thumb|300px|Zorza na Saturnie, której czerwonawy kolor jest charakterystyczny dla plazmy zjonizowanego wodoruAstronomy Picture of the Day: 23 December 2001 (NASA).. Zasilane przez odpowiedniki prądów Birkelanda, strumienie naładowanych cząstek z materii międzyplanetarnej oddziałują z polem magnetycznym planety i spływają w kierunku biegunówIsbell J., Dessler A.J., Waite J.H., „Magnetospheric energization by interaction between planetary spin and the solar wind” (1984) Journal of Geophysical Research, Volume 89, Issue A12, s. 10715–10722.. Podwójne warstwy są powiązane z frędzlami prądówTheisen, William L. „Langmuir Bursts and Filamentary Double Layers in Plasmas.” (1994) Ph.D Thesis U. of Iowa, 1994.Deverapalli C.M., Singh N., Khazanov I., „Filamentary Structures in U-Shaped Double Layers” (2005) American Geophysical Union, Fall Meeting 2005, abstract #SM41C-1202., a ich pola elektryczne przyśpieszają jony i elektronyBorovsky, Joseph E. „Double layers do accelerate particles in the auroral zone” (1992) Physical Review Letters (ISSN 0031-9007), vol. 69, no. 7, Aug. 17, 1992, s. 1054–1056.. Warstwa podwójna – struktura w plazmie złożona z dwóch równoległych warstw o przeciwnych ładunkach. Arkusze ładunku wytwarzają silne pole elektryczne i odpowiednio gwałtowne zmiany w woltażu. Jony wpadające w warstwę podwójną są przyspieszane, spowalniane lub odbijane przez pole elektryczne. Ogólnie, warstwy podwójne (które bywają raczej zakrzywione niż płaskie) oddzielają obszary plazmy o nieco odmiennej charakterystyce. Warstwy podwójne można znaleźć w wielu rodzajach plazmy, od tub wyładowaniowych przez plazmę kosmiczną do prądów Birkelanda zasilających Ziemską zorzę polarną, oraz są szczególnie widoczne w plazmie przenoszącej prąd. W porównaniu z tworzącą je plazmą, warstwa podwójna jest raczej cienka (z reguły dziesięć długości Debye’a), w zakresie od paru milimetrów w przypadku plazmy laboratoryjnej, do tysięcy kilometrów w plazmie kosmicznej.

Inne nazwy warstwy podwójnej to elektrostatyczna warstwa podwójna, elektryczna warstwa podwójna, plazmowa warstwa podwójna, udar elektrostatyczny (rodzaj warstwy podwójnej ustawionej pod kątem do pola magnetycznego w taki sposób, że prostopadłe pole elektryczne jest znacznie silniejsze od równoległego)Temerin M., Mozer F.S., „Double Layers Above the Aurora” (1987) NASA Conference Publication, #2469., kosmiczna warstwa ładunkuBlock L.P., „A double layer review” (1978) Astrophysics and Space Science, vol. 55, no. 1, May 1978, s. 59–83.. W fizyce laserowej, warstwa podwójna nazywana jest czasem ambipolarnym polem elektrycznymBulgakova, Nadezhda M. et al., „Double layer effects in laser-ablation plasma plumes”, Physical Review E (Statistical Physics, Plasmas, Fluids, and Related Interdisciplinary Topics), Volume 62, Issue 4, October 2000, s. 5624–5635.. Warstwa podwójna jest konceptualnie powiązana z pojęciem ‘otoczki’ (patrz otoczka Debye’a).

Symbol reprezentujący warstwę podwójną w obwodzie elektrycznym to ––––DL––––. Gdy obecny jest prąd sieciowy, wówczas DL jest zorientowany z bazą L w linii w kierunkiem prąduDouble Layers in Astrophysics, NASA Conference Publication 2469 (NASA CP-2469), (1987) Edited by Alton C. Williams and Tauna W. Moorhead..

Omówienie warstw podwójnych w kosmosie, eksperyment oraz symulacja jest zamieszczona we wstępie do odnośnikaMeige A., „Numerical modeling of low-pressure plasmas: applications to electric double layers”. Ph.D Thesis, The Australian National University, 2006..

