Plasma
Plasma är inom fysik ett aggregationstillstånd av materia. Om en gas värms tillräckligt mycket separeras elektronerna från atomkärnorna, och ett plasma bildas. Ett plasma kan sägas vara en gas av laddade partiklar, joner och elektroner. När ett ämne har hettats upp till plasma skiljs molekylernas beståndsdelar åt, det vill säga: elektronerna rör sig fritt från kärnan. Plasma är det vanligaste tillståndet hos den synliga materian i universum. På jorden förekommer plasman naturligt i blixtar, samt i tekniska apparater som lysrör och plasmaskärmar. Plasmafysik är vetenskapen om plasma. "Except near the electrodes, where there are sheaths containing very few electrons, the ionized gas contains ions and electrons in about equal numbers so that the resultant space charge is very small. We shall use the name plasma to describe this region containing balanced charges of ions and electrons.". Förutom nära elektroderna, där det finns höljen som innehåller väldigt få elektroner, så innehåller den joniserade gasen samma antal joner och elektroner så att den resulterande laddningen inom gasen är väldigt liten. Vi kommer att använda ordet plasma för att beskriva det här området med lika stora laddningar av joner och elektroner. En vanlig gas består av elektriskt neutrala partiklar (atomer och molekyler), men plasmat består alltså av elektroner och joner med elektrisk laddning. Plasman påverkas därför av elektriska och magnetiska fält mycket starkare än vanliga gaser. Likaså kan plasmat leda elektriska strömmar, och därmed ge upphov till elektriska och magnetiska fält. Eftersom de är elektriskt laddade så påverkar partiklarna i ett plasma varandra hela tiden, till skillnad från partiklarna i en vanlig gas, som bara märker av varandra när de kolliderar (se skiss härintill). Trots att plasmat består av laddade partiklar är en volym plasma normalt nästan helt elektrisk neutral, eftersom den innehåller nästan exakt lika många positivt laddade partiklar som negativt laddade partiklar (där laddningens multiplicitet också beaktats). Detta kallas kvasineutralitet. Går man ned på mycket små volymer, så att bara några få partiklar finns med i volymen, är det förstås inte så säkert att man hittar lika många positiva som negativa laddningar, på grund av rena slumpeffekter. Plasma är således inget specifikt ämne, utan markerar bara ett ämnes tillstånd. Det finns många typer av plasma: jordens översta atmosfärlager, jonosfären, kan på olika höjder beskrivas som ett kväveoxidplasma, ett syreplasma, och så vidare. Plasman som huvudsakligen består av elektroner och positiva joner betecknas elektropositiva, medan ett elektronegativt plasma huvudsakligen består av positiva och negativa joner med bara en mindre andel fria elektroner. Actionspelens plasmagevär kan illustrera ytterligare en egenskap hos plasman. Om man nu skulle lyckas skjuta ett ämne i plasmaform i mycket hög hastighet så skulle det svalna av i den omgivande luften efter ett fåtal meter och ämnet skulle övergå i gasform (dessutom så är luftmotståndet på ickesolid materia extremt högt, vilket ytterligare försvårar långdistansskott med ett tänkt plasmagevär). Plasman i luftomgivning är alltså kortlivade, till exempel blixtar. Större delen av den materia vi kan se i universum är i plasmatillstånd. Planeterna och andra fasta kroppar som asteroider och meteoroider utgör undantag, men redan ungefär 80-100 km upp i jordens atmosfär börjar jonosfären, där luften joniseras till plasma framför allt på grund av solens UV-strålning. Rymden i solsystemet är fylld av solvinden, ett plasma som ständigt strömmar ut från solen. Solen själv är huvudsakligen i plasmatillstånd. Rymden mellan stjärnorna är inte heller den helt tom. Det så kallade interstellära mediet är i huvudsak i plasmatillstånd, även om där också förekommer stora molekylära moln av neutralgas. Ämnet rymdfysik är specialinriktat på studiet av rymdplasma, framför allt inom vårt solsystem.
