Просмотр новости
Найдите то, что Вас интересует
Спутники
РН
SpaceX
Роскосмос
NASA
СпутникиРНSpaceXРоскосмосNASAПлазменные кристаллы — удивительное состояние вещества, которое невозможно полностью изучить на Земле. Всё дело в гравитации: она прижимает микрочастицы ко дну, создавая «сплющенные» двумерные структуры. Чтобы увидеть их истинную, трёхмерную и однородную природу, нужна невесомость.
Именно для этого на МКС уже более 20 лет проводят эксперименты с комплексной плазмой. Всё началось с установки PKE-Nefedov (2001–2005), затем была PK-3 Plus (2006–2013), а с 2014 года на станции работает PK-4 (на фото — установка РК-4). В отличие от предшественников, PK-4 использует не ВЧ-разряд, а постоянный ток в длинной стеклянной трубке. Это позволяет изучать жидкую фазу частиц: их течение, волны, турбулентность и вязкость.
Почему движение отдельных частиц видно? Микрочастицы (размером в несколько микрон) заряжаются в плазме до 10³–10⁴ элементарных зарядов. Из-за низкого отношения заряда к массе и малой плотности газа их движения замедленны по сравнению с обычной материей, но всё ещё быстры по сравнению с коллоидами. Это позволяет наблюдать за каждой частицей в реальном времени с помощью обычной оптики — настоящий «микроскоп» для статистической физики.
Сравнение с земными условиями наглядно: под гравитацией частицы образуют напряжённые 2D-системы, а в невесомости — однородные и изотропные 3D-облака. Именно в таких условиях, например, удалось создать электрореологическую плазму: под действием внешнего электрического поля частицы выстраиваются в цепочки. На Земле это невозможно — поле плазменного слоя у дна мешает.
Эти исследования напрямую связаны с плазменными кристаллами — упорядоченными структурами из заряженных частиц, которые служат идеальной моделью для изучения фазовых переходов, дефектов и волн в твёрдых телах. Без невесомости мы бы видели лишь «тень» этих процессов.
DOI статьи: 10.1038/s41526-023-00261-8