Sie müssen kein NASA-Wissenschaftler oder Astronom sein, um zu verstehen, dass der Weltraum erstaunlich ist. Aber wie seltsam es ist, mag Sie überraschen. Der Kosmos wird von unsichtbaren elektromagnetischen Kräften beherrscht, die wir normalerweise nicht spüren. Es ist auch voller seltsamer Arten von Materie, denen wir noch nie auf der Erde begegnet sind. Hier sind fünf überirdische Dinge, die fast ausschließlich im Weltraum passieren.
Plasma
Auf der Erde nimmt Materie normalerweise einen von drei Zuständen an: fest, flüssig oder gasförmig. Aber im Weltraum liegen 99,9 % der gewöhnlichen Materie in einer völlig anderen Form vor - Plasma. Es besteht aus freien Ionen und Elektronen und befindet sich in einem überladenen Zustand im Vergleich zu dem Gas, das entsteht, wenn eine Substanz auf extreme Temperaturen erhitzt oder einem starken elektrischen Strom ausgesetzt wird.
Obwohl wir selten mit Plasma interagieren, sehen wir es ständig. Alle Sterne am Nachthimmel, einschließlich der Sonne, bestehen größtenteils aus Plasma. Es erscheint sogar manchmal auf der Erde in Form von Blitzen und Leuchtreklamen.
Im Gegensatz zu Gas, wo sich einzelne Partikel zufällig bewegen, kann Plasma kollektiv als Team agieren. Es leitet Strom und ist anfällig für elektromagnetische Felder. Diese Felder können die Bewegung geladener Teilchen im Plasma steuern und Wellen erzeugen, die die Teilchen auf enorme Geschwindigkeiten beschleunigen.
Der Weltraum ist mit solchen unsichtbaren Magnetfeldern gefüllt, die die Flugbahn des Plasmas bestimmen. Um die Erde herum lenkt dasselbe Magnetfeld, das Kompasse nach Norden zeigt, Plasma durch den Raum um unseren Planeten. Auf der Sonne lösen Magnetfelder Sonneneruptionen und direkte Plasmaströme aus, die als bekannt sind Sonnenwind, die sich durch das Sonnensystem bewegen. Wenn der Sonnenwind die Erde erreicht, kann er energetische Prozesse wie Polarlichter und Weltraumwetter verursachen, die, wenn sie stark genug sind, Satelliten und Telekommunikation beschädigen können.
Lesen Sie auch: Zum ersten Mal hat die Sonde Solar Orbiter der NASA ein Video eines riesigen Plasmaauswurfs von der Sonnenoberfläche aufgenommen
Extreme Temperaturen
Von Sibirien bis zur Sahara ist die Erde einem breiten Temperaturspektrum ausgesetzt. Es gibt Aufzeichnungen über Temperaturen zwischen 57 °C und -89 °C. Aber was wir auf der Erde für extrem halten, ist im Weltraum durchschnittlich. Auf Planeten ohne isolierende Atmosphäre schwanken die Temperaturen Tag und Nacht stark. Auf Merkur werden regelmäßig Tage mit einer Temperatur von etwa 449 °C und kalte Nächte bis zu -171 °C beobachtet, und im Weltraum selbst erreicht bei einigen Raumfahrzeugen der Temperaturunterschied zwischen der beleuchteten und der beschatteten Seite 33 °C. Zum Beispiel eine Solarsonde NASA-Parker-Sonnensonde Bei der nächsten Annäherung an die Sonne wird es einen Unterschied von mehr als zweitausend Grad spüren.
Die Satelliten und Instrumente, die die NASA ins All schickt, sind sorgfältig darauf ausgelegt, solchen extremen Bedingungen standzuhalten. Das Solar Dynamics Observatory der NASA verbringt die meiste Zeit in direktem Sonnenlicht, aber mehrmals im Jahr verläuft seine Umlaufbahn im Schatten der Erde. Während dieser Weltraumreise sinkt die Temperatur der der Sonne zugewandten Solarpanels um 158°C. Die Bordheizungen werden jedoch zum Schutz der Elektronik und der Instrumente eingeschaltet, sodass die Temperatur nur um ein halbes Grad sinkt.
In ähnlicher Weise sind Astronauten-Raumanzüge so konstruiert, dass sie Temperaturen zwischen -157 °C und 121 °C standhalten. Sie haben eine weiße Farbe, um das Licht in der Sonne zu reflektieren, und Heizgeräte sind im gesamten Innenraum platziert, um die Astronauten im Dunkeln warm zu halten. Sie sind auch so konzipiert, dass sie konstanten Druck und Sauerstoff sowie Schutz vor Mikrometeoriten und ultravioletter Strahlung der Sonne bieten.
Lesen Sie auch: Können ultraschnelle Ozeane extreme Exoplaneten kühlen?
Kosmische Alchemie
Die Sonne komprimiert in ihrem Kern Wasserstoff zu Helium. Dieser Prozess des Zusammenfügens von Atomen unter enormem Druck und enormer Temperatur, der zur Bildung neuer Elemente führt, wird als Kernfusion. Als das Universum geboren wurde, enthielt es hauptsächlich Wasserstoff und Helium sowie einige andere leichte Elemente. Seitdem sind durch Verschmelzung von Sternen und Supernovae mehr als 80 weitere Elemente im All aufgetaucht, von denen einige Leben ermöglichen.
