Terwijl Europa 20 jaar ESA-astronauten op het internationale ruimtestation viert, in het gewichtloze onderzoekscentrum loopt al even lang een Russisch-Europees experiment:de Plasma Kristall (PK) onderzoekssuite naar fundamentele wetenschap.

Plasma Kristall neemt een plasma en injecteert in gewichtloosheid fijne stofdeeltjes, het stof veranderen in sterk geladen deeltjes die met elkaar interageren, tegen elkaar botsen omdat hun lading ervoor zorgt dat de deeltjes elkaar aantrekken of afstoten. Onder de juiste omstandigheden, de stofdeeltjes kunnen zichzelf in de loop van de tijd rangschikken om georganiseerde structuren te vormen, of plasmakristallen.

Deze interacties en vorming van driedimensionale structuren lijken op de werking van onze wereld op atomaire schaal, een wereld zo klein dat we zelfs met een elektronenmicroscoop niet kunnen zien bewegen. Voeg een laser toe aan de mix en de stofdeeltjes kunnen worden gezien en geregistreerd voor observatie door wetenschappers op aarde voor een sneak peak van de wereld buiten onze ogen.

Deze surrogaatatomen zijn een manier voor onderzoekers om te simuleren hoe materialen zich vormen op atomaire schaal, en om theorieën te testen en te visualiseren. Het experiment kan niet op aarde worden uitgevoerd omdat de zwaartekracht alleen verzakking, afgeplatte recreaties mogelijk; als je wilt zien hoe een kristal is samengesteld, moet je de kracht die naar beneden trekt, de zwaartekracht, verwijderen.

Op 3 maart 2001, "PK-3 Plus" was ingeschakeld in de Zvezda-module, het eerste fysieke experiment dat op het ruimtestation werd uitgevoerd. Onder leiding van het Duitse ruimtevaartcentrum DLR en het Russische ruimteagentschap Roscosmos was het experiment een succes en later gevolgd door een vierde versie, geïnstalleerd in 2014 in het Columbus-laboratorium van ESA, dit keer als een samenwerking tussen ESA en Roscosmos.

Planeetconcepties

Door de parameters in PK-4 te wijzigen, zoals het aanpassen van de spanning of het gebruik van grotere stofdeeltjes, de atoomdubbelgangers kunnen verschillende interacties simuleren. Complexe fenomenen zoals faseovergangen, bijvoorbeeld van gas naar vloeistof, microscopische bewegingen, het begin van turbulentie en schuifkrachten zijn bekend in de natuurkunde, maar niet volledig begrepen op atomair niveau.

Met behulp van PK-4, onderzoekers over de hele wereld kunnen volgen hoe een object smelt, hoe golven zich in vloeistoffen verspreiden en hoe stromingen op atomair niveau veranderen.

Er zijn ongeveer 100 artikelen gepubliceerd op basis van de Plasma Kristall-experimenten en de opgedane kennis helpt te begrijpen hoe planeten zich ook vormen. In het begin bestond onze planeet Aarde waarschijnlijk uit twee stofdeeltjes die elkaar ontmoetten in de ruimte en groeiden en groeiden in onze wereld. PK-4 kan deze oorsprongsmomenten modelleren zoals ze zijn tijdens de conceptie van planeten.

De enorme hoeveelheid gegevens die PK-4 creëert, is zo groot dat het niet kan worden gedownload via het communicatienetwerk van het ruimtestation. dus harde schijven worden fysiek naar de ruimte vervoerd en terug met terabytes aan informatie. Het experiment wordt uitgevoerd vanuit Toulouse, Frankrijk, bij het CNES-ruimteagentschap Cadmos.

Astrid Orr, ESA's natuurwetenschappelijke coördinator merkt op:"PK-4 is een geweldig voorbeeld van fundamentele wetenschap die in het ruimtestation wordt gedaan; door internationale samenwerking en langetermijninvesteringen leren we meer over de wereld om ons heen, zowel op de minutenschaal als op de kosmische schaal.

"De kennis van de PK-experimenten kan direct worden toegepast op onderzoek naar fusiefysica - waar stof moet worden verwijderd - en de verwerking van elektronische chips, bijvoorbeeld in plasmaprocessen in de halfgeleider- en zonnecelindustrie. In aanvulling, de miniaturisering van de technologie die nodig is bij de ontwikkeling van Plasma Kristal wordt nu al toegepast in medische apparatuur op plasmabasis voor ziekenhuizen.

"De PK-experimenten hebben betrekking op een groot aantal fysieke verschijnselen, dus baanbrekende ontdekkingen kunnen op elk moment plaatsvinden."