Σε ένα καινοτόμο εργαστήριο του Caltech, μια ομάδα διεπιστημονικών ερευνητών έχει δημιουργήσει συνθήκες που μοιάζουν σαν να έχουν βγει από μια ταινία επιστημονικής φαντασίας: κόκκοι πάγου αιωρούνται και χορεύουν μέσα σε πλάσμα, αψηφώντας τη βαρύτητα. Αυτή η ανακάλυψη προοιωνίζει σημαντικές εξελίξεις στην κατανόηση των μυστικών του Σύμπαντος, από τους δακτυλίους του Κρόνου μέχρι τη γένεση νέων πλανητών.
Όταν η επιστήμη μιμείται το Σύμπαν
Μέχρι πρόσφατα, οι επιστήμονες προσπαθούσαν να αναπαραστήσουν τη “σκόνη” του Διαστήματος με τη χρήση μικροσκοπικών πλαστικών σφαιριδίων. Αν και αυτή η προσέγγιση ήταν λογική, αποδείχθηκε ότι δεν αποδίδει τα σωστά αποτελέσματα, αφού η φύση της ύλης στο Διάστημα διαφέρει σημαντικά από αυτήν των συμβατικών υλικών.
Ο Paul Bellan, καθηγητής Εφαρμοσμένης Φυσικής, μαζί με τον μεταπτυχιακό φοιτητή André Nicolov, αποφάσισαν να προσεγγίσουν τις αληθινές συνθήκες του Σύμπαντος χρησιμοποιώντας νερό αντί για πλαστικό. Στο πείραμά τους, οι ερευνητές κατάφεραν να ψύξουν ηλεκτρόδια σε κρυογονικές θερμοκρασίες και να εισαγάγουν υδρατμούς, δημιουργώντας ένα πλάσμα – την τέταρτη κατάσταση της ύλης πλούσια σε ιονισμένα σώματα.
Το αποτέλεσμα ήταν απρόσμενο: οι υδρατμοί σχημάτισαν αυθόρμητα μικροσκοπικούς κόκκους πάγου που δεν ήταν σφαιρικοί, αλλά είχαν “χνουδωτή” (fluffy) και φρακταλική δομή, παραπέμποντας σε μικροσκοπικές νιφάδες χιονιού.
Ο “χορός” του πλάσματος
Η δομή αυτών των “χνουδωτών” κόκκων άλλαξε ριζικά τη συμπεριφορά τους. Καθώς το πλάσμα ήταν πλούσιο σε ελεύθερα ηλεκτρόνια και ιόντα, τα ηλεκτρόνια, λόγω της μικρότερης μάζας τους, προσκολλώνται στους κόκκους πάγου φορτίζοντάς τους αρνητικά.
Η μοναδική γεωμετρία των κόκκων πάγου τους έκανε να συμπεριφέρονται με τρόπους που οι απλές σφαίρες δεν θα μπορούσαν ποτέ να επιτύχουν. Αιωρούνταν στον θάλαμο, στροβιλίζονταν και κινούνταν καθ’ ύψος και πλάτος, δημιουργώντας δίνες και χαοτικά μοτίβα, αψηφώντας τη βαρύτητα. Όπως εξήγησε η ερευνητική ομάδα, η σύνθεση και η υφή τους τους επιτρέπει να αλληλεπιδρούν με το αέριο “σαν φτερό στον άνεμο”, σε αντίθεση με μια συμπαγή πέτρα που θα έπεφτε απλώς.
Αλλάζοντας τα αστροφυσικά μοντέλα
Η σημασία αυτής της ανακάλυψης εκτείνεται πολύ πέρα από τα όρια του εργαστηρίου στην Καλιφόρνια, δίνοντας μια νέα οπτική για το πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται τα ουράνια σώματα.
Στους δακτυλίους του Κρόνου και στα μοριακά νέφη που αποτελούν τη μήτρα νέων άστρων, η σκόνη και ο πάγος παίζουν καθοριστικό ρόλο. Αν οι κόκκοι στο Διάστημα είναι πράγματι “χνουδωτοί” και φρακταλικοί όπως στους πειραματικούς κόλπους του Caltech, τότε οι αλληλεπιδράσεις τους – ο τρόπος που συγκρούονται και ενώνεται για να σχηματίσουν πλανήτες – είναι ενδεχομένως πολύ διαφορετικές από τις προβλέψεις των έως τώρα μοντέλων.
Η συμβατική φυσική που αντιμετωπίζει τα σωματίδια ως τέλειες σφαίρες για ευκολία στους υπολογισμούς φαίνεται ότι χρειάζεται αναθεώρηση. Οι ερευνητές επαλήθευσαν ότι η μορφολογία της ύλης καθορίζει τη μοίρα της μέσα στα ηλεκτρικά φορτισμένα περιβάλλοντα του Σύμπαντος.
Μια ματιά στο μέλλον
Το πείραμα των Bellan και Nicolov ανοίγει νέους ορίζοντες για την κατανόηση της αστροφυσικής σκόνης. Καθώς η ανθρωπότητα στρέφει ξανά το βλέμμα της προς το Διάστημα και εξερευνά παγωμένους κόσμους όπως η Ευρώπη (δορυφόρος του Δία) και ο Εγκέλαδος (δορυφόρος του Κρόνου), η κατανόηση της συμπεριφοράς του πάγου υπό συνθήκες πλάσματος είναι πιο κρίσιμη από ποτέ. Το μέλλον της αστροφυσικής διαγράφεται εντυπωσιακό και γεμάτο προκλήσεις.
