Movimiento de flujo de cizallamiento en un fluido plasma complejo en ingravidez en la Estación Espacial Internacional. Esta imagen es parte del experimento Plasma Kristall-4. Crédito:DLR
Una receta para comprender las estructuras atómicas:
Esto es parte de la fórmula de Plasma Kristall, la serie de experimentos de mayor duración en la historia de los vuelos espaciales tripulados y los resultados de la última campaña volverán a la Tierra la próxima semana en la nave espacial Soyuz con el astronauta de la ESA Alexander Gerst.
La receta proviene de una colaboración entre Rusia y Europa que se cocina a fuego lento desde 1998. Después de correr en vuelos parabólicos, cohetes sonoros y la estación espacial Mir, el experimento encontró un nuevo hogar en la Estación Espacial Internacional en 2001.
Nuestro mundo está hecho de átomos y moléculas, pero incluso con el microscopio más poderoso no podemos verlos moverse en líquidos o sólidos. La ejecución de experimentos en ingravidez permite a los investigadores obtener nuevos conocimientos sobre la interacción de los átomos mediante el uso de pequeñas partículas de plástico que se comportan como átomos.
El astronauta de Roscosmos Sergei Prokopyev durante la instalación y puesta en servicio del nuevo hardware en el laboratorio europeo Columbus de la Estación Espacial Internacional en julio de 2018. Sergei llevó a cabo la quinta campaña de Plasma Kristall-4 en noviembre de 2018. Crédito:ESA / Roscosmos
"No es posible hacer esta investigación en la Tierra:Plasma Kristall modela interacciones atómicas a mayor escala, haciéndonos visible su movimiento, "explica Hubertus Thomas, científico principal de este experimento en el Centro Aeroespacial Alemán, DLR.
Hubertus siguió la investigación del plasma en microgravedad durante el experimento cuando la primera tripulación llegó a la Estación Espacial y la encendió. Recientemente, un problema con la válvula que regula el flujo de gas obligó a una pausa de 18 meses. Con una válvula recién renovada, Plasma Kristall-4 (o PK-4) reanudó sus operaciones el mes pasado.
Los átomos proxy vuelven a la ciencia
Un plasma es un gas cargado eléctricamente, algo así como un rayo, que rara vez ocurre en la Tierra. Se considera el cuarto estado de la materia, distinto del gas, líquidos y sólidos.
Plasma Kristall-4. Crédito:Michael Kretschmer
"Estimulamos las partículas mediante campos eléctricos, un láser y cambios de temperatura para moverlos en el plasma, "dice Hubertus.
Estas manipulaciones hacen que los átomos proxy interactúen fuertemente, conduciendo a estructuras organizadas - cristales de plasma. Las partículas en PK-4 están hechas de plástico y se unen entre sí o se repelen como lo hacen los átomos en la Tierra en un fluido.
"Al ajustar el voltaje en la cámara del experimento, podemos adaptar sus interacciones, y observar cada micropartícula individualmente y como en cámara lenta, "explica Hubertus. Con PK-4, investigadores de todo el mundo pueden seguir cómo se funde un objeto, cómo se propagan las ondas en los fluidos y cómo cambian las corrientes a nivel atómico.
La última carrera científica cubrió las transiciones de fase, movimientos microscópicos y fuerzas de corte. Las fuerzas cortantes son un tema muy candente en la física fundamental. Estas fuerzas empujan una parte del cuerpo en una dirección específica, y otra parte en sentido contrario, como por ejemplo la presión del aire a lo largo de la parte delantera del ala de un avión.
El futuro del plasma
La start-up alemana Terraplasma Medical del Centro de Incubación de Empresas de la ESA Bavaria ha desarrollado un tratamiento para la infección bacteriana en heridas mediante la aplicación de "plasma frío" derivado de experimentos en la Estación Espacial Internacional. Crédito:Agencia Espacial Europea
Esta investigación es principalmente conocimiento de libros de texto para futuros científicos e ingenieros. "Si le hubieras preguntado a Einstein para qué era su teoría de la relatividad, nunca hubiera respondido que era para construir un sistema de navegación para su teléfono móvil, "señala Hubertus.
Un equipo de científicos ya ha aprovechado los conocimientos adquiridos con el desarrollo tecnológico de este experimento espacial para diseñar dispositivos de plasma para la desinfección de heridas a temperatura ambiente. Esta revolución en el cuidado de la salud tiene muchas aplicaciones prácticas, desde la higiene de los alimentos hasta el tratamiento de diferentes tipos de enfermedades de la piel, depuración de agua y gestión de olores.
