Исследователи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе эффективно воспроизвели тип гравитации, который существует на звездах и других планетах или вблизи них, внутри стеклянной сферы диаметром 3 сантиметра.
Кредит: Джон Кулакис

Солнечные вспышки и другие типы космической погоды могут нанести ущерб космическим полетам, телекоммуникациям и другим типам спутников, вращающихся вокруг Земли. Но на сегодняшний день возможности ученых по поиску путей преодоления этой проблемы сильно ограничены. Это потому, что на эксперименты, которые они проводят в лабораториях здесь, на Земле, гравитация влияет совершенно иначе, чем в космосе.

Но новое исследование физиков Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, наконец, может помочь решить эту проблему, что может стать большим шагом к защите людей (и оборудования) во время космических экспедиций, а также к обеспечению надлежащего функционирования спутников. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

Исследователи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе эффективно воспроизвели тип гравитации, который существует на звездах и других планетах или вблизи них, внутри стеклянной сферы диаметром 3 сантиметра (около 1,2 дюйма). Для этого они использовали звуковые волны для создания сферического гравитационного поля и создания конвекции плазмы — процесса, при котором газ охлаждается по мере приближения к поверхности тела, а затем снова нагревается и снова поднимается вверх по мере приближения к ядру — создавая поток жидкости, который в свою очередь генерирует магнитный ток.

Достижение может помочь ученым преодолеть ограничивающую роль гравитации в экспериментах, предназначенных для моделирования конвекции, происходящей в звездах и других планетах.

«Люди были настолько заинтересованы в моделировании сферической конвекции с помощью лабораторных экспериментов, что даже поставили эксперимент на космическом шаттле, потому что не могли получить достаточно сильное центральное силовое поле на земле», — сказал Сет Путтерман, профессор физики из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, старший автор исследования. «Мы показали, что наша система звука, генерируемого микроволнами, создавала настолько сильную гравитацию, что гравитация Земли не была фактором. Нам больше не нужно летать в космос, чтобы проводить эти эксперименты».

Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе использовали микроволны для нагрева газообразной серы до 5000 градусов по Фаренгейту внутри стеклянной сферы. Звуковые волны внутри шара действовали подобно силе тяжести, ограничивая движение горячего слабоионизированного газа, известного как плазма, в формы, напоминающие токи плазмы в звездах.

«Звуковые поля действуют как гравитация, по крайней мере, когда дело доходит до конвекции в газе», — сказал Джон Кулакис, ученый проекта Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и первый автор исследования. «С помощью звука, генерируемого микроволнами, в сферической колбе с горячей плазмой мы получили гравитационное поле, которое в 1000 раз сильнее, чем гравитация Земли».

На поверхности Земли горячий газ поднимается вверх, потому что гравитация удерживает более плотный и холодный газ ближе к центру планеты.

Действительно, исследователи обнаружили, что горячий яркий газ возле внешней половины сферы также двигался наружу к стенкам сферы. Сильная постоянная гравитация создавала турбулентность , похожую на ту, что наблюдается у поверхности Солнца. Во внутренней половине сферы акустическая гравитация изменила направление и была направлена ​​наружу, в результате чего горячий газ опустился к центру. В эксперименте акустическая гравитация естественным образом удерживала самую горячую плазму в центре сферы, где она также встречается в звездах.

Способность контролировать и манипулировать плазмой таким образом, чтобы отражать солнечную и планетарную конвекцию, поможет исследователям понять и предсказать, как солнечная погода влияет на космические корабли и системы спутниковой связи. В прошлом году, например, солнечная буря вывела из строя 40 спутников SpaceX. Это явление также было проблематичным для военной техники. Например, образование турбулентной плазмы вокруг гиперзвуковых ракет может мешать связи систем вооружения.

Путтерман и его коллеги теперь расширяют эксперимент, чтобы лучше воспроизвести условия, которые они изучают, и чтобы они могли наблюдать явление более подробно и в течение более длительных периодов времени.