tutkimus on arvaamaton prosessi. Joskus päätyy tekemään siistin löydön, jota ei osannut odottaa. Olen äskettäin paljastui perustavanlaatuinen ominaisuus valosapelit (aivan oikein – mahtava aseita Star Wars) tehdessäni säännöllistä plasmafysiikan tutkimusta. Huomasin, että vaikka valosapelin rakentaminen on teoriassa mahdollista, on todennäköistä, että se olisi vaarallisin koskaan luotu ase – sekä tekijälle että uhrille.

Tähtien sodan kanssa: The Force Awakens julkaistaan DVD jälkeen rikkoa kaikenlaisia ennätyksiä lipputulot, ajattelin, että se oli hyvä aika jakaa uutisia.

nimestä huolimatta Tähtien sota-kaanonissa on todettu, että nämä jedien muinaiset aseet eivät todellisuudessa ole lasermiekkoja vaan plasmateriä. Plasma tunnetaan usein ”neljäntenä aineen olomuotona” kiinteiden, nestemäisten ja kaasujen lisäksi, jotka tunnemme täällä maapallolla. Plasmat ovat kuitenkin kaikkeuden näkyvän aineen ylivoimaisesti yleisin tila (pois lukien salaperäinen ”pimeä aine” tai ”pimeä energia”), joka käsittää noin 99%.

plasmat eroavat muista tiloista siinä, että ne koostuvat sähköisesti varautuneista hiukkasista – irrallisista elektroneista (negatiivisesti varautuneista) ja atomeista, jotka ovat menettäneet elektroneja (positiivisesti varautuneita), vaikka niillä ei ole kokonaisvarausta. Mikä tahansa liikkuva sähkövaraus, esimerkiksi plasman sisällä oleva, luo magneettikenttiä ja sitä voidaan myös manipuloida magneetti – tai sähkökentillä-toisin kuin neutraalia kaasua.

magneettikentät ovat avain plasman pitämiseen terässä, ne voivat kumota painetta, jota kuuma plasma yrittää laajentaa ympäristöönsä. Tämä on juuri yksi niistä lähestymistavoista, joita on kehitetty yritettäessä valjastaa ydinfuusiovoimaa, jossa atomiytimet (atomit, joilla ei ole elektroneja) törmäävät muodostaen uuden ytimen vapauttaen samalla valtavia määriä energiaa.

fuusio vaatii uskomattomia lämpötiloja, jotta positiivisesti varautuneet atominukleii voivat voittaa taipumuksensa hylkiä toisiaan. Luomme näitä kuumia plasmoja donitsin muotoisissa fuusioreaktoreissa (”tokamak”), jotka käyttävät voimakkaita sähkömagneetteja reaktorin seinissä pitääkseen tämän plasman loitolla. Suurin näistä koereaktoreista on ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), jonka rakentaminen päättyy vuonna 2019 ja jonka tavoitteena on vihdoin pystyä tuottamaan enemmän energiaa fuusion kautta kuin mitä käytetään itse plasman luomiseen, ylläpitämiseen ja ohjaamiseen.

salaperäinen hehku

on kaksi tapaa, joilla plasmat voivat lähettää valoa. Ensimmäinen on olemalla uskomattoman kuuma. Esimerkiksi aurinko on kuumien plasmojen pallo, jonka lämmönlähde on peräisin sen ytimessä tapahtuvasta fuusiosta. Kaikki kuumat kappaleet lähettävät sähkömagneettista säteilyä tietyillä aallonpituuksilla. Niiden koettu väri riippuu yksinomaan niiden lämpötilasta, ja se vaihtelee punaisesta matalampiin lämpötiloihin ja sinisestä korkeampiin lämpötiloihin. Tämä on todennäköisesti valosapelin hehkun lähde-jos haluat todella vaarallisen valosapelin, tarvitset sinisen.

toinen tapa, jolla plasmat saattavat hehkua, on hyvin samankaltainen kuin loisteputken toiminta. Virtaamalla sähkövirtaa plasman läpi elektronit voivat törmätä positiivisesti varautuneisiin atomeihin (dubattuihin ioneihin), mikä nostaa niiden energiaa. Se on samanlainen kuin poimimalla pallo maasta ja asettamalla se yhdelle monista hyllyistä – tämä nostaa pallon potentiaalienergiaa, jolloin hyllyt edustavat ionien energiatasoja. Luonto on kuitenkin luonnostaan laiska ja pyrkii aina palaamaan mahdollisimman alhaiseen energiatilaan. Lopulta pallo rullaa hyllyltä putoaen takaisin maahan. Ionit tekevät tämän vapauttamalla ylimääräisen energiansa valona – mikä voisi luoda valosapelin hehkun. Tämä valo on tietyn värinen riippuen plasman koostumuksesta.

vaikka valosapelit näyttävät fysiikan kannalta mahdollisilta, tällaisen laitteen tehovaatimukset olisivat valtavat, varsinkin kun otetaan huomioon, että sen on oltava pienen valosapelikahvan sisällä. Valosapelien toteuttaminen vaatisi valtavia teknologisia edistysaskeleita. Mutta vielä suurempi ongelma syntyisi, jos joskus kävisi valosapelitaistelu, kuten elokuvissa.

voimakkaat magneettiset vaikutukset

magneettinen uudelleenyhdistyminen on plasmafysiikan perusluonteinen prosessi, joka voi tapahtua, kun eri magneettikentillä varustetut plasmat törmäävät toisiinsa. Kun kunkin plasman magneettikentät tulevat lähelle toisiaan, koko magneettikenttäviivojen kuvio muuttuu ja kaikki muuttuu uuteen magneettiseen muotoon – vapauttaen valtavia määriä energiaa.

tämä lähinnä ruokkii revontulia tai revontulia – aurinkotuulen energia vapautuu, kun nämä hiukkaset törmäävät plasmaan maan magneettikentän sisällä tietyissä olosuhteissa.

tutkimuksistamme, joissa kartoitimme olosuhteita, joissa uudelleensijoittuminen voi tapahtua avaruudessa, pystyin oivaltamaan ongelman valosapelitaisteluissa. Kahden plasmaterän yhteentörmäyksessä on lähes mahdotonta välttää magneettista uudelleenlinkitystä, jonka seurauksena molempien sapelien sisältämä plasma vapautuu räjähdysmäisesti. Tämä merkitsisi sitä, että jos olisit valosapelitaistelussa, sekä sinun että vastustajasi ruumiinosat olisivat höyrystyneet yhdessä yhteenotossa!

ehkä tulevien kahden Star Wars-elokuvan tekijöiden kannattaisi panna merkille … sitten taas kuka tietää, miten ”voima” oikeasti toimii?