它為電影《流浪地球》中的地球發(fā)動機提供強大反沖力。
它占宇宙中物質(zhì)總量99%以上，是物質(zhì)存在的主要形式。
它具有優(yōu)良的電磁性質(zhì)，在軍事領(lǐng)域應用潛力驚人。
近來，國產(chǎn)科幻電影《流浪地球》熱播，有關(guān)專家和觀眾對此紛紛點贊，認為它開啟了中國電影的“科幻元年”。
這部影片設定在2075年，以太陽內(nèi)核急速老化不斷膨脹即將吞沒地球為時代背景。為了逃脫被太陽吞噬的災難，人類開啟“流浪地球”計劃，試圖帶著地球一起逃離太陽系，將其遷移到距太陽系最近的比鄰星系，成為其中的一顆衛(wèi)星。
人類舉全球之力，在亞洲和美洲大陸上修建了1.2萬臺地球發(fā)動機。這種高達11000米的地球發(fā)動機的基本原理是：以巖石為燃料，利用巖石中的硅等重元素進行核聚變反應，從而產(chǎn)生高溫高壓高能的等離子體流，通過等離子體流噴射產(chǎn)生的巨大反沖力，推動地球遷徙，尋找新的家園。等離子體流無疑成為影片中拯救人類的一大“功臣”。
電影是科幻的，但等離子體是一種真實的客觀存在，的確有一定的“魔力”?，F(xiàn)在，就讓我們以嚴謹?shù)目茖W態(tài)度揭開它神秘的面紗。
“超級大戶”主宰宇宙
提起“等離子體”這個名字，是不是感覺有點“高大上”？它，含有的正負電荷總量相等，是一種電離了的氣體。在自然界中，固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，是物質(zhì)存在的3種形式，而等離子體則是有別于這3種形態(tài)的第4種基本形態(tài)。
那么，等離子體是怎樣產(chǎn)生的呢？等離子體又稱為“電漿”或“離子漿”，是由大量正離子、負離子、電子、自由基和各種活性基團等帶電粒子構(gòu)成的電中性集合體。由于這種“電漿”中的正負電荷總量相等，所以叫做“等離子體”。美麗多彩的霓虹燈、熾熱的火焰、光輝奪目的閃電以及絢爛壯觀的極光，都是等離子體現(xiàn)象。電影中上萬臺地球發(fā)動機噴口噴射出藍白色強光，形成的一根根巨型光柱，就是在核聚變形成的高能量密度物理條件下產(chǎn)生的高溫等離子體流。
在地球上，等離子體物質(zhì)遠比固體、液體、氣體物質(zhì)少。然而，在整個宇宙中，等離子體占據(jù)著99%以上的物質(zhì)總量，廣泛存在于星際空間、恒星內(nèi)部、地球電離層等自然環(huán)境中，是物質(zhì)存在的主要形式，幾乎主宰著整個宇宙。
地球上的等離子體，雖然比固體、液體、氣體物質(zhì)少，卻容易人工制造。目前，較為成熟的等離子體產(chǎn)生方法，是將普通氣體用射線輻照、加熱到足夠高的溫度或加強電磁場，使得氣體原子的外層電子由于運動加速或受力，而脫離原子成為自由電子。這樣，原來的中性氣體因電離，就變成了由帶正電的離子、帶負電的電子以及部分未電離的原子組成的一團均勻的“漿糊”，即“電漿”，這團“漿糊”就是正負電荷總量相等的等離子體。比如，在化工、能源、材料和冶金等領(lǐng)域常見的電暈、輝光以及電弧等放電反應，均會產(chǎn)生等離子體。
特性神奇與眾不同
以物質(zhì)第4種形態(tài)存在的等離子體，與固體、液體、氣體等普通物質(zhì)相比，有著與眾不同的神奇特性。主要體現(xiàn)在以下3個方面：
參數(shù)范圍很大。等離子體的參數(shù)可以在數(shù)個數(shù)量級之間變化。例如，它的溫度可以跨越7個數(shù)量級，密度跨越更是達到約25個數(shù)量級。在這么大的參數(shù)范圍內(nèi)，等離子體的物理性質(zhì)都會顯現(xiàn)，盡管它有幾個數(shù)量級的數(shù)值范圍，但性質(zhì)相似。
具有集體效應。等離子體具有很強的“集體主義”和注重協(xié)調(diào)一致的“團隊精神”，這是它和其他物態(tài)的根本區(qū)別。普通物質(zhì)由不帶電的分子構(gòu)成，分子間的作用力來源于分子的直接碰撞。而等離子體由帶電粒子構(gòu)成，帶電粒子之間有長程的電磁相互作用力。帶電粒子運動時，可通過長程力聯(lián)系起來，引起正電荷或負電荷的局部分布，形成一個個小“團體”，從而增強了“行動”的協(xié)調(diào)性和統(tǒng)一性，極大提高其“戰(zhàn)斗力”，內(nèi)部也因此存在多種集體振蕩模式。
