Ljud efterliknar gravitationen i experiment som simulerar konvektion i stjärnor och planeter

Ljudvågor har använts i labbet för att efterlikna den roll som gravitationen spelar för att driva konvektion i enorma roterande kroppar som stjärnor och planeter. Det nya experimentet skapades av Seth Putterman och kollegor vid University of California Los Angeles och det gjorde det möjligt för forskarna att skapa gravitationsdrivna cirkulationsmönster.

Konvektion inom roterande planeter och stjärnor spelar en viktig roll i den inre dynamiken hos dessa enorma objekt. Här på jorden, till exempel, tros konvektion i den yttre kärnan skapa vår planets magnetfält och konvektion i atmosfären driver vädermönster. I solen tros konvektion vara ansvarig för att skapa solflammor.

Vissa aspekter av stjärn- och planetarisk konvektion är svåra att simulera med hjälp av datorer. Istället har forskare försökt skapa små versioner av denna konvektion i labbet. Det har dock visat sig vara utmanande att skapa en radiell kraft med lämplig styrka för att spela rollen som gravitation. Vissa forskare har faktiskt gått så långt som att göra sitt experiment på den internationella rymdstationen för att försöka skapa en användbar kraft.

Uppvärmning i mikrovågsugn

Tillbaka på jorden använder Putterman och kollegas nya experiment en roterande sfärisk glödlampa som är fylld med en svagt joniserad svavelgas. Gasen värms upp med hjälp av mikrovågor och detta gör att gasen i mitten av glödlampan blir varmare än den kallare och tätare gasen i kanten av glödlampan.

Teamet modulerar sedan mikrovågorna för att skapa ljudvågor inuti glödlampan. När ljudvågorna passerar genom gasen skapar densitetsgradienten en radiell kraft som tenderar att dra den kalla gasen vid kanten av glödlampan mot mitten – precis som gravitationen drar en vätska mot mitten av en planet.

Konvektionsceller i storleken av Texas bländar av klarhet på solen

När glödlampan roterar ersätts den inåtgående kalla gasen av varmare gas som rör sig mot kanten av glödlampan. Detta resulterar i bildandet av ett mönster av konvektionsceller som omger glödlampans rotationsaxel. Genom att noggrant justera sin uppställning kunde Puttermans team generera distinkta konvektionsmönster, med celler av cirkulerande vätska som starkt efterliknar de mönster som tros existera inom stjärnor och planeter.

Genom att anpassa denna teknik ytterligare hoppas teamet att framtida studier skulle kunna simulera gravitationsdriven konvektion med mycket större noggrannhet än befintliga inställningar – vilket hjälper dem att bättre förstå den avgörande roll som konvektion spelar i system med storskalig cirkulation.

Forskningen beskrivs i Fysiska granskningsbrev.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/sound-mimics-gravity-in-experiment-that-simulates-convection-in-stars-and-planets/