Plazma (isim) Gaz
halindeki iyon
kümesi.
Plazma, bilinen tüm maddeler gibi atomlardan
meydana gelir. Atomlar elektriksel olarak yüksüz parçacıklardan yani, nötronlar
ve pozitif (+) yüklü protonlar
ın bir arada bulunduğu bir çekirdek ve o çekirdek etrafında dönen negatif (-) yüklü elektronlardan
oluşur. Bir atomda, çekirdek etrafında bulunan negatif (-) yüklü elektronların sayısı, çekirdekte bulunan pozitif (+) yüklü protonların sayısına eşitse bu, atomun elektriksel olarak yüksüz olduğu anlamına gelir. Böyle yüksüz atomlardan oluşan bir gaz, yeterince ısıtıldığında veya radyasyona
maruz kaldığında, enerjilerin şiddetlerine bağlı olarak, sahip olduğu elektronları en dış yörüngesinden itibaren kaybetmeye başlar. ( En dış yörüngedeki elektron atoma bağlanma gücü en zayıf olandır. Bu bağlanma gücü, çekirdeğe yakınlaştıkça artar. Güneşin
çok yüksek sıcaklığa sahip olan "korona
" adı verilen en dış tabakasında atomlar, elektronlarının çoğunu, bazen hepsini kaybetmişlerdir. Örneğin; koronadan gelen ışınlar analiz edildiğinde demir
atomunun 13 hatta 14 elektronunu kaybettiği gözlenmiştir.) Elektron kaybeden atomda , pozitif (+) yüklerin sayısı, negatif (-) yüklere göre daha fazla kaldığından bu atoma iyonize olmuş atom ya da pozitif (+) iyon adı verilir. Böylece ortamda pozitif (+) iyonlar ve negatif (-) yüklü elektronlar serbest halde bulunur. Bu nedenle plazma iyonlaşmış gaz
olarak da bilinir.
Plazmalar sıcaklık ve yoğunluk olarak incelendiklerinde yıldızlar
ın merkezlerinde çok sıcak ve yoğun olarak bulunurken, Dünya atmosferinde gözlemlenen kutup ışıması
olaylarında olduğu gibi, daha düşük sıcaklıklarda ve yoğunluklarda da yer alabilmektedirler. Maddenin katı
, sıvı
ve gaz
halleri ise plazmaya göre oldukça soğuk ve elektriksel olarak yüksüzdürler.
Plazma
kelimesi ilk olarak tıp bilimcisi Johannes Purkinje
(1787-1869) tarafından ak ve alyuvarlardan
temizlenmiş kan için kullanılmıştır. Aynı terim, 1927
`de Amerikalı kimyacı ve fizikçi Dr. Irving Langmuir
(1881-1957
) tarafından iyonlaşmış gazlar
içinde kullanılmaya başlanmıştır. Dr. Irving Langmuir`un başarıları yüzey kimyasından, bulut içine kimyasal madde katarak suni yağmur yağdırmaya kadar geniş bir yelpazeye yayılmıştır. 1932
`de kimya alanında Nobel
ödülü kazanmıştır. Kendisi General Electric
`de yapısı iyonlaşmış gazlara dayanan elektronik aletler üzerine çalışmaktaydı. Bu çalışmalar sırasında iyonlaşmış gazların yüksek hızlardaki elektron iyon ve diğer katkıları taşıma şeklini gözlemlemiş. Bunun kan plazmasın
ın ak ve alyuvarlarla mikropları taşıma şekline benzediğini fark ederek iyonlaşmış gazları palzma olarak adlandırmıştır.
Bütün uzayda bir yapının diğer yapı üzerinde etki göstermesini sağlayan ve fizikte alan kavramıyla
tanımlanan bir güç bölgesi bulunmaktadır. Örneğin; yerçekimi
, dünya üstündeki bütün maddeler üzerine etkisini gösterir. Eğer bir madde elektriksel olarak yüklü ise, ya da içinden akım geçiyorsa, kütlesel çekim alanlarına ek olarak, elektrik ve manyetik alanlardan da etkilenir.Elektrik yükleri ve değişen manyetik alanlar, elektrik alanı oluşturduğu gibi, hareket halindeki elektrik yükleri diğer bir deyişle elektrik akımı ve elektrik alanlardaki değişiklikler de manyetik alanlar meydana getirirler. Dünyanın içine doğru gidildiğinde çekirdek bölgesinde bulunan erimiş metallerin hareket halinde olmalarının dünyanın çevresindeki büyük manyetik alanı sürekli beslemekte olduğu düşünülmektedir.
Dünya`nın magnetosfer tabakasının manyetik alan çizgileri güney kutbundan, kuzey kutbuna doğru yönelmiş olup, Güneş rüzgarının doğrultusunda dağılım göstermektedir.Alan çizgilerinin birbirlerine yakın oldukları yerlerde kuvvetli, uzaklaştıkları yerlerde ise daha zayıf manyetik alan söz konusudur.
