Experiências com plasmas a bordo da Estação Espacial Internacional

2003-05-22

A Estação Espacial Internacional. Crédito: NASA.
Uma das mais promissoras experiências realizadas a bordo da Estação Espacial Internacional (uma colaboração envolvendo um total de 16 países), relacionada com plasmas
plasma
O plasma é um gás completamente ionizado, em que a temperatura é demasiado elevada para que os átomos existam como tal, sendo composto por electrões e núcleos atómicos livres. É chamado o quarto estado da matéria, para além do sólido, líquido e gasoso.
poeirentos, deu agora os seus primeiros resultados. O projecto, liderado por G. Morfill do Instituto Max-Planck para a Física Extraterrestre (Garching, Alemanha), estuda um tipo de matéria designado em inglês por dusty plasma, ou seja, plasma poeirento - plasma que contém partículas sólidas suficientemente grandes para poderem ser observadas e monitorizadas com câmaras de vídeo.

Os plasmas, também conhecidos como o quarto estado da matéria (depois dos sólidos, líquidos e gases), são nuvens de partículas carregadas, geralmente, iões
ião
Átomo ou molécula que perdeu ou ganhou um ou mais electrões.
ou electrões
electrão
Partícula elementar pertencente à família dos leptões - partículas sujeitas à interacção nuclear fraca, electromagnética e gravitacional. Os electrões possuem carga eléctrica negativa e encontram-se nos átomos de todos os elementos químicos, orbitando à volta do núcleo atómico, que possui carga eléctrica positiva.
. Contudo, no caso dos plasmas poeirentos, as partículas têm dimensões muito maiores.

Os cientistas que trabalham nesta experiência sobre plasmas a bordo da Estação Espacial Internacional, denominada experiência PKE-Nefedov, criaram um plasma poeirento usando átomos
átomo
O átomo é a menor partícula de um dado elemento que tem as propriedades químicas que caracterizam esse mesmo elemento. Os átomos são formados por electrões à volta de um núcleo constituído por protões e neutrões.
de argon despidos dos seus electrões. Os núcleos positivos de argon ficam assim expostos e mergulhados num mar turbulento de electrões. Em seguida, minúsculas esferas de plástico, com diâmetro de 7 mícrones
mícron (µm)
O mícron (µm), ou micrómetro, é uma unidade de comprimento que corresponde à milésima parte do milímetro: 1µm = 10-3mm = 10-6 m.
, foram injectadas naquela mistura. Estas esferas, ao agarrarem electrões, ficam carregadas negativamente. Estas esferas podem em seguida ser rastreadas pelas câmaras de vídeo, no decorrer de várias experiências como, por exemplo, mudanças de temperatura do plasma, ou ainda deslocamento das esferas, empurrando-as com feixes de raios laser
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)
A palavra LASER designa uma amplificação de luz por emissão estimulada de radiação. O princípio físico por trás deste fenómeno é a emissão estimulada: sob certas condições, um fotão atinge um átomo excitado e provoca a emissão de um fotão. O átomo emite dois fotões: o fotão estimulador, que passa incólume, e o fotão estimulado, que tem o mesmo comprimento de onda, a mesma fase, a mesma polarização e a mesma direcção de propagação que o fotão estimulador. Se cada um destes fotões estimular mais átomos, o feixe inicial de fotões é assim amplificado.
.

Enquanto que os plasmas são usualmente nuvens caóticas de partículas, os plasmas poeirentos estão organizados, algo surpreendentemente, em estruturas semelhantes às dos cristais. O primeiro caso conhecido de um tal plasma foi descoberto em 1994, tendo provocado uma autêntica avalanche de pesquisa nesta área. Apesar da consistência dos cristais ser parecida com a de um líquido viscoso, a sua estrutura interna é muito semelhante às redes atómicas dos sólidos convencionais. Este facto sugere a possibilidade de se poder testar o nosso conhecimento básico dos sólidos, com uma precisão nunca antes alcançada. Por exemplo, pode-se rastrear as esferas de plástico à medida que uma onda sonora se propaga no seio do plasma.

A razão para realizar este tipo de experiências no espaço prende-se com o facto de na Terra apenas se poderem realizar simulações do plasma, sem deformação da sua estrutura, a 1 ou 2 dimensões, mas não a 3 dimensões. Tal deve-se ao facto de, nos cristais tridimensionais, a gravidade actuar por forma a deformar a estrutura do plasma. No espaço, em condições de microgravidade, o problema da deformação não se põe.

As estruturas cristalinas tridimensionais de plasma criadas nesta experiência, algumas nunca antes vistas na Terra, são muito semelhantes às estruturas frequentemente observadas em muitos dos sólidos conhecidos, como por exemplo, a estrutura cúbica de faces centradas da prata ou ouro, ou ainda, a estrutura hexagonal compacta do magnésio.

O sucesso desta experiência levou já a Agência Espacial Europeia
European Space Agency (ESA)
A Agência Espacial Europeia foi fundada em 1975 e actualmente conta com 15 países membros, incluindo Portugal.
(ESA) e a Agência Espacial Alemã (DARA) a proporem a construção de um laboratório na Estação Espacial inteiramente dedicado ao estudo dos plasmas, a ser lançado em 2008. Este tipo de experiência pode revelar-se igualmente crucial no estudo dos plasmas poeirentos em ambiente astrofísico, visto em inúmeras situações astrofísicas a matéria se encontrar quer no estado de plasma quer no estado de plasma poeirento.

Fonte da notícia: http://www.newscientist.com/news/news.jsp?id=ns99993704