Suara meniru gravitasi dalam percobaan yang mensimulasikan konveksi di bintang dan planet

Suara meniru gravitasi dalam percobaan yang mensimulasikan konveksi di bintang dan planet

Stempel Waktu: 28 Februari 2023 2:36

Sel konveksi
Gaya radial: gambar bola lampu yang berputar dan berisi gas dengan garis dan panah berlapis yang menunjukkan sel konveksi. (Sumber: J Koulakis et al/Surat Tinjauan Fisik I/i>)

Gelombang suara telah digunakan di laboratorium untuk meniru peran gravitasi dalam mendorong konveksi dalam benda berotasi besar seperti bintang dan planet. Eksperimen baru dibuat oleh Set Putterman dan rekannya di University of California Los Angeles dan itu memungkinkan para peneliti untuk menciptakan pola sirkulasi yang digerakkan oleh gravitasi.

Konveksi di dalam planet dan bintang yang berputar memainkan peran penting dalam dinamika internal benda-benda besar ini. Di Bumi ini, misalnya, konveksi di inti luar diyakini menciptakan medan magnet planet kita dan konveksi di atmosfer mendorong pola cuaca. Di Matahari, konveksi diyakini bertanggung jawab untuk menciptakan semburan matahari.

Beberapa aspek konveksi bintang dan planet sulit disimulasikan menggunakan komputer. Sebaliknya, para peneliti telah mencoba membuat versi kecil dari konveksi ini di laboratorium. Namun, terbukti menantang untuk menciptakan gaya radial dengan kekuatan yang sesuai untuk memainkan peran gravitasi. Memang, beberapa peneliti telah melakukan percobaan mereka di Stasiun Luar Angkasa Internasional untuk mencoba menciptakan kekuatan yang berguna.

Pemanasan microwave

Kembali ke Bumi, eksperimen baru Putterman dan rekannya menggunakan bola lampu berputar yang diisi dengan gas belerang terionisasi lemah. Gas dipanaskan menggunakan gelombang mikro dan ini menyebabkan gas di bagian tengah bohlam lebih hangat daripada gas yang lebih dingin dan lebih padat di tepi bohlam.

Tim kemudian memodulasi gelombang mikro untuk menciptakan gelombang suara di dalam bohlam. Saat gelombang suara melewati gas, gradien densitas menciptakan gaya radial yang cenderung menarik gas dingin di tepi bola lampu ke tengah – seperti halnya gravitasi menarik cairan ke pusat planet.

Saat bohlam berputar, gas dingin yang bergerak ke dalam digantikan oleh gas yang lebih hangat yang bergerak menuju tepi bohlam. Ini menghasilkan pembentukan pola sel konveksi yang mengelilingi sumbu rotasi bohlam. Dengan menyetel penyiapannya secara hati-hati, tim Putterman dapat menghasilkan pola konveksi yang khas, menampilkan sel-sel cairan yang bersirkulasi yang sangat meniru pola yang diyakini ada di dalam bintang dan planet.

Dengan mengadaptasi teknik ini lebih lanjut, tim berharap bahwa studi di masa depan dapat mensimulasikan konveksi yang digerakkan oleh gravitasi dengan akurasi yang jauh lebih besar daripada pengaturan yang ada – membantu mereka untuk lebih memahami peran penting yang dimainkan konveksi dalam sistem dengan sirkulasi skala besar.

Penelitian tersebut dijelaskan dalam Physical Review Letters.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika