Raumplasmen

Raumplasmen sind ionisierte Gase, die den Großteil des Weltraums erfüllen. Sie bestehen hauptsächlich aus Elektronen und Ionen, oft begleitet von neutralen Teilchen, und zeigen ein überwiegend elektrisch neutral wirkendes Gesamtsystem. In Raumplasmen dominieren kollektive elektromagnetische Felder und Wellen, wodurch sich ihr Verhalten stark von neutralen Gasen unterscheidet. Aufgrund der großen Abstände zwischen Teilchen sind Raumplasmen meist schwach kollisional und müssen entweder mit der Magnetohydrodynamik (MHD) als Fluid oder mit kineticischen Beschreibungen behandelt werden.

Vorkommen und Bildung reichen von der Nähe der Sonne bis in Galaxien hinein. In der Heliosphäre existiert der Solarwind als kontinuierlich ausströmender Raumplasmastrom, der Planet magnetosphären beeinflusst und die obere Helioschicht bildet. Raumplasmen finden sich auch in der interplanetaren und interstellaren Umgebung, in Akkretionsscheiben um kompakte Objekte, in galaktischen Halos und im interstellaren Medium. Ionisation entsteht durch Sonnenlicht, kosmische Strahlung, Schockprozesse wie Supernova-Überreste oder Turbulenz. Da Dichte und Temperatur stark variieren, reichen die physikalischen Eigenschaften von extrem leichten, heißen Plasmen bis zu dichtereren, kühleren Hüllen.

Wichtige Größenordnungen umfassen Teilchen­dichten von etwa 0,001 bis über 100 Teilchen pro Kubikzentimeter und Temperaturen von wenigen Elektronenvolt bis Kiloelectronvolt, je nach Umfeld. Typische Magnetfelder bewegen sich von Mikrogauss bis einigen Mikrotes. Typische Phänomene sind Alfvén-Wellen, Plasmainstabilitäten, Turbulenz, magnetische Reconnection und Schockprozesse, die Heating, Beschleunigung und Transport von Teilchen beeinflussen.

Messungen erfolgen meist in situ durch Raumsonden und Satelliten oder indirekt über Spektroskopie und Radioteleskop-Beobachtungen. Raumplasmen spielen eine zentrale Rolle für Raumwetter, Radio-Wellenausbreitung und die astrophysikalische Dynamik von Sternentstehung bis kosmischer Teilchenleistung.