Klasyfikacja warstwy podwójnej thumb|300px|silnik Halla. Pole elektryczne wykorzystywane w silnikach plazmowych (szczególnie w Helicon Double Layer Thruster) mogą przyjmować postać warstw podwójnychPatrz: „Helicon Double Layer Thrusters”, ResearchGate; „ESA accelerates towards a new space thruster” (2005).. Warstwy podwójne są klasyfikowane w następujący sposób: Słabe i mocne. Siła warstwy podwójnej jest wyrażana jako współczynnik różnicy potencjałów w porównaniu z plazmowym odpowiednikiem energii cieplnej lub w porównaniu z masą spoczynkową energii elektronów. Warstwa podwójna jest silna, gdy spadek potencjału w jej przekroju jest większy od energii cieplnej komponentów plazmy. Oznacza to, że dla warstwy podwójnej istnieją cztery różne składniki plazmy: Elektrony przybywające od strony niskiego potencjału, które są przyspieszane; Jony przybywające od strony wysokiego potencjału, które są przyspieszane; Elektrony przybywające od strony wysokiego potencjału, które są spowalniane i odbijane; oraz Jony przybywające od strony niskiego potencjału, które są spowalniane i odbijane. Należy zauważyć, że w przypadku słabych warstw podwójnych, elektrony i jony przybywające ze „złej” strony są spowalniane, aczkolwiek większość z nich nie zostaje odbita, jako że spadek potencjału nie jest dosyć duży. „Relatywistyczne” i „nierelatywistyczne” warstwy podwójne. O warstwie podwójnej mówimy, że jest relatywistyczna, jeśli spadek potencjału jest tak duży, że osiągnięta energia cząstek jest większa niż energia masy spoczynkowej elektronu. Rozkład ładunku w relatywistycznej warstwie podwójnej jest taki, że gęstość ładunku jest umiejscowiona w dwóch bardzo cienkich warstwach, a wewnątrz warstwy podwójnej gęstość jest stałą i bardzo mała w porównaniu z resztą plazmy. Z tego względu rozkład ładunków jest bardzo podobny do tego w kondensatorze. Jako szczególny przypadek relatywistycznej warstwy podwójnej można wskazać lukę próżniową w magnetycznej biegunowej koronie pulsara. Warstwy podwójne przenoszące prąd i nieprzenoszące prądu. Warstwy podwójne przenoszące prąd są generowane przez niestabilności w plazmie przenoszącej prąd, które zasilają zmienność w gęstości. Warstwa podwójna nie przenoszące prądu tworzy się jako interfejs pomiędzy dwoma obszarami plazmy o różnych charakterystykach a jej pole elektryczne tworzy stan równowagi pomiędzy penetracją przez elektrony z któregokolwiek kierunku (zatem prąd sieciowy jest niski).

Formowanie się warstwy podwójnej thumb|320px|Formowanie się warstwy podwójnej. Gorętsze elektrony poruszające się w stronę chłodniejszej plazmy (Diagram 1, góra) powodują nierównowagę ładunków, co powoduje powstanie warstwy podwójnej zdolnej do przyspieszania elektronów przez swój przekrój (Diagram 2, dół). Istnieją dwa rodzaje warstwy podwójnej, z których każdy inaczej się tworzy:

Warstwa podwójna przewodząca prąd Warstwa podwójna przewodząca prąd może powstać w plazmie przewodzącej prąd. Za ich tworzenie się mogą odpowiadać różne niestabilności. Jednym z przykładów jest niestabilność Bunemana, mająca miejsce, gdy prędkość strumieniowa elektronów (gęstość prądu dzielona przez gęstość elektronową) przekracza elektronową prędkość termiczną plazmy. Warstwy podwójne (i inne struktury przestrzeni fazowych) często formują się w nieliniowej fazie niestabilności. Jednym ze sposobów unaocznienia niestabilności Bunemana jest opisanie, co się stanie, kiedy prąd (w formie zero temperaturowej wiązki elektronów) przekracza rejon o zmniejszającej się gęstości jonów. Aby zapobiec kumulacji ładunku, prąd w układzie musi być wszędzie taki sam (model jednowymiarowy). Gęstość elektronów również ma być bliska gęstości jonów, więc następuje spadek ich gęstości. Elektrony muszą być więc przyspieszone w stronę dziury gęstościowej, aby zapewnić tą samą gęstość prądu przy obniżonej gęstości przenoszonego ładunku. To oznacza, że dziura gęstości znajduje się w wysokim potencjale elektrycznym. W rezultacie jony są odpychane od dziury, co napędza perturbacje w gęstości. Jest to sytuacja podwójnej warstwy podwójnej, której jedna strona będzie najpewniej uniesiona przez plazmę, pozostawiając klasyczną warstwę podwójną. Jest to proces, w którym warstwy podwójne są wytwarzane wzdłuż planetarnych pól magnetycznych, w tak zwanych prądach Birkelanda.