Plasmafysik
Plasmafysik är den gren av fysiken som studerar plasman, alltså gaser av elektriskt laddade partiklar. Plasmafysik kan vara såväl experimentell som teoretisk, och experiment kan ske i laboratorier eller i rymdplasma. Viktiga tillämpningar av plasmafysik finns inom fusionsforskning, rymdfysik och astrofysik. En detaljerad beskrivning av plasmat blir komplicerad på grund av kopplingen mellan de laddade partiklarna som utgör plasmat och de elektromagnetiska fält som de båda påverkas av och själva påverkar. Flera olika teoretiska beskrivningar används därför. Plasmafysiken behandlar vanligtvis klassiska plasman, alltså plasman där kvanteffekter inte är viktiga. Däremot kan effekter av speciell och allmän relativitetsteori ibland behöva vägas in, speciellt för plasma runt extrema astrofysikaliska objekt som neutronstjärnor och svarta hål. Plasmats fysik bestäms då i grunden av (1) hur partiklarna (elektroner och joner) rör sig i elektromagnetiska fält enligt den klassiska mekanikens rörelselagar, och (2) hur de laddade partiklarnas läge och rörelse ger upphov till elektromagnetiska fält enligt Maxwells ekvationer. Man kan alltså tycka att plasmafysik skulle kunna reduceras till det samtidiga lösandet av (1) och (2), men detta ger upphov till en stor mängd ekvationer, proportionell mot antalet partiklar i gasen. I datorsimuleringar görs faktiskt något liknande, men annars är normalt beskrivningarna nedan mer effektiva och mer användbara för att förstå vad som pågår. I fall då de dominerande elektromagnetiska fälten är pålagda utifrån, till exempel jordens magnetfält för partikelrörelse i inre magnetosfären eller det externa magnetfältet i en tokamak (ringformig fusionsreaktor), kan man dock för många fenomen strunta i steg (2) och bara lösa (1). Huvudartikel: Magnetohydrodynamik. Magnetohydrodynamiken är läran om hur ledande vätskors flöde i magnetfält och deras påverkan på dessa. MHD beskriver alltså inte bara klassiska plasman utan även vissa andra medier, till exempel flytande metaller som kvicksilver. I MHD-beskrivningen karaktäriseras plasmat av sin täthet, hastighet och konduktivitet i varje punkt och tid, och eventuellt också av sin temperatur, entropi och andra termodynamiska storheter. MHD är en mycket användbar teori, vars giltighet för plasman kan visas för fenomen på tillräckligt långa tids- och rumsskalor. Ett viktigt resultat från MHD-teori är existensen av Alfvénvågor, vilka har frekvens långt under jonernas gyrofrekvens. Vågor på högre frekvenser klarar teorin inte av, eftersom elektroners och joners olika tröghet då leder till att de rör sig på helt olika sätt. För riktigt korta tids- och rumsskalor gör de olika partikelslagens (elektroner och joner) helt olika massa och därmed tröghet att det inte går att beskriva plasmat som en enda ledande fluid. Man kan då beskriva plasmat som två fluider, uppfyllande samma volym, alltså ungefär som luften kan beskrivas som en blandning av kväve och syre. Joner och elektroner beskrivs alltså med var sitt temperatur, täthet, hastighet osv. Tvåfluidteori är mycket användbar exempelvis för enkla beskrivningar av vågor på högre frekvenser än Alfvénvågor. Grunden i en kinetisk beskrivning av plasmat är att införa en kontinuerlig fördelningsfunktion eller fasrumstäthet, som beskriver hur många partiklar det finns för varje hastighet och varje punkt i rummet. I verkligheten består ju plasmat av partiklar, så antagandet om kontinuitet är en approximation, men normalt en mycket god sådan. Kinetisk teori ger därför en kraftfull beskrivning av plasmat, men ekvationerna blir gärna komplicerade, och sin största användning har kinetiska teorin för beskrivning av vågor i plasmat. Kinetisk teori ger en komplett beskrivning av alla vågor i ett plasma, med de vågor som förutsägs av MHD- och tvåfluidteorierna som specialfall.
