用声波模拟的引力，强度是地球的1000倍[color=var(--weui-FG-2)]
[color=var(--weui-FG-2)]Gaviota
原理 [color=var(--weui-FG-2)]2023-01-30 04:44
[color=var(--weui-FG-2)]
地球上有各种各样的天气，如“狂风暴雨”等极端天气大多不受人们的欢迎，因为它们或多或少会带来一些问题。太空同样如此。
太阳耀斑和其他一些极端的“太空天气”，可能会对航天飞行、无线电通信，以及其他类型的绕地卫星造成严重破坏，例如大约一年前，一场太阳风暴就让SpaceX的40颗通讯卫星陷入了瘫痪。此外，这类现象也会给军事技术带来问题，例如极超音速导弹周围形成的湍流等离子体，会干扰武器系统的通信。
但到目前为止，科学家在研究克服这类挑战的方法时，受到了极大的限制。这主要是因为，在地球上的实验室中，引力作用的方式与真实的太空条件有着很大不同。
但近日，一项新研究终于解决了这个问题。通过研究高功率灯泡中的声学效应，来自加州大学洛杉矶分校（UCLA）的一个研究团队开发出了一个新系统，能在地球实验室中有效地模拟行星和恒星周围的引力场，并制造等离子体对流。论文已于近日发表在《物理评论快报》上。
用声波模拟引力
2017年，瑞士的一个科学家团队在研究高功率硫灯时发现，声波可以驱动高温气体，让它们在灯泡的中心集结。这种惊人的现象引起了科学家的关注。
当时，在研究了这种聚集现象后，研究团队认为它可以用声辐射力来解释。声辐射力是一种在声悬浮实验中众所周知的力。当声波从一个物体（比如一颗小珠子）上散射开来时，就能施加一种力。
在新的研究中，研究人员发现在灯泡中，这种力并不是作用在声波散射的物体表面，而是作用在整个气体中，气体的密度变化会让声波重新定向。在对系统建模时，研究团队意识到在某些近似情况下，声辐射力与气体的密度成正比，这就好像介质中的引力与其密度成正比一样。
受到这种类比的启发，研究人员想到，如果能在实验室中产生一种“声学引力”，或许就可以开发一种可控的系统来研究那些有关太空天气的难题。
在实验中，研究人员在一个直径为3厘米的玻璃球内填充了硫气体，并借助微波将玻璃球内的气体加热到约4000摄氏度。通过调节这个微波信号，他们能以一种球形对称的驻波模式产生声波。
球内的声波就像引力一样，约束着高温、弱电离的气体，也就是等离子体的运动，形成了类似恒星中等离子体电流的模式。
高速视频（放慢167倍）展示了球状玻璃容器中高温硫气体的运动。气体中的声波产生了类似引力的力，导致气体运动，并产生对流。（视频／J. P. Koulakis et al.）
研究人员发现，在这个实验中，气体的运动相当复杂，它是一种由中心附近被加热的气体驱动的对流。
在靠近球体外部区域，高温明亮的气体“上升”到表面，产生明亮的羽流。当它到达外部玻璃边界时，会失去热量并向中心沉降。强大而持续的引力产生了那种类似在太阳表面附近看到的湍流。
在球体的内部区域，炽热的气体沉到了球体中心，声学引力自然地将温度最高的等离子体维持在球体中心，这同样发生在恒星中。
气体运动方向示意图。（图／J. P. Koulakis et al.）
通过利用微波制造的声波系统来产生引力，研究人员实现了比地球引力强1000倍的引力场，超越了过往实验中尝试的许多模拟手段。
模拟恒星与行星
如此一来，地球原本的引力也已经不再是一种影响因素。换句话说，研究人员不需要到太空中就能进行那些相关实验了。研究人员相信，以反映太阳和行星对流的方式，控制并操纵等离子体，将帮助科学家了解和预测太阳活动如何影响航天器和卫星通信系统。
团队现在正在扩大实验规模，并提高气体的中心温度，甚至探索那些超越了目前计算机模拟能力的热力学区域，同时也让他们能更详细、更长时间地观察这一现象。
#创作团队：
撰文：Gaviota 排版：雯雯
#参考来源：
https://newsroom.ucla.edu/releases/spherical-gravity-experiment-space-weather https://physics.aps.org/articles/v16/10 https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.034002 #图片来源：
封面图&首图：John Koulakis, UCLA
| 
发表于 2023-1-31 02:25
收藏
分享