Je hoeft geen NASA-wetenschapper of astronoom te zijn om te begrijpen dat de ruimte verbazingwekkend is. Maar hoe vreemd het is, zal je misschien verbazen. De kosmos wordt gedomineerd door onzichtbare elektromagnetische krachten die we normaal niet voelen. Het zit ook vol met vreemde soorten materie die we nog nooit op aarde zijn tegengekomen. Hier zijn vijf onaardse dingen die bijna uitsluitend in de ruimte gebeuren.
plasma
Op aarde neemt materie meestal een van de volgende drie toestanden aan: vast, vloeibaar of gasvormig. Maar in de ruimte is 99,9% van de gewone materie in een heel andere vorm: plasma. Het bestaat uit vrije ionen en elektronen en bevindt zich in een supergeladen toestand in vergelijking met het gas dat ontstaat wanneer een stof wordt verhit tot extreme temperaturen of wordt blootgesteld aan een sterke elektrische stroom.
Hoewel we zelden interactie hebben met plasma, zien we het de hele tijd. Alle sterren aan de nachtelijke hemel, inclusief de zon, zijn meestal plasma. Het verschijnt soms zelfs op aarde in de vorm van bliksemschichten en neonreclames.
In tegenstelling tot gas, waar individuele deeltjes willekeurig bewegen, kan plasma collectief optreden als een team. Het geleidt elektriciteit en is gevoelig voor elektromagnetische velden. Deze velden kunnen de beweging van geladen deeltjes in het plasma regelen en golven creëren die de deeltjes versnellen tot enorme snelheden.
De ruimte is gevuld met zulke onzichtbare magnetische velden die de baan van het plasma bepalen. Rond de aarde stuurt hetzelfde magnetische veld dat kompassen naar het noorden wijst plasma door de ruimte rond onze planeet. Op de zon veroorzaken magnetische velden zonnevlammen en directe plasmastromen, ook wel bekend als zonnewind, die door het zonnestelsel bewegen. Wanneer de zonnewind de aarde bereikt, kan deze energetische processen veroorzaken, zoals aurora's en ruimteweer, die, indien sterk genoeg, satellieten en telecommunicatie kunnen beschadigen.
Extreme temperaturen
Van Siberië tot de Sahara, de aarde ervaart een breed temperatuurbereik. Er zijn records van temperaturen variërend van 57° C tot -89° C. Maar wat wij op aarde als extreem beschouwen, is gemiddeld in de ruimte. Op planeten zonder een isolerende atmosfeer schommelen de temperaturen overdag en 's nachts enorm. Op Mercurius worden regelmatig dagen waargenomen met een temperatuur van ongeveer 449° C en koude nachten tot -171° C. En in de ruimte zelf, op sommige ruimtevaartuigen, bereikt het temperatuurverschil tussen de verlichte en schaduwzijden 33° C. Bijvoorbeeld een zonnesonde NASA Parker zonnesonde bij de dichtste nadering van de zon zal het een verschil van meer dan tweeduizend graden voelen.
De satellieten en instrumenten die NASA de ruimte in stuurt, zijn zorgvuldig ontworpen om dergelijke extreme omstandigheden te weerstaan. NASA's Solar Dynamics Observatory brengt het grootste deel van zijn tijd door in direct zonlicht, maar meerdere keren per jaar passeert zijn baan in de schaduw van de aarde. Tijdens deze ruimtereis daalt de temperatuur van de zonnepanelen die naar de zon gericht zijn met 158°C. De ingebouwde verwarmingen worden echter ingeschakeld om de elektronica en instrumenten te beschermen, waardoor de temperatuur slechts een halve graad kan dalen.
Evenzo zijn ruimtepakken voor astronauten ontworpen om temperaturen tussen -157°C en 121°C te weerstaan. Ze zijn wit van kleur om licht te weerkaatsen in de zon, en in het hele interieur zijn verwarmingen geplaatst om astronauten warm te houden in het donker. Ze zijn ook ontworpen om constante druk en zuurstof te bieden, evenals bescherming tegen micrometeorieten en ultraviolette straling van de zon.
Lees ook: Kunnen ultrasnelle oceanen extreme exoplaneten koelen?
Kosmische alchemie
De zon comprimeert waterstof tot helium in de kern. Dit proces van het samenvoegen van atomen onder enorme druk en temperatuur, resulterend in de vorming van nieuwe elementen, wordt genoemd thermonucleaire fusie. Toen het universum werd geboren, bevatte het voornamelijk waterstof en helium, plus een paar andere lichte elementen. Sindsdien zijn er meer dan 80 andere elementen in de ruimte verschenen als gevolg van fusie in sterren en supernova's, waarvan sommige het leven mogelijk maken.
