Wanneer ruimtevaartuigen en satellieten door de ruimte reizen, komen ze kleine, snel bewegende deeltjes ruimtestof en puin. Als het deeltje snel genoeg reist, de impact ervan lijkt elektromagnetische straling te creëren (in de vorm van radiogolven) die de elektronische systemen van het vaartuig kan beschadigen of zelfs uitschakelen.

Een nieuwe studie die deze week in het tijdschrift is gepubliceerd Fysica van plasma's , gebruikt computersimulaties om aan te tonen dat de plasmawolk die wordt gegenereerd door de impact van het deeltje verantwoordelijk is voor het creëren van de schadelijke elektromagnetische puls. Ze laten zien dat als het plasma uitzet in het omringende vacuüm, de ionen en elektronen reizen met verschillende snelheden en scheiden zich op een manier die radiofrequentie-emissies creëert.

"De afgelopen decennia hebben onderzoekers deze hypervelocity-effecten bestudeerd en we hebben gemerkt dat er straling is van de effecten wanneer de deeltjes voldoende snel gaan, " zei hoofdauteur Alex Fletcher, nu een postdoctoraal onderzoeker aan het Boston University Center for Space Physics. "Niemand heeft echt kunnen uitleggen waarom het er is, waar het vandaan komt of het fysieke mechanisme erachter."

De studie is een stap in de richting van het verifiëren van de theorie van senior auteur Sigrid Close, universitair hoofddocent luchtvaart en ruimtevaart aan de Stanford University. In 2010, Close en collega's publiceerden de eerste hypothese dat hypervelocity-impactplasma's verantwoordelijk zijn voor een paar satellietstoringen.

Om de resultaten van een hypervelocity-impactplasma te simuleren, onderzoekers gebruikten een methode die deeltjes-in-cel-simulatie wordt genoemd en waarmee ze het plasma en de elektromagnetische velden tegelijkertijd kunnen modelleren. Ze voedden de simulatiedetails van een eerder ontwikkelde hydrocode - een rekenhulpmiddel dat ze gebruikten om de vloeiende en vaste dynamiek van de impact te modelleren. De onderzoekers lieten de simulatie evolueren en berekenden de straling van het plasma.

Wanneer een deeltje met hoge snelheid een hard oppervlak raakt, het verdampt en ioniseert het doelwit, het loslaten van een wolk van stof, gas en plasma. Terwijl het plasma uitzet in het omringende vacuüm (van de ruimte), de dichtheid neemt af en het komt in een botsingsloze toestand waarin de deeltjes niet langer rechtstreeks met elkaar interageren.

In de huidige studie, de onderzoekers gaan ervan uit dat de elektronen in dit botsingsloze plasma dan sneller reizen dan de grotere ionen. Hun simulatie voorspelt dat deze grootschalige ladingsscheiding de straling genereert. De resultaten van het model zijn consistent met de initiële theorie van Close, maar voorspellen een hogere frequentie voor de emissie dan onderzoekers experimenteel hebben gedetecteerd.

De auteurs wijzen erop dat de veronderstelling dat de elektronen massaal bewegen als ze zich van de ionen scheiden, meer aandacht verdient. De groep bouwt nieuwe simulaties om te testen of de verschuiving naar een botsingsloze toestand voldoende is om de scheiding te creëren.

Fletcher merkt ook op dat ze hebben nagelaten rekening te houden met het stof.

"De impact creëert stofdeeltjes die interageren met het plasma, Fletcher zei. De dynamiek van deze "stoffige plasma's" is een gebied voor toekomstig onderzoek.

De volgende stap in het werk is om de simulatie te gebruiken om de gegenereerde straling te kwantificeren, zodat ze de bedreiging voor satellieten kunnen beoordelen, en manieren bedenken om satellieten en ruimtevaartuigen te beschermen tegen meteoroïden en orbitaal puin.

"Meer dan de helft van de elektrische storingen is onverklaarbaar omdat het erg moeilijk is om diagnostiek uit te voeren op een satelliet die in een baan om de aarde faalt, "Zei Fletcher. "We denken dat we sommige van deze fouten aan dit mechanisme kunnen toeschrijven."