Esta imagem mostra uma onda de densidade de poeira autoexcitada. Crédito:Jaiswal et al.
400 quilômetros acima da Terra, pesquisadores examinaram ondas em plasma complexo em condições de microgravidade e descobriram que as micropartículas se comportavam de maneiras não uniformes na presença de campos elétricos variáveis. Eles relatam algumas das primeiras descobertas do experimento Plasma-Kristall 4 (PK-4) em Física dos Plasmas .
PK-4 é uma colaboração entre a Agência Espacial Europeia e a Russian State Space Corporation "Roscosmos" para investigar plasmas complexos. Plasmas complexos ou empoeirados contêm elétrons, íons e gás neutro, bem como micropartículas, como grãos de poeira. As micropartículas tornam-se altamente carregadas no plasma e interagem fortemente entre si, que pode levar a um comportamento líquido ou mesmo cristalino dentro do plasma complexo. A propriedade mais importante de tal sistema é que as investigações dos fenômenos físicos podem ser realizadas no nível da (micro) partícula individual, permitindo novos insights sobre a física dos fluidos e do estado sólido.
A gravidade distorce a maioria dos experimentos de plasmas complexos na Terra, portanto, o ambiente de microgravidade na Estação Espacial Internacional permite pesquisas que de outra forma seriam impossíveis. Em fevereiro de 2017, pesquisadores do DLR-Instituto de Física de Materiais no Espaço do Centro Aeroespacial Alemão (DLR) e do Instituto Conjunto de Altas Temperaturas da Academia Russa de Ciências observaram ondas de densidade de poeira ou ondas sonoras visíveis à medida que se moviam através do plasma complexo.
No experimento, uma nuvem de micropartículas flutuou em um plasma com uma corrente contínua constante e formou padrões de onda autoexcitados. Depois disso, a polaridade de descarga foi invertida. Embora a intensidade do campo fosse quase idêntica para ambas as polaridades de descarga, os padrões de onda exibiam bifurcações:Uma nova crista de onda formada entre as duas cristas antigas na cabeça da nuvem de micropartículas.
"O achado mais interessante foi que a velocidade dessas ondas depende fortemente do campo elétrico, que empolga as ondas, "disse Mikhail Pustylnik, um autor no papel. "Esperamos encontrar esses tipos de ondas em situações astrofísicas em que pode haver poeira - em uma cauda de cometa, por exemplo."
"Muitos processos de plasma também são usados na indústria de semicondutores, "Pustylnik disse. A poeira representa grandes desafios para a indústria de semicondutores porque as partículas podem danificar um wafer de silício durante a fabricação. A partir deste outono, os pesquisadores estão planejando experimentos adicionais que irão variar a gama de campos elétricos, trocando a polaridade da descarga.