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。如果这些微粒运动得足够快，它的撞击会产生电磁辐射，进而损坏飞行器的电力系统，甚至使其失灵。近日，刊登在美国物理协会《等离子物理学》期刊上的新研究揭示，研究人员使用计算机模拟了微粒撞击产生的等离子云是导致破坏性脉冲的原因。结果显示，随着等离子扩散到周围的真空环境中，铁离子和电子会以不同的速度传播和分离，从而产生无线电辐射。

“在过去数十年间，研究人员已经了解了这些极高速碰撞，并且我们已经注意到如果等离子体速度足够快，那么碰撞会产生辐射。”该研究负责人、美国波士顿大学空间物理学中心博士后研究员Alex Fletcher表示，“但没有人知道这些辐射为何会出现，它们来自哪里或背后的物理学机制是什么。”

为了模拟等离子极高速碰撞产生的结果，研究人员使用了一个名为计算机粒子模拟的方法，以便同时对等离子和电磁场建模。他们还利用之前开发的爆炸流体动力学程序丰富了模拟细节。研究人员让模型逐渐完成，并计算了等离子产生的辐射。

当一个粒子高速撞击坚硬表面时，它会蒸发并电离目标，从而释放尘埃、气体和等离子云。随着等离子扩散到周围的真空环境中，这个云的密度会下降，并进入无碰撞过程——其中的粒子不会再直接影响其他粒子。

在当前研究中，科学家还假设无碰撞等离子中的电子运动速度比更大的离子快。模型预测这种大规模的电荷分离会产生辐射。下一步，科学家计划使用模型量化产生的辐射，评估对卫星的威胁，以便保护卫星和飞船飞过流星体和轨道碎片。