Le son imite la gravité dans une expérience qui simule la convection dans les étoiles et les planètes

Les ondes sonores ont été utilisées en laboratoire pour imiter le rôle que joue la gravité dans la convection dans d’énormes corps en rotation tels que les étoiles et les planètes. La nouvelle expérience a été créée par Seth Putterman et des collègues de l'Université de Californie à Los Angeles, ce qui a permis aux chercheurs de créer des modèles de circulation pilotés par la gravité.

La convection au sein des planètes et des étoiles en rotation joue un rôle important dans la dynamique interne de ces énormes objets. Ici sur Terre, par exemple, on pense que la convection dans le noyau externe crée le champ magnétique de notre planète et que la convection dans l’atmosphère détermine les conditions météorologiques. Dans le Soleil, on pense que la convection est responsable de la création des éruptions solaires.

Certains aspects de la convection stellaire et planétaire sont difficiles à simuler à l’aide d’ordinateurs. Au lieu de cela, les chercheurs ont essayé de créer de petites versions de cette convection en laboratoire. Cependant, il s’est avéré difficile de créer une force radiale suffisamment puissante pour jouer le rôle de la gravité. En effet, certains chercheurs sont allés jusqu’à faire leur expérience sur la Station spatiale internationale pour tenter de créer une force utile.

Chauffage par micro-ondes

De retour sur Terre, la nouvelle expérience de Putterman et de ses collègues utilise une ampoule sphérique rotative remplie d’un gaz sulfureux faiblement ionisé. Le gaz est chauffé à l’aide de micro-ondes, ce qui fait que le gaz au centre de l’ampoule est plus chaud que le gaz plus froid et plus dense au bord de l’ampoule.

L’équipe module ensuite les micro-ondes pour créer des ondes sonores à l’intérieur de l’ampoule. Lorsque les ondes sonores traversent le gaz, le gradient de densité crée une force radiale qui tend à tirer le gaz froid situé au bord de l’ampoule vers le centre – tout comme la gravité tire un fluide vers le centre d’une planète.

Des cellules de convection de la taille du Texas éblouissent avec clarté le Soleil

Lorsque l'ampoule tourne, le gaz froid qui se déplace vers l'intérieur est remplacé par un gaz plus chaud qui se déplace vers le bord de l'ampoule. Cela entraîne la formation d’un motif de cellules de convection entourant l’axe de rotation de l’ampoule. En ajustant soigneusement leur configuration, l’équipe de Putterman a pu générer des modèles de convection distinctifs, mettant en vedette des cellules de fluide en circulation qui imitent fortement les modèles censés exister dans les étoiles et les planètes.

En adaptant davantage cette technique, l’équipe espère que les études futures pourront simuler la convection gravitationnelle avec une bien plus grande précision que les configurations existantes, les aidant ainsi à mieux comprendre le rôle vital que joue la convection dans les systèmes à circulation à grande échelle.

La recherche est décrite dans Physical Review Letters.

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