Warstwa podwójna nie przewodząca prądu Warstwy podwójne nie przewodzące prądu występują na granicy obszarów plazmy o odmiennych właściwościach. Rozważmy plazmę rozdzieloną na dwie części płaszczyzną, która ma wyższą temperaturę elektronów po jednej stronie niż po drugiej. Oznacza to, że elektrony po jednej stronie mają większą prędkość termiczną. Elektrony mogą swobodnie przepływać w każdym kierunku a przepływ elektronów z cieplejszej plazmy do chłodniejszej będzie większy niż z chłodniejszej do cieplejszej, ponieważ elektrony z cieplejszej plazmy mają większą średnią prędkość. Ponieważ znacznie więcej elektronów wchodzi w chłodną plazmę niż ją opuszcza, część jej ładuje się ujemnie. Skutkiem tego cieplejsza plazma ładuje się dodatnio. Powstaje pole elektryczne rozpędzające elektrony w stronę cieplejszej plazmy, redukując przepływ sieciowy. Na końcu, pole elektryczne buduje się, dopóki ruch elektronów w każdym kierunku jest jednakowy, a więc budowanie ładunku w obydwu obszarach jest wzbraniane. Spadek potencjału jest w gruncie rzeczy identyczny jak różnica w energii termicznej pomiędzy oboma regionami plazmy, więc taka podwójna warstwa jest minimalnie silna.

thumb|center|400px|Podsumowanie formowania się warstwy podwójnej. Warstwy podwójne formują się na cztery główne sposobySingh Nagendra, Thiemann H., Schunk R.W., „Electric Fields and Double Layers in Plasmas (1987) Double Layers in Astrophysics, Proceedings of a Workshop held in Huntsville, Ala., 17–19 Mar. 1986. Edited by Alton C. Williams and Tauna W. Moorehead. NASA Conference Publication, #2469”.

Mechanizm formowania się warstwy podwójnej thumb|300px|Księżyc. Przewidywanie istnienia księżycowej warstwy podwójnejBorisov N., Mall U., „The structure of the double layer behind the Moon” (2002) Journal of Plasma Physics, vol. 67, Issue 04, s. 277–299. zostało potwierdzone w 2003 rokuHalekas J.S., Lin R.P., Mitchell D.L., „Inferring the scale height of the lunar nightside double layer” (2003) Geophysical Research Letters, Volume 30, Issue 21, s. PLA 1-1. (PDF).. W cieniu, Księżyc ładuje się ujemnie w materii międzyplanetarnejHalekas J.S et al., „Evidence for negative charging of the lunar surface in shadow” (2002) Geophysical Research Letters, Volume 29, Issue 10, s. 77–81.. Szczegóły mechanizmu formowania się warstwy podwójnej zależą od środowiska plazmowego (np. warstwa podwójna w laboratorium, jonosferze, wietrze słonecznym, fuzji etc.). Proponowane mechanizmy obejmują: 1971: Pomiędzy plazmą o różnej temperaturzeHultqvist, Bengt, „On the production of a magnetic-field-aligned electric field by the interaction between the hot magnetospheric plasma and the cold ionosphere” (1971) Planetary and Space Science, Vol. 19, s. 749. See also: Ishiguro S., Kamimura T., Sato T., „Double layer formation caused by contact between different temperature plasmas” (1985) Physics of Fluids (ISSN 0031-9171), vol. 28, July 1985, s. 2100–2105. 1976: W plazmie laboratoryjnejTorven S., Formation of Double Layers in Laboratory Plasmas (1976) Astrophysics and Space Science Library, Vol. 74, s. 109. 1982: Przerwanie neutralnego arkusza prąduStenzel R.L., „Double layer formation during current sheet disruptions in a reconnection experiment” (1982) Geophysical Research Letters, vol. 9, June 1982, s. 680–683. 1983: Wstrzykiwanie nieobojętnego prądu elektronów w zimna plazmęThiemann H., Singh N., Schunk R.W., „Formation of v-shaped potentials” (1983) In ESA Sixth ESA Symp. on European Rocket and Balloon Programs and Related Res. pp 269–275. 1985: Zwiększanie przepływu prądu przez plazmęYamamoto Takashi, Kan J.R., „Double layer formation due to current injection” (1985) Planetary and Space Science, Volume 33, Issue 7, s. 853–861. 1986: W kolumnie akrecyjnej gwiazdy neutronowejWilliams A.C. et al. „Accretion onto neutron stars with the presence of a double layer” (1986) Astrophysical Journal, Part 1 (ISSN 0004-637X), vol. 305, June 15, 1986, s. 759–766.