Für Anfänger

gibt es eine Einführung in die Thematik des kosmischen Plasmas unterstützt durch Youtube Movies

Der Leitfaden

der Elektro- dynamik ist die Voraussetzungen, um die Eigen- schaften des Plasmas, des Aggregatzustandes, in dem sich der Kosmos zu mehr als 99% befindet, zu verstehen..

Missverständnisse

sind der Grund, warum viele Leute die Ideen des Elektrischen Universums ablehnen. Hier wird mit den Missverständnissen aufgeräumt.

Vom Mysterium der

Schöpfung zur Kernfusion

Die Vajra ist das Symbol des Thunderbolt Projekts

SpaceNews

In Kurzfilmen mit deutschen Untertiteln werden die neuesten Erkenntnisse über den Kosmos dargestellt.

immer aktuell

Experimentelle Plasma-Vakuumkammer im Dr. Paul Bellan´s Plasma Physics Group lab an der California

Institute of Technology, USA, ca. 2008.

Bildquelle: Cal Tech

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Elektrische Universum

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Das Elektrische Universum Die Himmelsdatenbank DR10

des Thunderbolts-Projekts

l etzte Änderung: 11.12.2021

3. Fortsetzung

3.4 PLASMAFORSCHUNG

3. Das

Plasma

4. Der Elektromagnetismus

Der norwegische Wissenschaftler Kristian Birkeland (1867-1917) mit seinem im Vakuum

arbeitenden elektromagnetischen Plasmasimulator Terella (“Kleine Erde”), etwa 1904

Obwohl Plasma in der Biosphäre der Erde nicht häufig vorkommt, kann es in Blitzen in seinen vielen Formen gesehen werden, in Polarlichtern, Funken statischer Elektrizität, batterieloser Funktechnik, Flammen aller Art (siehe Kapitel 2, 2.6), in Vakuumröhren (Elektronenröhren), beim elektrischen Lichtbogenschweißen, in Elektrolichtbogenöfen, bei Funkenerosion, bei Plasmabrennern der Giftmüllentsorgung und Neon- und anderen fluoreszierenden Lichtröhren und Glühlampen. Das Plasmaverhalten wird in Laborexperimenten seit über 100 Jahren umfassend studiert. Es gibt eine große Menge an Veröffentlichungen über Plasmaverhalten durch verschiedene Labors und professionelle Organisationen, einschließlich des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), welches heute die größte technische Berufsorganisation in der Welt ist. Die IEEE publiziert ein Journal, Transactions on Plasma Science. Wir bauen auf viele dieser Untersuchungen auf, wenn wir das Verhalten des Plasmas im Rest dieses Leitfadens erklären. Einen Punkt, den man im Gedächtnis behalten sollte, ist der, dass das Verhalten von Plasma sich als über viele Größenordnungen als skalierbar erwiesen hat. Das bedeutet, dass wir Plasma in Kleinexperimenten im Laboratorium testen können und wissen, dass die beobachteten Ergebnisse skaliert werden können auf die Größenordnungen, die notwendig sind, um das Verhalten des Plasmas im Weltraum zu erklären.

Aufgrund der Anwesenheit seiner geladenen Teilchen – das sind Ionen, Elektronen und geladene Staubteilchen – zeigt kosmisches Plasma in der Gegenwart elektromagnetischer Felder ein zu neutralem Gas fundamental verschiedenes Verhalten. Elektromagnetische Kräfte veranlassen geladene Teilchen dazu, sich anders als neutrale Atome zu verhalten. Das komplexe Verhalten von Plasma kann sich aus gemeinsamen Bewegungen dieser Art ergeben. Eine bedeutsame Verhaltenseigenschaft von Plasma ist die Fähigkeit von Plasma Zellen und Filamente gewaltiger Größenordnungen zu formen. Das ist der Grund, warum Plasma so genannt wird, wegen seines fast lebensähnlichen Verhaltens und seiner Ähnlichkeiten zum in Zellen enthaltenen Blutplasma. Die Zellenbildung von Plasma erschwert dessen akkurate Modellierung. Die Nutzung des Begriffes “ionisiertes Gas” ist irreführend, weil er suggeriert, dass das Verhalten von Plasma mit Begriffen des Verhaltens von Gas oder Fluiddynamik modelliert werden könne. Das geht im Allgemeinen nicht, bestimmte einfache Bedingungen ausgenommen. Alfén und Arrhenius schrieben 1973 in Evolution of the Solar System : “Der grundlegende Unterschied [bei der Annäherung an die Modellierung] wird bis zu einem gewissen Grad durch die Begriffe ionisiertes Gas und Plasma verdeutlicht, obwohl in der Realität synonym, vermitteln sie doch zwei verschiedene Auffassungen. Der erste Begriff gibt den Eindruck eines Mediums, welches grundlegend Gas ähnelt, insbesondere dem atmosphärischen Gas, mit dem wir vertraut sind. Im Gegensatz dazu ist ein Plasma, besonders ein voll ionisiertes magnetisiertes Plasma, ein Medium mit davon grundlegend verschiedenen Merkmalen.”

3.6 LEITFÄHIGKEIT UND ELEKTRIZITÄT

Im Gravitationsmodell wird der Einfachheit halber Plasma oft als ein perfekter Leiter mit keinerlei Widerstand angenommen. Aber alle Plasmen haben einen kleinen, nicht Null betragenden Widerstand. Das ist von grundlegender Bedeutung für das volle Verständnis der Elektrizität im Weltraum. Weil Plasma einen kleinen, nicht Null betragenden Widerstand hat, ist es in der Lage schwache elektrische Felder ohne Kurzschluss aufrecht zu erhalten. Die elektrische Leitfähigkeit eines Materials wird von zwei Faktoren bestimmt: der Dichte der Menge der anwesenden Ladungsträger (den Ionen und Elektronen) im Material und der Beweglichkeit (Bewegungsfreiheit) dieser Ladungsträger.

