Звуковые волны вместо гравитации: ученые смоделировали условия в сердце звезды с помощью звука и стеклянного шарика

Когда дело доходит до моделирования космических событий в лабораториях, у ученых возникает одна проблема: гравитация Земли мешает измерениям, что затрудняет воспроизведение среды глубокого космоса или иных миров. Неожиданное решение этого нюанса представляет собой крошечный стеклянный шарик диаметром всего 3 сантиметра.
Эффект, наблюдаемый внутри сферы
Эффект, наблюдаемый внутри сферы
Koulakis et al., Physical Review Letters, 2023

Несмотря на свой размер, шар довольно хорошо имитирует ключевые силы, окружающие гигантские планеты и звезды

Используя звуковые волны вместо сил гравитации, исследователи могут собирать важные данные о формировании и поведении космической погоды, такой как солнечные вспышки, которые могут повлиять на космические полеты, спутники и жизнь на Земле. «Звуковые поля действуют как гравитация, по крайней мере, когда дело доходит до конвекции в газе», — пояснил физик Джон Кулакис из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA). — С помощью звука, генерируемого микроволнами, в сферической колбе с горячей плазмой мы получили гравитационное поле, которое в 1000 раз сильнее, чем гравитация Земли».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Газообразная сера внутри шара была нагрета до температуры 2760 градусов по Цельсию для создания звуковых волн, которые действовали как чрезвычайно сильное гравитационное притяжение, создавая токи в горячем, слабо ионизированном газе (или плазме).

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Конечным результатом стала плазменная конвекция, когда газ охлаждается по мере приближения к поверхности тела, такого как планета, прежде чем опуститься обратно к ядру, где он снова нагревается и снова поднимается вверх. Текущий газ создает собственное магнитное поле, которое в звездах формировало бы основы различных форм космической погоды.

Генерация конвекционных токов в плазме с некоторой помощью «акустической» гравитации
Генерация конвекционных токов в плазме с некоторой помощью «акустической» гравитации
Koulakis et al., Physical Review Letters, 2023
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Многие условия внутри стеклянного шара (например, то, как самая горячая плазма удерживается в центре сферы) напоминали процессы, которые теоретически должны происходить в звездах. Такой результат раньше было очень трудно воссоздать в лаборатории, но теперь его удалось запечатлеть на камеру.

Основа исследования заключается в изучении ламп, звука и горячих газовых шаров, а не всего, что связано непосредственно с космосом. Новообретенная способность управлять движением плазмы с помощью акустической энергии может быть полезна и в ряде других областей, включая исследования нашей собственной планеты.

Следующим шагом команды будет масштабирование эксперимента, чтобы он более точно соответствовал условиям в космосе (особенно с точки зрения температуры), а также исследование других аспектов симуляции. По сути, ученым нужно более подробно изучить эксперимент и сделать так, чтобы он продлился дольше.

Прямо сейчас существуют некоторые типы поведения конвекции, которые мы наблюдаем вокруг звезд и планет, которые слишком сложно воспроизвести даже с помощью самых мощных компьютеров. С дальнейшим развитием этот тип эксперимента можно будет без проблем взять в работу.