Fra atomer til planeter, det længstvarende rumstationseksperiment

Mens Europa fejrer 20 års ESA-astronauter på den internationale rumstation, et russisk-europæisk eksperiment har kørt stille i det vægtløse forskningscenter lige så længe:Plasma Kristall (PK)-pakken af ​​undersøgelser af fundamental videnskab.

Plasma Kristall tager et plasma og injicerer fine støvpartikler i vægtløshed, forvandler støvet til højt ladede partikler, der interagerer med hinanden, preller af hinanden, da deres ladning får partiklerne til at tiltrække eller frastøde. Under de rette forhold, støvpartiklerne kan arrangere sig over tid til at danne organiserede strukturer, eller plasmakrystaller.

Disse interaktioner og dannelse af tredimensionelle strukturer ligner vores verdens virkemåde på atomskalaen, en verden så lille, at vi ikke kan se bevæge sig selv med et elektronmikroskop. Tilføj en laser til blandingen, og støvpartiklerne kan ses og optages til observation af videnskabsmænd på Jorden for at få et sneak peak af verden uden for vores øjne.

Disse surrogatatomer er en måde for forskere at simulere, hvordan materialer dannes på atomskala, og at teste og visualisere teorier. Eksperimentet kan ikke køres på Jorden, fordi tyngdekraften kun gør, at det falder, fladtrykte rekreationer muligt; hvis du vil se, hvordan en krystal er opbygget, skal du fjerne den kraft, der trækker nedad - tyngdekraften.

Den 3. marts 2001 "PK-3 Plus" blev tændt i Zvezda-modulet, det første fysiske eksperiment, der kørte på rumstationen. Anført af det tyske rumfartscenter DLR og det russiske rumfartsagentur Roscosmos var eksperimentet en succes og senere fulgt op af en fjerde version, installeret i 2014 i ESA's Columbus-laboratorium, denne gang som et ESA-Roscosmos-samarbejde.

Planet forestillinger

Ved at ændre parametrene i PK-4, såsom justering af spænding eller brug af større støvpartikler, atom-doppelgangerne kan simulere forskellige interaktioner. Komplekse fænomener som faseovergange, for eksempel fra gas til væske, mikroskopiske bevægelser, indtræden af ​​turbulens og forskydningskræfter er velkendte i fysik, men ikke fuldt ud forstået på atomniveau.

Ved hjælp af PK-4, forskere over hele verden kan følge, hvordan en genstand smelter, hvordan bølger spredes i væsker og hvordan strømme ændrer sig på atomniveau.

Omkring 100 artikler er blevet offentliggjort baseret på Plasma Kristall-eksperimenterne, og den opnåede viden hjælper med at forstå, hvordan planeter også dannes. Ved sin oprindelse var vores planet Jorden sandsynligvis to støvpartikler, der mødtes i rummet og voksede og voksede ind i vores verden. PK-4 kan modellere disse oprindelsesmomenter, som de er under undfangelsen af ​​planeter.

Den enorme mængde data, som PK-4 skaber, er så stor, at den ikke kan downloades gennem rumstationens kommunikationsnetværk. så harddiske bliver fysisk sendt til rummet og tilbage med terabyte af information. Forsøget køres fra Toulouse, Frankrig, på CNES rumfartsorganisationens driftscenter Cadmos.

Astrid Orr, ESA's fysiske videnskabskoordinator bemærker "PK-4 er et godt eksempel på grundlæggende videnskab udført på rumstationen; gennem internationalt samarbejde og langsigtede investeringer lærer vi mere om verden omkring os, på minutskalaen såvel som på den kosmiske skala.

"Viden fra PK-eksperimenterne kan direkte anvendes til forskning i fusionsfysik - hvor støv skal fjernes - og behandling af elektroniske chips, fx i plasmaprocesser i halvleder- og solcelleindustrien. Ud over, miniaturiseringen af ​​den teknologi, der kræves ved udvikling af Plasma Kristal, anvendes allerede i plasmabaseret medicinsk udstyr til hospitaler.

"PK-eksperimenterne adresserer en lang række fysiske fænomener, så banebrydende opdagelser kan ske når som helst."