原子如何相互作用和行为是高中的常识，但我们所知道的是基于假设或快照，电子显微镜已经拍摄了原子的图像，所以我们知道它们是如何沉降的，但从未记录过原子的移动。ESA-Roscosmos Plasma Kristall-4 (PK-4)实验正在国际空间站上更大规模地重现流体中的原子相互作用。PK-4中的替代原子是微粒子，它们悬浮在等离子体(一种带有电子和离子的离子化气体)中并带电。微粒子通过高电荷相互作用，形成强耦合的液体或固体——这是凝聚态的经典模型系统。这张图片显示了地球上pg -4硬件中氩等离子体的典型紫外发光，微粒子被引入等离子体以观察它们的行为。
图片：MPE–M. Kretschmer
博科园-科学科普：在地球上，粒子受到重力的影响，但在太空中，粒子的行为将类似于流体或晶体结构中的带电原子，使研究人员能够更好地理解我们这个世界隐藏的相互作用。PK-4安装在欧洲哥伦布太空实验室的欧洲生理学模块中，每年运行4次，每次4天。在离地球400公里的高空，研究人员检测了微重力条件下复杂等离子体中的波，发现微粒子在不同电场的存在下表现出不均匀的行为，研究报告了等离子体- kristall 4 (PK-4)实验在等离子体物理学方面的初步发现。PK-4是欧洲航天局和俄罗斯国家航天公司“俄罗斯航天局”合作研究复杂等离子体项目。复杂或尘埃等离子体包含电子、离子和中性气体，以及微粒子如尘埃颗粒。
这些微粒子在等离子体中具有很高的电荷，相互之间相互作用非常强，这可能导致复杂等离子体中的液体甚至晶体行为。这种系统最重要的特性是，可以在单个(微)粒子水平上对物理现象进行研究，从而对流体和固体物理有新的见解。重力扭曲了地球上大多数复杂的等离子体实验，因此国际空间站上的微重力环境使得其他方面的研究无法进行。2017年2月德国航天中心(DLR) DLR材料物理研究所(DLR)和俄罗斯科学院高温联合研究所(Joint Institute for High temperature for Russian Academy of Sciences)的研究人员在穿越复杂等离子体时观测到了尘埃密度波或可见声波。
这张照片显示了一个自激尘埃密度波。图片：Jaiswal et al.
在实验中，微粒子云以恒定的直流电流在等离子体中漂移，形成自激波型。此后放电极性被逆转，尽管两种放电极性的场强度几乎相同，但波型表现出分叉：在微粒子云头部的两个旧波峰之间形成了一个新波峰。最有趣的发现是，这些波的速度很大程度上依赖于电场，而电场会激发这些波，论文作者米哈伊尔-普斯蒂尼克(Mikhail Pustylnik)说：我们希望在天体物理环境中遇到这种类型的波，在那里可能有灰尘——例如彗星的尾巴。许多等离子技术也被用于半导体工业，灰尘对半导体工业提出了巨大的挑战，因为在制造过程中颗粒可能会损坏硅片。从今年秋天开始，研究人员计划进行更多的实验，通过改变放电的极性来改变电场的范围。
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《Physics of Plasmas》｜研究/来自：European Space Agenc，美国物理学会，DOI: 10.1063/1.5040417
博科园-传递宇宙科学之美
