L'universo è fatto di plasma, che è facilmente influenzato da campi magnetici e forze, che porta a comportamenti complessi. I plasmi si trovano in tutto il sistema solare in luoghi come la magnetosfera planetaria, vento solare e nelle code delle comete.

I campi magnetici allungati dai flussi di plasma determinano un aumento della componente del campo lungo il flusso di plasma. Questi campi sono frequentemente osservati nello spazio. Al contrario, gli scienziati nei laboratori terrestri vedono spesso i campi magnetici diminuiti dal plasma a causa del suo diamagnetismo. Ciò implica che il plasma può generare un campo magnetico nella direzione opposta a quella applicata in modo che le linee di campo divergano.

I ricercatori dell'Università di Tohoku hanno cercato di scoprire come il flusso di plasma è influenzato dal suo ambiente tramite esperimenti di laboratorio, e hanno fatto progressi nella ricerca verso un propulsore al plasma senza elettrodi per la propulsione di veicoli spaziali.

Esistono molti metodi di propulsione dei veicoli spaziali, e mentre tutti hanno i loro pro e contro, la propulsione elettrica è ormai matura e ampiamente utilizzata. I propulsori al plasma alimentati elettricamente possono fornire una grande densità di spinta senza la necessità di esporre gli elettrodi al plasma, che riduce i danni da erosione nel tempo.

Sebbene quasi tutti i veicoli spaziali utilizzino razzi chimici per il lancio, una volta che l'hardware è nello spazio, è necessaria la propulsione per manovrare l'imbarcazione per il mantenimento dell'orbita, missioni di rifornimento ed esplorazione dello spazio. Qui, propulsione elettrica, con la sua maggiore velocità di scarico, è preferito, poiché in genere utilizza meno propellente rispetto ai razzi chimici. Perché è difficile effettuare riparazioni generali sui veicoli spaziali una volta che hanno lasciato la Terra, l'affidabilità dei loro componenti interni è essenziale per le missioni a lungo termine.

Alcuni nuovi concetti per i propulsori al plasma comportano un campo magnetico in espansione chiamato ugello magnetico (MN), dove il plasma viene accelerato spontaneamente per spingere un veicolo spaziale quando esaurito nello spazio.

La forza indotta da MN che spinge il veicolo spaziale è stata dimostrata in esperimenti di laboratorio e ha origine nel plasma che induce il campo magnetico nella direzione opposta a quella applicata. Funziona come magneti con N poli rivolti:uno respingerà l'altro. Nello stesso modo, il plasma nel MN propulsivo sostanzialmente diverge dal campo magnetico. Ma poiché i campi magnetici sono chiusi e rivolti verso l'astronave, il plasma, influenzato dal campo, torna indietro, azzerando la spinta netta.

Per superare questo problema, i ricercatori propongono uno scenario in cui le linee del campo magnetico sono allungate all'infinito dal flusso di plasma. Fino ad ora, la maggior parte degli esperimenti di laboratorio si è concentrata sul MN divergente piuttosto che sul campo allungato.

Nel loro laboratorio alla Tohoku University, Kazunori Takahashi e Akira Ando hanno osservato con successo la transizione spaziale tra i due stati del plasma che divergono e allungano il MN. Qui, hanno identificato la transizione quando l'allungamento del campo è stato rilevato nella regione a valle del MN, considerando che lo stato del plasma divergente il MN (cioè, generazione di spinta da parte del MN) era ancora mantenuta nella regione a monte del MN.

Questo risultato potrebbe implicare che il flusso di plasma può dirigere il campo magnetico nello spazio mantenendo la generazione di spinta da parte del MN. Sebbene si sia pensato che l'allungamento del campo magnetico si verificasse quando il flusso di plasma raggiunge una velocità specifica, chiamata velocità di Alfvén, l'esperimento mostra che in realtà si verifica a una velocità più lenta del previsto.

La variazione dell'intensità del campo è solo una piccola percentuale dell'intensità del campo magnetico applicata per ora, ma questo è un primo passo significativo per superare il problema del distacco del plasma dal MN nel propulsore al plasma. Per di più, questo esperimento fornisce alcuni indizi sul comportamento del plasma in diversi ambienti, colmare il divario tra il laboratorio e il mondo naturale.

Ulteriori esperimenti dettagliati su una vasta gamma di parametri, sono ancora necessarie la modellazione teorica e la simulazione numerica.

Informazioni dettagliate possono essere trovate nel documento pubblicato da Lettere di revisione fisica .