当航天器和卫星穿越太空时，它们会遇到微小的、快速移动的太空尘埃和碎片颗粒。如果粒子的速度足够快，它的撞击似乎会产生电磁辐射(以无线电波的形式)，可以损坏甚至使飞船的电子系统瘫痪。
本周该杂志发表了一项新研究等离子体物理AIP出版公司的一名研究人员利用计算机模拟显示，粒子撞击产生的等离子体云是造成破坏性电磁脉冲的原因。他们表明，当等离子体膨胀到周围的真空中时，离子和电子以不同的速度移动，并以产生射频发射的方式分离。
“在过去的几十年里，研究人员一直在研究这些超高速撞击，我们注意到，当粒子足够快的时候，撞击会产生辐射，”主要作者亚历克斯·弗莱彻(Alex Fletcher)说，他现在是波士顿大学空间物理中心的博士后研究员。“没有人能够真正解释它为什么会在那里，它从哪里来，或者它背后的物理机制。”
这项研究是朝着验证斯坦福大学航空航天副教授、资深作者西格丽德·克洛斯的理论迈出的一步。2010年，克洛斯和同事发表了最初的假设，即超高速撞击等离子体导致了一些卫星故障。
为了模拟超高速撞击等离子体的结果，研究人员使用了一种称为细胞内粒子模拟的方法，使他们能够同时模拟等离子体和电磁场。他们提供了先前开发的水力代码的模拟细节，这是一种用于模拟撞击的流体和固体动力学的计算工具。研究人员让模拟不断发展，并计算了等离子体产生的辐射。
当粒子高速撞击坚硬表面时，它会蒸发并电离目标，释放出由尘埃、气体和等离子体组成的云团。当等离子体膨胀到周围的真空(空间)时，其密度下降，进入无碰撞状态，其粒子之间不再直接相互作用。
在目前的研究中，研究人员假设这种无碰撞等离子体中的电子比较大的离子移动得更快。他们的模拟预测，这种大规模的电荷分离产生了辐射。该模型的结果与克洛斯最初的理论一致，但预测的发射频率高于研究人员在实验中检测到的频率。
作者指出，当电子从离子中分离出来时，电子整体移动的假设值得更仔细的注意。该小组正在构建新的模拟，以测试向无碰撞状态的转变是否足以产生分离。
弗莱彻还指出，他们忽略了灰尘的影响。
“撞击产生了与等离子体相互作用的尘埃颗粒，”弗莱彻说。这些“尘埃等离子体”的动力学是未来研究的一个领域。
这项工作的下一步是利用模拟来量化产生的辐射，这样他们就可以评估对卫星的威胁，并设计出保护卫星和航天器免受流星体和轨道碎片伤害的方法。
弗莱彻说:“超过一半的电气故障是无法解释的，因为很难对在轨故障的卫星进行诊断。”“我们相信，我们可以将其中一些失败归因于这种机制。”
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