El sonido imita la gravedad en un experimento que simula la convección en estrellas y planetas

Las ondas de sonido se han utilizado en el laboratorio para imitar el papel que juega la gravedad en la conducción de la convección en grandes cuerpos giratorios, como estrellas y planetas. El nuevo experimento fue creado por Seth Putterman y colegas de la Universidad de California en Los Ángeles y permitió a los investigadores crear patrones de circulación impulsados ​​por la gravedad.

La convección dentro de los planetas y estrellas en rotación juega un papel importante en la dinámica interna de estos enormes objetos. Aquí en la Tierra, por ejemplo, se cree que la convección en el núcleo externo crea el campo magnético de nuestro planeta y la convección en la atmósfera impulsa los patrones climáticos. En el Sol, se cree que la convección es responsable de crear erupciones solares.

Algunos aspectos de la convección estelar y planetaria son difíciles de simular usando computadoras. En cambio, los investigadores han tratado de crear versiones pequeñas de esta convección en el laboratorio. Sin embargo, ha resultado ser un desafío crear una fuerza radial con la fuerza adecuada para desempeñar el papel de la gravedad. De hecho, algunos investigadores han ido tan lejos como para hacer su experimento en la Estación Espacial Internacional para tratar de crear una fuerza útil.

Calentamiento por microondas

De vuelta en la Tierra, el nuevo experimento de Putterman y sus colegas utiliza un bulbo esférico giratorio que se llena con un gas de azufre débilmente ionizado. El gas se calienta usando microondas y esto hace que el gas en el centro del bulbo sea más cálido que el gas más frío y denso en el borde del bulbo.

Luego, el equipo modula las microondas para crear ondas de sonido dentro de la bombilla. A medida que las ondas sonoras atraviesan el gas, el gradiente de densidad crea una fuerza radial que tiende a atraer el gas frío del borde del bulbo hacia el centro, al igual que la gravedad atrae un fluido hacia el centro de un planeta.

Células de convección del tamaño de Texas deslumbran con claridad en el Sol

A medida que gira el bulbo, el gas frío que se mueve hacia adentro es reemplazado por gas más cálido que se mueve hacia el borde del bulbo. Esto da como resultado la formación de un patrón de celdas de convección que rodean el eje de rotación del bulbo. Al ajustar cuidadosamente su configuración, el equipo de Putterman pudo generar patrones de convección distintivos, con células de fluido circulante que imitan fuertemente los patrones que se cree que existen dentro de las estrellas y los planetas.

Al adaptar aún más esta técnica, el equipo espera que los estudios futuros puedan simular la convección impulsada por la gravedad con una precisión mucho mayor que las configuraciones existentes, lo que les ayudará a comprender mejor el papel vital que desempeña la convección en los sistemas con circulación a gran escala.

La investigación se describe en Physical Review Letters.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/sound-mimics-gravity-in-experiment-that-simulates-convection-in-stars-and-planets/