De zon en andere sterren zijn uitstekende thermonucleaire machines. Elke seconde verbrandt de zon ongeveer 600 miljoen ton waterstof. Samen met het creëren van nieuwe elementen, komt er bij fusie een enorme hoeveelheid energie en lichtdeeltjes vrij, fotonen genaamd. Deze fotonen hebben ongeveer 250 jaar nodig om ongeveer 700 km af te leggen en vanuit de zonnekern het zichtbare oppervlak van de zon te bereiken. Daarna heeft het licht slechts 8 minuten nodig om 150 miljoen km naar de aarde af te leggen.
Kernsplijting, de tegenovergestelde kernreactie die zware elementen splitst in kleinere, werd voor het eerst gedemonstreerd in laboratoria in de jaren 1930 en wordt tegenwoordig gebruikt in kerncentrales. De energie die vrijkomt tijdens de distributie kan een catastrofe veroorzaken. Maar voor deze hoeveelheid massa is het nog steeds vele malen minder dan de energie die vrijkomt bij fusie. Wetenschappers hebben echter nog niet besloten hoe ze het plasma zo kunnen beheersen dat ze energie uit thermonucleaire reacties halen.
Lees ook: Binnenlandse ion-plasma-satellietmotoren werden getest in Kharkiv
Magnetische explosies
Elke dag raast de ruimte rond de aarde met enorme explosies. Wanneer de zonnewind, een stroom geladen deeltjes van de zon, botst met het magnetische medium dat de aarde omringt en beschermt - magnetosfeer - het verstrengelt de magnetische velden van de zon en de aarde. Uiteindelijk worden de magnetische veldlijnen samengedrukt en uitgelijnd, waardoor aangrenzende geladen deeltjes worden afgestoten. Deze explosieve gebeurtenis staat bekend als magnetische herverbinding.
Hoewel we magnetische herverbinding niet met onze eigen ogen kunnen zien, kunnen we de effecten ervan waarnemen. Soms dringen sommige van de verstoorde deeltjes de bovenste lagen van de atmosfeer van de aarde binnen, waar ze aurora's (noorderlicht) veroorzaken.
Magnetische herverbinding vindt plaats in het hele universum, waar er wervelende magnetische velden zijn. NASA-missies zoals de Magnetospheric Multiscale meten herverbindingsgebeurtenissen rond de aarde, waardoor wetenschappers deze kunnen vinden waar het moeilijker te bestuderen is, zoals in fakkels op de zon, in gebieden rond zwarte gaten en rond andere sterren.
Lees ook: De aarde is mogelijk omringd door een gigantische magnetische tunnel
Supersonische slagen
Op aarde is een eenvoudige manier om energie over te dragen via impulsen. Dit wordt vaak veroorzaakt door botsingen, bijvoorbeeld wanneer bomen door de wind gaan zwaaien. Maar in de ruimte kunnen deeltjes energie overbrengen zonder zelfs maar te botsen. Deze vreemde overdracht van energie vindt plaats in onzichtbare structuren die bekend staan als schokgolven.
Bij schokgolven wordt energie overgedragen via plasmagolven, elektrische en magnetische velden. Zie de deeltjes als een zwerm vogels die samen vliegen. Als de wind in de rug opsteekt en de vogels drijft, vliegen ze sneller, ook al lijkt niets hen vooruit te duwen. Deeltjes gedragen zich op dezelfde manier wanneer ze plotseling een magnetisch veld tegenkomen. Het magnetische veld kan ze zelfs een duwtje in de rug geven.
Schokgolven kunnen ontstaan wanneer dingen met supersonische snelheden bewegen, dat wil zeggen sneller dan de geluidssnelheid. Als een supersonische stroom in botsing komt met een stilstaand object, vormt het een zogenaamde nasale klap. Een van die boegschokken wordt veroorzaakt door de zonnewind die in botsing komt met het magnetische veld van de aarde.
Schokgolven komen ook op andere plekken in de ruimte voor, bijvoorbeeld rond actieve supernova's, die plasmawolken uitzenden. In sommige gevallen kunnen er tijdelijk schokgolven op aarde optreden. Dit gebeurt wanneer kogels en vliegtuigen sneller vliegen dan het geluid.
Alle vijf deze vreemde verschijnselen komen veel voor in de ruimte. Hoewel sommige onder speciale laboratoriumomstandigheden kunnen worden gereproduceerd, zijn de meeste onder normale omstandigheden op aarde niet te vinden. NASA is aan het studeren deze vreemde fenomenen in de ruimte zodat wetenschappers hun eigenschappen kunnen analyseren en inzicht kunnen krijgen in de complexe fysica die ten grondslag ligt aan hoe ons universum werkt.
Lees ook: