Рідкий галій у лабораторії відтворив турбулентність, яка може вирувати всередині зір і планет
Рідкий галій у лабораторії відтворив турбулентність, яка може вирувати всередині зір і планет
Зазирнути всередину зорі або глибоко в надра планети неможливо, тому фізики змушені відтворювати їхню динаміку в лабораторії. Міжнародна команда під керівництвом UCLA вперше експериментально підтвердила режим конвекції, який теоретики десятиліттями вважали характерним для швидко обертових небесних тіл. Для цього використали не воду, а рідкий галій у спеціальній обертовій установці.
У надрах зір і планет тепло переноситься конвекцією: гарячіший матеріал піднімається, холодніший опускається. У швидко обертовому тілі на ці потоки сильно впливає rotation, і теоретичні моделі передбачають особливий стан — diffusivity-free regime.
У цьому режимі великомасштабний потік визначається майже лише плавучістю та обертанням, тоді як властивості конкретної рідини — в’язкість і теплопровідність — стають набагато менш важливими.
Саме на такому припущенні побудовано багато моделей магнітних полів планет і турбулентності всередині зір. Проте підтвердити його в лабораторії не вдавалося через thermal boundary layers біля стінок контейнера.
Ці тонкі шари змінювали потік настільки сильно, що «чистий» теоретичний режим ховався за ефектами самої експериментальної установки.
Команда обійшла проблему за допомогою рідкого металу. У gallium виникає особливий oscillating flow mode, який контролюється насамперед температурним градієнтом усередині рідини, а не процесами біля стінок.
Дослідники розкрутили систему й вимірювали відразу три незалежні характеристики: heat transport, flow velocity та temperature fluctuations.
Усі три кількісно збіглися з теоретичними передбаченнями diffusivity-free regime. High-resolution numerical simulations дали той самий результат.
Саме одночасна згода теорії, лабораторії та чисельного моделювання стала ключовою. До цього фізики мали хороші аргументи, що такий режим повинен існувати, але не мали прямої експериментальної перевірки.
Результат не означає, що рідкий галій буквально відтворює склад кожної зорі або планети. Він відтворює головні безрозмірні фізичні співвідношення між обертанням, тепловою плавучістю й турбулентністю.
Тепер моделі, які описують внутрішні потоки в планетах і зорях, отримали значно надійнішу лабораторну основу. Це важливо для задач від генерації планетарного магнітного поля до перенесення тепла в зоряних надрах.
Джерело: Новини Ю
Підтримка ветеранів та довкілля області: про деталі роботи в ефірі «Діалогу» розповів Ігор Щербина
У центрі Миколаєва зіткнулися три автомобілі - винуватець плаче
У Миколаєві проходить 59-та сесія міської ради (трансляція)
«На музичному перехресті епох»: миколаївські музиканти зіграли найкращі та знакові твори (фото, відео)
Зруйновані будинки, розбиті сонячні панелі: нові фото та відео з місця сьогоднішнього удару по Миколаєву
Вогонь та густий дим: у Миколаєві горить відділення банку у житловій багатоповерхівці (фото, відео)
У Чехії підірвали найвищі споруди країни (відео)
Життя у поетичних рядках: вечір віршів Альони Мовчан у миколаївському театрі (фото, відео)
У Миколаєві берег річки перетворився на справжнє болото - такого не пам'ятають навіть досвідчені рибалки