Плазма - найпоширеніша форма звичайної матерії у Всесвіті (3 фото)

У класичній фізиці прийнято виділяти три агрегатні стани речовини, добре знайомі кожному ще з початкової школи: твердий, рідкий та газоподібний. Однак в астрофізиці та фізиці високих температур цього набору недостатньо.





Туманність "Курча, що біжить" (IC 2944) - область активного зіркоутворення в сузір'ї Центавра

При дуже високих температурах або під дією інтенсивного випромінювання газ іонізується: його атоми втрачають частину електронів, і речовина перетворюється на плазму - іонізований газ, що містить вільні електрони та іони.

Саме наявність великої кількості заряджених частинок робить плазму особливою формою матерії. На відміну від звичайного газу, вона активно взаємодіє з електричними та магнітними полями, а її властивості залежать не тільки від температури та щільності, а й від того, як заряджені частинки впливають одна на одну через ці поля. Завдяки цьому плазма може утворювати потоки, хвилі, нитки та інші хитромудрі структури, оскільки її поведінка визначається не тільки законами газової динаміки, а й дією електромагнітних полів.

На землі плазма природного походження зустрічається досить рідко. Переважно вона зосереджена в іоносфері - верхній області атмосфери, що тягнеться приблизно від 60 до 1 000 кілометрів над поверхнею планети.



Плазмосфера Землі у глибокому ультрафіолеті: знімок, отриманий приладом EUV на борту космічного апарату IMAGE. Блакитне світіння показує відносно холодну плазму, що оточує нашу планету

Тут під дією сонячного випромінювання атоми та молекули втрачають електрони, утворюючи розріджену плазмову оболонку. Крім цього, земна плазма виникає при розрядах блискавок, полярних сяйв і деяких інших високоенергетичних атмосферних явищ.

Однак у масштабах Всесвіту саме плазма, а не тверді тіла, рідини чи звичайні гази є найбільш поширеною формою звичайної матерії. За сучасними оцінками, у плазмовому стані знаходиться від 99% до 99,999% видимої матерії у Всесвіті. З неї складаються Сонце та інші зірки, гарячі туманності, зоряні корони, сонячний вітер та значна частина міжзоряного та міжгалактичного середовища.

Особливо важлива роль плазми у зірках. При екстремально високих температурах речовина там може зберігатися як звичайного газу: атоми втрачають електрони, і зіркове речовина перетворюється на іонізований стан. Саме у цьому плазмовому середовищі протікають термоядерні реакції, завдяки яким зірки світять, а в їх надрах синтезуються нові хімічні елементи. Без плазми не існувало б ні самого Сонця в його нинішньому вигляді, ні зоряного нуклеосинтезу, що поступово збагачує Всесвіт елементами важчими за водень і гелій.

Плазма лежить в основі багатьох процесів, що визначають космічну погоду. Сонячні спалахи, корональні викиди маси, магнітні бурі та потоки заряджених частинок пов'язані з поведінкою плазми та магнітних полів. Тому її вивчення важливе не лише для фундаментальної науки, а й для практики: що краще ми розуміємо плазмові процеси, то точніше можемо прогнозувати явища, здатні впливати на космічні апарати, навігацію, радіозв'язок та енергосистеми на Землі.



Блискавка — один із найнаочніших прикладів плазми на Землі. Під час електричного розряду повітря вздовж каналу блискавки різко нагрівається, іонізується та на короткий час переходить у плазмовий стан

При цьому плазму не лише вивчають на відстані, а й давно використовують у земних технологіях — від неонових ламп та плазмових дисплеїв до промислових різаків, систем обробки матеріалів та експериментальних термоядерних установок.

Ось і виходить цікавий парадокс: ми живемо серед твердих тіл, рідин та газів, тому саме вони здаються нам основою світобудови. Але варто глянути на Всесвіт ширше, і стає зрозуміло: звична земна картина — лише окремий випадок. У космічних масштабах панує саме плазма.