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等离子动字宙飞船

我们知道物质有三种形态:固态、液态、气态。但其实还有第四种形态一一等离子体,它们占宇宙可见物质的99%,既可以作为宇宙飞船的燃料,也可以给我们提供无限的能量。

朵巨大的乌云覆盖着天空,带电的水滴和冰晶在云层上来回穿梭。慢慢地,负电荷聚集在云层底部,而地球表面的正电荷变得越来越多。突然间,一种观的能量闪电划过天际,之后一切又恢复了平衡。

每当我们看见闪电时,我们看到的都是物质的第四种状态一一等离子体。闪电释放出的强烈电流,将空气里的原子“打散”原子核和电子分离,形成等离子体。在闪电发生的一瞬间,1万安培的电流被释放出来,从云层以超音速传播到地球表面,并将周围的空气加热到25万摄氏度。高温将空气中的氮原子和氧原子上的电子剥离,让它们从气体转化为等离子体。

原则上,所有物质都可以转化为等离子体。只要有足够高的温度,就可以让电子从原子上剥离。科学家和工程师已经在荧光管、等离子电视等方面应用了等离子体的特性,但我们才刚刚开始了解和利用等离子体的巨大能量。等离子体可以取代航空器中的喷气燃料,进而让等离子发动机在我们探索太阳系的过程中发挥重要作用。如果物理学家能够精确地操控离子的运动状态,等离子体甚至可以成为取之不尽、用之不竭的绿色能源。

99%的可见物质都是等离子所有物质都会随温度的升高而改变自身状态。比如水,当温度在0C以下时,水是固态的冰,分子被固定在一个网格中。当温度在0C以上时,水会变成液体,网格也会被破坏,分子可以在一定范围内移动。当水被加热到100°C时,它就变成了水蒸气,分子可以自由移动。

这是我们在日常生活中所了解的3种物质形态。但是,如果继续将温度升高到1000以上,水分子就会分解成氢气和氧气。在1万~1.2万摄氏度的温度下,电子会从原子上剥离,气体就转变成了等离子体。在这种状态下,由质子和中子组成的正离子与负电子自由地围绕彼此移动,使等离子体具有导电性。

文章采集自《奇点科学》杂志  2021.04期  p21

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