Турбулентность без диффузии в экспериментах по конвекции Рэлея-Бенара с вращающимся жидким металлом

Внутри звёзд и планет тепло переносится конвекцией: горячее вещество поднимается, а более холодное опускается. Это порождает турбулентные потоки, которые приводят в движение магнитное поле Земли и формируют динамику звёзд. Согласно теоретическим предсказаниям, эти потоки достигают особого состояния внутри быстро вращающихся небесных тел. Это предельное состояние называют режимом без диффузии, в котором большие потоки определяются почти исключительно плавучестью и вращением, а такие свойства жидкости, как вязкость или теплопроводность, становятся практически пренебрежимо малы. Многие модели внутренних областей звёзд и планет основаны на предположении, что конвекция действует именно в этом предельном режиме. Международная исследовательская группа под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) впервые экспериментально подтвердила теоретически предсказанное состояние потока, считающееся характерным для внутренних областей быстро вращающихся небесных тел. Полученные результаты обеспечивают надёжную экспериментальную основу для проверки теоретических моделей подобных процессов. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Единая модель объясняет экстремальные струйные течения на всех планетах-гигантах

Быстровращающаяся конвекция в атмосферах планет-гигантов может играть решающую роль в формировании как восточных, так и западных струйных течений. К такому выводу пришла группа астрофизиков под руководством постдокторанта Керен Дьюер-Милнер из Лейденской обсерватории и SRON. Используя модели глобальной циркуляции, было обнаружено, что различия в толщине атмосферы могут приводить к возникновению восточных струйных течений на Юпитере и Сатурне, а также западных струйных течений на Уране и Нептуне. Система демонстрирует так называемую бифуркацию: при одних и тех же условиях атмосфера может находиться в одном из двух устойчивых состояний — либо в экваториальном струйном течении, либо в экваториальном струйном течении, направленном на восток, — что устанавливает прямую связь между направлением струйных течений и толщиной атмосферы. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Открыты ещё два двуликих белых карлика

Ранее считалось, что поверхность большинства белых карликов состоит в основном из водорода. Но два года назад учёные обнаружили белый карлик, у которого с одной стороны была водородная поверхность, а с другой — гелиевая. С тех пор было открыто еще пять звезд, включая две новые. Трио астрономов и астрофизиков из Университета Оклахомы в США, работая с коллегой из Университета Монреаля в Канаде и еще одним из Гарвардского и Смитсоновского центра астрофизики, также в США, обнаружили еще два двусторонних белых карлика, доведя общее число обнаруженных объектов до семи. Исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal, выявило доказательства того, что на их природу (конвекцию) влияют магнитные поля в звездах.

Солнечная конвекция сверхгранулярного масштаба, не объясняемая теорией длины смешивания

Солнце генерирует энергию в своем ядре посредством ядерного синтеза; затем эта энергия переносится на поверхность, откуда выходит в виде солнечного света. В исследовании под названием "Сверхгранулярная солнечная конвекция, не объясняемая теорией длины смешивания", опубликованном в журнале Nature Astronomy, исследователи объясняют, как они использовали доплеровские интенсивность и магнитные изображения, полученные с помощью гелиосейсмического и магнитного формирователя изображения (HMI) на борту космического аппарата NASA Solar Спутник Dynamics Observatory (SDO) для идентификации и характеристики примерно 23 000 супергранул (структура потока, которая переносит тепло от скрытой внутренней части Солнца на его поверхности).

Дифференциальное вращение Солнца контролируется высокоширотными бароклинически нестабильными инерционными модами

Полюса Солнца вращаются с периодом около 34-х дней, средние широты — быстрее, а экваториальный регион — около 24-х дней. Гелиосейсмологи (исследования недр Солнца с помощью солнечных акустических волн) установили, что профиль вращения почти постоянен во всей зоне конвекции, слой простирается с глубины примерно 200 000 километров до видимой солнечной поверхности и является домом для сильных возмущений горячей плазмы, которые играют решающую роль в обеспечении солнечного магнетизма и активности. Стало возможным определить разницу температур на основе наблюдений за долгопериодическими колебаниями Солнца. Среди наблюдаемых мод особенно влиятельными оказались высокоширотные моды со скоростями до 70 км/ч.

Экспериментальные ограничения на вязкость внутреннего ядра Земли

Поскольку считается, что внутреннее ядро состоит из гексагонального плотноупакованного железа (ГПУ-железа), информация о вязкости ВПУ-железа является ключом к пониманию динамики внутреннего ядра. В новом исследовании, опубликованном в Journal of Geophysical Research: Solid Earth, учёные из Японии и Великобритании изучили реологию ВПУ-железа на основе экспериментов по деформации под высоким давлением и при высокой температуре.

Исследование взаимодействия турбулентного потока с твердыми структурами внутри выявило плавность движения

В своих экспериментах, проведенных в Объединенном научно-исследовательском институте Нью-Йоркского университета в Шанхае, авторы статьи, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, использовали цилиндрический контейнер, наполненный водой, затем нагревали ее снизу, создавая конвективные потоки. Образовавшиеся турбулентные потоки взаимодействовали с взвешенным твердым телом (прямоугольной панелью), которое свободно перемещалось внутри контейнера, что позволило исследователям лучше изучить, как турбулентные потоки взаимодействуют с твердыми структурами внутри. Учёные наблюдали плавное вращение потоков и свободного твердого тела.