När rymdfarkoster och satelliter färdas genom rymden möter de små, snabbrörliga partiklar av rymddamm och skräp. Om partikeln färdas tillräckligt snabbt, dess påverkan verkar skapa elektromagnetisk strålning (i form av radiovågor) som kan skada eller till och med inaktivera farkostens elektroniska system.

En ny studie publicerad denna vecka i tidskriften Plasmas fysik , använder datorsimuleringar för att visa att molnet av plasma som genereras från partikelns påverkan är ansvarig för att skapa den skadliga elektromagnetiska pulsen. De visar att när plasman expanderar in i det omgivande vakuumet, jonerna och elektronerna färdas med olika hastigheter och separeras på ett sätt som skapar radiofrekventa emissioner.

"Under de senaste decennierna har forskare studerat dessa hyperhastighetseffekter och vi har märkt att det finns strålning från nedslagen när partiklarna går tillräckligt snabbt, " sa huvudförfattaren Alex Fletcher, nu postdoktor vid Boston University Center for Space Physics. "Ingen har riktigt kunnat förklara varför det är där, var den kommer ifrån eller den fysiska mekanismen bakom den."

Studien är ett steg mot att verifiera teorin om seniorförfattaren Sigrid Close, docent i flygteknik och astronautik vid Stanford University. År 2010, Close och kollegor publicerade den initiala hypotesen att hyperhastighetseffektplasma är ansvariga för ett fåtal satellitfel.

För att simulera resultaten från ett plasma med hypervelocity, forskare använde en metod som kallas partikel-i-cell-simulering som gör att de kan modellera plasman och de elektromagnetiska fälten samtidigt. De matade simuleringsdetaljerna från en tidigare utvecklad hydrokod - ett beräkningsverktyg som de använde för att modellera den flytande och fasta dynamiken i nedslaget. Forskarna lät simuleringen utvecklas och beräknade strålningen som produceras av plasman.

När en partikel träffar en hård yta med höga hastigheter, det förångar och joniserar målet, släpper ut ett moln av damm, gas och plasma. När plasman expanderar in i det omgivande vakuumet (av rymden), dess densitet sjunker och den går in i ett kollisionsfritt tillstånd där dess partiklar inte längre interagerar direkt med varandra.

I den aktuella studien, forskarna gör antagandet att elektronerna i denna kollisionsfria plasma sedan färdas snabbare än de större jonerna. Deras simulering förutspår att denna storskaliga laddningsseparation genererar strålningen. Modellens resultat överensstämmer med Closes initiala teori, men förutspår en högre frekvens för utsläppet än vad forskare har upptäckt experimentellt.

Författarna påpekar att antagandet att elektronerna rör sig en masse när de separeras från jonerna förtjänar mer noggrann uppmärksamhet. Gruppen bygger nya simuleringar för att testa om övergången till ett kollisionsfritt tillstånd är tillräckligt för att skapa separationen.

Fletcher noterar också att de har försummat att redogöra för dammet.

"Stöten skapar dammpartiklar som interagerar med plasman, " sade Fletcher. Dynamiken i dessa "dammiga plasma" är ett område för framtida forskning.

Nästa steg i arbetet är att använda simuleringen för att kvantifiera strålningen som genereras så att de kan bedöma hotet mot satelliter, och utarbeta sätt att skydda satelliter och rymdfarkoster från meteoroider och skräp från omloppsbanan.

"Mer än hälften av elektriska fel är oförklarade eftersom det är mycket svårt att göra diagnostik på en satellit som misslyckas i omloppsbana, "Sade Fletcher. "Vi tror att vi kan tillskriva några av dessa misslyckanden till denna mekanism."