Nedslagskrater
En nedslagskrater, även kallad meteoritkrater eller krater, är en krater (fördjupning) som bildats vid en mindre himlakropps kollision med en större dito. Den är vanligen cirkelformad. Äldre och mindre tydliga nedslagskratrar benämns astroblem. Den större himlakroppen vid kollissionen kan vara en planet, måne eller småplanet, medan den mindre himlakroppen kan vara en meteorid, asteroid eller komet. På jorden bildas ofta en kratersjö i en sådan krater, och i större nedslagskratrar bildas ofta en ö eller till och med en ring av öar i kraterns centrum. Exempel på nedslagskratrar på jordens yta är Barringerkratern, och bland astroblem Manicouagankratern, Siljansringen och Chicxulubkratern. Nedslagskratrar finns på nästan alla himlakroppar med fast yta och eftersom antalet nedslagskratrar ökar med tiden och förändrar terrängens utseende, kan man genom att räkna antalet nedslagskratrar fastställa åldern på denna terräng. Dock uppnås med tiden en jämvikt där äldre kratrar raderas i samma takt som nya tillkommer. En projektil som faller in mot jordens yta har en hastighet på minst 11,6 km/s. Eftersom rörelseenergin växer som kvadraten på hastigheten, får projektilen mer sprängkraft än konventionellt, kemiskt sprängmedel och massiva objekt kan lätt få samma sprängkraft som en atombomb. Årligen registrerar seismografer någon explosion på flera kiloton, vanligen ute till havs. Mindre projektiler har relativt stor area i förhållande till massan och bromsas därför kraftigt ned av atmosfären. Däremot bromsas projektiler som väger mer än 1 000 ton knappt alls av atmosfären. När projektilen tränger in i atmosfären utsätts den för så hög temperatur och stort tryck att kroppar av kondrit och kolhaltig kondrit kan förstöras innan de ens nått marken. Metalliska järn-nickel-meteoriter däremot har starkare inre struktur och kan slå ned i jordskorpan i en våldsam explosion. När meteoriten når jordytan trycks luft, vatten och sten samman till en extremt het plasma. När denna plasma exploderar expanderar den med våldsam fart för att sedan snabbt kylas ned. Kraften räcker för att material ska slungas tillbaka ut i rymden där det kan färdas flera varv runt jorden innan det faller ned som sekundära meteoriter. På planeter som saknar luft kan explosionen från ett meteoritnedslag bevaras som strålar omkring kratern. Det finns dock andra teorier kring dessa strålar. Vid ett nedslag på jorden producerar energirika, kemiska processer starka syror av saltvatten och luft. Den förångade stenen i plasman kondenserar till karaktäristiska konformade droppar av glas som kallas tektiter och som med hög hastighet sprids över stora områden. Alla forskare är dock inte överens om hur tektiterna uppstått. Det största och yngsta av dessa tektitfält, det australasiska tektitfältet som bildades för omkring 700 000 år sedan, går inte att associera med någon känd nedslagskrater varken på land eller ute i havet, och man menar att ett så ungt nedslag fortfarande måste gå att spåra. Meteoritnedslag i havet kan ha vara mycket mer förödande än de på land. Kraften i nedslaget undantränger så stora mängder vatten att tsunamier uppstår. Meteoriten som slog ned i Chicxulub på Yucatánhalvön i södra Mexiko tros ha producerat tsunamivågor som var 50-100 m höga och som förflyttade föremål flera mil inåt land. Det som återstår av ett meteoritnedslag både till havs och på land är en krater, antingen en "enkel" eller en "komplex" krater. Barringerkratern i Arizona är det bäst bevarade exemplet på jorden på en enkel, skålformad krater. Dessa kratrar blir sällan större än fyra kilometer i diameter. Komplexa kratrar är större och har upphöjda centrum omgivna av en lägre dal och en trasig kraterrand. Förhöjningen i mitten beror på den rekyl som uppstår – ungefär som när en droppe faller på en vattenyta – och som genast "fryser till" då stenen kyls ned och stelnar. Listan visar kratrarna i identifieringsordning.
