在了解太空環境前,必須要先對電漿有基本的認識,因為太空環境總是會伴隨著電漿的運動,我們會可以分析電漿的運動來判讀目前的太空環境狀態。
大部分的人都會覺得電漿就是帶電粒子的統稱,但事實上不是,我們會用流體的角度來看待電漿 (磁流體)。
電漿和帶電粒子最大的差異就是看待尺度的不同。帶電粒子討論的是單一粒子的行為 (Single),而電漿談的是大量粒子的集體行為 (Collective)。
從集體行為的視角來看,我們要先引入「準中性」(Quasi-neutrality) 的概念。準中性指的是當正、負電荷的數量龐大且相當時,我們就可以將這團帶電粒子視為電中性。
但如果我們從電中性的定義來看的話,事實上這團帶電粒子是沒有達電中性,因此,當我們以概略的方式來看待數量非常大的帶電粒子時才能用「準」的概念。
我們都知道帶電粒子之間會有庫倫作用力 (Short-range force),同時也會因為環境電磁場的影響而受到電磁力作用 (Long-range force),在集體行為的帶電粒子中,電磁力的影響會遠大於帶電粒子間的庫倫作用力。這是因為帶電粒子數量級變大時,粒子間的密度會變大,進而產生更多的碰撞,粒子碰撞的過程中有可能會產生不帶電的化合物,這個過程稱為再結合 (Recombination),當帶電粒子成為化合物後就會失去電性,就會減少庫倫力的作用。
除了再結合 (Recombination) 的原因外,還有一個原因就是電漿團會對帶電粒子產生屏蔽作用,稱為「德拜屏蔽」(Debye-Shielding),電漿團會阻擋帶電粒子的產生的電場,使帶電粒子間失去庫倫作用力,被屏蔽的範圍尺度稱為「德拜尺度」(Debye-Length)。
綜合上述,我們可以得知電漿團主要受到的作用力會是外在環境的電磁力 (Lorentz Force) 而不是帶電粒子間的庫倫作用力。
最後,我們都知道電漿可以當作物質的第四態 (固態、液態、氣態和電漿態),在日常生活中我們比較少討論到電漿態,然而在整個宇宙中,電漿態的佔比高達99%,也就是說在整個宇宙中,最多的物質態就是電漿態,但我們對於電漿的了解卻很少,我們在了解太空科學的同時,也需要對電漿進行相關的研究。
圖片來源:https://technews.tw/2021/11/19/retrieval-of-airglow-emission-rates-in-analytical-form-for-limb-viewing-satellite-observations-at-low-latitudes/