Il suono imita la gravità in un esperimento che simula la convezione in stelle e pianeti

Le onde sonore sono state utilizzate in laboratorio per imitare il ruolo svolto dalla gravità nel guidare la convezione in enormi corpi rotanti come stelle e pianeti. Il nuovo esperimento è stato creato da Seth Puttermann e colleghi dell’Università della California a Los Angeles e ha permesso ai ricercatori di creare modelli di circolazione guidati dalla gravità.

La convezione all'interno dei pianeti e delle stelle rotanti gioca un ruolo importante nella dinamica interna di questi enormi oggetti. Qui sulla Terra, ad esempio, si ritiene che la convezione nel nucleo esterno crei il campo magnetico del nostro pianeta e la convezione nell’atmosfera determina i modelli meteorologici. Nel Sole, si ritiene che la convezione sia responsabile della creazione dei brillamenti solari.

Alcuni aspetti della convezione stellare e planetaria sono difficili da simulare utilizzando i computer. I ricercatori hanno invece provato a creare piccole versioni di questa convezione in laboratorio. Tuttavia, si è rivelato difficile creare una forza radiale con la forza adeguata per svolgere il ruolo della gravità. In effetti, alcuni ricercatori sono arrivati ​​al punto di condurre il loro esperimento sulla Stazione Spaziale Internazionale per cercare di creare una forza utile.

Riscaldamento a microonde

Tornati sulla Terra, il nuovo esperimento di Putterman e colleghi utilizza un bulbo sferico rotante riempito con un gas di zolfo debolmente ionizzato. Il gas viene riscaldato utilizzando le microonde e questo fa sì che il gas al centro del bulbo sia più caldo del gas più freddo e denso sul bordo del bulbo.

Il team quindi modula le microonde per creare onde sonore all’interno del bulbo. Quando le onde sonore attraversano il gas, il gradiente di densità crea una forza radiale che tende ad attirare il gas freddo sul bordo del bulbo verso il centro, proprio come la gravità attira un fluido verso il centro di un pianeta.

Celle di convezione grandi quanto il Texas abbagliano con chiarezza il sole

Mentre la lampadina ruota, il gas freddo che si muove verso l'interno viene sostituito da gas più caldo che si muove verso il bordo della lampadina. Ciò si traduce nella formazione di uno schema di celle di convezione che circondano l'asse di rotazione del bulbo. Mettendo a punto attentamente la loro configurazione, il team di Putterman è riuscito a generare modelli di convezione distintivi, caratterizzati da cellule di fluido circolante che imitano fortemente i modelli che si ritiene esistano all'interno di stelle e pianeti.

Adattando ulteriormente questa tecnica, il team spera che gli studi futuri possano simulare la convezione guidata dalla gravità con una precisione molto maggiore rispetto alle configurazioni esistenti, aiutandoli a comprendere meglio il ruolo vitale che la convezione gioca nei sistemi con circolazione su larga scala.

La ricerca è descritta in Physical Review Letters.

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