Dźwięk naśladuje grawitację w eksperymencie symulującym konwekcję w gwiazdach i planetach

W laboratorium wykorzystano fale dźwiękowe do naśladowania roli grawitacji w napędzaniu konwekcji w ogromnych obracających się ciałach, takich jak gwiazdy i planety. Nowy eksperyment został stworzony przez Setha Puttermana i współpracownikami z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, co pozwoliło naukowcom stworzyć wzorce krążenia napędzane grawitacją.

Konwekcja wewnątrz obracających się planet i gwiazd odgrywa ważną rolę w wewnętrznej dynamice tych ogromnych obiektów. Na przykład uważa się, że na Ziemi konwekcja w zewnętrznym jądrze tworzy pole magnetyczne naszej planety, a konwekcja w atmosferze napędza wzorce pogodowe. Uważa się, że na Słońcu za powstawanie rozbłysków odpowiada konwekcja.

Niektóre aspekty konwekcji gwiazdowej i planetarnej są trudne do symulacji za pomocą komputerów. Zamiast tego naukowcy próbowali stworzyć małe wersje tej konwekcji w laboratorium. Jednak okazało się, że trudno jest stworzyć siłę promieniową o odpowiedniej sile, aby odgrywała rolę grawitacji. Rzeczywiście, niektórzy badacze posunęli się tak daleko, że przeprowadzili eksperyment na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, aby spróbować stworzyć użyteczną siłę.

Ogrzewanie mikrofalowe

Po powrocie na Ziemię Putterman i współpracownicy w nowym eksperymencie wykorzystują obracającą się kulistą bańkę wypełnioną słabo zjonizowanym gazem siarkowym. Gaz jest podgrzewany za pomocą mikrofal, co powoduje, że gaz w środku bańki jest cieplejszy niż chłodniejszy i gęstszy gaz na krawędzi bańki.

Następnie zespół moduluje mikrofale, aby wytworzyć fale dźwiękowe wewnątrz żarówki. Gdy fale dźwiękowe przechodzą przez gaz, gradient gęstości tworzy siłę promieniową, która ma tendencję do przyciągania chłodnego gazu na krawędzi bańki w kierunku środka – tak jak grawitacja przyciąga płyn w kierunku środka planety.

Komórki konwekcyjne wielkości Teksasu olśniewają jasnością na Słońcu

Gdy bańka obraca się, przemieszczający się do wewnątrz chłodny gaz jest zastępowany przez cieplejszy gaz, który porusza się w kierunku krawędzi bańki. Powoduje to utworzenie wzoru komórek konwekcyjnych otaczających oś obrotu bańki. Starannie dostrajając swoją konfigurację, zespół Puttermana mógł wygenerować charakterystyczne wzorce konwekcji, obejmujące komórki krążącego płynu, które silnie naśladują wzorce, które, jak się uważa, istnieją w gwiazdach i planetach.

Poprzez dalsze dostosowywanie tej techniki zespół ma nadzieję, że przyszłe badania będą w stanie symulować konwekcję napędzaną grawitacją ze znacznie większą dokładnością niż istniejące konfiguracje – pomagając im lepiej zrozumieć istotną rolę, jaką konwekcja odgrywa w systemach z cyrkulacją na dużą skalę.

Badania opisano w Physical Review Letters.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/sound-mimics-gravity-in-experiment-that-simulates-convection-in-stars-and-planets/