科學家揭示等離子體高速碰撞產生電磁輻射原因

當宇宙飛船或衛星在宇宙中穿梭時，它們會遇到微小但高速移動的宇宙塵埃和碎片。如果這些微粒運動得足夠快，它的撞擊會產生電磁輻射，進而損壞飛行器的電力系統，甚至使其失靈。近日，刊登在美國物理協會《等離子物理學》期刊上的新研究揭示，研究人員使用計算機模擬了微粒撞擊產生的等離子云是導致破壞性脈衝的原因。結果顯示，隨著等離子擴散到周圍的真空環境中，鐵離子和電子會以不同的速度傳播和分離，從而產生無線電輻射。

「在過去數十年間，研究人員已經了解了這些極高速碰撞，並且我們已經注意到如果等離子體速度足夠快，那麼碰撞會產生輻射。」該研究負責人、美國波士頓大學空間物理學中心博士後研究員Alex Fletcher表示，「但沒有人知道這些輻射為何會出現，它們來自哪裡或背後的物理學機制是什麼。」

為了模擬等離子極高速碰撞產生的結果，研究人員使用了一個名為計算機粒子模擬的方法，以便同時對等離子和電磁場建模。他們還利用之前開發的爆炸流體動力學程序豐富了模擬細節。研究人員讓模型逐漸完成，並計算了等離子產生的輻射。

當一個粒子高速撞擊堅硬表面時，它會蒸發並電離目標，從而釋放塵埃、氣體和等離子云。隨著等離子擴散到周圍的真空環境中，這個雲的密度會下降，並進入無碰撞過程——其中的粒子不會再直接影響其他粒子。（www.bioeg.cn）

在當前研究中，科學家還假設無碰撞等離子中的電子運動速度比更大的離子快。模型預測這種大規模的電荷分離會產生輻射。下一步，科學家計劃使用模型量化產生的輻射，評估對衛星的威脅，以便保護衛星和飛船飛過流星體和軌道碎片。

來源：中國科學報 張章

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