صدا در آزمایشی که همرفت را در ستارگان و سیارات شبیه سازی می کند، گرانش را تقلید می کند

صدا در آزمایشی که همرفت را در ستارگان و سیارات شبیه سازی می کند، گرانش را تقلید می کند

تمبر زمان: 28 فوریه 2023، 2:36 صبح

سلول های همرفت
نیروی شعاعی: تصویر لامپ دوار پر از گاز با خطوط و فلش های روی هم قرار گرفته که سلول های همرفت را نشان می دهد. (با احترام: جی کولاکیس و همکاران/نامه های بررسی فیزیکی I/i>)

امواج صوتی در آزمایشگاه برای تقلید نقشی که گرانش در هدایت همرفت در اجسام چرخان عظیم مانند ستاره ها و سیارات ایفا می کند، استفاده شده است. آزمایش جدید توسط ست پوترمن و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا لس آنجلس و به محققان اجازه داد تا الگوهای گردش گرانشی را ایجاد کنند.

همرفت درون سیارات و ستارگان در حال چرخش نقش مهمی در پویایی درونی این اجرام عظیم دارد. برای مثال، در اینجا روی زمین، اعتقاد بر این است که همرفت در هسته بیرونی میدان مغناطیسی سیاره ما را ایجاد می‌کند و همرفت در اتمسفر الگوهای آب و هوا را هدایت می‌کند. اعتقاد بر این است که در خورشید، همرفت مسئول ایجاد شراره های خورشیدی است.

شبیه سازی برخی از جنبه های همرفت ستاره ای و سیاره ای با استفاده از رایانه دشوار است. در عوض، محققان سعی کرده اند نسخه های کوچکی از این همرفت را در آزمایشگاه ایجاد کنند. با این حال، ثابت شده است که ایجاد نیروی شعاعی با قدرت مناسب برای ایفای نقش گرانش، چالش برانگیز است. در واقع، برخی از محققان تا آنجا پیش رفته اند که آزمایش خود را در ایستگاه فضایی بین المللی انجام داده و سعی در ایجاد نیروی مفید دارند.

گرمایش با مایکروویو

در آزمایش جدید پوترمن و همکارش در زمین، از یک لامپ کروی در حال چرخش استفاده می شود که با گاز گوگرد ضعیف یونیزه شده پر شده است. گاز با استفاده از امواج مایکروویو گرم می شود و این باعث می شود که گاز مرکز لامپ گرمتر از گاز خنک تر و متراکم تر در لبه لامپ باشد.

سپس تیم مایکروویوها را برای ایجاد امواج صوتی در داخل لامپ تعدیل می‌کند. همانطور که امواج صوتی از گاز عبور می کنند، گرادیان چگالی نیروی شعاعی ایجاد می کند که تمایل دارد گاز خنک را در لبه لامپ به سمت مرکز بکشد - همانطور که گرانش یک سیال را به سمت مرکز یک سیاره می کشد.

با چرخش لامپ، گاز خنک در حال حرکت به سمت داخل با گاز گرمتری جایگزین می شود که به سمت لبه لامپ حرکت می کند. این منجر به تشکیل الگویی از سلول های همرفتی می شود که محور چرخش لامپ را احاطه کرده اند. با تنظیم دقیق تنظیمات خود، تیم پوترمن می‌تواند الگوهای همرفتی متمایز ایجاد کند، دارای سلول‌هایی از سیال در گردش است که به شدت الگوهایی را که تصور می‌شود در ستارگان و سیارات وجود دارند، تقلید می‌کنند.

با تطبیق بیشتر این تکنیک، این تیم امیدوار است که مطالعات آینده بتواند همرفت گرانشی را با دقت بسیار بیشتری نسبت به تنظیمات موجود شبیه‌سازی کند و به آنها کمک کند تا نقش حیاتی را که همرفت در سیستم‌هایی با گردش در مقیاس بزرگ ایفا می‌کند، درک کنند.

تحقیق در شرح داده شده است Physical Review Letters به.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک