等离子体是一种特殊的电化气体，举个例子，我们把一个装满冰块的容器不断加热，当温度达到12000摄氏度时，水变成了水蒸气，原子将开始分裂。电子将从原子核中剥离，留下的是被称为离子的带电粒子，它们会盘旋在产生的电子汤中。这便是等离子状态。
在日常生活中，我们很难见到天然的等离子体。那么，为什么我们要研究等离子状态呢？其实，虽然等离子体在日常生活中不常见，但它在宇宙中，却占了可观测物质的99%以上。
当代等离子科学的最大前景之一是受控热核聚变，它指的是当原子合并在一起时释放出强烈但可控的能量爆发，这几乎能源源不断地提供安全、“绿色”的能源，但这并非一件容易的事。在聚变出现在地球上之前，等离子体必须加热到超过1亿摄氏度的温度，这一温度比太阳的核心还要高10倍。但温度并不是最难解决的问题，在20世纪90年代，我们就能达到并超过这一温度；更棘手的问题是，热等离子体非常不稳定，且不喜欢待在一个固定的体积内，这就意味着它难以被控制和利用。
20世纪50年代初，苏联的科学家研发了一种名为“托卡马克”的装置。这台机器利用强大的磁场，将热等离子体变成甜甜圈的形状，能够更好地维持等离子体的高温和稳定，直到今天，大多数聚变研究项目都是依赖于托卡马克的设计。为了实现这一目标，中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国已经联合起来，要共同建立一个世界上最大的托卡马克反应堆，这一计划预计能在2025年建成。
此外，来自太阳上层大气产生的超高速太阳风，会将等离子体携带到地球周围，因此等离子体也与地球周围空间里的物理纠缠在一起。幸运的是，地球的磁场能使我们远离这些带电的等离子体粒子以及来自太阳风辐射的伤害；但我们的卫星、航天器和宇航员却都暴露在外。要让他们能在这种充满敌意的环境中生存，还需依赖于我们对等离子体的理解和调节。
最后，等离子体有助于我们解释那些在宇宙最远处观测到的一些极为壮观的现象。就拿遥远的黑洞来说，我们对这种密度极其致密、即使光也无法从中逃脱的大质量天体几乎无法进行直接观察。然而，通常来说黑洞外有一圈旋转的等离子体物质盘，它们在黑洞的引力下绕其旋转，并发射可在X射线波段中观测到的高能光子，为我们揭示了这种极端环境中的某些信息。
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