Kaip 3 centimetrų stiklo sfera galėtų padėti mokslininkams suprasti kosminį orą


Kaip 3 cm stiklo rutulys gali padėti mokslininkams suprasti kosminį orą

UCLA mokslininkai efektyviai atkartojo gravitacijos tipą, kuris egzistuoja ant žvaigždžių ir kitų planetų, esančių 3 centimetrų skersmens stiklinėje sferoje. Kreditas: Johnas Koulakis

Saulės blyksniai ir kitokio pobūdžio oras kosmose gali pakenkti skrydžiams į kosmosą ir telekomunikacijų bei kitų tipų palydovams, skriejantiems aplink Žemę. Tačiau iki šiol mokslininkų galimybės tyrinėti būdus, kaip įveikti šį iššūkį, buvo labai ribotos. Taip yra todėl, kad eksperimentai, kuriuos jie atlieka laboratorijose čia, Žemėje, yra veikiami gravitacijos būdais, kurie visiškai skiriasi nuo sąlygų erdvėje.

Tačiau naujas UCLA fizikų tyrimas pagaliau galėtų padėti įveikti šią problemą – tai gali būti didelis žingsnis siekiant apsaugoti žmones (ir įrangą) kosminių ekspedicijų metu ir užtikrinti tinkamą palydovų veikimą. Straipsnis publikuotas m Fizinės apžvalgos laiškai.

UCLA mokslininkai efektyviai atkartojo tipą gravitacija kuri egzistuoja ant žvaigždžių ir kitų planetų arba šalia jų 3 centimetrų skersmens (apie 1,2 colio) stiklinėje sferoje. Norėdami tai padaryti, jie naudojo garso bangas, kad sukurtų sferinį gravitacinį lauką ir generuotų plazmos konvekciją – procesą, kurio metu dujos atvėsta, kai artėja prie kūno paviršiaus, o tada vėl įkaista ir vėl pakyla, kai artėja prie šerdies, sukurdamos skysčio srovę, kuri savo ruožtu generuoja magnetinę srovę.

Šis pasiekimas gali padėti mokslininkams įveikti ribojantį gravitacijos vaidmenį eksperimentuose, skirtuose modeliuoti žvaigždėse ir kitose planetose vykstančią konvekciją.

„Žmonės taip susidomėjo bandydami modeliuoti sferinę konvekciją laboratoriniais eksperimentais, kad iš tikrųjų atliko eksperimentą erdvėlaivyje, nes negalėjo sukurti pakankamai stipraus centrinio jėgos lauko ant žemės“, – sakė Sethas Puttermanas, UCLA fizikos profesorius. tyrimo vyresnysis autorius. “Mes parodėme, kad mūsų mikrobangų generuojamo garso sistema sukūrė tokią stiprią gravitaciją, kad Žemės gravitacija nebuvo veiksnys. Mums nebereikia eiti į kosmosą, kad galėtume atlikti šiuos eksperimentus.”

UCLA mokslininkai naudojo mikrobangų krosneles, kad įkaitintų sieros dujas iki 5000 laipsnių pagal Farenheitą stiklo sferoje. Garso bangos rutulio viduje veikė kaip gravitacija, apribodamos karštų, silpnai jonizuotų dujų, žinomų kaip plazma, judėjimą į modelius, panašius į plazmos sroves žvaigždėse.

„Garso laukai veikia kaip gravitacija, bent jau kalbant apie konvekciją dujose“, – sakė Johnas Koulakis, UCLA projekto mokslininkas ir pirmasis tyrimo autorius. „Naudodami mikrobangų generuojamą garsą sferinėje karštos plazmos kolboje, pasiekėme gravitacijos lauką, kuris yra 1000 kartų stipresnis už Žemės gravitaciją.

Žemės paviršiuje karštos dujos kyla aukštyn, nes gravitacija laiko tankesnes, šaltesnes dujas arčiau planetos centro.

Iš tiesų, mokslininkai nustatė, kad karštos, ryškios dujos šalia išorinės sferos pusės taip pat judėjo į išorę link sferos sienų. Sukurta stipri, nuolatinė gravitacija turbulencija kuris panašus į tą, kuris matomas šalia saulės paviršiaus. Vidinėje sferos pusėje akustinė gravitacija pakeitė kryptį ir nukreipta į išorę, todėl karštos dujos nuskendo į centrą. Eksperimento metu akustinė gravitacija natūraliai laikė karščiausią plazmą sferos centre, kur ji taip pat yra žvaigždėse.

Gebėjimas valdyti ir manipuliuoti plazma saulės ir planetos konvekciją atspindinčiais būdais padės mokslininkams suprasti ir numatyti, kaip saulės oras turi įtakos erdvėlaivių ir palydovinių ryšių sistemoms. Pavyzdžiui, praėjusiais metais saulės audra išmušė 40 „SpaceX“ palydovų. Šis reiškinys taip pat buvo problemiškas karinėms technologijoms. Pavyzdžiui, turbulentinės plazmos susidarymas aplink hipergarsines raketas gali trikdyti ginklų sistemų ryšį.

Puttermanas ir jo kolegos dabar plečia eksperimentą, kad geriau atkartotų tiriamas sąlygas ir galėtų stebėti reiškinį išsamiau ir ilgesnį laiką.

Daugiau informacijos:
John P. Koulakis ir kt., Šiluminė konvekcija centriniame jėgos lauke, tarpininkaujant garsui, Fizinės apžvalgos laiškai (2023). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.130.034002

Citata: Kaip 3 centimetrų stiklo sfera galėtų padėti mokslininkams suprasti orą kosmose (2023 m. sausio 23 d.), gauta 2023 m. sausio 23 d. iš https://phys.org/news/2023-01-centimeter-glass-sphere-scientists-space.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.