3.7 ELEKTRISCHER WIDERSTAND VON PLASMA

Im Weltraumplasma ist die Beweglichkeit der Ladungsträger extrem hoch, weil sie wenige Zusammenstöße mit anderen Teilchen erfahren, wegen der insgesamt sehr niedrigen Teilchendichte und allgemein niedriger Ionentemperaturen. Andererseits ist die Dichte der vorhandenen Ladungsträger auch so niedrig, dass die Fähigkeit des Plasmas Strom zu leiten begrenzt ist. Der elektrische Widerstand im Plasma, welcher sich umgekehrt proportional zum Produkt aus Ladungsmobilität und Ladungsdichte verhält, hat deshalb einen kleinen, jedoch nicht Null betragenden Wert. Weil ein Magnetfeld die es quer passierenden geladene Teilchen zwingt, die Richtung zu ändern, ist der Widerstand quer zu einem Magnetfeld faktisch viel größer als der Widerstand in der Richtung des magnetischen Feldes. Das wird sehr bedeutsam wenn man das Verhalten elektrischer Ströme in Plasma betrachtet. Obwohl Plasma ein sehr guter Leiter ist, ist es kein perfekter Leiter oder Supraleiter.

3.8 ENTSTEHUNG VON LADUNGSUNTERSCHIEDEN

Bei einem ausreichend großen Volumen tendiert Plasma dazu, dieselbe Anzahl von positiven und negativen Ladungen zu haben, weil jedes Ladungsungleichgewicht durch die Bewegung hochenergetischer Elektronen schnell neutralisiert wird. Daher stellt sich die Frage, wie Regionen unterschiedlicher Ladung existieren können, wenn Plasma solch ein guter Leiter ist und dazu tendiert, sich selber zu neutralisieren. In einem kleinen Maßstab, in einem Weltraumplasma in der Größenordnung von einigen zehn Metern, kommen natürliche Schwankungen als Ergebnis der zufälligen Variationen der Elektronenbewegungen vor und diese erzeugen kleine benachbarte Regionen, wo die Neutralität zeitweise verletzt wird. In einem größeren Maßstab werden positive und negative Ladungen, die sich in einem Magnetfeld bewegen, automatisch in einem bestimmten Grad getrennt, weil das Feld positive und negative Ladungen in entgegengesetzte Richtungen zwingt. Das verursacht die Entstehung und Erhaltung unterschiedlich geladene Regionen so lange die Teilchen sich in dem Magnetfeld weiter bewegen. Getrennte Ladungen ergeben ein elektrisches Feld und dieses verursacht die Beschleunigung von Ionen und Elektronen, wiederum in entgegengesetzte Richtungen. Mit anderen Worten, sobald einige kleine Inhomogenitäten geschaffen sind, führt dies schnell zum Beginn eines komplexeren Plasmaverhaltens.

Bei der Bewegung durch Jupiters intensives Magnetfeld erfolgen starke Ladungs-trennungen

(Spannungsunterschiede) und der resultierende elektrische Strom fließt in einem Kreislauf mit einer

Spannung von etwa 2 Billionen Watt zwischen den Polar-gebieten von Io und Jupiter.

Über alle Größenordnungen erzeugt das die typischen Filamente und das Zellen bildende Verhalten von Plasma dünne Schichten, wo die Ladungen getrennt sind. Obwohl diese Schichten selber dünn sind, tendieren sie dazu, sich über riesige Gebiete im Weltraum auszudehnen.

3.9 WICHTIGE FAKTEN ZUM VERHALTEN VON PLASMA ZUR ERINNERUNG

Ein grundlegender Punkt, an den man sich erinnern sollte, wenn es um Weltraumplasmen geht, ist der, dass es sich oft einem Gas völlig unähnlich verhält. Die geladenen Teilchen, welche das definierende Merkmal eines Plasmas sind, werden durch elektromagnetische Felder beeinflusst, welche die Teilchen selber schaffen und verändern. Insbesondere formt Plasma Zellen und Filamente in sich selbst, weshalb es Plasma genannt wurde und diese verändern das Verhalten von Plasma wie eine Rückkopplungsschleife. Das Verhalten von Plasma ist etwas wie fraktales Verhalten. Beides sind komplexe Systeme, die sich aufgrund relativ einfacher Verhaltensregeln entfalten. Jedoch im Unterschied zu Fraktalen wird Plasma auch durch Instabilitäten beeinflusst, welche weitere Schichten von Komplexität hinzufügen. Jedes theoretische oder mathematische Modell des Universums, welches diese Komplexität nicht berücksichtigt, wird wichtige Aspekte des Systemverhaltens übersehen und es daher nicht akkurat modellieren.

3. Das Plasma

4. Der Elektromagnetismus

Die Vajra

Experimentelle Plasma-Vakuumkammer im Dr. Paul Bellan´s Plasma Physics Group lab an der California

Institute of Technology, USA, ca. 2008.

Bildquelle: Cal Tech

3.5 PLASMA UND GASE

Die Wirksamkeit der Plasma-Leitung in kompakten fluoreszierenden Lampen hat die Lichtquellen mit meist metallischen

Lichtfäden (Widerstandsheizung) rasch ersetzt

Galaxie M87 im Jungfrauen-Sternhaufen mit ihren 5000 Lichtjahren langen elektrischen

Strömen entlang eines Plasma-Filaments (seinem „Jet“), welches gelegentliche Knoten-

Instabilitäten als helle Knoten zeigt.

Bildquelle. Space Telecope Institute, Hubble/NASA

Übersetzung H. Täger