O universo é feito de plasma, que é facilmente influenciado por campos e forças magnéticas, levando a um comportamento complexo. Plasmas são encontrados em todo o sistema solar em lugares como a magnetosfera planetária, vento solar e nas caudas dos cometas.

Os campos magnéticos estendidos por fluxos de plasma resultam em um aumento no componente de campo ao longo do fluxo de plasma. Esses campos são freqüentemente observados no espaço. Por contraste, cientistas em laboratórios terrestres freqüentemente veem os campos magnéticos diminuídos pelo plasma devido ao seu diamagnetismo. Isso implica que o plasma pode gerar um campo magnético na direção oposta ao aplicado, de modo que as linhas de campo divergem.

Pesquisadores da Tohoku University têm tentado descobrir como o fluxo de plasma é influenciado por seu ambiente por meio de experimentos de laboratório, e avançaram na pesquisa de um propulsor de plasma sem eletrodo para propelir espaçonaves.

Existem muitos métodos de propulsão de espaçonaves, e embora todos tenham seus prós e contras, a propulsão elétrica agora está madura e amplamente utilizada. Os propulsores de plasma alimentados eletricamente podem fornecer grande densidade de impulso sem a necessidade de expor os eletrodos ao plasma, que reduz os danos da erosão ao longo do tempo.

Embora quase todas as espaçonaves usem foguetes químicos para o lançamento, uma vez que o hardware está no espaço, a propulsão é necessária para manobrar a nave para manutenção da órbita, missões de abastecimento e exploração espacial. Aqui, propulsão elétrica, com sua maior velocidade de exaustão, é preferível, já que normalmente usa menos propelente do que foguetes químicos. Porque é difícil fazer reparos gerais em espaçonaves depois que elas saem da Terra, a confiabilidade de seus componentes internos é essencial para missões de longo prazo.

Alguns novos conceitos para propulsores de plasma envolvem um campo magnético em expansão denominado bico magnético (MN), onde o plasma é espontaneamente acelerado para impulsionar uma espaçonave quando exausto no espaço.

A força induzida por MN que impulsiona a espaçonave foi demonstrada em experimentos de laboratório e se origina no plasma induzindo o campo magnético na direção oposta ao aplicado. Isso funciona como ímãs voltados para N pólos:um irá repelir o outro. Do mesmo jeito, o plasma no MN propulsor diverge essencialmente do campo magnético. Mas porque os campos magnéticos são fechados e voltados para a espaçonave, o plasma, influenciado pelo campo, volta atrás, tornando o empuxo da rede zero.

Para superar esse problema, os pesquisadores propõem um cenário no qual as linhas do campo magnético são esticadas ao infinito pelo fluxo do plasma. Até agora, a maioria dos experimentos de laboratório concentrou-se no MN divergente ao invés do campo estendido.

Em seu laboratório na Tohoku University, Kazunori Takahashi e Akira Ando observaram com sucesso a transição espacial entre os dois estados de plasma divergindo e alongando o MN. Aqui, eles identificaram a transição quando o alongamento do campo foi detectado na região a jusante do MN, enquanto o estado de plasma diverge do MN (isto é, geração de empuxo pelo MN) ainda foi mantida na região a montante do MN.

Este resultado pode implicar que o fluxo de plasma pode direcionar o campo magnético para o espaço, mantendo a geração de empuxo pelo MN. Embora se acredite que o alongamento do campo magnético ocorre quando o fluxo de plasma atinge uma velocidade específica, chamada de velocidade Alfven, o experimento mostra que realmente ocorre a uma velocidade mais lenta do que o esperado.

A variação da intensidade do campo é apenas uma pequena porcentagem da intensidade do campo magnético aplicado por enquanto, mas este é um primeiro passo significativo para superar o problema de separar o plasma do MN no propulsor de plasma. Além disso, este experimento fornece algumas pistas sobre o comportamento do plasma em diferentes ambientes, preenchendo a lacuna entre o laboratório e o mundo natural.

Mais experimentos detalhados em uma ampla gama de parâmetros, modelagem teórica e simulação numérica ainda são necessárias.

Informações detalhadas podem ser encontradas no artigo publicado por Cartas de revisão física .