科学家揭示等离子体高速碰撞产生电磁辐射原因

当宇宙飞船或卫星在宇宙中穿梭时，它们会遇到微小但高速移动的宇宙尘埃和碎片。如果这些粒子移动得足够快，它们的撞击将产生电磁辐射，这将进一步损坏飞机的电力系统，甚至使其发生故障。最近，发表在美国物理协会的《等离子体物理学》杂志上的一项新研究显示，研究人员使用计算机模拟粒子撞击产生的等离子体云，作为破坏性脉冲的原因。结果表明，随着等离子体扩散到周围的真空环境中，铁离子和电子将以不同的速度传播和分离，从而产生无线电辐射。

“在过去的几十年里，研究人员已经知道了这些极其高速的碰撞，我们注意到，如果等离子体速度足够快，碰撞就会产生辐射。”美国波士顿大学空间物理中心的博士后研究员兼研究负责人亚历克斯·弗莱彻说，“但是没有人知道这些辐射为什么会出现，它们来自哪里，或者它们背后的物理机制是什么。”

为了模拟等离子体超高速碰撞的结果，研究人员使用了一种叫做计算机粒子模拟的方法来同时模拟等离子体和电磁场。他们还用早先开发的爆炸流体动力学程序丰富了模拟细节。研究人员逐渐完成了模型，并计算了等离子体产生的辐射。

当粒子高速撞击坚硬的表面时，它蒸发并电离目标，从而释放出尘埃、气体和等离子云。随着等离子体扩散到周围的真空环境中，云的密度将降低，并进入无碰撞过程——云中的粒子不会直接影响其他粒子。

在目前的研究中，科学家还假设无碰撞等离子体中的电子比更大的离子移动得更快。该模型预测，这种大规模的电荷分离将产生辐射。接下来，科学家计划利用该模型量化产生的辐射并评估对卫星的威胁，以保护卫星和航天器免受流星体和轨道碎片的影响。(张张)

中国科学新闻(2017-05-09第二版国际版)