Na Zemlji smo okruženi čvrstim tvarima, tekućinama i plinovima. U svemiru je slika drukčija: većina obične, odnosno vidljive tvari nije ni čvrsta, ni tekuća, ni neutralni plin, nego plazma. Procjene NASA-e i Europske svemirske agencije pokazuju da je u tom stanju više od 99 posto vidljive tvari u svemiru.
To, naravno, ne znači da su planeti i asteroidi plazma, niti da je svaka pojava koju vidimo kroz teleskop takva. Naš se planet sastoji ponajprije od stijena, metala i vode, dok je njegova atmosfera pretežno sastavljena od neutralnog plina. Riječ je o kozmičkom prosjeku: najveći dio vidljive tvari čine zvijezde, njihove atmosfere i razrijeđeni plin između zvijezda i galaksija.
Plazma nije samo jako vruć plin
Plazma nastaje kada plinu dovedemo dovoljno energije da se dio elektrona odvoji od atoma. U takvom plinu istodobno postoje slobodni elektroni, pozitivno nabijeni ioni i, često, neutralni atomi. Ne mora svaki atom biti ioniziran. Važno je da se nabijene čestice mogu zajednički odazivati na električna i magnetska polja.
Plazma se zato često naziva “četvrtim stanjem tvari”, nakon čvrstog, tekućeg i plinovitog. To je dobar početak, ali ne govori što je čini posebnom. Plazma provodi električnu struju, može stvarati vlastita magnetska polja i ponaša se kao cjelina: njezine čestice međusobno djeluju preko elektromagnetskih polja, čak i kada se gotovo uopće ne sudaraju.
Na Zemlji je susrećemo u munjama, neonskim cijevima i nekim vrstama svjetiljki. U svemiru je često iznimno razrijeđena, ali zauzima goleme prostore. Zato je plazma, premda rijetka, jedan od ključnih sastojaka kozmičkog okoliša.
Gdje je nalazimo?
Sunce je golema kugla ioniziranog plina i prirodni laboratorij plazme. Njegova je unutrašnjost, kao i većina atmosfere, u stanju plazme. Iz vanjskog sloja atmosfere, korone, neprestano struji tok elektrona i iona poznat kao Sunčev vjetar. Taj tok ispunjava heliosferu, mjehur Sunčeva utjecaja koji seže kroz međuzvjezdani prostor.
Nalazimo je i u drugim zvijezdama, ostacima supernova, vrućem plinu među galaksijama te u gotovo praznim područjima između zvijezda. U planetarnim atmosferama njezini se tragovi pojavljuju u ionosferi, gornjem sloju u kojem zračenje odvaja elektrone od atoma i molekula. Polarna svjetlost nastaje kada nabijene čestice prenesu energiju u gornju atmosferu, gdje ta energija pobuđuje atome i molekule, koji potom emitiraju svjetlost.
Crna pozadina svemira zato vara. Između planeta i zvijezda nalaze se razrijeđene čestice, magnetska polja, zračenje i prašina. U tom rijetkom okolišu plazma prenosi energiju na udaljenosti koje je teško usporediti s bilo čim iz svakodnevnog iskustva.
Kako Sunčev vjetar utječe na Zemlju?
Zemljina magnetosfera okružuje planet i štiti ga od većeg dijela Sunčeva vjetra. Kada Sunčev vjetar stigne do Zemlje, sabija magnetosferu na strani okrenutoj Suncu i razvlači je u dugačak rep na suprotnoj strani. Većina se čestica pritom preusmjeri, ali dio energije može ući u magnetosferu i gornju atmosferu.
U mirnim uvjetima taj proces jedva primjećujemo. Tijekom snažnih erupcija na Suncu, međutim, promjene mogu poremetiti rad satelita, navigacijskih sustava, radijskih veza i elektroenergetskih mreža. Takve pojave dio su svemirskog vremena, a njihov utjecaj na tehnologiju opisan je u tekstu Što je svemirsko vrijeme? Sunčeve oluje i Zemlja.
Kako magnetsko polje oslobađa energiju
Jedan od najvažnijih procesa u plazmi je magnetska rekonekcija. Tada se magnetsko polje naglo preuređuje i oslobađa dio pohranjene energije. Ta energija može ubrzati čestice i zagrijati plazmu.
Na Suncu je magnetska rekonekcija povezana s bljeskovima i izbačajima koronalne mase. U Zemljinoj magnetosferi može pridonijeti ulasku čestica iz Sunčeva vjetra i pojavi polarne svjetlosti. U popularnim se prikazima često govori o “pucanju” magnetskih silnica, ali one se ne lome poput užeta. Magnetsko polje mijenja svoj raspored, a dio njegove energije prelazi na čestice.
Opažanja NASA-ine misije Magnetospheric Multiscale pokazala su koliko je važno istodobno mjeriti čestice i elektromagnetska polja na malim udaljenostima. Takva mjerenja pomažu povezati mikroskopske procese s velikim događajima svemirskog vremena, od polarne svjetlosti do erupcija na Suncu.
Zašto je plazmu teško proučavati?
U mnogim dijelovima svemira plazma je toliko rijetka da se njezine čestice gotovo uopće ne sudaraju. Zato njihovo gibanje više određuju električna i magnetska polja nego međusobni sudari. Plazmu zbog toga ne možemo opisati istim jednostavnim modelima kao običan plin.
Drugi je problem raspon veličina. U istom se sustavu mogu istodobno pojaviti strukture manje od kilometra i magnetski tokovi koji se protežu desecima tisuća kilometara. Promjene se mogu dogoditi u milisekundama, dok posljedice traju satima ili danima. Jedno mjerenje zato često daje samo dio priče, pa su znanstvenicima potrebne skupine satelita koje mogu istodobno promatrati različite dijelove sustava.
Planirana misija proučavala bi plazmu oko Zemlje
U lipnju 2026. ESA je objavila preporuku da se Plasma Observatory odabere kao sljedeća srednja misija njezina znanstvenog programa. Odbor je preporuku primio na znanje, a formalna odluka očekuje se u studenom 2026. Projekt zasad nije odobren za izgradnju ni lansiranje.
Ako dobije zeleno svjetlo, misija bi se sastojala od sedam letjelica koje bi proučavale kako Sunčev vjetar prenosi energiju u Zemljinu magnetosferu i kako se ta energija širi među česticama. Cilj nije samo bolje predviđanje svemirskog vremena. Magnetosfera bi poslužila i kao prirodni laboratorij za procese koji se pojavljuju u širem svemiru, primjerice u atmosferama zvijezda, ostacima eksplozija i udaljenim galaksijama.
Plazma povezuje Sunce, planete i galaksije
Kad kažemo da je više od 99 posto vidljive tvari u svemiru plazma, ne tvrdimo da je kozmos ispunjen jednoličnim užarenim plinom. Riječ je o stanju u kojem elektroni i ioni zajednički reagiraju na električna i magnetska polja.
To objašnjava zašto Sunčev vjetar može oblikovati Zemljinu magnetosferu, zašto erupcije na Suncu mogu utjecati na tehnologiju i zašto se energija može prenositi kroz gotovo prazan međuzvjezdani prostor. Plazma nije samo pozadina svemirskih pojava. Ona je medij koji ih povezuje.
