Ich möchte hiermit meinem Doktorvater und dem Leiter unser Gruppe am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Prof. Gregor Morfill, ganz herzlich gratulieren! Er hat vor einigen Tagen den James-Clerk-Maxwell-Preis für Plasmaphysik der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft gewonnen! Das ist der wichtigste Preis, der im Bereich der Plasmaphysik vergeben wird.

Gregor Morfill beobachtet das Experiment auf der ISS im Kontrollzentrum TsUP

In der Begründung werden diese Leistungen besonders erwähnt: "die Entdeckung von Plasmakristallen, die Erklärung für die komplizierte Struktur der Saturnringe und die Experimente mit staubigen Plasmen unter Mikroschwerkraftbedingungen zuerst auf Parabelflügen und dann auf der internationalen Raumstation ISS." [1]

Speichen in den Saturnringen (JPL/NASA)

Mit der komplizierten Struktur der Saturnringe sind die "Speichen" (spokes auf Englisch) gemeint, denke ich. Das sind Streifen auf den Ringen, die in den 70ern von der Voyager-Sonde entdeckt wurden und zunächst ein Rätsel darstellten. Prof. Morfill hat mit erklärt, dass sie durch geladene Teilchen in den Saturnringen entstehen, die über den Ringen schweben.

Ebenfalls aus geladenen Teilchen bestehen Plasmakristalle – geordnete Strukturen von mikrometer-großen Plastikteilchen im Plasma. Wie schon früher in diesem Blog erklärt, laden sich die Teilchen auf, wenn sie ins Plasma gegeben werden, und zwar negativ. Das liegt daran, dass die Elektronen im Plasma sich schneller bewegen als die Ionen, weil sie viel leichter sind. Sie treffen deshalb öfter auf die Plastikteilchen.

Die Mikroteilchen sind also alle gleich geladen und stoßen sich ab. Wenn die Bedingungen im Plasma entsprechend sind, bewegen sie sich so langsam, dass sie gleichmäßige Abstände zueinander einnehmen – sie bilden einen Kristall. Wenn man dann die Bedingungen des Plasmas verändert, z.B. den Druck, schmilzt der Kristall, und man kann beispielsweise beobachten, wie sich jedes einzelne Teilchen dabei bewegt.

Dabei hat man auf der Erde die Schwierigkeit, dass die Mikroteilchen so schwer sind, dass sie sich im unteren Teil der Plasmakammer ansammeln. Große, gleichförmige Strukturen erhält man nur, wenn die Gravitation irgendwie aufgehoben wird, zum Beispiel während Parabelflügen oder eben auf der Internationalen Raumstation.

[1] http://www.mpe.mpg.de/News/PR20110719/text-d.html