Звук імітує гравітацію в експерименті, який імітує конвекцію в зірках і планетах

Звук імітує гравітацію в експерименті, який імітує конвекцію в зірках і планетах

Мітка часу: 28 лютого 2023 2:36

Конвекційні комірки
Радіальна сила: зображення заповненої газом колби, що обертається, із накладеними лініями та стрілками, що показують комірки конвекції. (З дозволу: J Koulakis та ін/Листи фізичного огляду I/i>)

Звукові хвилі використовувалися в лабораторії, щоб імітувати роль, яку гравітація відіграє в конвекції у величезних обертових тілах, таких як зірки та планети. Новий експеримент створено Сет Путтерман і колеги з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, і це дозволило дослідникам створити моделі циркуляції, керовані гравітацією.

Конвекція всередині обертових планет і зірок відіграє важливу роль у внутрішній динаміці цих величезних об’єктів. Вважається, що тут, на Землі, наприклад, конвекція в зовнішньому ядрі створює магнітне поле нашої планети, а конвекція в атмосфері визначає погодні умови. Вважається, що на Сонці конвекція відповідає за спалахи.

Деякі аспекти зоряної та планетарної конвекції важко змоделювати за допомогою комп’ютера. Натомість дослідники спробували створити маленькі версії цієї конвекції в лабораторії. Однак виявилося складним створити радіальну силу з відповідною силою, яка б відігравала роль сили тяжіння. Дійсно, деякі дослідники зайшли так далеко, що провели свій експеримент на Міжнародній космічній станції, щоб спробувати створити корисну силу.

Мікрохвильове опалення

Повернувшись на Землю, у новому експерименті Путтермана та його колег використовується обертова сферична колба, наповнена слабоіонізованим газом сірки. Газ нагрівається за допомогою мікрохвиль, і це призводить до того, що газ у центрі колби стає теплішим, ніж більш холодний і щільний газ на краю колби.

Потім команда модулює мікрохвилі, щоб створити звукові хвилі всередині колби. Коли звукові хвилі проходять крізь газ, градієнт щільності створює радіальну силу, яка прагне тягнути холодний газ на краю колби до центру – так само, як сила тяжіння тягне рідину до центру планети.

Коли колба обертається, холодний газ, що рухається всередину, замінюється більш теплим газом, який рухається до краю колби. Це призводить до формування структури конвекційних комірок, що оточують вісь обертання колби. Ретельно налаштувавши свою установку, команда Путтермана могла генерувати характерні моделі конвекції, що містять осередки циркулюючої рідини, які сильно імітують моделі, які, як вважають, існують у зірках і планетах.

Далі адаптуючи цю техніку, команда сподівається, що майбутні дослідження зможуть моделювати конвекцію, керовану гравітацією, з набагато більшою точністю, ніж існуючі установки, допомагаючи їм краще зрозуміти життєво важливу роль, яку конвекція відіграє в системах із великою циркуляцією.

Дослідження описано в Physical Review Letters,.

Часова мітка:

Більше від Світ фізики