Antifosfolipidsyndrom
Antifosfolipidsyndrom, även känt som Hughes syndrom efter reumatologen Graham R.V. Hughes, är en störning av blodkoaguleringen, vilket orsakar blodproppar i både artärer och vener men även graviditetsrelaterade problem såsom missfall, för tidig födsel eller allvarlig havandeskapsförgiftning. Utöver detta krävs förekomst av antifosfolipid-antikroppar. Antifosfolipidsyndrom kan vara primärt, det vill säga uppstår i avsaknad av någon underliggande sjukdom, eller sekundärt, om det är associerat med en annan autoimmun sjukdom. Den vanligaste associerade sjukdomen är systemisk lupus erythematosus (SLE). Syndromet betraktas som ett autoimmunt sjukdomstillstånd, vilket innebär att immunförsvaret av misstag attackerar frisk vävnad. Hos personer med antifosfolipidsyndrom bildas onormala antikroppar som kallas antifosfolipid-antikroppar. Antifosfolipid-antikroppar är antikroppar riktade mot de fosfolipidbindande proteinerna i kroppen. Bland de tester som används för att upptäcka antifosfolipid-antikroppar ingår kardiolipinantikroppar (aCL-antikroppar) (immunoglobulin G [IgG] eller IgM), anti-beta2-glykoproteinantikroppar (GP-antikroppar) (IgG eller IgM) och lupus antikoagulant-testning. Det är framförallt vid två kliniska tillstånd som man ska misstänka antifosfolipidsyndromet. Om en person uppvisar något av dessa tillstånd eller har kliniska tecken på livedo reticularis, sjukdom i hjärtklaffarna eller neurologiska fynd såsom påverkan av kognition eller skada på den vita hjärnsubstansen, så finns det anledning att misstänka antifosfolipidsyndromet. Förekomst av annan autoimmun sjukdom, speciellt systemic lupus erythematosis (SLE), ökar sannolikheten för sjukdomen. I januari 2006 publicerades reviderade kriterier för antifosfolipidsyndromet, i vilka man delade in kriterierna i kliniska och laboratoriemässiga. Man har rätt att ställa diagnosen antifosfolipidsyndromet om minst ett av de kliniska kriterierna och ett av de laboratoriekriterier som följer är uppfyllda. 1. Vaskulär trombos: En eller flera kliniska episoder av arteriell, venös eller småkärlstromb, oavsett vävnad eller organ. Trombosen måste bekräftas genom objektiva kriterier, dvs. otvetydiga fynd som görs med hjälp av lämpliga avbildningsstudier eller histopatologi. För histopatologisk bekräftelse bör trombos föreligga utan bevis på inflammation i kärlväggen. 2. Sjuklighet i samband med graviditet. a) En eller flera oförklarliga dödsfall hos ett normalt foster vid eller bortom vecka 10, förutsatt fostret är normalt, dokumenterat via ultraljud eller genom direkt undersökning av fostret, eller. b) En eller flera för tidiga födslar av en normal foster före vecka 34 orsakat av: (i) eklmpsi eller allvarlig preeklampsi, eller ii) igenkänna funktioner för placentainsufficiens , eller. c) Tre eller flera oförklarliga, på varandra följande, spontana aborter före vecka 10 där anatomiska eller hormonella abnormiteter hos foster och moderkaka har uteslutits. 1. Lupusantikoagulantantikroppar närvarande i plasma, vid två eller flera tillfällen med minst 12 veckors mellanrum, detekterades enligt riktlinjerna för International Society on Thrombosis and Haemostasis (Scientific Subcommittee on LA:s / phospholipid-dependent antibodies). 2. Anticardiolipin antikroppar av IgG och/eller IgM-isotyp i serum eller plasma, närvarande i medium eller hög titer (dvs>, 40 GPL eller MPL eller>, 99: e percentilen) vid två eller flera tillfällen, minst 12 veckor åtskilda, mätt av en standardiserad ELISA. 3. Anti-P2 glykoprotein-I-antikropp av IgG och / eller IgM-isotyp i serum eller plasma (i titer>, 99: e percentilen), närvarande vid två eller flera tillfällen, åtminstone 12 veckors mellanrum, mätt med en standardiserad ELISA enligt rekommenderade förfaranden. Det är ännu oklart vad som får immunförsvaret att producera dessa antikroppar. Likt fallet är med andra autoimmuna sjukdomar, tros dock genetik, miljö och hormonella faktorer ha betydelse för utvecklingen av tillståndet.
