіше, ніж може здатися на перший погляд:

• Блискавка під час грози є типовим прикладом сильно іонізованого газу, де температура може сягати приблизно 28 000 Кельвінів.
• Іншим яскравим природним проявом є полярне сяйво, яке виникає на висоті від 60 до 100 кілометрів. Це явище спричиняється зіткненням часток сонячного вітру з молекулами різних газів у розріджених шарах атмосфери, що змушує їх випромінювати світло.
• Окрім цього, плазмовий стан матерії спостерігається в іоносфері Землі, у так званих вогнях святого Ельма (тривалий електричний розряд, який виникає при великій напруженості електричного поля в атмосфері у вигляді сяйливих пучків на гострих кінцях предметів) та навіть у звичайному полум'ї.