Ved hjælp af et partikelinstrument på rumsonden Cassini er det lykkedes Nasa-forskere at observere det ekstreme plasmafænomen 'støvet plasma' ved saturnmånen Enceladus.

Forskerne var klar over, at fænomenet teoretisk set kunne eksistere ved saturnmånen, men det er første gang, der foretages målinger af støvet plasma uden for laboratoriet, bortset fra målinger i Jordens ydre atmosfære. Støvet plasma menes at findes i komethaler og støvringe omkring Solen.

Det er forskerne Tamas Gombosi fra University of Michigan i Ann Arbor, og Michiko Morooka fra Swedish Institute of Space Physics i Kiruna Sverige, som har gennemført de nye analyser af data fra rumsonden.

De viser, at den normale fordeling af tunge og lette ladede partikler i normalt plasma er byttet rundt i jetgejserne ved Enceladus, så de positivt ladede ioner bliver til de små lette plasmapartikler, mens de negativt ladede partikler bliver den tunge komponent. I normal plasma er de negative elektroner 1.000 gange lettere end de positive ioner.

Nye plasmaegenskaber

Forskerne fandt en høj plasmakoncentration af både ioner og elektroner inde i gejserne ved Enceladus, selv om elektrontætheden normalt er meget lavere i gejsere og Saturns E-ring. Derfor konkluderer de, at ekstreme støvpartikler opsamler negativladede elektroner.

I støvet plasma er betingelserne til stede, så det også kan bidrage til plasmaets overordnede egenskaber. Det øger plasmaets kompleksitet, ændrer dets egenskaber og skaber helt nye egenskaber.

Den lille saturnmåne Enceladus er en stor kilde til det ioniserede materiale plasma, som fylder den magnetiske boble omkring Saturn. Jetgejserne på Enceladus stammer fra en række revner ved månens sydpol.

Herfra udspys omkring 100 kg vanddamp pr. sekund i form af en kompliceret struktur af ispartikler og gas, primært vanddamp. Materialet i gejserne omdannes til ladede partikler, der reagerer med det plasma, som fylder Saturns magnetatmosfære.

Sammensætningen af denne unikke gas-støv-plasma-kombination er blevet undersøgt de seneste år med instrumenterne på Cassini-rumsonden.

Partikler i alle størrelser

Det, som overrasker forskerne mest, er, at partiklerne findes i næsten alle størrelser fra blot få vandmolekyler op til 100 mikrometers størrelser. Samtidig viser det sig, at en stor del af partiklerne har indfanget elektroner på deres overflade. Hele 90 procent af elektronerne fra gejserne ser ud til at være indfanget på overfladen af større partikler.

99 procent af alt materiale i universet menes at eksistere i form af plasma. Det er bl.a. derfor, at forskerne de seneste år har benyttet Saturn som supplement til laboratorier på Jorden for at undersøge, hvordan skyer af ioner og elektroner opfører sig.

Ved hjælp af rumsondens instrumenter har forskerne undersøgt, hvad der sker, når Solen sender energi ind i Saturns plasmamiljø. Det er sådanne energitilskud, som er med til at drive processer som vejret, og hvordan det magnetiske felt opfører sig. Ved at foretage undersøgelserne ved Saturn får forskerne ny viden, som kan bruges til at forstå, hvordan de tilsvarende processer og miljøer ved Jorden og andre planeter opfører sig.

De nye opdagelser åbner nye muligheder for forskere, der studerer usædvanlige egenskaber i plasma. Resultaterne er offentliggjort i to artikler i tidsskriftet Journal of Geophysical Research.