Plazmalar elektriksel olarak yüklü parçacıklardan oluştuklarından, elektrik ve manyetik alanlardan etkilenmektedir. Plazmaların bu alanlarla etkileşimlerinin incelenmesi, bize dünya ve güneş arasındaki etkileşimleri ve uzayın başka bölgelerindeki olayları daha iyi anlama fırsatı vermektedir. Bununla beraber, birçok esrarlı şey hala bilinememektedir.
Doğadaki plazma yapılara örnek vermek gerekirse; Güneş ve diğer yıldızlar, yıldızlar arası uzay, galaksiler
, galaksiler arası uzay
, plazma içermektedir. Ayrıca gezegenler
arasında da plazma bulunmaktadır. Güneşten uzaya yayılan parçacıklar Güneş rüzgarı olarak bilinmektedir ve bu rüzgar, Güneşin Korona tabakası içinde gerçekleşmektedir. Güneşin en dış tabakası olan Korona plazması çok yüksek sıcaklığa sahip olması nedeniyle Güneşin çekim alanı içine hapis olmayarak Güneş sisteminin bilinen en uzak gezegenlerinin de ötesine kadar yayılmaktadır.
Güneş rüzgarı, Dünyanın manyetik alan çizgilerini kendi doğrultusunda şekillendirmektedir. Gündüz tarafında magnetosferin sınırı yer yarıçapının 10 katına kadar ulaşırken, gece tarafında manyetik alan uzun bir kuyruk oluşturur.Bu kuyruk yer yarıçapının 60 katına çıkar ve Ay yörüngesine hatta daha uzaklara kadar ulaşır.Kuyruk kesimindeki alan çizgileri kesin değildir. Güneş rüzgarının hızı saniyede 400 km.`ye ulaşmaktadır. Bu değer 200-700 km. arasında değişebilmektedir. Cm3 `ünde ortalama 5 elektron ve 5 proton bulunduğu tespit edilmiştir. Rüzgarın Dünya`ya ulaşması için 4-5 gün kadar bir zaman gerekmektedir.Yukarıda da belirttiğimiz gibi Koronanın sıcaklığı Demir atomunun 13 hatta 14 elektronunu koparacak kadar yüksektir. Bunu başarabilecek sıcaklık 1.000.000 derece civarıdır ve henüz bu yüksek sıcaklığın sebebi ile ilgili tatmin edici bir açıklama yapılamamıştır.
Kutuplarda
gözlenen kutup ışımaların
ın (Aurora), radyasyon kuşaklarının ve manyetik fırtınaların temel enerjisini Güneş rüzgarı
oluşturmaktadır. Güneş rüzgarı, magnetosfer
içindeki plazmada bulunan elektronlara ve iyonlara enerji vererek hızlanmalarını sağlar. Hızlanan bu parçacıklar, magnetosferin alan çizgilerinin birleştiği kutup bölgelerinden Dünya`nın atmosferine girerler. Girdikleri bölgede bulunan gazların atom ve molekülleriyle çarpışmaları sonucu çeşitli renklerde ışıma yapmalarına neden olurlar. Güneş rüzgarının çok şiddetli olduğu dönemlerde kutup ışımalarının ekvatora
kadar uzandığı görülmektedir. Jeomanyetik ekvator
bölgesinde bulunan Singapur
'da 1909
yılında meydana gelen çok şiddetli Güneş rüzgarı sırasında kutup ışıması izlenmiştir.
Dünya üzerinde görülen bir diğer plazma yapı, atmosferdeki iyonosfer
tabakasıdır. Yerden 70-80 km. yukarıda başlar. Burada elektronlar güneşten gelen kısa dalga boylarına sahip (Ultraviyoleden X-ray `e kadar olan bölgedeki dalgaboyları) ışınların etkisiyle atomlardan ayrılırlar. Atmosferin yere yakın bölgelerinde kozmik ışınların etkisiyle aynı elektron kopuşları meydana gelse de bu bölgede atmosfer daha yoğun olduğundan, kopan elektron hemen birleşir. Atmosfer yukarılara çıkıldıkça seyrekleştiği için iyonosferde
kopan elektronun tekrar birleşme ihtimali daha düşüktür. Dolayısıyla, serbest elektronlardan ve iyonlardan oluşan bir bölge meydana gelir. İyonosferin üst kısımları magnetosferde katılarak uzayın binlerce kilometre derinliklerine kadar uzanır. Bir başka doğal plazma olayı da şimşek çakması sırasında meydana gelmektedir.
Nebula
olarak bilinen bazı yıldızların çevresinde bulunan bulut görünümündeki yapılar da doğal plazma örnekleridir.