Lyd etterligner tyngdekraften i et eksperiment som simulerer konveksjon i stjerner og planeter

Lydbølger har blitt brukt i laboratoriet for å etterligne rollen som tyngdekraften spiller for å drive konveksjon i enorme roterende kropper som stjerner og planeter. Det nye eksperimentet ble opprettet av Seth Putterman og kolleger ved University of California Los Angeles, og det tillot forskerne å lage gravitasjonsdrevne sirkulasjonsmønstre.

Konveksjon i roterende planeter og stjerner spiller en viktig rolle i den indre dynamikken til disse enorme objektene. Her på jorden, for eksempel, antas konveksjon i den ytre kjernen å skape planetens magnetfelt, og konveksjon i atmosfæren driver værmønstre. I solen antas konveksjon å være ansvarlig for å skape solflammer.

Noen aspekter ved stjerne- og planetarisk konveksjon er vanskelig å simulere ved bruk av datamaskiner. I stedet har forskere forsøkt å lage små versjoner av denne konveksjonen i laboratoriet. Det har imidlertid vist seg utfordrende å skape en radiell kraft med passende styrke for å spille tyngdekraftens rolle. Noen forskere har faktisk gått så langt som å gjøre sitt eksperiment på den internasjonale romstasjonen for å prøve å skape en nyttig kraft.

Mikrobølgeovn

Tilbake på jorden bruker Putterman og kollegas nye eksperiment en roterende sfærisk pære som er fylt med en svakt ionisert svovelgass. Gassen varmes opp ved hjelp av mikrobølger og dette fører til at gassen i midten av pæren blir varmere enn den kjøligere og tettere gassen ved kanten av pæren.

Teamet modulerer deretter mikrobølgene for å lage lydbølger inne i pæren. Når lydbølgene passerer gjennom gassen, skaper tetthetsgradienten en radiell kraft som har en tendens til å trekke den kjølige gassen ved kanten av pæren mot midten – akkurat som tyngdekraften trekker en væske mot midten av en planet.

Konveksjonsceller på størrelse med Texas blender av klarhet på solen

Når pæren roterer, erstattes den innovergående kjølige gassen med varmere gass som beveger seg mot kanten av pæren. Dette resulterer i dannelsen av et mønster av konveksjonsceller som omgir pærens rotasjonsakse. Ved å justere oppsettet nøye, kunne Puttermans team generere karakteristiske konveksjonsmønstre, med celler av sirkulerende væske som sterkt etterligner mønstrene som antas å eksistere i stjerner og planeter.

Ved å tilpasse denne teknikken ytterligere, håper teamet at fremtidige studier kan simulere gravitasjonsdrevet konveksjon med langt større nøyaktighet enn eksisterende oppsett – og hjelpe dem til å bedre forstå den viktige rollen som konveksjon spiller i systemer med storskala sirkulasjon.

Forskningen er beskrevet i Physical Review Letters.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/sound-mimics-gravity-in-experiment-that-simulates-convection-in-stars-and-planets/