能夠局域帶電。等離子體雖然在整體上是電中性的，但是由于集體效應形成電荷的局部分布，它在空間小尺度上是帶電的，具有微觀電磁場。其內(nèi)部的微觀電磁場會影響帶電粒子的運動，并伴有極強的熱輻射和熱傳導。而等離子體與電磁場又存在極強的耦合作用，因而具有很高的電導率，內(nèi)部存在多種集體振蕩模式，能被磁場約束作回旋運動。一些等離子體還具有良好的電磁波響應性質(zhì)。此外，等離子體能以電磁波反射體形式,對電磁波產(chǎn)生干擾作用，使電磁波往返途徑彎曲。
由此可見，以物質(zhì)第4種形態(tài)存在的等離子體擁有優(yōu)良的電磁性質(zhì)。
軍事應用潛力驚人
等離子體具有優(yōu)良的電磁性質(zhì)，這就決定了它具有極高的應用價值，其相關(guān)技術(shù)和工藝被廣泛應用于照明、顯示、醫(yī)療、噴涂、通信及半導體器件制造等行業(yè)中。在國防和軍事領(lǐng)域，它更是有著極大的應用前景，甚至是一種重要的國防資源。
近地空間等離子體環(huán)境數(shù)據(jù)應用廣闊。當今世界，近地空間在軍事領(lǐng)域中的地位和作用日益顯現(xiàn)，成為各主要軍事強國紛紛爭奪的新高地。目前，幾乎所有的洲際彈道導彈和潛射彈道導彈以及全球40%的航天飛行器，都運行于近地空間。地球電離層等離子體以及日地空間中的等離子體狀態(tài)，對于航天器及導彈的正常飛行有重大的影響。比如，空間磁暴和地球電離層擾動，會干擾電磁波傳播和遠距離微波通信；太陽活動引起的地磁風暴，能夠致盲航天器上的傳感器并干擾機載電子設備；日冕物質(zhì)拋射或由太陽耀斑加速的高能粒子，可破壞航天器電子設備，甚至對宇航員的健康與生命安全造成威脅。人類要利用好近地空間，就必須以空間和地面觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對日地空間及電離層的等離子體形態(tài)結(jié)構(gòu)建立數(shù)值模型，研究并預測近地空間等離子體環(huán)境特性及變化規(guī)律，以保護通信導航、衛(wèi)星、航天器等系統(tǒng)的正常運行，提高近地空間的管控和開發(fā)水平。
激光等離子體加速器潛能巨大。與傳統(tǒng)加速器技術(shù)相比，激光等離子體加速器的加速梯度能夠提高上千倍，可以在厘米尺度上把帶電粒子加速到10億電子伏的高能量，具有小型化、低成本的獨特優(yōu)勢。加速器技術(shù)在國防工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛而深入的應用。激光等離子體加速器與微型波蕩器的結(jié)合，能夠有效產(chǎn)生高亮度的X射線、γ射線、太赫茲等多種輻射，具有小型化、波段寬、亮度高的優(yōu)點，可以應用于慣性約束核聚變中的靶丸狀態(tài)診斷、庫存武器無損檢測和爆炸物鑒別。
等離子體隱身技術(shù)性能優(yōu)越。利用等離子體發(fā)生器，在飛機表面形成一層等離子云，設計等離子體的能量、電離度、振蕩頻率和碰撞頻率等特征參數(shù)，使照射到等離子云上的雷達波一部分被吸收，一部分改變傳播方向，回波被有效減少，雷達難以探測，以達到隱身的目的。還能通過改變反射信號的路徑，使敵方雷達測出錯誤的飛機位置和大小而迷惑敵人。與吸波材料等隱身技術(shù)相比，等離子體隱身技術(shù)具有吸收頻帶寬、隱身效果好、無需改變飛行器外形等優(yōu)點。據(jù)報道，采用該技術(shù)的飛行器被敵方發(fā)現(xiàn)的概率可降低99%。
此外，利用等離子體替代金屬可實現(xiàn)無線電信號的發(fā)射與接收，形成一種氣態(tài)可重構(gòu)天線技術(shù)。這種等離子體天線，即使在工作狀態(tài)也不會反射普通的雷達波，它的寬帶和可重構(gòu)性能特別適用于擴頻、跳頻等主動隱身技術(shù)。而高壓脈沖等離子體天線能夠?qū)崿F(xiàn)大功率輸出，可解決目前微波天線設計中的大功率問題，同時具有抗干擾能力強、容易操控、結(jié)構(gòu)輕巧等優(yōu)點。
來源：解放軍報
原標題：軍校專家為你揭秘《流浪地球》里的等離子體：第四種物質(zhì)存在形態(tài)