Die Sonne und andere Sterne sind hervorragende thermonukleare Maschinen. Jede Sekunde verbrennt die Sonne etwa 600 Millionen Tonnen Wasserstoff. Zusammen mit der Schaffung neuer Elemente setzt die Fusion eine riesige Menge an Energie und Lichtteilchen frei, die Photonen genannt werden. Diese Photonen brauchen etwa 250 Jahre, um etwa 700 km zurückzulegen und vom Sonnenkern aus die sichtbare Oberfläche der Sonne zu erreichen. Danach braucht das Licht nur noch 8 Minuten, um 150 Millionen km zur Erde zurückzulegen.
Die Spaltung, die entgegengesetzte Kernreaktion, bei der schwere Elemente in kleinere gespalten werden, wurde erstmals in den 1930er Jahren in Labors demonstriert und wird heute in Kernkraftwerken eingesetzt. Die während der Verteilung freigesetzte Energie kann eine Katastrophe verursachen. Aber für diese Menge an Masse ist sie immer noch um ein Vielfaches geringer als die bei der Fusion freigesetzte Energie. Wissenschaftler haben jedoch noch nicht entschieden, wie das Plasma so gesteuert werden kann, dass Energie aus thermonuklearen Reaktionen gewonnen wird.
Lesen Sie auch: In Charkiw wurden inländische Ionenplasma-Satellitentriebwerke getestet
Magnetische Explosionen
Jeden Tag tobt der Weltraum um die Erde mit gewaltigen Explosionen. Wenn der Sonnenwind, ein Strom geladener Teilchen von der Sonne, mit dem magnetischen Medium kollidiert, das die Erde umgibt und schützt - Magnetosphäre - es verschränkt die Magnetfelder der Sonne und der Erde. Schließlich komprimieren und richten sich die Magnetfeldlinien aus und stoßen benachbarte geladene Teilchen ab. Dieses explosive Ereignis ist bekannt als magnetische Wiederverbindung.
Obwohl wir die magnetische Wiederverbindung nicht mit unseren eigenen Augen sehen können, können wir ihre Auswirkungen beobachten. Manchmal dringen einige der gestörten Teilchen in die oberen Schichten der Erdatmosphäre ein, wo sie Polarlichter (Nordlichter) verursachen.
Magnetische Wiederverbindung tritt überall im Universum auf, wo es wirbelnde Magnetfelder gibt. NASA-Missionen wie die Magnetospheric Multiscale messen Wiederverbindungsereignisse rund um die Erde und helfen Wissenschaftlern, sie dort zu finden, wo sie schwieriger zu untersuchen sind, z. B. in Fackeln auf der Sonne, in Regionen rund um Schwarze Löcher und um andere Sterne.
Lesen Sie auch: Die Erde könnte von einem riesigen magnetischen Tunnel umgeben sein
Überschallschläge
Auf der Erde ist ein einfacher Weg, Energie zu übertragen, der Impuls. Ursache dafür sind häufig Kollisionen, etwa wenn der Wind Bäume ins Wanken bringt. Aber im Weltraum können Teilchen Energie übertragen, ohne überhaupt zu kollidieren. Diese seltsame Energieübertragung findet in unsichtbaren Strukturen statt, die als bekannt sind Stoßwellen.
Bei Stoßwellen wird Energie durch Plasmawellen, elektrische und magnetische Felder übertragen. Stellen Sie sich die Partikel als einen Vogelschwarm vor, der zusammenfliegt. Wenn der Rückenwind auffrischt und die Vögel antreibt, fliegen sie schneller, obwohl nichts sie vorwärts zu treiben scheint. Genauso verhalten sich die Teilchen, wenn sie plötzlich auf ein Magnetfeld treffen. Das Magnetfeld kann ihnen tatsächlich einen Schubs nach vorne geben.
Stoßwellen können entstehen, wenn sich Dinge mit Überschallgeschwindigkeit bewegen – also schneller als Schallgeschwindigkeit. Wenn eine Überschallströmung auf ein stationäres Objekt kollidiert, bildet sie eine sogenannte nasaler Schlag. Ein solcher Bogenstoß wird durch den Sonnenwind erzeugt, wenn er mit dem Magnetfeld der Erde kollidiert.
Schockwellen werden auch an anderen Orten im Weltraum gefunden, zum Beispiel um aktive Supernovae, die Plasmawolken aussenden. In einigen Fällen können Schockwellen vorübergehend auf der Erde auftreten. Dies geschieht, wenn Kugeln und Flugzeuge schneller als die Schallgeschwindigkeit fliegen.
Alle fünf dieser seltsamen Phänomene sind im Weltraum weit verbreitet. Obwohl einige von ihnen unter speziellen Laborbedingungen reproduziert werden können, sind die meisten unter normalen Bedingungen auf der Erde nicht zu finden. NASA lernt diese seltsamen Phänomene im Weltraum, damit Wissenschaftler ihre Eigenschaften analysieren und Einblick in die komplexe Physik gewinnen können, die der Funktionsweise unseres Universums zugrunde liegt.
Lesen Sie auch: